Aco Alta Liga

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12/03/2014 1 AÇOS FUNDIDOS DE ALTA LIGA Guido Warmling [email protected] [email protected] Abril 2014 AÇOS DE ALTA LIGA

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Aco Alta Liga

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  • 12/03/2014

    1

    AOS FUNDIDOS

    DE ALTA LIGA

    Guido Warmling

    [email protected]

    [email protected]

    Abril 2014

    AOS DE ALTA LIGA

    mailto:[email protected]:[email protected]

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    AOS FUNDIDOS DE ALTA LIGA

    PARTE 01

    CARACTERIZAO

    AOS FUNDIDOS DE ALTA LIGA

    Somatrio dos elementos de liga > 8%

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    AOS RESISTENTES:

    1. CORROSO (Inoxidveis):

    Ferrticos;

    Martensticos;

    Duplex.

    2. AO CALOR (Refratrios);

    3. A BAIXA TEMPERATURA (Criognicos);

    4. AO DESGASTE (Ferramenta).

    So utilizados aos liga sempre que os materiais forem

    expostos a condies extremas de meio (corrosivo, alta

    temperatura, baixa temperatura, abraso, eroso) e

    normalmente a propriedade assegurada pelo elemento de

    liga que caracteriza o ao, por exemplo cromo, Cr-Mo, Mn

    (Hadfield).

    NOMENCLATURA -ASTM

    Primeira letra: Indica para que tipo

    de trabalho utilizado:

    C Corroso

    H Alta temperatura

    Segunda letra: Indica o teor de

    Cromo-Nquel (A Z)

    O nmero que segue as duas letras indica o teor de CARBONO

    da liga.

    Letras adicionais no final podem indicar a presena de

    elementos de liga adicionados.

    Ex.: CF-8M Resistente corroso com 19Cr-9Ni 0,08%C + Mo

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    AOS INOXIDVEIS

    So ligas ferrosas que contem um mnimo de

    12% de Cromo para conferir resistncia a

    corroso.

    Outros elementos podem ser adicionados

    para produzir uma microestrutura especfica,

    maior resistncia a corroso ou propriedades

    mecnicas para trabalhos em servios especficos.

    O Cromo favorece maior estabilidade estrutural,

    pois evita formao de Carboneto de Ferro

    (muito instvel), alm de formar xidos estveis

    que aderem Superfcie.

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    AOS INOXIDVEIS

    Passividade Formao de xido protetor (Cr2O3).

    Quanto maior o teor de Cromo mais estvel o xido que se forma na

    superfcie do material.

    AOS INOXIDVEIS

    Diagrama de SCHAEFFLER

    Aplicvel soldagem, mas d uma ideia das estruturas formadas em funo

    dos teores de Creq e Nieq. Permite separar os campos onde podem ser

    formados defeitos.

    Austentico: Trincas a

    quente;

    Martenstico: Trincas

    a frio;

    Ferrtico: Perda de

    tenacidade (possvel

    formao de fase sigma).

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    AOS INOXIDVEIS

    Diagrama de fases binrio Fe-Cr.

    10,5% at 12 % de cromo

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    AOS INOXIDVEIS

    Mo

    Cr Ti

    Mn

    AOS INOXIDVEIS

    6%Cr 12%Cr 18%Cr

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    1. RESISTENTES A CORROSO (ASTM/ACI)

    Liga

    Fundida Liga

    Trabalhada Microestrutura

    Composio (%)

    Cr Ni Mo Si Mn P S C Outros

    Aos ao Cromo

    CA-15 410 Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.50 1.50 1.00 0.04 0.04 0.15

    CA-15M ---- Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.15-1.00 0.65 1.00 0.04 0.04 0.15

    CA-40 420 Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.50 1.50 1.00 0.04 0.04 0.20-0.40

    CB-30 431,442 Ferrita+Carbonetos 18.0-21.0 2.00 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.30

    CC-50 446 Ferrita+Carbonetos 26.0-30.0 4.00 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.50

    Aos Cromo-Nquel

    CA-6NM --- Martenstica 11.5-14.0 3.50-4.50 0.40-1.00 1.00 1.00 0.04 0.03 0.06

    CB-7Cu 17-4PH Martenstica-AH 15.5-17.0 3.60-4.60 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.07 2.30-3.30 Cu

    CD-4MCu --- Austenita em ferrita - AH 25.0-26.5 4.75-6.00 1.75-2.25 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 2.75-3.25 Cu

    CE-30 --- Ferrita em Austenita 26.0-30.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.30

    CF-3 304L Ferrita em Austenita 17.0-21.0 8.00-12.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.03

    CF-8 304 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.08

    CF-20 302 Austenita 18.0-21.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.20

    CF-3M 316L Ferrita em Austenita 17.0-21.0 9.00-13.0 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.03

    CF-8M 316 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-12.0 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.08

    CF-12M --- Ferrita em Austenitaou Austentica 18.0-21.0 9.00-12.0 2.00-3.00 2.00 1.50 0.04 0.04 0.12

    CF-8C 347 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-12.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.08 Nb=8xC 1.0 mx.

