MM - PARTE 13 - AÇOS MANCAIS, ARAMES E MOLAS

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PARTE 13 LIGAS METÁLICAS
Ligas Ferrosas 
Aços para Arames e Fios Aços para Molas
Aços para Mancais 
Materiais Metálicos-DEMAT-EE-UFRGS
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AÇOS PARA ARAMES E FIOS
Normalmente, aços carbono ou inox obtidos por trefilação a partir do “FIO MÁQUINA”.
Fio Máquina: Barra de aço laminada a quente a qual será trefilada.
TREFILAÇÃO: parte-se do fio máquina com diâmetro de 1 a 60 mm (fornecido em rolos de 60kg a 1ton). O fio é então:
 Decapado – em solução aquosa com 5 a 20% de H2SO4 ou HCl comercial;
 Lavado em água corrente;
 Coberto com cal (CaO) para neutralizar o excesso de ácido, evitar ferrugem e servir de lubrificante durante a trefilação;
 O metal é então puxado na trefila através de fieiras de metal duro (WC) em passes sucessivos.
 Os produtos resultantes podem ser empregados no estado recozido (baixo carbono) ou no estado encruado (médio e alto carbono ou aços ligados)
DEFINIÇÃO
Materiais Metálicos-DEMAT-EE-UFRGS
I
II
III
IV
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TREFILAÇÃO
Redução da seção transversal de uma barra, fio ou tubo, “estirando-se” a peça através de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente. Pode-se obter arames e fios com perfil circular, ovalado, triangular, sextavado entre outros. 
Fieira
Fio máquina
 Existem estiradores com capacidade superior a 100 t de força de tração e velocidades de estiramento que variam de 9 a 1.500 m/min.
 O diâmetros após trefilação variam de 0,05mm a 25mm.
Materiais Metálicos-DEMAT-EE-UFRGS
https://www.youtube.com/watch?v=bXpmoWMN-ZQ 
I – zona de entrada
II – zona de redução
III – zona de conformação
IV – zona de saída
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AÇOS PARA ARAMES E FIOS
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A - Produção de fio máquina
B - Bobina de fio máquina de Cobre
C - Arame de aço carbono trefilado
A
B
C
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TREFILAÇÃO
Os Tubos podem ser trefilados dos seguintes modos:
sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a)
com mandril passante (fig.b)
com plug (bucha) interno (fig. c)
com bucha flutuante (fig.d)
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6495-trefilacao-introducao#.Vl2W3fmrRUQ
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AÇOS PARA ARAMES E FIOS
Com o encruamento (deformação a frio), o material vai se tornando progressivamente mais resistente e mais duro. Paralelamente há redução da ductilidade.
Na prática, a trefilação de arames realizada a frio produz os seguintes resultados:
 Redução do material a um diâmetro que não se pode conseguir por outro processo;
 Obtenção de dimensões precisas e seções uniformes;
 Produção de uma superfície perfeita e polida.
ENCRUAMENTO
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AÇOS PARA ARAMES E FIOS
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O patenteamento ocorre antes da trefilação de arames, fios e barras. Este tratamento térmico se dá pelo aquecimento acima de A3 (entre 800 e 1000°C) e resfriamento ao ar ou em banho líquido (chumbo ou sal fundido) com temperaturas na faixa de 450 e 550ºC e tempos que variam de 10s (para arames) e 90s (para barras). 
Microestrutura: perlita fina ou bainita. 
Objetivos: 
 Aumentar a resistência à tração do arame;
 Aumentar sua tenacidade para permitir deformação.
O patenteamento seguido de trefilação permite obter fios de alta qualidade com limite de resistência à tração entre 2450 e 2940 MPa; os quais, mesmo com esta alta resistência podem ser enrolados sem que apareçam fissuras.
O “ fio música” ou “ corda de piano” é o máximo que se pode atingir na fabricação de fios de aço pois, além da resistência à tração, deve apresentar propriedades acústicas específicas. Isso exige rigorosa escolha do aço (↑C entre 0,8 e 1%C), rigorosa precisão dimensional e acabamento superior.
PATENTEAMENTO
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AÇOS PARA MOLAS
Generalidades
 Molas são amplamente empregadas em equipamentos mecânicos. 
 Estão sujeitas a solicitações cíclicas e elevadas sendo portanto um componente potencial de falha de equipamentos.
 Composição Química
 Os aços para molas evoluíram dos aços carbono para os aços Cr-V (6XXX) e finalmente para os aços Si-Mn (92XX) e suas modificações (+ V- Ni-etc).
Classificação quanto ao tipo
Helicoidais: esforços de compressão, torção e extensão. 
Semi-elípticas: são fabricadas de tiras de aço.
Dureza típica das Molas
inferior a 50HRc (devido a fragilidade). A dureza deve ser ajustada para a faixa de 40 a 44HRC quando alguma deformação plástica é tolerada. E entre 44 e 48HRc quando nenhuma deformação é tolerada.
