Porque é que o aço-carbono é a espinha dorsal de inúmeras aplicações industriais? Neste artigo, vamos explorar as propriedades e classificações fundamentais do aço-carbono, as suas impurezas e o papel crucial que desempenha na engenharia. Ficará a saber como os diferentes tipos de aço-carbono são adaptados a utilizações específicas e porque é que as suas características únicas os tornam indispensáveis na construção, no fabrico e noutras áreas. Mergulhe no essencial e descubra o que faz do aço-carbono um material vital na engenharia moderna.
Os elementos de liga são elementos químicos especificamente adicionados ao aço para garantir as propriedades estruturais, físicas, químicas e mecânicas pretendidas.
As impurezas referem-se a elementos químicos que são introduzidos durante o processo de fundição através das matérias-primas ou dos métodos de fundição.
O aço-carbono é uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono que varia entre 0,0218% e 2,11%.
O aço ligado é um aço ao qual foi adicionada uma certa quantidade de elementos de liga à base de aço-carbono.
Baixa liga de aço refere-se geralmente a aço com um teor total de elementos de liga inferior ou igual a 5%.
O aço de liga média refere-se geralmente ao aço com um teor total de elementos de liga entre 5% e 10%.
O aço de alta liga refere-se geralmente ao aço com um teor total de elementos de liga superior a 10%.
O aço microligado é um aço com um teor de elementos de liga (tais como V, Nb, Ti, Zr, B) inferior ou igual a 0,1%, o que pode afetar significativamente a estrutura e as propriedades.
Linha de produção de aço
O manganês (Mn) entra no aço durante a produção de aço através dos desoxidantes ou do ferro-gusa residual. No aço-carbono, o teor de Mn é tipicamente inferior a 0,8%. Pode dissolver-se no aço e também formar inclusões de alto ponto de fusão MNS (1600°C).
As inclusões de MnS têm uma certa plasticidade a altas temperaturas e não causam a fragilização do aço a quente. Após o processamento, o sulfureto de manganês é distribuído em forma de tira ao longo da direção de laminagem.
O teor de silício (Si) no aço é normalmente inferior a 0,5%. Pode também dissolver-se no aço e formar inclusões de SiO.
Embora o Mn e o Si sejam impurezas benéficas, a presença de inclusões de MnS e SiO pode reduzir a resistência à fadigaplasticidade e tenacidade do aço.
S: A solubilidade do S no ferro sólido é muito pequena. Quando o S e o Fe se combinam, podem formar FeS, o que facilita a formação de um eutéctico de baixo ponto de fusão. Isto pode levar à fragilização térmica e à fissuração.
P: Embora seja solúvel em α-ferro, a presença de fósforo reduz significativamente a tenacidade do aço, especialmente a baixas temperaturas, o que é conhecido como fragilização a frio. No entanto, o fósforo pode melhorar a resistência à corrosão do aço na atmosfera.
O S e o P são considerados impurezas nocivas no aço. No entanto, podem melhorar a maquinabilidade do aço.
N: O aço que contém n supersaturado precipita nitretos após deformação a frio, através de um processo conhecido como envelhecimento mecânico ou envelhecimento por deformação.
Além disso, o N pode formar nitretos estáveis com elementos como o vanádio, titânioe crómio, o que pode levar ao refinamento do grão e ao reforço da precipitação.
H: O efeito combinado de tensão residual e o hidrogénio podem provocar a fragilização do aço, o que pode levar à rutura do material.
O: O aço pode formar compostos de silicatos, como 2MnO - SiO2, MnO - SiO, ou óxidos compostos, como MgO - Al2O3, MnO - Al2O3.
N, H e O são considerados impurezas nocivas no aço.
1) Classificação de acordo com o Fe Fe3Diagrama de fases C
2) Classificação por teor de carbono no aço
(1) Aço-carbono comum:
WS ≤ 0,05%, WP ≤ 0,045%.