    CF-16F 303 Austentica 18.0-21.0 9.00-12.0 1.50 2.00 1.50 0.17 0.04 0.16 0.20-0.35 Se

    CG-8M 317 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-13.0 3.00-4.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.08

    CH-20 309 Austentica 22.0-26.0 12.0-15.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.20

    CK-20 310 Austentica 23.0-27.0 19.0-22.0 --- 1.75 1.50 0.04 0.04 0.20

    Aos Nquel-Cromo

    CN-7M 320 Austentica 19.0-22.0 27.5-30.5 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.07 3.4-4.0 Cu

    1. RESISTENTES A CORROSO

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    1. RESISTENTES A CORROSO

    MARTENSTICOS

    Boa resistncia a corroso atmosfrica e em meios pouco

    agressivos;

    Teor de Cromo necessrio para evitar corroso.

    AUSTENTICOS

    Excelente resistncia a corroso;

    Manipulao de cido sulfrico;

    Alto teor de Cromo e Carbono

    FERRTICOS

    No endurecveis por tratamento trmico;

    Boa resistncia a corroso localizada em vrios meios.

    AUSTENTICOS-FERRTICOS

    5 40% de Ferrita, depende da sua composio.

    1. RESISTENTES A CORROSO

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    RESISTENTES A CORROSO AOS INOXIDVEIS

    1. RESISTENTES A CORROSO

    1. RESISTENTES A CORROSO

    DUPLEX

    Excelente resistncia a trincamento (corroso sob tenso);

    40 50% de Ferrita;

    Baixo teor de Nquel.

    Segunda gerao:

    Presena de 0,15 0,25% Nitrognio;

    Produzidos por refino eletrnico, vcuo e argnio-oxignio

    decarburizao ou fuso em forno induo a vcuo;

    Excelente resistncia a corroso localizada;

    Excelente resistncia a corroso galvnica;

    Boa resistncia a cloretos;

    Boa Tenacidade.

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    1. RESISTENTES A CORROSO

    1. RESISTENTES A CORROSO

    ENDURECIDOS POR PRECIPITAO

    CB-7Cu e CD-4MCu.

    Baixo Carbono para menores percentuais de Austenita retida

    ou Ferrita;

    O Cobre precipita na martensita quando sofre tratamento

    trmico.

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    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

    Devem resistir a temperaturas acima de

    650C (1200 F) que envolvem a

    aplicao de meios agressivos como: ar,

    gases fludos ou gases de processos

    produtivos.

    Aos carbono e baixa liga tambm tem

    propriedades mecnicas e resistncia a

    corroso a elevadas temperaturas mas,

    somente os aos de alta liga, mantm

    estas propriedades por longos perodos

    sem excessiva ou imprevisvel

    degradao.

    Tipos:

    Ligas de Ferro-Cromo

    Ligas de Ferro-Cromo-Nquel

    Ligas de Ferro-Nquel-Cromo

    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

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    Composies Bsicas

    Liga Equivalncia

    Composio (%)

    C Mn Si P S Cr Ni Mo

    HA ---- 0.20 0.35-0.65 1.00 0.04 0.04 8.0-10.0 --- 0.90-1.20

    HC 446 0.50 1.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 4.00 0.50a

    HD 327 0.50 1.50 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 4.0-7.0 0.50a

    HE --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 8.0-11.0 0.50a

    HF 302B 0.20-0.40 2.00 2.00 0.04 0.04 18.0-23.0 8.0-12.0 0.50a

    HH 309 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 24.0-28.0 11.0-14.0 0.50a

    HI --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 14.0-18.0 0.50a

    HK 310 0.20-0.60 2.00 2.00 0.04 0.04 24.0-28.0 18.0-22.0 0.50a

    HL --- 0.20-0.60 2.00 2.00 0.04 0.04 28.0-32.0 18.0-22.0 0.50a

    HN --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 19.0-23.0 23.0-27.0 0.50a

    HP --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 24.0-28.0 33.0-37.0 0.50a

    HT 330 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 15.0-19.0 33.0-37.0 0.50a

    HU --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 17.0-21.0 37.0-41.0 0.50a

    HW --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 10.0-14.0 58.0-62.0 0.50a

    HX --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 15.0-19.0 64.0-68.0 0.50a

    a) Molibdnio no foi adicionado intencionalmente

    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

    Ligas de Ferro-Cromo (HA, HC, HD) Ferrticos;

    Baixa ductilidade a temperatura ambiente;

    8 30% Cromo; pouco ou nenhum Nquel.

