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Resumo
No âmbito da unidade curricular Especialização II, este relatório técnico foi realizado com o intuito de estudar o aço inoxidável ferrí�co no que diz respeito à sua trabalhabilidade, que por outras palavras se pode definir como uma análise às capacidade deste material ser preparado e aplicado a uma função. Seguido isto, neste trabalho foi primeiramente abordado o material aço inoxidável como um todo. Com isto se pretende fazer uma abordagem generalista sobre as propriedades transversais a este �po de aço, avançando de seguida para uma convergência ao aço inoxidável ferrí�co (que é o material de estudo) que passa primeiramente por uma forma de dis�nção ou classificação dos de aços inoxidáveis, analisando-se também no decorrer desse capítulo as propriedades e caracterís�cas de outros �pos de inoxidáveis. Finalmente entra-se no domínio dos ferrí�cos fazendo-se uma apresentação das suas caracterís�cas mais “apetecíveis” por parte da indústria. Este trabalho segue então, uma jornada de dissecação do aço inoxidável ferrí�co, apresentando várias caracterís�cas, desde �sicas, mecânicas, dando-se também uma importância especial a aspectos que influenciam a produção e transformação do material, bem como manutenção tentando-se aplicar comparações aos principais concorrentes á aplicação deste material específico que são os outros �pos de aços inoxidáveis e aço carbono.
Índice
Resumo ...................................................................................................................................i Abstract .................................................................................................................................. ii Lista de abreviaturas e simbologia ............................................................................................ Introdução aos aços inoxidáveis ................................................................................................
Classificação........................................................................................................................ Porque os ferrí�cos? ............................................................................................................. Microestrutura dos ferrí�cos .................................................................................................... Cons�tuição química dos aços inoxidáveis ferrí�cos ................................................................. Propriedades �sicas ................................................................................................................ Propriedades Mecânicas ......................................................................................................... Formabilidade....................................................................................................................... Maquinabilidade ..................................................................................................................... Efeitos dos elementos de liga na maquinabilidade aços inox ............................................... Resistência à corrosão ............................................................................................................ Qualidade superficial .............................................................................................................. Selecção de Materiais ............................................................................................................. Fabricação .............................................................................................................................. Aplicações............................................................................................................................. Conclusão ............................................................................................................................... Bibliografia e Web grafia ......................................................................................................... Anexo I ...................................................................................................................................a Anexo II ..................................................................................................................................b iii Sérgio
Introdução aos aços inoxidáveis
Desenvolvidos no início do século XX na Alemanha e Inglaterra, o aço inoxidável ganhou importância sob o desígnio de ter elevada resistência à corrosão ao contrário da maioria dos metais u�lizados em engenharia até então. As ligas de aço inoxidável são baseadas em ferro (Fe) contendo um mínimo de cromo (Cr), de aproximadamente 10,5%. Este é o elemento mais importante encontrado nestas materiais, sendo o responsável pela designação de “inoxidável”, na medida que, para o mínimo teor de 10,5% ajuda a elevar a resistência à corrosão. Como o Cr é um elemento que reage com bastante facilidade, para quan�dades percentuais acima do mencionado, este elemento conjuga-se com o oxigénio e humidade do ambiente formando uma película de óxido protector aderente que envolve toda a super�cie do material com cerca de 2 a 3 μm. Esta camada de óxido tem um comportamento diferenciador, de auto regeneração, quando danificado.