(2) Aço-carbono de alta qualidade:
wS≤0.035%，wP≤0,035%
(3) Aço-carbono de alta qualidade:
wS≤0.02%，wP≤0,03%
(4) Aço-carbono de qualidade superior:
wS≤0.015%，wP≤0,025%
(1) Aço estrutural ao carbono:
O aço estrutural de carbono é utilizado principalmente em vários componentes de engenharia, incluindo pontes, navios, componentes de edifícios, etc. Para além disso, também pode ser utilizado em peças menos críticas.
(2) Aço estrutural de carbono de alta qualidade:
O aço estrutural ao carbono de alta qualidade é utilizado principalmente no fabrico de várias peças de máquinas, tais como veios, engrenagens, molas, bielas, etc.
(3) Aço-ferramenta ao carbono:
O aço-carbono para ferramentas é utilizado principalmente no fabrico de várias ferramentas, tais como ferramentas de corte, moldes, ferramentas de medição, etc.
(4) Aço-carbono fundido para engenharia geral:
O aço-carbono fundido para engenharia geral é utilizado principalmente no fabrico de peças com uma forma complexa que exige uma certa resistência, plasticidade e tenacidade.
(1) O aço com rebordo refere-se ao aço com desoxidação incompleta, com um código F.
(2) O aço abatido refere-se ao aço com desoxidação completa, com um código denominado Z.
(3) O aço semi-morto é um aço com um grau de desoxidação entre o aço com rebordo e o aço morto, com um código B.
(4) O aço de morte especial refere-se ao aço com desoxidação especial, com um código designado TZ.
a. É utilizado principalmente para estruturas de engenharia geral e partes comuns.
É normalmente laminado em chapas de aço, tiras de aço, tubos de aço, fio-máquina, perfis de aço, barras de aço ou vários perfis (aço redondo, aço quadrado), Viga em I(por exemplo, o reforço, etc.), que pode ser utilizado para soldar, rebitar, aparafusar e outras peças estruturais.
É amplamente utilizado (mais de 70% da produção total de aço).
b. O arrefecimento a ar após laminagem a quente é o estado de fornecimento habitual deste tipo de aço.
Em geral, os utilizadores não necessitam de efetuar um tratamento térmico, mas utilizam-no diretamente.
wC =0.06%~0.38%.
Quando o grau de qualidade é "A" e "B", a composição química pode ser ajustada adequadamente de acordo com os requisitos do requerente sob a garantia de propriedades mecânicas.
c. Designação dos aços comuns ao carbono para construção
É composto por letras (Q) que representam o ponto de rendimento, o valor do ponto de rendimento, os símbolos do grau de qualidade (A, B, C, D) e os símbolos do método de desoxidação (F, b, Z, TZ) em sequência.
O valor do ponto de escoamento é dividido em cinco graus de resistência: 195, 215, 235, 255 e 275;
O símbolo do grau refere-se ao símbolo do grau de qualidade utilizado exclusivamente para este tipo de aço, que também é dividido de acordo com o número de impurezas S e P. Os quatro símbolos A, B, C e D representam quatro graus, entre os quais:
Entre eles, o grau de qualidade mais elevado é o grau D, que atinge o grau de alta qualidade do aço estrutural ao carbono. Os graus A, B e C pertencem todos à gama dos graus normais.
O símbolo do método de desoxidação pode ser omitido nas qualidades de aço abatido e de aço abatido especial.
d. Marca típica, desempenho e aplicação
Q195, Q215：
O teor de carbono é muito baixo e a resistência não é elevada, mas tem boa plasticidade, tenacidade e desempenho de soldadura.
É frequentemente utilizado como peças de trabalho com requisitos de baixa resistência, tais como pregos, fios de ferro, janelas de aço e várias chapas finas.
Q235A, Q255A：
É utilizado para hastes de tração, pequenos veios, correntes, etc., em máquinas e ferramentas agrícolas.