    Ligas de Ferro-Cromo-Nquel (HE, HF, HH, HI, HK, HL) Austenticos e alguns contm um pouco de Ferrita;

    Melhor resistncia e ductilidade a alta temperatura que o anterior;

    Moderada resistncia a ciclos trmicos;

    18% Cromo e 8% de Nquel.

    Ligas de Ferro-Nquel-Cromo (HN, HP, HT, HU, HW, HX) Austentico;

    Alta resistncia a elevadas temperaturas;

    Considervel resistncia a ciclos e gradientes trmicos;

    10% Cromo e +23% de Nquel.

    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

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    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS:

    - No pode ser endurecido por tratamento trmico;

    - So magnticos;

    - Excelente ductilidade e resistncia a corroso e oxidao;

    - Nvel de Cromo entre 10,5% e 40% (Tpico 12% ou mais);

    - Carbono em percentuais menores que 0,20%.

    03 MOTIVOS PRINCIPAIS:

    - Aumentar a resistncia mecnica,

    - Melhorar a soldabilidade e

    - Maximizar a resistncia a corroso

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    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

    Caracterstica e Efeito da Ferrita Delta

    As caractersticas da ferrita delta principalmente magntica e

    resistente a corroso; geralmente indesejvel em aos

    inoxidveis austenticos. Sua presena na zona de fuso em

    pea soldadas tem ponto positivo. Teores de min. 4% e mx

    6% em volume apresenta como partculas isoladas; valores

    maiores que 10% em volume forma rede contnua.

    O seu efeito positivo em peas soldadas, que tem maior

    capacidade, comparado com a austenita, de dissolver

    elementos formadores de eutticos de baixo ponto de fuso,

    tais como Nb, Si, P e S, tendo assim maior capacidade de

    acomodar tenses trmicas provenientes do resfriamento.

    Minimiza o surgimento de trincas a quente:

    Se deve menor segregao de P, S e outros elementos de

    baixo ponto de fuso;

    Maior tendncia a homogeneizao da composio qumica

    durante a solidificao comparando-se austenita.

    Caracterstica e efeito da ferrita delta

    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

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    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

    Importante:

    Balanceamento Ferrita x

    Austenita (Duplex)

    Austentico : problemas de

    soldabilidade (microfissuras

    e trincas a quente).

    Duplex:

    - Melhora resistncia das

    ligas CF a corroso por

    Cloretos.

    - Melhora resistncia ao

    ataque intergranular.

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    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

    CONTROLE DA FERRITA

    Ferrita Austenita

    Cromo

    Silcio

    Molibdnio

    Nibio

    Nquel

    Carbono

    Nitrognio

    Mangans

    Depende de:

    - Variao da Composio Qumica;

    - Histrico de fundiao da liga;

    - Tamanho da pea, orientao da ferrita,

    segregao de elementos e outros fatores.

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    FERRITA EM AOS INOXIDVEIS

    ESQUEMA DE UM CORTE VERTICAL

    DO DIAGRAMA Fe-Cr-Ni PARA UM

    TEOR DE CROMO CONSTANTE.

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    AOS DE ALTA LIGA

    PARTE 02

    PROPRIEDADES

    MECNICAS

    1. RESISTENTES A CORROSO

    Martenstico

    Ferrtco

    Austentico

    Austentico

    Austentico

    Ferrtco

    Austentico

    Martenstico

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    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

    Liga Temperatura: 650C Temperatura: 870C Temperatura: 1095C

    Trao Escoam. Along. Trao Escoam. Along

    .

    Trao Escoam. Along

    .

