4.4 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NAS PROPRIEDADES DOS AÇOS As propriedades e características exigidas para o forjamento a quente variam de acordo

com os elementos de liga que os aços apresentam. O tipo de aço a ser empregado no forjamento dependerá de fatores como:

- tempo e temperatura para pré aquecimento; - condições de aquecimento;

- número de vezes que a peça é reaquecida durante as etapas de forjamento; - capacidade de carga da máquina de forjamento;

- método de forjamento adotado; - condições de resfriamento do forjado; - condições do tratamento térmico.

Dentre os fatores que influem na definição da temperatura para o forjamento de aços carbono e aços liga, como faixa de temperatura para se obter uma boa plasticidade e a quantidade de deformação necessária para obtenção do forjado, o percentual de carbono é o que tem maior importância.

O aumento do percentual de carbono e elementos de liga destes aços tende a diminuir a temperatura adequada para o forjamento. O aumento da taxa de deformação tende também a favorecer a forjabilidade a quente destes aços.

Dependendo da complexidade da geometria, tamanho e espessura da seção do forjado, martelos ou prensas excêntricas são recomendados, uma vez que o tempo de contato entre o material aquecido e as matrizes durante o forjamento são relativamente menores, evitando uma maior perda de calor por parte do forjado o que poderia comprometer a obtenção da peça final sem defeitos (Metals Handbook, 1996).

Com relação à capacidade de carga da máquina de forjamento a quente, deve-se notar que para uma mesma taxa de deformação, determinados materiais – como o aço ferramenta AISI A6 - necessitam maior pressão de forjamento em relação a outros – como o 1020 e o 4340 -, para um mesmo grau de deformação.

Observa-se também que a variação do grau de deformação de 10 para 50 %, para os referidos aços, promove um aumento percentual da pressão de forjamento. Esse aumento é mais acentuado para o aço A6 com temperatura de forjamento próxima a 1000 ºC. Outra observação é que os aços 1020 e 4340, submetidos a uma deformação entre 10 e 50 %, e o aço A6, deformado a 10 %, apresentam um aumento da pressão de forjamento com a diminuição da temperatura (1250 a 850 ºC) menos acentuado que o observado para aço A6 deformado 50% (Metals Handbook, 1996).

O aumento da taxa de deformação produz um respectivo aumento na pressão de forjamento, sendo maior a influência daquele primeiro sobre este último para temperaturas de forjamento mais elevadas.

Dependendo da geometria da peça forjada é necessária mais de uma etapa de forjamento, obtendo-se uma ou mais pré-formas que permitam o preenchimento adequado da matriz final.

Essas deformações prévias têm pouco efeito sobre a dureza e resistência mecânica, mas melhoram a ductilidade, resistência ao impacto e à fadiga, uma vez que quebram segregações, fecham porosidades, homogeneizam mais o material, produzem uma fibração adequada da microestrutura de grãos e reduzem o tamanho de grão fundido (Metals Handbook, 1996).

Aços com percentuais de carbono elevados devem ser aquecidos lentamente. Acima de 1,4 % C os aços se tornam mais fáceis de laminar e forjar.

Kamenschikov (19--) descreve a influência de alguns elementos químicos nas propriedades dos aços, como mostrada a seguir.

O silício aumenta a resistência à tração e a elasticidade do aço, mas diminui sua soldabilidade e dutilidade, sem contudo, influir de modo apreciável em sua conformabilidade.

Aços estruturais possuem de 0,2 a 0,4% Si (Kamenschikov, 19--). Já aços microligados para forjamento possuem silício em torno de 0,30, sendo que algumas classes possuem percentuais acima de 0,70. Um alto teor de silício promove uma maior tenacidade, devido provavelmente à maior quantidade de ferrita em relação à produzida pelos aços ferríticos-perlíticos com menores teores (Metals Handbook, 1996).