É também utilizado para o reforço de edifícios, chapa de aço, secção de aço, etc;
Q235B, Q255B：
É utilizado como peças estruturais soldadas com elevados requisitos de qualidade em projectos de construção, e veios rotativos gerais, ganchos, quadros de bicicletas, etc. em maquinaria;
Q235C, Q235D：
A qualidade é boa e pode ser utilizada como algumas peças estruturais de soldadura importantes e peças de máquinas.
Q255, Q275：
A resistência é elevada, entre os quais o Q275 é um aço de carbono médio, que pode ser utilizado para fabricar embraiagens de fricção, correias de aço para travões, etc.
(1) Para peças mecânicas importantes, as propriedades mecânicas das peças podem ser ajustadas através de vários tratamentos térmicos.
(2) O estado de fornecimento pode ser o arrefecimento a ar após a laminagem a quente, recozimento, normalização e outros estados, o que geralmente depende das necessidades dos utilizadores.
(3) A marca é geralmente representada por dois dígitos.
Estes dois valores representam dez mil vezes a fração mássica média de carbono no aço, como o aço 20 e o aço 45.
a. Três classes de aço estrutural ao carbono de alta qualidade são aços com rebordo, nomeadamente 08F, 10F e 15F.
O aço semi-morto é marcado com "b", e o aço morto não é geralmente marcado com símbolos.
b. O aço-carbono de alta qualidade para estruturas é marcado com "A" a seguir à marca e o aço-carbono de qualidade superior para estruturas é marcado com "E".
c. Para os aços estruturais ao carbono especiais de alta qualidade, deve também ser acrescentado à cabeça (ou cauda) da marca um símbolo que represente o objetivo do produto, como, por exemplo, o aço para caldeiras com um teor médio de carbono de 0,2%, cuja marca é "20g", etc.
d. O aço estrutural ao carbono de alta qualidade divide-se em dois grupos: teor de manganês normal e teor de manganês mais elevado, de acordo com os diferentes teores de manganês.
Para o grupo com elevado teor de manganês, acrescentar "Mn" no final do seu número, como 15Mn, 45Mn, etc.
e. Existem 31 qualidades de aço estrutural de carbono de alta qualidade
Aço 08F: baixa fração mássica de carbono, boa plasticidade e baixa resistência.
Pode ser utilizado para todos os tipos de deformação a frio peças de conformação.
Aço 10~25: tem boas propriedades de soldadura e estampagem a frio e pode ser utilizado para fabricar peças normalizadas, mangas de eixo, contentores, etc.
Também pode ser utilizado para fabricar peças resistentes ao desgaste e ao impacto com elevada dureza superficial e elevada resistência e tenacidade no coração.
Por exemplo, engrenagens, cames, pinos, placas de fricção, pregos de cimento, etc.
45 aço de carbono médio: podem ser obtidas boas propriedades mecânicas globais através de um tratamento térmico adequado.
Pode ser utilizado para peças mecânicas, tais como veio de transmissão, biela de motor, engrenagem de máquina-ferramenta, etc.
Aço estrutural com elevado teor de carbono: após um tratamento térmico adequado, pode obter um limite elástico elevado, um rácio de elasticidade, tenacidade suficiente e resistência ao desgaste.
Pode fabricar molas, carris pesados, rolos, pás, cabos de aço, etc. com pequenos diâmetros de arame.
Carbono de alta qualidade classes de aço estruturalcaracterísticas de desempenho e aplicações
| Grau | Características de desempenho | Exemplos de utilização |
| 08F, 08, 10 | Boa plasticidade, tenacidade e baixa resistência | Chapas laminadas a frio, tiras de aço, fios de aço, chapas de aço, produtos de estampagem, tais como conchas, contentores, tampas, cartuchos de balas, painéis de instrumentos, juntas, anilhas, etc |
| 15, 20, 25, 15Mn, 20Mn | Boa plasticidade e tenacidade, com um certo grau de resistência | Peças de suporte de carga que não requerem tratamento térmico, tais como parafusos, porcas, hastes de tração, flanges, peças cementadas que podem ser transformadas em engrenagens, veios, cames, etc |
| 30, 35, 40, 45, 50, 55, 30Mn, 40Mn, 50Mn | Boa resistência, plasticidade e tenacidade | Produz principalmente peças como engrenagens, bielas e veios, entre os quais o aço 40 e o aço 45 são amplamente utilizados. |
| 60, 65, 70, 60Mn, 65Mn | Elevada elasticidade e limite de elasticidade | Produzem frequentemente peças elásticas e de desgaste fácil, como as molas, anilhas de molarolos, arados, etc. |
(1) É utilizado principalmente para o fabrico de várias pequenas ferramentas.