    MPa MPa % MPa MPa % MPa MPa %

    HD --- --- --- 159 --- 18 --- --- ---

    HF 414 217 10 145 107 16 --- --- ---

    HH I --- --- --- 127 93 30 --- --- ---

    HHII 417 222 14 148 110 18 38 --- ---

    HI --- --- --- 179 --- 12 --- --- ---

    HK --- --- --- 161 101 16 39 34 55

    HL --- --- --- 210 --- --- --- --- ---

    HN --- --- --- 140 100 37 43 34 55

    HP --- --- --- 179 121 27 52 43 69

    HT 292 193 5 130 103 24 41 --- ---

    HU --- --- --- 135 --- 20 --- --- ---

    HW --- --- --- 131 103 --- --- --- ---

    HX 303 138 8 141 121 48 --- --- ---

    2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA

    Resistncia a Fadiga Trmica

    - Fluncia do material aumenta com a temperatura

    - Projeto da pea ajuda a diminuir o efeito

    - Nquel promove maior resistncia a fadiga a quente Ligas HH

    Resistncia ao choque trmico

    - Mudanas de temperaturas em ciclos trmicos ou rpida.

    - Ligas com Nquel so mais resistentes

    Resistncia a corroso por gs aquecido

    - Variveis como tipo, velocidade, temperatura e natureza da

    exposio.

    - A melhor liga deve ser escolhida de acordo com a necessidade.

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    AOS DE ALTA LIGA

    PARTE 03

    TRATAMENTO TRMICO

    TRATAMENTO TRMICO

    AOS FUNDIDOS (REGRA GERAL)

    - HOMOGENEIZAO EM TEMPERATURAS ACIMA DE 1095C PARA

    PROMOVER UNIFORMIDADE QUMICA E MICROESTRUTURAL.

    - MATENSTICOS RECOZIMENTO PLENO RESULTA EM

    RECRISTALIZAO E MNIMA DUREZA, MAS MENOS EFETIVO

    PARA ELIMINAO DE SEGREGAO QUE A HOMOGENEIZAO.

    - HOMOGENEIZAO PROCEDIMENTO COMUM PARA

    TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO POR PRECIPITAO.

    - IDNTICO AOS MTODOS DE TRATAMENTO DE AOS INOXIDVEIS

    DE USINA.

    - ATMOSFERA DO FORNO DEVE SER CONTROLADA PARA EVITAR

    OXIDAO DO CROMO E COM ISSO DIMINUIR A RESISTNCIA A

    CORROSO.

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    TRATAMENTO TRMICO

    TRATAMENTO TRMICO -

    AUSTENTICOS

    - NO PODEM SER ENDURECIDOS POR TRATAMENTO TRMICO;

    - PODEM SER ENDURECIDOS POR TRABALHO A FRIO;

    - APS SOLDA OU PROCESSAMENTO EM TEMPERATURA DEVEM SER

    RECOZIDOS PARA OBTER RESISTNCIA A CORROSO E

    DUCTILIDADE;

    - DURANTE O RECOZIMENTO OS CARBONETOS DE CROMO

    INTERGRANULARES, QUE DIMINUEM A RESISTNCA A

    CORROSO, SO DISSOLVIDOS;

    - CUIDAR COM ALVIO DE TENSES POIS PODE DIMINUIR A

    RESISTNCIA A CORROSO.

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    TRATAMENTO TRMICO -

    FERRTICOS/AUSTENTICOS

    - NO SO ENDURECVEIS POR TRATAMENTO TRMICO;

    - PODEM SER USADOS AS-CAST SEM A MXIMA RESISTNCIA A CORROSO;

    - RECOZIMENTO E ALVIO DE TENSES: AUMENTA A RESISTNCIA A CORROSO E

    USINABILIDADE;

    - ALTAS TEMPERATURAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO ADEQUADO EVITAM

    A CORROSO INTERGRANULAR PROVOCADOS PELA PRESENA DE CARBONETOS

    DE CROMO;

    - NOS PARCIALMENTE FERRTICOS ESTES CARBONETOS TENDEM A PRECIPITAR EM

    SUAS DESCONTINUIDADES, FRAGILIZANDO AOS ATAQUES;

    - IDEAL SOLUBILIZAR ESTES CARBONETOS NA MATRIZ DURANTE O

    RECOZIMENTO E MANT-LOS EM SOLUO SLIDA.

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    TRATAMENTO TRMICO

    RECOZIMENTO DE AOS FUNDIDOS FERRTICOS E AUSTENTICOS

    AO TEMPERATURA

    MNIMA (C)

    TRATAMENTO RESISTNCIA A

    TRAO (MPa)

    FULL SOFTNESS

    CB-30 790 RESFRIAMENTO NO

    FORNO + AR

    660

    CC-50 790 AR 670

    MAXIMUM CORROSION RESISTENCE

    CE-30 1095 GUA, LEO, AR 670

    CF-3 1040 GUA, LEO, AR 530

    CF-3M 1040 GUA, LEO, AR 530

    CF-8 1040 GUA, LEO, AR 530

    CF-8C 1040 GUA, LEO, AR 530

    CF-8M 1040 GUA, LEO, AR 550

    CF-12M 1040 GUA, LEO, AR 550

    CF-16F 1040 GUA, LEO, AR 530

    CF-20 1040 GUA, LEO, AR 530

    CH-20 1095 GUA, LEO, AR 610

    CK-20 1095 GUA, LEO, AR 520

    CN-7M 1120 GUA, LEO, AR 480

    TRATAMENTO TRMICO -

    MARTENSTICO

    Recozimento Subcrtico ( 650 a 760 C)

    - Atmosfera controlada ou banho de sal ou qualquer outra

    compatvel com esta faixa de temperaturas.