Principais fatores na escolha dos aços para molas:
 Propriedades mecânicas;
 Composição química;
 Qualidade da superfície;
 Disponibilidade de material;
 Custo.
Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
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Alguns tipos de molas helicoidais; a) de extensão; b) de compressão; c) de torção. 
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AÇOS PARA MOLAS
Dureza típica das Molas
 < 50HRc (devido a fragilidade).
 40 a 44HRC (quando alguma deformação plástica é tolerada).
 44 e 48HRc (quando nenhuma deformação é tolerada).
Fatores na seleção de aços para molas
 Propriedades mecânicas;
 Composição química;
 Qualidade da superfície;
 Disponibilidade de material;
 Custo.
Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
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MOLAS HELICOIDAIS
 Superfícies lisas e isentas de defeitos (marcas de ferramenta, riscos de matriz de trefilação, inclusões, descarbonetação superficial);	
	Obs.: Resultados práticos mostram que, praticamente, todas as rupturas por fadiga em molas têm início em alguma imperfeição ou defeito superficial.
 Não devem apresentar deformações permanentes.
Propriedades mecânicas 
 Alto limite de elasticidade – obtido através de tratamento térmico e mecânico rigorosamente controlados;
 Alto limite de fadiga – superfície perfeita retificada antes de enrolar eliminando eventuais falhas superficiais. O limite de fadiga pode ser melhorado com, por ex, “shot peening” que gera tensões de compressão na superfície – custo aumenta;
 Elevada resiliência - capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente. 
 
Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
Acabamento superficial
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AÇOS PARA MOLAS
Molas helicoidais de pequeno diâmetro:
Fabricadas a partir de tiras ou fios já endurecidos. Ou seja, nos estados:
(1) temperado e revenido.
(2) Encruado
(3) patenteado e encruado.
 As molas são conformadas (enroladas) a frio e após sofrem tratamento térmico (entre 175 e 400 °C) para alívio de tensões. 
HELICOIDAIS - fabricação
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Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
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AÇOS PARA MOLAS
Molas helicoidais de pequeno diâmetro:
(3) O tipo “fio de música” (ou “corda de piano”) é considerado, dentre os aços-carbono, o de melhor qualidade para molas de pequenas dimensões. 
Apresenta superfície com acabamento excelente sendo pouco afetado por revestimentos superficiais eletrolíticos; entretanto, essas molas não devem ser expostas a temperaturas superiores a 120°C. pois sofrerão, já a 120°C, uma perda de resistência que aumenta rapidamente com a temperatura. 
Esses três tipos de aços compreendem a maioria das aplicações de molas de pequenas dimensões. 
HELICOIDAIS - fabricação
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Molas de torção
Molas de extensão
Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
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AÇOS PARA MOLAS
Composição e propriedades de aços-carbono para molas helicoidais
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AÇOS PARA MOLAS
Molas helicoidais de grande diâmetro:
 Fabricadas a partir de barras ou tiras de aço carbono ou aços liga recozidos ou laminadas a quente, as quais são laminadas a quente na forma de molas. Após a conformação são temperados em óleo e revenidos.
 Quando a mola deve trabalhar em temperatura superior a temperatura ambiente surgem problemas com os aços C. 
Aços utilizados:
 Carbono: SAE 1070, 1080, 1085,1095;
 Liga: SAE 51XX (Cr); 86XX (Cr, Ni, Mo) e 92XX (Si, Mn).
HELICOIDAIS - fabricação
Molas de compressão
suspensão
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MateriaisMetálicos-DEMAT-EE-UFRGS
Fonte: Chiaverini – Aços e Ferros Fundidos
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AÇOS PARA MOLAS
São fabricadas a partir de tiras de aço e reunidas em feixes. Quando a espessura é pequena (↓1/16”), a cargas baixas e baixo custo, usa-se aço SAE1045 laminado a frio.
Nos demais casos usa-se aços liga (SAE-AISI 6150, 8650 e 9260). Após conformadas são temperadas em óleo e revenidas.
SEMI-ELÍPTICAS
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Molas semi-elípticas
suspensão
AISI 8650 – em média 0,5%C, 0.95%Mn, 0,25%Si, 0,5%Cr, 0,55%Ni e 0,2%Mo 
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LINKS
http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo.php?codAssunto=42
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6495-trefilacao-introducao#.Vl2W3fmrRUQ
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Shot Peening
Shot peening é um processo utilizado para produzir uma camada de compressão residual e modificar as propriedades mecânicas dos metais.  É obtido através do bombardeamento da superfície com esferas (metálica, vidro ou de cerâmica), com força suficiente para criar a deformação plástica.  É semelhante ao jateamento, exceto que ela opera pelo mecanismo de plasticidade, em vez de abrasão cada partícula funciona como um martelo de bola. Na prática, isso significa que menos material é removido pelo processo. 
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