O manganês aumenta a resistência ao impacto, à tração e ao desgaste do aço, além de diminuir os efeitos nocivos do enxofre. Por outro lado, aumenta a susceptibilidade do aço ao superaquecimento e ocorrência de trincas, necessitando que a temperatura de aquecimento e de encharcamento – temperatura em que o material é mantido para homogeneização - sejam bem controladas (Kamenschikov, 19--). Em vários aços microligados ele aparece em quantidades relativamente grandes (1,4 a 1,5 %) e tende a promover uma diminuição da espessura das lamelas de cementita sem diminuir o espaçamento entre as lamelas – ferrita, cementita - da perlita. Isto faz com que para altos teores de manganês sejam necessários menores teores de carbono para se obter um maior percentual de perlita quando se deseja alta dureza. O manganês possibilita também o endurecimento por solução sólida aumentando a solubilidade dos carbonitretos de vanádio e diminuindo a temperatura solvus dessa fase (Metals Handbook, 1996).

A adição de níquel ao aço permite um aumento da ductilidade, plasticidade, resistência à tração sem afetar sua conformabilidade. Mas, escamas e carepas podem aderir à superfície do material durante seu aquecimento e serem introduzidas no forjado durante a conformação, comprometendo as propriedades do forjado produzido.

O cromo aumenta a dureza, a resistência à tração e a elasticidade, mas diminui a dutilidade e a condutividade térmica. Os aços cromo no estado fundido possuem uma estrutura difícil de ser quebrada no forjamento, necessitando de muito trabalho a altas temperaturas para se obter uma estrutura mais fina. Os aços cromo podem ser forjados satisfatoriamente a altas temperaturas, de 1500 a 850 ºC , mas abaixo de 850 ºC a elevação acentuada da dureza superficial pode levar ao aparecimento de trincas.

O molibdênio é adicionado, geralmente, com níquel e cromo permitindo o aumento do resistência à tração e da dutilidade do aço e diminuição de sua condutividade térmica. O limite de percentagem do molibdênio para vários tipos de aços não excede 0,45% e, raramente, se chega a 1%. Aços com percentual de molibdênio elevado devem ser aquecidos lentamente, uma vez que se tornam mais susceptíveis ao superaquecimento. Da mesma forma, o resfriamento deve ser

lento, visto que esses aços são temperáveis ao ar e susceptíveis a formar trincas (Kamenschikov, 19--).

O vanádio geralmente não excede 0,3%, permitindo um aumento da resistência à tração, da elasticidade, com formação de grãos mais finos, além de melhorar a forjabilidade e evitar o superaquecimento (Kamenschikov, 19--). Em aços microligados, o vanádio ajuda no aumento da resistência promovendo a formação de carbonitretos. Nestes casos, a adição de nitrogênio é importante para um eficaz endurecimento por precipitação de carbonitretos de vanádio, uma vez que aquele é o principal componente intersticial desses últimos. Já a adição de nióbio e titânio nos aços microligados melhoram as propriedades de resistência e tenacidade controlando o tamanho de grão austenítico. Este controle também é obtido com a adição de alumínio que promove a formação de partículas de nitretos de alumínio (Metals Handbook, 1996).

O tungstênio permite um aumento da dureza e resistência à tração, uma leve diminuição da ductilidade e redução da condutividade térmica. Os aços tungstênio necessitam ser aquecidos lentamente e forjados a temperaturas mais elevadas em relação aos aços carbono (Kamenschikov, 19--).

O enxofre é um elemento prejudicial que, além de diminuir a resistência à tração, leva a formação trincas durante o forjamento a quente. Aços para peças importantes não devem conter percentuais acima de 0,02 a 0,03% (Kamenschikov, 19--). Porém, muitos aços microligados com aplicação em forjados para indústria automotiva, que necessitam boa usinabilidade, possuem relativamente alto teor de enxofre (Metals Handbook, 1996).

O fósforo, ao contrário do enxofre, fragiliza o material à temperatura ambiente, não podendo ser superior a 0,03 a 0,04% para peças que precisam ter um alto desempenho.

A forma em que a matéria prima se apresenta também é importante para a obtenção de um forjado com qualidade. Pode-se utilizar um lingote ou barras extrudadas ou laminadas. Lingotes geralmente são utilizados na obtenção de forjados pesados, enquanto que barras laminadas são utilizadas para forjados mais leves.

Os aços forjados dependendo de suas aplicações posteriores sofrem tratamento de cementação seguido de têmpera e revenimento, e por se tratar de uma aplicação industrial importante, são descritos a seguir.