Pode ser temperado e revenido a baixa temperatura para obter uma elevada dureza e uma elevada resistência ao desgaste.
Pode ser dividido em aço-carbono para ferramentas de alta qualidade e aço-carbono para ferramentas de alta qualidade.
(2) A marca comercial é geralmente expressa pelo símbolo simbólico "T" (o prefixo fonético chinês do carbono) mais mil vezes a fração mássica do carbono. Por exemplo, T10, T12, etc.
Geralmente, o aço-carbono para ferramentas de alta qualidade não acrescenta o símbolo do grau de qualidade, enquanto o aço-carbono para ferramentas de alta qualidade acrescenta a palavra "a" após o seu número, como T8A, T12, etc.
(3) A fração mássica de manganês no aço-ferramenta ao carbono com manganês pode ser aumentada para 0,6%.
Nesta altura, o Mn é marcado no final da marca, como T8Mn, T8MnA.
(4) Aço-carbono típico para ferramentas
T7, T8: adequado para fabrico ferramentas de corte que suportam um certo impacto e requerem uma elevada dureza, tais como eixos para trabalhar madeira, cinzéis de bancada, etc. A dureza após têmpera e revenido a baixa temperatura é de 48~54HRC (peça de trabalho);
Aço T9, T10, T11: é utilizado para o fabrico de ferramentas de corte que exigem uma elevada dureza e resistência ao desgaste devido a pequenos impactos, tais como brocas pequenasA dureza após a têmpera e o revenido a baixa temperatura é de 60~62HRC.
O aço T10A também pode ser utilizado para fabricar alguns moldes de trabalho a frio e ferramentas de medição com forma simples e pequena carga de trabalho;
Aço T12 e T13: a dureza e a resistência ao desgaste são as mais elevadas, mas a tenacidade é a pior.
É utilizado no fabrico de ferramentas de corte que não suportam impacto, tais como limas, pás e raspadores. A dureza após a têmpera e o revenido a baixa temperatura é de 62~65 HRC.
O T12A também pode ser utilizado para o fabrico de ferramentas de medição.
Os modelos T7~t12 e T7A~T12A também podem ser utilizados para moldes de plástico com formas simples.
Grau, características de desempenho e aplicação do aço-carbono para ferramentas
| Grau | Características de desempenho | Exemplos de utilização |
| T7, T7A, T8, T8A, T8Mn | Boa tenacidade com uma certa dureza | Ferramentas de carpintaria, ferramentas de montagem, tais como martelos, cinzéis, moldes, tesouras, etc. O T8Mn pode ser utilizado para fabricar ferramentas com secções transversais maiores |
| T9, T9A, T10, T10A, T11, T11A | Maior dureza e certa tenacidade | Ferramentas de baixa velocidade, tais como plainas, machos, matrizes, lâminas de serra, calibres, matrizes e matrizes de desenho |
| T12, T12A, T13, T13A | Elevada dureza e fraca tenacidade | Ferramentas de baixa velocidade que não estão sujeitas a vibrações, tais como limas, raspadores, ferramentas cirúrgicas e berbequins |
(1) É utilizado principalmente para peças brutas feitas de ferro fundido que não podem garantir a sua plasticidade e a sua forma é complexa, o que não é conveniente para forjar.
O seu teor de carbono é geralmente inferior a 0,65%.
(2) A marca é representada pelo símbolo "ZG" (o prefixo fonético chinês do aço fundido) mais o valor mínimo do ponto de escoamento - o valor mínimo da resistência à tração.