Gráfico 1 – Diagrama de relação composição-microestrutura
Através deste gráfico é possível também relacionar a composição e microestrutura. Os aços inoxidáveis ferrí�cos apresentam uma estrutura cristalográfica CCC (cúbica de corpo centrado), sendo cons�tuídos à base de Fe com teores de Cr entre os 10,5 a 30%, sendo que �picamente são cons�tuídos por 12,5 ou 17%. Este limite do teor de Cr é um indicador u�lizado para tabelar todas as ligas comercialmente produzidas. Para além do Cr, outros elementos de liga são adicionados, alterando a microestrutura e/ou propriedades. Embora conhecidos acerca de 90 anos, este grupo de aços não é tão comummente seleccionado, suscep�bilidade para fragilização a temperaturas muito elevadas, sensibilidade ao entalhe e baixa soldabilidade quando comparado com os austení�cos e martensí�cos. Esta diferenciação prende-se com certas propriedades do material que mais adiante vão ser exploradas em pormenor. Os aços austení�cos pertencentes à serie 300, consistem em Cr de 16 a 28%, níquel de 2 a 34% e Fe, dispondo de uma estrutura cristalográfica CFC (cúbica de faces centradas). Outros elementos de liga como molibdénio podem também aparecer de acordo com as propriedades específicas do material. Assim este elemento de liga, ou outros elementos como o C, podem ser ajustados segundo a performance de resistência à corrosão apresentando este �po de aço inoxidável uma resistência à oxidação superior à de qualquer outra categoria de aço inox. Este material não apresenta caracterís�cas magné�cas quando subme�do a um tratamento térmico de recozimento, podendo ser endurecido apenas pela conformação a frio
Os aços inoxidáveis Martensí�cos consistem essencialmente em C com teores de 0,1 a 0,5% ou
Gráfico 2 – Custo histórico do Ni para 6 meses
Este é um elemento de liga comummente usado nos aços inoxidáveis austení�cos da série 300. No gráfico observa-se um aumento gradual do valor da matéria-prima durante os úl�mos 6 meses, sendo que a variação diária e falta de controlo sobre este fenómeno, também afecta os produtores, levando a um inevitável aumento e destabilização do custo dos seus aços. Perante esta situação tem-se verificado que alguns u�lizadores têm procurado soluções que estejam mais em conta, e que não estejam tão dependentes do Ni, como acontece nos austení�cos (que contêm muito Ni na sua cons�tuição), subs�tuindo estes por materiais que tenham caracterís�cas similares para os seus produtos ou aplicações. Os aços inoxidáveis ferrí�cos são materiais com um preço baixo, que responde bem às necessidades dos projectos de caracterís�cas de alta qualidade, sendo assim uma excelente alterna�va a aplicações supostamente de exclusividade austení�ca. Estes são, materiais mais baratos quando comparados aos austení�cos, devido essencialmente ao custo mais baixo por parte do Cr quando comparado com o Ni como se pode visualizar o Gráfico 3.
Gráfico 3 - Custo histórico do Cr para 6 meses
Desta comparação entre custos expostos nestes dois úl�mos gráficos, observando-se um valor 5 muito superior para o metal Ni rela�vamente ao Cr, que é u�lizado em elevadas percentagens no inoxidável ferrí�co em vez do Ni empregue no inoxidável austení�co.
Rela�vamente à cons�tuição química dos inoxidáveis ferrí�cos, são poucas as séries que
- Tabela 1 – Cons�tuição química dos aços do grupo
- Tabela 2 – Cons�tuição química dos aços do grupo
Gráfico 4 – Gráfico tensão-deformação
Como já referido anteriormente, e visualizável no Gráfico 4, o inoxidável ferrí�co, nomeadamente para esta série analisada, apresenta um bom desempenho mecânico dentro dos seus limites, sendo comparável com as propriedades dos austení�cos, ultrapassando-os mesmo em alguns aspectos. De forma a ser possível comparar as propriedades mecânicas de outros inoxidáveis ferrí�cos, é visualizável no anexo II os valores caracterís�cos, onde aqui os materiais sofreram um tratamento térmico prévio de recozimento para alívio de tensões.
Formabilidade
A formabilidade retrata a capacidade do material ser modificado plas�camente. Esta propriedade intrínseca de um material varia consoante as caracterís�cas mecânicas, como a tensão de limite de elas�cidade, a tensão máxima à tracção e duc�lidade. Através destas caracterís�cas é possível definir os mínimos esforços necessários de forma a deformar plas�camente um material. 11 Quanto ao aço inoxidável, este é conformado através de processos mecânicos semelhantes ao aço carbono, havendo no entanto normais diferenças no que diz respeito aos parâmetros do equipamento em causa.
Compara�vamente ao aço carbono, o inoxidável é mais deformável. Isto quer dizer, que este
Gráfico 5 – Comparação de tensões específicas
Rela�vamente à comparação entre os aços inox, o austení�co apresenta uma capacidade para
a deformação antes de falha superior. De forma a auxiliar de guia à deformação máxima antes de falha no Gráfico 6 seguinte são definidas para repuxo e processos de es�ramento, as curvas de limite de conformação para os principais aços inoxidáveis.
