AÇOS ULTRA-RESISTÊNTES ENSAIO DE IMPACTO

(1)

AÇOS ULTRA-RESISTÊNTES

(2)

Aços maraging (palavra-valise em inglês de martensite + aging)

são aços conhecidos por terem uma alta dureza sem perderem a maleabilidade. São uma classe especial de aços baixo carbono de ultra alta resistência, pois sua alta resistência não envolvem reações com o carbono mas sim a precipitação de compostos intermetálicos. O principal elemento de liga é o níquel de 15 a 25% . Outros

elementos adicionais que produzem precipitados intermetálicos incluem Cobalto, Molibdenio, e Titanium.

TRATAMENTO TÉRMICO

Primeiramente o aço é aquecido até homogeneização do elementos de liga e formação de Austenita (geralmente 800°C). Seguido de (têmpera) resfriamento rápido até 200 °C para formação da

estrutura Martensítica. Neste ponto, as peças costumam ser

usinadas e soldas, pois é onde se obtém as melhores condições para tais processos. Então é feito tratamento de envelhecimento, que consiste de um reaquecido entre 425º e 510°C quando ocorre o endurecimento por precipitação e aumento da resistência mecânica

(3)

ENDURECIMENTO DOS AÇOS MARAGING

Os três mecanismos de

endurecimento dos aços

maraging são o endurecimento

pela transformação martensítica,

endurecimento por solução sólida

e endurecimento por

(4)

AÇOS ULTRA-RESISTÊNTES

• _{Resistência teórica do Fe aproximadamente 1.750}

kgf/mm

2

_{(vencer atrações interatômicas)}

• _{Aços liga ultra-resistente de baixo teor em liga}

• _{C= 0,35%; Mn= 0,30%; Si= 1,0%; Mo= 1,5%; V= 0,4.}

• _{Ex. AISI H-11 empregado em matrizes p/ trabalho à}

quente, temperado e revenido entre 540ºC e 600ºC,

ocorre a precipitação de carbonetos de Mo e V

extremamente finos.

• LR  210 kgf/mm

2

_{(2.100 MPa) à temp. Amb.}

(5)

AÇOS MARAGING

• LR  280 kgf/mm2 com notável ductilidade  60%

• _{Aços ao níquel com 18 a 30% de Ni, Mo, Ti, Co, baixo}

alumínio e baixo carbono (0,03% máx.).

• _{Temperado e revenido pode ser trabalhado a frio e a}

quente e ser submetido aos processos de soldagem.

• _{Designição 18Ni (250) (LE em lbf/pol.}

2

₎

• _{Aplicações: Carcaças de turbinas, de mísseis e aviões.}

Trens de aterrisagem.

(6)

(MarAging Steel)

Aluno:. Thiago Carneiro de Sousa

Os aços maraging possuem uma martensita dúctil e tenaz, com uma estrumra cúbica de corpo centrado (C.C.C.) formada no sistema ferro-níquel, ao invés da martensita tetragonal do sistema ferro-carbono.

Aços Maraging

Nos aços carbono e aços ligados convencionais, a melhoria da tenacidade se obtém pelo revenimento da martensita a uma temperatura adequada.

Estes aços exigem a presença de um teor de carbono da ordem de 0,4-0,5%, para se obter o nivel necessário de resistência mecânica. As grandes variações volumétricas que ocorrem na formação da martensita com carbono são responsáveis pela presença de

(7)

Já os aços maraging são praticamente isentos de carbono e são

martensíticos na condição solubilizada, podendo ser facilmente usinados nesta condição (a estrumra martensítica Fe-Ni é de baixa dureza e não exige velocidades de resfriamento elevadas para sua formação).

O endurecimento ocorrerá pelo envelhecimento da estrumra martensítica (daí vem o nome mar + aging = envelhecimento da martensita), a uma temperatura da ordem de 480°C.

Em conseqüência, a dilatação é praticamente inexistente e a contração é inferior a 0,01%

(8)

Envelhecimento de ligas no sistema Fe-Ni-Mn resultam na

formação da fase θ NiMn que é fragilizante.