Por exemplo, ZG340-640 refere-se a aço fundido com limite de elasticidade não inferior a 340MPa e resistência à tração não inferior a 640MPa.
(3) Aço fundido ao carbono típico
(4) Outros tipos de aço As peças fundidas incluem:
Peças vazadas de aço-carbono para estruturas soldadas
(GB/T7659-1987), tal como ZG230-450H;
Peças fundidas em aço de baixa liga
(GB/T14408-1993), tal como ZGD535-720;
Peças fundidas em aço resistente ao calor
(GB/T8492-1987), tais como ZG40Cr30Ni20;
Peças fundidas em aço inoxidável e resistente a ácidos
(GB2100-1980), tais como ZG1Cr18Ni9Ti;
Resistência média e elevada peças fundidas em aço inoxidável (GB6967-1986), tais como ZG10Cr13Ni1Mo, etc.
Os materiais são a base material das máquinas. As propriedades dos materiais metálicos são a principal base para seleção de materiais.
As propriedades dos materiais metálicos são geralmente divididas em desempenho de processo e desempenho de serviço.
O desempenho do processo refere-se às propriedades dos materiais metálicos exibidas em várias condições de processamento, desde a fundição até aos produtos acabados; o desempenho do serviço refere-se às propriedades dos materiais metálicos exibidas pelas peças metálicas em condições de utilização.
O desempenho de serviço dos materiais metálicos determina o seu âmbito de utilização. O desempenho em serviço inclui propriedades físicas, químicas e mecânicas.
(1) Densidade
A densidade de um metal é a massa de uma unidade de volume do metal, expressa em kg/m3.
Com base na sua densidade, os materiais metálicos podem ser classificados em metais leves e metais pesados. Os metais com uma densidade inferior a 4,5 g/cm3 são os chamados metais leves, como o alumínio, o titânio, etc.
(2) Ponto de fusão
A temperatura à qual um metal passa do estado sólido para o estado líquido é designada por ponto de fusão, normalmente expressa em graus Celsius (℃). Cada metal tem um ponto de fusão fixo. Por exemplo, o ponto de fusão do chumbo é 323 ℃ e o ponto de fusão do ponto de fusão do aço é 1538 ℃. O ponto de fusão é importante para a refinação, fundição, soldadura e preparação de ligas.
Os metais com um ponto de fusão inferior a 1000 ℃ são designados por metais de baixo ponto de fusão, os que têm um ponto de fusão entre 1000 e 2000 ℃ são designados por metais de ponto de fusão médio e os que têm um ponto de fusão superior a 2000 ℃ são designados por metais de ponto de fusão elevado.
(3) Condutividade térmica
A capacidade de um material metálico para conduzir o calor é designada por condutividade térmica. A qualidade da condutividade térmica dos materiais metálicos é geralmente expressa em termos de condutividade térmica (coeficiente de condutividade térmica) λ.
Os metais com elevada condutividade térmica têm boa condutividade térmica. Em geral, os materiais metálicos têm melhor condutividade térmica do que os materiais não metálicos. A prata tem a melhor condutividade térmica de todos os metais, seguida de cobre e alumínio.
Os metais com boa condutividade térmica também têm boa dissipação de calor e podem ser utilizados para fabricar peças que dissipam o calor, como as aletas dos radiadores dos frigoríficos e dos aparelhos de ar condicionado.
(4) Dilatação térmica
Quando um material metálico é aquecido, o seu volume aumenta e encolhe quando arrefecido. Este fenómeno é designado por expansão térmica. Diferentes metais têm propriedades de expansão térmica diferentes.
No trabalho prático, o efeito da dilatação térmica tem por vezes de ser considerado. Por exemplo, algumas ferramentas de medição de precisão têm de ser feitas de metais com pequenos coeficientes de dilatação; a colocação de carris, a construção de pontes, a medição de dimensões em processos metalúrgicos, etc., têm de ter em conta o fator de dilatação térmica.