    - O encharque e tempo para amaciamento do ao dependem da

    espessura do componente.

    - O resfriamento pode ser realizado ao ar.

    - Dureza: 170 195 HB.

    Recozimento Isotrmico ( 830 a 885C)

    - Resfriamento lento no forno em temperaturas de 705 a 720C,

    mantendo-se o nesta faixa de temperaturas por um tempo

    mnimo de 3 horas.

    - O resfriamento subsequente ao ar

    - Dureza: 146 167 HB.

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    TRATAMENTO TRMICO -

    MARTENSTICO

    Recozimento Pleno ou de Esferoidizao

    - Obteno de dureza mnima.

    - Temperatura de 750 a 830C por 3 a 6 horas, na relao de 1pol/1h.

    - Resfriamento posterior realizado no forno at 600C numa taxa

    bastante lenta, menor ou igual 27C/hora. num total de 9 horas.

    - A partir dos 600C o resfriamento ao ar.

    - Dureza: 80 a 95 HRB.

    - Peas grandes ou de formas complexas devem ser pr-aquecidas at

    650 - 750C.

    - Esse processo muito utilizado nas usinas produtoras de ao para

    recozer as bobinas laminadas a quente, que podem atender

    diretamento o mercado ou serem laminadas a frio para obteo de

    espessuras menores.

    TRATAMENTO TRMICO -

    MARTENSTICO

    Dureza em Funo da Temperatura de

    Austenitizao para Aos com 13%Cr e Diferentes

    Teores de C

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

    Temperatura (C)

    HR

    C

    0,07%C 0,15%C 0,25%C 0,38%C

    Tmpera:

    - Obteno da estrutura martenstica

    com alta dureza.

    - Os principais parmetros que

    determinam o tipo da estrutura e a

    dureza so: composio qumica,

    temperatura e tempo de

    austenitizao e taxa de

    resfriamento.

    - Como regra a dureza aumenta com

    o contedo de carbono e passa por

    um mximo para temperaturas de

    austenitizao entre 1000 e 1100C.

    - Atmosfera controlada.

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    TRATAMENTO TRMICO - MARTENSTICO

    Revenimento:

    - obrigatrio fazer um revenimento para aliviar as tenso internas e e evitar

    a fragilizao por martensita no revenida nas peas.

    - As temperaturas de revenimento ficam entre 180 e 750C, de acordo com a

    dureza final desejada na pea; mas temperaturas superiores a 450 C devem

    ser evitadas pois ocorrem precipitaes de carbonetos de cromo e

    diminuio da resistncia a corroso.

    Martmpera:

    - Um meio de evitar o trincamento de peas mais complexas devido tenses

    trmicas.

    Estabilizao (ou tratamento sub-zero):

    - Transformar a austenita retida proveniente da tmpera em martensita atravs

    de resfriamento em temperaturas da ordem de -76 a -195 C.

    - O revenido deve ser executado imediatamente aps o tratamento subzero

    para revenir a martensita formada a partir da austenita retida, evitando o

    trincamento.

    TRATAMENTO TRMICO

    MARTENSTICO

    Cr Ni Mo Si Mn P S C

    11,5-14,0 3,50-4,50 0,40-1,00 1,00 1,00 0,04 0,03 0,06

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    AOS DE ALTA LIGA

    PARTE 04

    APLICAO

    APLICAO

    Austentico (resistente corroso)

    equipamentos para indstria qumica e petroqumica

    equipamentos para indstria alimentcia e farmacutica

    construo civil

    baixelas e utenslios domsticos.

    Ferrtico (resistente corroso, mais barato por no conter nquel)

    electrodomsticos (foges, geladeiras, etc)

    balces frigorficos

    moedas

    indstria automobilstica

    talheres

    sinalizao visual - Placas de sinalizao e fachadas

    Martenstico (dureza elevada)

    cutelaria

    instrumentos cirrgicos como bisturi e pinas

    facas de corte

    discos de freio especiais

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