Nestes tipos de liga a transformação austenita->martensita

não é completa, permanecendo pequena quantidade de

austenita retida.

Estudos mostraram que a soma Mn+Ti deve estar abaixo

de 3,5 % para evitar a precipitação de fases fragilizantes.

(9)

AÇOS MARAGING

São aços de estrutura martensítica, contendo altos teores de níquel (18 a 30%), cobalto, molibdênio, titânio, e baixos teores de carbono (0,03% máx.).

Sua resistência mecânica e tenacidade são superiores às dos aços temperados, e sua resistência a corrosão é equivalente.

(10)

AÇOS MARAGING

Esses aços são submetidos a um tratamento térmico o qual confere endurecimento por precipitação.

O aço é aquecido entre 590ºC e 700ºC e em seguida resfriado

rapidamente, o que lhe confere uma estrutura martensítica apesar do baixo teor de carbono, com uma matriz de solução sólida de níquel no ferro alfa.

Ao ser reaquecido entre 425º e 510ºC ocorre endurecimento por precipitação e aumento da resistência mecânica.

(11)

Antes do tratamento térmico, pode ser trabalhado a frio e a quente, pode tambem ser submetido aos processos de soldagem (possui exelente soldabilidade).

(12)

(13)

É conhecido como um aço de ultra alta resistência, podendo atingir um LR  280 kgf/mm2 ou 2800 MPa (no caso do 18Ni (250)). Possui

tambem notável ductilidade ( 60%).

AÇOS MARAGING

O compartimento dos motores é feito em Aço Maraging

(14)

Sua especificação é feita através da norma ASTM A538 em Grade A, B e C.

(15)

Aços maraging são ligas de vasta aplicação que vai desde a indústria bélica e nuclear até componentes aeronáuticos (Carcaças de turbinas, de mísseis e aviões, trens de aterrisagem), vasos de pressão e a

indústria esportiva. Atualmente estes aços vêm sendo estudados para utilização em rotores de alta velocidade de motores de histerese.

AÇOS MARAGING

Foto Embraer Trem de Pouso Principal

de um EMB170 /190 Os aços inoxidáveis do tipo 15-5PH

(16)

(17)

(18)

APLICAÇÕES

As principais vantagens dos aços maraging são:

• Altíssima tensão de escoamento e de resistência até 3500 MPa; • Alta tenacidade à fratura (superior à maioria dos aços);

• Suporta temperaturas de trabalho de até 400ºC; • Boa conformabilidade;

• Usinável antes do tratamento de precipitação;

• Endurecimento realizado a baixo custo com pouca modificação dimensional;

• Não trinca devido a tensões de têmpera; • Não ocorre descaburação;

• Pode ser nitrocarburado; • É soldável

A principal desvantagem é o custo do material. Desta forma os

aços maraging são aplicados na indústria aeronáutica, aeroespacial, militar, como matriz e ferramentas e na área nuclear.

(19)

AÇOS GRAFÍTICOS

• _{Alto carbono e silício, particulas de carbono livre (grafita)}

• _{Aço endurecível, usinavel e com resistência ao desgaste.}

• _{Aplicações: Matrizes e punções de corte.}

(20)

ENSAIO DE IMPACTO CHARPY

(21)

Máquina de impacto Charpy

21 Equipamento para ensaios de impacto de 750 J

(22)

Resfriamento dos CP.s Charpy

22 Sistema de resfriamento e Homogeneização de temperatura. Temperaturas fixas: CO₂ = -78,5°C O₂ = -182,96°C N₂ = -192,80°C H₂ = -252,88ºC

Fig. esquema do banho líquido de

Corpos de prova para ensaio de impacto

DOIS TERMOSENSORES DOIS TERMOSENSORES AGITADOR AGITADOR CONTROLE CONTROLE HOMOGENEIZAÇÃO DO BANHO HOMOGENEIZAÇÃO DO BANHO TEMPERATURA TEMPERATURA

(23)