(5) Condutividade eléctrica
A capacidade de um material metálico conduzir eletricidade é designada por condutividade eléctrica. No entanto, a condutividade eléctrica de cada metal é diferente. A prata tem a melhor condutividade eléctrica de todos os metais, seguida do cobre e do alumínio.
Na indústria, o cobre e o alumínio são utilizados como materiais condutores. Os materiais metálicos de alta resistência com fraca condutividade eléctrica, tais como ligas de ferro-crómio, ligas de níquel-crómio-alumínio, constantan, manganês-cobre, etc., são utilizados para fabricar peças de instrumentos ou elementos de aquecimento elétrico, tais como fios de fornos.
(6) Magnetismo
A capacidade de um metal conduzir um fluxo magnético é designada por magnetismo. Os materiais metálicos com condutividade magnética podem ser atraídos por ímanes.
O ferro, o cobalto, etc., são materiais ferromagnéticos e o manganês, o crómio, o cobre e o zinco são materiais diamagnéticos ou paramagnéticos.
No entanto, para alguns metais, o magnetismo não é fixo e imutável, como o ferro que não apresenta magnetismo ou paramagnetismo acima de 768 ℃.
Os materiais ferromagnéticos podem ser utilizados para fabricar núcleos de transformadores, núcleos de motores, peças de instrumentos de medição, etc.; os materiais diamagnéticos ou paramagnéticos podem ser utilizados para peças que não necessitam de interferência de campos magnéticos.
As propriedades químicas dos materiais metálicos referem-se às propriedades exibidas pelos metais em reacções químicas.
(1) Resistência à corrosão
A capacidade de um material metálico resistir à corrosão do oxigénio, do vapor de água e de outros meios químicos à temperatura normal é designada por resistência à corrosão. A oxidação do aço é um exemplo comum de corrosão.
(2) Resistência à oxidação
A capacidade de um material metálico resistir à oxidação é designada por resistência à oxidação. Quando um material metálico é aquecido, a reação de oxidação acelera.
Por exemplo, durante as operações de aquecimento, como a forja, o tratamento térmico e a soldadura do aço, a oxidação e a descarbonização pode ocorrer, causando perda de material e vários defeitos.
Por conseguinte, ao aquecer os biletes ou os materiais, forma-se frequentemente um gás redutor ou um gás de proteção à sua volta para evitar a oxidação dos materiais metálicos.
(3) Estabilidade química
A estabilidade química refere-se à soma da resistência à corrosão e da resistência à oxidação dos materiais metálicos. A estabilidade química dos materiais metálicos materiais a altas temperaturas é designado por estabilidade térmica.
Os materiais metálicos utilizados no fabrico de peças que funcionam a altas temperaturas devem ter uma boa estabilidade térmica.
As propriedades mecânicas, também conhecidas como propriedades de resistência, referem-se às propriedades exibidas pelos materiais sob a ação de forças.
As principais propriedades mecânicas incluem a resistência, a plasticidade, a dureza, a tenacidade e a resistência à fadiga.
(1) Força
A resistência refere-se à capacidade de um metal resistir à deformação permanente (deformação plástica) e à fratura. Os critérios de resistência normalmente utilizados são o ponto de cedência (anteriormente conhecido como tensão de cedência ou limite de cedência) e a resistência à tração.
O método para determinar os critérios de resistência é através de um ensaio de tração.
Curva de tração: a relação entre a força de tração (F) e o alongamento (l-lo).
Quando um material é sujeito a forças externas, a força de interação interna entre os elementos do material é designada por força interna, que é igual em magnitude e oposta em direção à força externa. A força interna por unidade de área é chamada de tensão e é denotada pelo símbolo σ.
Limite elástico
A tensão máxima que um provete pode suportar quando sofre uma deformação elástica completa.
em que σe é o limite elástico em unidades de tensão (por exemplo, MPa ou psi), Fe é a força de tração máxima que o provete pode suportar quando sofre uma deformação elástica completa, medida em unidades de força (por exemplo, N ou lbf), e Ao é a área da secção transversal original do provete, medida em unidades de área (por exemplo, mm2 ou em2).
