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Aço inoxidável endurecido por precipitação: definição, composição, propriedades, aplicações, graus e muito mais
- João
O aço inoxidável endurecido por precipitação melhora significativamente sua resistência mecânica e durabilidade por meio de uma tecnologia exclusiva de tratamento térmico, tornando-o o material de escolha em muitos setores, como aeroespacial, fabricação automotiva, petróleo e gás, etc. Então, o que exatamente é o aço inoxidável endurecido por precipitação?
Neste artigo, apresentaremos tudo sobre o aço inoxidável endurecido por precipitação em detalhes, como sua definição, composição, propriedades, aplicações, graus comuns, processamento e técnicas de soldagem deste material de alto desempenho.
O que é aço inoxidável de endurecimento por precipitação?
Aço inoxidável endurecido por precipitação (aço inoxidável PH) é um tipo de aço inoxidável que atinge alta resistência e excelente resistência à corrosão por meio da tecnologia de tratamento térmico. É dividido em tipos martensítico, semiaustenítico e austenítico. Pertence à série de ligas Fe-Cr-Ni e é adicionado com cobre, molibdênio, nióbio, titânio e alumínio.
Tipos de aços inoxidáveis endurecidos por precipitação
Os aços inoxidáveis PH são categorizados em três tipos com base em sua estrutura de matriz após tratamento térmico: martensítico, semiaustenítico e austenítico.
Aço inoxidável PH martensítico
Como o 17-4 PH, eles começam com uma estrutura austenítica em temperaturas de recozimento (1040–1065 °C) e se transformam em martensita após o resfriamento. O envelhecimento a 482–593 °C aumenta sua resistência para 1170–1376 MPa. Esses aços são usados em aplicações de alta resistência, como aeroespacial e válvulas, mas têm baixa ductilidade, dificultando a conformação a frio.
Aço inoxidável PH semi-austenítico
Mantêm sua estrutura austenítica após o tratamento térmico de solução e são mais dúcteis, tornando-os ideais para conformação. Para endurecer, a austenita é primeiro transformada em martensita e então envelhecida a 455–593°C. Eles são frequentemente encontrados em forma de folha, como 17-7 PH, para molas e fixadores onde conformabilidade e resistência são necessárias.
Aço inoxidável PH austenítico
Assim como o A286, eles retêm sua estrutura austenítica não magnética após o tratamento térmico. O envelhecimento a 650-760°C aumenta a dureza e a resistência. Embora suas propriedades mecânicas sejam menores do que as dos outros dois tipos, eles têm boa tenacidade e são ideais para aplicações de alta temperatura, como motores a jato e lâminas de turbina.
Composição química do aço inoxidável endurecido por precipitação
A composição química do aço inoxidável PH normalmente inclui ferro, cromo e níquel, com a adição de pequenas quantidades de cobre, titânio, alumínio, molibdênio, nióbio e outros elementos para atingir o efeito de endurecimento por precipitação. Esses elementos de liga, combinados com proporções específicas e processos de tratamento térmico, ajudam a formar fases de endurecimento em diferentes temperaturas, aumentando assim a resistência do material e a resistência à corrosão.
Para sua referência, listamos as composições químicas típicas de três aços inoxidáveis PH na tabela abaixo.
| C | Cr | Ni | Cu | Al | Mo | Ti | Mn | Si | P | S | V | ||
| 17-4 PH (%) | Martensítico | ≤ 0.07 | 15.0-17.5 | 3.0-5.0 | 3.0-5.0 | – | ≤ 0.5 | – | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.03 | – |
| 17-7 PH (%) | Semi-austenítico | ≤ 0,09 | 16.0-18.0 | 6.5-7.75 | – | 0.75-1.5 | – | – | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.03 | – |
| A2869 (%) | Austenítico | ≤ 0.08 | 14.0-16.0 | 24.0-27.0 | ≤ 0.35 | – | 1.0-1.5 | 1.9-2.3 | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.03 | ≤ 0.025 | 0.10-0.50 |
Propriedades do aço inoxidável endurecido por precipitação
As seguintes características são essenciais para entender o desempenho dos aços inoxidáveis endurecidos por precipitação.
- Alta resistência: Aços inoxidáveis endurecidos por precipitação apresentam altas resistências à tração e ao escoamento, tornando-os adequados para aplicações de alta carga.
- Resistência à corrosão: Esses aços oferecem boa resistência à corrosão em vários ambientes, principalmente quando combinados com elementos como cromo e níquel.
- Dureza: Os processos de envelhecimento aumentam significativamente a dureza, tornando esses aços ideais para aplicações resistentes ao desgaste.