Comportamento do material em baixas temperaturas

Ensaio de impacto Charpy

Mudança de comportamento de dúctil para frágil com o abaixamento da temperatura

Efeito do carbono sobre a fragilidade de aços

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

Vários materiais submetidos ao ensaio Charpy

(J ) (ºC) -250 -200 -150 -100 -50 0 50 1000 20 40 60 80 100 120 140 CFC CCC HC E n er g ia A b s o rv id a Temperatura

(29)

AÇOS CRIOGÊNICOS

• _{Aplicações em baixas temperaturas ± -250ºC (hidrogênio líquido)} • _{Aços ao Ni ~ com 5% Ni até -120ºC}

• _{com 9% Ni até -269ºC} • _{Aços inoxidáveis austeníticos.}

Aço crigênico (CFC) Aço ferrítico (CCC)

Dúctil

Frágil

Temperatura ºC

R e si st ê n ci a ao c h o q u e ( N .m ) HC ENSAIO CHARPY

(30)

Ensaio de impacto charpy

(máquina moderna)

Máquina Ensaio de impacto da DINATESTE

Pêndulo de impacto computadorizado, para realização de ensaios Charpy e Izod em polímeros.

(31)

(32)

ENSAIO DE IMPACTO CHARPY- ORIENTAÇÃO DOS CP.S

FATORES QUE INFLUÊNCIAM A TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO:

 Tratamento térmico;  Tamanho de grão;  Encruamento

(33)

Retirada dos corpos de provas de juntas soldadas

Posição de retirada dos corpos de prova do metal de solda

(34)

Metalurgia da Soldagem

Curvas Temperatura-Tempo-Transformação (TTT)

727 °C

EXEMPLOS DE RENDIMENTOS TÉRMICOS

PROCESSO TIG ER MIG MAG AS AT PL

RENDIMENTO 0,55 0,78 0,72 0,78 0,95 0,80 0,66

E = Energia de soldagem absorvida (joule/mm) f = eficiência de transmissão de calor(%)

V = tensão (V) I = corrente (A)

v = velocidade de avanço (mm/segundo)

v

VxI

f

(35)

EXEMPLOS DE RENDIMENTOS TÉRMICOS

PROCESSO TIG ER MIG MAG AS AT PL

RENDIMENTO 0,55 0,78 0,72 0,78 0,95 0,80 0,66

E = Energia de soldagem absorvida (joule/mm)

f = eficiência de transmissão de calor(%) V = tensão (V)

I = corrente (A)

v = velocidade de avanço (mm/segundo)

Energia de Soldagem

Heat Input (kJ/in.) = Power kJ/s X Arc Time (s)

Weld Bead Length (in.)

v

VxI

f

(36)

(37)

Gráfico da tabela do ensaio Charpy

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 1000 20 40 60 80 100 120 140

Limite aceito pela norma

E n er g ia a b so rv id a (J ) Temperatura(ºC)

(38)

CATÁLOGOS DE ELETRODOS

Metal depositadoT 460N/mm2

A 25-30%

(39)

(40)

Titanic

(41)

Titanic

C Mn P S Si Cu O N Mn/S Titanic (*) 0,21 0,47 0,045 0,069 0,017 0,024 0,013 0,0035 6.81 ASTM A36 0,20 0,55 0,012 0,037 0,007 0,01 0,079 0,0032 14,91

(*) Amostra extraída da placa do casco

(42)

42

Pedaço do casco do Titanic. Análise revelou a fragilidade do aço, por causa do enxofre na sua composição

O Titanic teria

permanecido mais tempo à superfície se o aço fosse de melhor qualidade

(43)

O PIPOQUEIRO MARQUETEIRO

“O SORRISO É A MENOR DISTÂNCIA ENTRE DUAS PESSOAS”

Nenhum contato manual com os insumos da produção; Vestimenta

totalmente branca; Guarda-pó e calças trocadas diariamente; kit-higiêne

Palestras MASISA – ANHEMBI - SP Gestão Sem Lacunas - Petrobrás