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CLASSIFICAO DOS AOS E ELEMENTOS DE LIGA CLASSIFICA Awww.em.pucrs.br/nuclemat Prof. Carlos A. dos SantosNCLEO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS METLICOS
MATERIAIS II
AOS LIGABibliografia:
CHIAVERINI, V., Aos e Ferros Fundidos, Editora ABM, 2004 SMITHS, W., Materials Science, Blower Ed., 1996 REED-HILL, Physical Metallurgy, McGrall- Hill, 1998 KRAUS, G. Steels: Processing, Structure, and Performance. ASM International, 2005
Arlindo Silva
Material disponvel no site: www.em.pucrs.br / nuclemat
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Nomenclatura AISI-SAE para Aos ao Carbono e Aos ligadosMATERIAIS II Arlindo Silva
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MATERIAIS II
Ao XX XX = 1 dupla indica FAMLIA 2 dupla indica TEOR C; H = indica temperabilidade B = indica presena de Boro; L indica carbono extra baixo
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MATERIAIS II
Aos H
Aos B
Aos com caractersticas de tratamento trmico garantidas Caracterstica importante em indstrias de produo em massa, garantindo reprodutibilidade Distingue-se das designaes normais por um H no fim AISI 4140H : Ao-CromoMolibdenio com 0,40%C com caractersticas de tratamento trmico garantidas
Aos com teores de Boro desde 0,0005 a 0,003% Confere aos aos de baixo e mdio carbono uma excelente temperabilidade, s atingvel com elementos de liga mais caros e em maior quantidade Pode ser tambm usado em aos de baixa liga AISI 50B44 : Ao-Cromo com 0,44%C e Boro.
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MATERIAIS II
Independentemente de ser ou no ligado, um ao pode a ser classificado segundo vrios critrios: v critResistncia mecnicaValor da tenso limite de elasticidade: Aos correntes > 600 MPa Aos de alta resistncia 600 > > 1100 MPa Aos de muito alta resistncia 1100 < < 1800 MPa
Teor em CHipoeutetides (%C < 0,77) Baixo teor em C (%C0,25) Mdio teor em C (0,25 < %C < 0,50) Alto teor de C (%C > 0,5) Eutetides (%C = 0,77) Hipereutetides (%C > 0,77)
UtilizaoAos de construo Aos-ferramenta Aos rpidos Aos trabalho quente Aos trabalho a frio Aos resist ao choque Aos especiais Resist. corroso Resistentes a altas temperaturas Aos para molas, etc
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Aos de ultra alta resistncia >1800 MPa
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MATERIAIS II Arlindo Silva
AOS AO CARBONOMicroestrutura de Ferrita, Perlita e Cementita Propriedades dependem do tratamento trmico e/ou % de deformao plstica Elevada rigidez Podem atingir elevada resistncia e dureza Material por excelncia para construo mecnica
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MATERIAIS II
CLASSIFICAO CLASSIFICABaixo Carbono (%C < 0,25) Grande ductilidade Bons para extenso trabalho mecnico e para soldagem Construo de pontes, edifcios, navios, caldeiras, e peas de grandes dimenses em geral No temperveis
Mdio Carbono (0,25 < %C < 0,50)Temperados e revenidos atingem boas tenacidade e resistncia Usados em veios, engrenagens, bielas, carris, etc
Alto Carbono (%C >0,5)Elevadas dureza e resistncia depois de tmpera Pequenas ferramentas de baixo custo Componentes agrcolas sujeitos a desgaste Molas, engrenagens, cames e excntricos
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Os aos ao carbono podem ainda ser obtidos no estado de laminado a frio (cold finished) ou de laminado a quente (hot finished), este ltimo para %C > 0,25
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MATERIAIS II
CARACTERSTICAS CARACTERNo temperveisa. b. c. AISI 1006/1010 AISI 1020 AISI 1030 d. e. f.
UsinveisAISI 1112 AISI 1140(tempervel)
Temperveisg. h. i. j. k. l. AISI 1040 AISI 1045 AISI 1050 AISI 1060 AISI 1080 AISI 1095
AISI 1150(tempervel)
Desvantagens Vantagens Gama larga de propriedades Relativamente baratos Representam 80% de toda a produo de ao Resistncia sempre inferior a 700MPa (sem t.t.) Tmpera difcil para largas espessuras ( distoro/ fratura) Fraca resistncia ao impacto a baixas temperaturas Baixa resistncia corroso Rpida oxidao em temperaturas elevadas Difceis de trabalhar para teores elevados de carbono Cuidado na soldagem de aos com %C > 0,3
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MATERIAIS II
PROPRIEDADES
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MATERIAIS II
AOS BAIXA LIGAEFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AOS AElementos de liga ao ao para obter propriedades e caractersticas particulares: Melhoria de propriedades mecnicas Melhoria da temperabilidade Maior usinabilidade, resistncia ao desgaste, fadiga, etc
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Melhoria de resistncia corroso Melhoria de propriedades mecnicas a baixas e/ou altas temperaturas
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Variao da Temperatura e Composio do Eutetide com % Elemento de Liga Varia Composi EutetMATERIAIS II Arlindo Silva
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Variao do Campo Austentico com % Elemento de Liga Varia AustenMATERIAIS II Arlindo Silva
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MATERIAIS II
FORMA COMO SE ECONTRAM OS ELEMENTOS DE LIGA
DISSOLVIDOS NA MATRIZ
FORMANDO CARBONETOS
FORMANDO COMPOSTOS INTERMETLICOS
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Teores mximos de alguns elementos nos aos sem liga: Al 0,10% Ni 0,30 Bi 0,10 Nb 0,06 B 0,0008 Pb 0,40 Cr 0,30 Se 0,10 Co 0,10 Si 0,50 Cu 0,05 Ti 0,05 Mn 1,65 W 0,01 Mo 0,08 V 0,10
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MATERIAIS II