Ponto de rendimento
Definição: A tensão à qual um provete deixa de se comportar elasticamente e fica permanentemente deformado durante o processo de ensaio, enquanto a força permanece constante ou diminui.
Onde:
Fs - Força de tração quando o provete sofre cedência, em N.
Ao - Área da secção transversal original do provete, em mm2.
Resistência ao escoamento condicional:
Resistência à tração
Definição: A tensão máxima que uma amostra pode suportar antes de se partir durante o processo de ensaio de tração.
Onde:
Fb - A força máxima de tração que o provete pode suportar antes de se partir, em N.
Ao - Área da secção transversal original do provete, em mm2.
Relação entre o limite de elasticidade e a resistência à tração (σs/σb)
Os materiais de engenharia requerem não só uma elevada resistência à tração, mas também um determinado rácio tensão de cedência/resistência à tração (σs/σb). Quanto menor for o rácio entre o limite de elasticidade e a resistência à tração, maior será a fiabilidade do componente, que não se partirá imediatamente sob sobrecarga durante a utilização. No entanto, se o rácio entre o limite de elasticidade e a resistência à tração for demasiado pequeno, a taxa de utilização efectiva da resistência do material diminuirá.
(2) Plasticidade
Refere-se à capacidade de um material sofrer uma deformação irreversível e permanente antes de se partir. O critério de ductilidade é determinado pelo alongamento após a fratura e pela redução da área da secção transversal.
(1) Alongamento após fratura
O alongamento após a fratura refere-se ao aumento percentual do comprimento do espécime após a sua rutura durante o processo de ensaio de tração, em comparação com o seu comprimento de calibre original.
Refere-se à capacidade de um material sofrer uma deformação irreversível e permanente antes de se partir. O critério de ductilidade é determinado pelo alongamento após a fratura e pela redução da área da secção transversal.
(2) Redução da área da secção transversal após a fratura
A redução da área da secção transversal após a fratura refere-se à diminuição percentual da redução máxima da área da secção transversal no ponto de estrangulamento do provete depois de este se ter partido durante o processo de ensaio de tração, em comparação com a sua área da secção transversal original.
(3) Dureza
A dureza é a medida da capacidade de um material para resistir a deformações locais, nomeadamente deformações plásticas, indentações ou riscos. Determina se um material é macio ou duro.
Atualmente, os métodos de ensaio de dureza mais utilizados são Dureza Brinell ensaio de dureza Rockwell e ensaio de dureza Vickers.
(1) Dureza Brinell
Onde:
O método de representação da dureza Brinell é o seguinte
Normalmente, quando se especifica o valor de dureza Brinell para um requisito de material num desenho de peça ou num documento de processo, as condições de ensaio não são especificadas. Apenas o intervalo de dureza requerido e símbolo de dureza estão marcados, tais como 200~230HBS.
O HBS é utilizado para testar materiais com um valor de dureza inferior a 450; o HBW é utilizado para medir materiais com um valor de dureza no intervalo de 450-650.
A dureza Brinell é utilizada principalmente para determinar a dureza do ferro fundido, dos metais não ferrosos e dos metais recozidos, normalizados e aço temperado e revenido materiais, tais como produtos semi-acabados e matérias-primas.
(2) Dureza Rockwell
Na fórmula, C é uma constante. Quando o indentador é um cone de diamante, C = 100; quando o indentador é uma esfera de aço endurecido, C = 130.
1- A posição do êmbolo após a adição da carga inicial.
2- A posição do êmbolo após a adição da carga inicial e da carga principal.