Influncia dos elementos de liga nas propriedades
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Aos Liga para tmpera totalMATERIAIS II
Todos os aos liga cuja % de carbono exceda os 0,3% Os mais usados so os AISI 4140, 4240, 4340, 4160Curvas de Temperabilidade
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MATERIAIS II
Aos Liga para endurecimento superficialTodos os aos de liga cuja percentagem de carbono no exceda os 0,3%. Os mais usados so os AISI 9310 e 4615Dureza superficial
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Dureza no ncleo
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MATERIAIS II
Aos microligados - HSLASo especificados pela resistncia e no pela composio Desenvolvidos a partir dos aos de baixo carbono com pequenas adies de Mn (at 2%) e outros elementos em nveis muito pequenos Maior resistncia que aos de baixo carbono, com ductilidade e soldabilidade Destinados a estruturas onde a soldagem um requisito primrio (=>C baixo) Grande ganho de peso a custo reduzido Temp. Transio dctil-frgil muito baixa e tenacidade fratura elevada Ganho de resistncia obtido por soluo slida dos elementos de liga e no por tratamento trmico
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Nb, Ti, V, N formam precipitados inibindo o crescimento de gro e melhoram a tenacidade Adio de 0,5%Cu max conferem melhor resistncia corroso
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Aos microligados - HSLAMATERIAIS II Arlindo Silva Exemplo: AISI 1030 c=250MPa ASTM A572 Grade 50 - c=345MPa
(mesma %C, com Mn, V, Cu, Si)
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MATERIAIS II
AOS DE ALTA LIGA(HADFIELD, MARAGING, INOX) Elevadas percentagens de Cromo e/ou Nquel e/ou Mangans Elevada resistncia corroso Boa resistncia mecnica Podem atingir elevada resistncia e dureza
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MATERIAIS II
AOS HADFIELD (C-Mn)Aos de alta liga com %C entre 1 e 1,4 e %Mn entre 12 a 14 Apresentam grande resistncia e elevada tenacidade Fceis de soldar => aplicao em peas sujeitas ao desgaste Resistncia corroso idntica aos aos ao carbono O Mn traz a austenita at temp. ambiente. A austenita transforma-se em martensita por deformao plstica Aplicados em ferramentas pneumticas, dentes de escavadoras, mandbulas de mquinas de britar, agulhas de caminho de ferro, etc
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Especificao atravs da norma ASTM A128 em vrios Graus
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MATERIAIS II
AOS MARAGING (Fe-Ni)Classe especial de aos de ultra alta resistncia 18-20%Ni, 8-10%Co, 3-5%Mo, presena de Ti, 0,05%C max Resistncia pela precipitao de intermetlicos aps tratamento Antes do tratamento pode ser facilmente trabalhado Resist. mecnica e tenacidade superiores aos aos temperados Resist. corroso idntica aos aos temperados Excelente soldabilidade e razovel ductilidade
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Tenso de escoamento entre 1000 e 2400MPa Aplicao quase exclusiva na indstria aeroespacialEspecificao atravs da norma ASTM A538 em Grade A, B e C
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MATERIAIS II
Nomenclatura ASTM para aos maraging
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AOS INOXIDVEIS (Fe-Cr-(Ni))Ligas base de Fe, com um mnimo de 11%Cr em soluo para prevenirem a corroso O carbono est presente em teores baixos (0,03% ferrticos at 1% martensticos) Grande resistncia corroso e elevada resistncia mecnica Podem apresentar estrutura ferrtica, austentica, martenstica, ou mista, de acordo com as % de elementos de liga e/ou trat. trmico
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TIPOS BSICOS DE AOS INOXMATERIAIS II
FERRTICOS11%Cr20, %C0,3 No podem ser tratados termicamente
AUSTENTICOS17%Cr25 ; 6%Ni20 Estrutura austentica temp. ambiente No podem ser tratados termicamente Mais resistente corroso
MARTENSTICOS12%Cr18;0,1%C1,2 Quando temperados atingem elevados nveis de dureza e resistncia
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0,2%C 1,0%C
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OUTROS TIPOS DE AOS INOXMATERIAIS II
DUPLEXMicroestrutura bifsica austenita+ferrita Melhor resistncia corroso que os austenticos Tenso escoamento pode atingir valores duplos dos austenticos
PHEndurecimento por precipitao Teores variveis de Ni e Mo Precipitados de Cu, Al, Ti e Nb Elevadas resist. mecnica e tenacidade, mantidas a altas temperaturas
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Diagrama de SchaefflerMATERIAIS II Arlindo Silva
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MATERIAIS II
Nomenclatura para aos inox
A nomenclatura AISI contm 3 sries de 3 dgitos Srie 200 (Cr, Ni, Mn) Srie 300 (Cr, Ni) Srie 400 (Cr) As sries 200 e 300 so austenticas A srie 400 contm as ligas ferrticas e martensiticas
A nomenclatura UNS tem o prefixo S seguido do nmero de srie AISI e mais dois dgitos, em geral 00
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MATERIAIS II
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APLICAESMATERIAIS II FERRTICOS APLICAES Corroso atmosfrica Temperatura elevada Decorao 405 409 430 430F 446 MARTENSTICOS Componentes estruturais Instrumentos de corte Ferramentas 403 410 414 416 420 431 440A 440B 440C AUSTENTICOS Resistncia qumica Tanques Piping PH Componentes estruturais Molas
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310 314 316 317 321 347 304L 316L
201 202 301 302 303 304 305 308 309
TIPOS
17-4 15-5 13-8 17-7 15-7 Mo