3- A posição do êmbolo após a remoção da carga principal.
ele: Recuperação elástica após a remoção da carga principal.
| Especificação comum da escala Rockwell | ||||
| Símbolo de dureza | Tipo de cabeça | Força total de ensaio (kgf) | Gama efectiva de valores de dureza | Exemplos de aplicação |
| HRA | Cone de diamante de 120 | 60 | 60~88 | Liga dura, têmpera superficial, cementação de aço, etc |
| HRB | φ Esfera de aço de 1,588 mm | 100 | 20~100 | Metais não ferrosos, aço recozido, normalizado, etc. |
| CDH | Cone de diamante de 120 | 150 | 20~70 | Aço temperado, aço temperado e revenido, etc |
Nota: Força total de ensaio = força de ensaio inicial + força de ensaio principal; A força de ensaio inicial é de 10kgf (98,07N)
Tomando como exemplo o aço GCr15 temperado e revenido a baixa temperatura, medir o valor HRC.
A dureza Rockwell não tem unidade de medida, pelo que o símbolo da escala de dureza deve ser indicado. O valor da dureza é escrito antes do símbolo, como 60HRC, 80HRA e 90HRB. Não existe correspondência entre as diferentes escalas de dureza Rockwell, pelo que os valores de dureza não podem ser diretamente comparados.
O ensaio de dureza Rockwell é simples, rápido e deixa uma pequena indentação. É utilizado principalmente para testar peças acabadas com elevada dureza após tratamento térmico e peças de trabalho finas. Para materiais com estrutura e dureza irregulares, o valor da dureza flutua muito e a sua precisão não é tão boa como a dos valores de dureza Brinell.
(3) Dureza Vickers
Na fórmula,
Tomando como exemplo o aço T8A temperado e revenido a baixa temperatura, medir o valor HV.
Os valores de dureza Vickers geralmente não são marcados com unidades, e o valor de dureza é escrito antes do símbolo HV.
O ensaio de dureza Vickers tem uma pequena força de ensaio (normalmente utilizada 49,03N), indentação superficial, perfil claro, resultados precisos e uma vasta gama de seleção da força de ensaio (49,03~980,7N). Por conseguinte, pode medir a dureza de materiais de macios a duros, e os valores de dureza Vickers podem ser diretamente comparados.
A dureza Vickers é normalmente utilizada para testar a dureza de materiais de chapa fina, revestimentos metálicos e camadas de peças endurecidas à superfície. No entanto, o ensaio é complicado e não é adequado para a inspeção de rotina na produção em massa.
Nota especial: Os valores de dureza obtidos por vários métodos de ensaio de dureza não podem ser diretamente comparados. Devem ser convertidos num determinado valor de dureza através de uma tabela de conversão de dureza antes de comparar a dureza relativa.
(4) Resistência à tração e à fadiga
(1) Resiliência
A tenacidade refere-se à capacidade de um metal absorver a energia de deformação antes da fratura, que pode ser utilizada para medir a resistência de um material metálico a cargas de impacto.
O critério de tenacidade é determinado através de ensaios de impacto.
Aço 40Cr ensaio de medição da energia de absorção de impacto:
(5) Resistência à fadiga
Tensão cíclica: A magnitude e a direção da tensão sofrem alterações periódicas ao longo do tempo.
O fenómeno de fratura de um componente sob tensão cíclica, frequentemente a um nível de tensão muito inferior ao σ do materialb ou mesmo inferior ao seu σs é designada por fadiga do metal. O critério para a fadiga do metal é a resistência à fadiga.
Está provado que quando o nível de tensão σ é inferior a um determinado valor, o material pode sofrer um número infinito de tensões cíclicas sem fraturar, e este nível de tensão é designado por resistência à fadiga.
Em engenharia, a resistência à fadiga refere-se à tensão máxima que não causa fratura sob um determinado número de ciclos.
Geralmente, o número de ciclos de tensão é definido como 108 para materiais de aço e 107 para metais não ferrosos.
Conceção razoável da estrutura dos componentes, prevenção da concentração de tensões, redução dos valores de rugosidade da superfície, laminagem da superfície, tiro descasque tratamento, tratamento térmico de superfície, etc. podem melhorar a resistência à fadiga da peça de trabalho.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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