Propriedades físicas
| Propriedade física | Valores específicos | Descrição |
| Densidade | 7,7-8,0 g/cm³ | Oferece boa estabilidade estrutural e resistência. |
| Condutividade térmica | 15-20 W/m·K | Adequado para aplicações de troca de calor. |
| Expansão térmica | 10-12 µm/m-K | Baixa expansão, reduzindo a distorção sob mudanças de temperatura. |
| Ponto de fusão | 1400-1450°C | Garante durabilidade em altas temperaturas. |
| Propriedades magnéticas | Varia (depende do tipo) | Os tipos martensíticos e semi-austeníticos são frequentemente magnéticos. |
| Resistividade elétrica | Moderado | Adequado para aplicações onde a condutividade não é crítica. |
Propriedades mecânicas
| Propriedade mecânica | Valores específicos | Descrição |
| Resistência à tração | 850-1700 MPa | Oferece alta capacidade de carga. |
| Resistência ao rendimento | 800-1500 MPa | Alta resistência à deformação permanente. |
| Alongamento | 10-20% | Pode esticar antes de quebrar, indicando ductilidade. |
| Dureza | 35-47 HRC | Dureza muito alta após envelhecimento, ideal para peças resistentes ao desgaste. |
| Módulo de elasticidade | 190-210 GPa | Resistência à deformação elástica, oferecendo rigidez. |
| Resistência à fadiga | Moderado | Boa resistência à carga cíclica e à fadiga. |
| Resistência ao impacto | Moderado-Alto | Capaz de absorver energia e resistir a danos por impacto. |
| Robustez | Moderado | Capacidade de deformar sem quebrar sob força repentina. |
| Soldabilidade | Bom | Pode ser soldado, mas pode ser necessário tratamento térmico pós-soldagem. |
| Formabilidade | Moderado-Alto | Pode ser moldado em formas complexas, particularmente em tipos semiausteníticos. |
Propriedades químicas
| Propriedade química | Desempenho | Descrição |
| Resistência à corrosão | Moderado-Alto | Boa resistência à corrosão em diversos ambientes. |
| Resistência à oxidação | Alta | Forte resistência à oxidação em temperaturas elevadas. |
| Estabilidade química | Alta | Estável sob diversas exposições químicas, ideal para ambientes agressivos. |
| Resistência à corrosão sob tensão (SCC) | Moderado-Alto | Melhor que aços austeníticos, especialmente em ambientes com cloreto. |
Graus de aço inoxidável endurecidos por precipitação
O aço inoxidável PH vem em vários graus, cada um com propriedades e campos de aplicação únicos. Abaixo estão alguns graus comuns de aço inoxidável PH e suas características e aplicações.
| Grau | Tipo | Características | Aplicativos |
| 17-4 PH | Martensítico | Alta resistência, resistência moderada à corrosão, fácil de usinar | Peças aeroespaciais, válvulas, engrenagens, eixos, bombas, usos de alta resistência |
| 15-5 PH | Martensítico | Alta resistência, boa tenacidade, excelente resistência à corrosão | Aeroespacial, processamento químico, máquinas de precisão, indústria nuclear |
| PH 13-8 meses | Martensítico | Alta resistência, tenacidade superior, excelente resistência à corrosão sob tensão | Estruturas aeroespaciais, equipamentos de petróleo e gás, componentes de turbinas |
| 13-8 PH | Martensítico | Alta resistência, boa tenacidade, boa resistência à corrosão | Dispositivos aeroespaciais, petroquímicos e médicos para aplicações de alta resistência |
| 17-7 PH | Semi-austenítico | Excelente conformabilidade, alta resistência após envelhecimento, boa resistência à corrosão | Molas, fixadores, peças de aeronaves que exigem resistência e conformabilidade |
| Sou 350 | Semi-austenítico | Boa conformabilidade, alta resistência, boa resistência à corrosão | Lâminas de turbina, molas, fixadores, peças de alta resistência e resistentes à corrosão |
| Sou 355 | Semi-austenítico | Boa resistência, conformabilidade e resistência à corrosão | Peças aeroespaciais, ferramentas, equipamentos de corte com boa conformabilidade e resistência |
| PH 15-7 meses | Semi-austenítico | Boa conformabilidade, alta resistência, boa resistência à fadiga e à corrosão | Molas, vasos de pressão, peças de aeronaves que precisam de resistência, resistência à corrosão e conformabilidade |
| XM-16 | Semi-austenítico | Boa resistência, ductilidade, conformabilidade e resistência à corrosão | Dispositivos médicos, componentes aeroespaciais com boa conformabilidade e resistência |
| A286 | Austenítico | Boa resistência a altas temperaturas, excelente resistência à fluência, não magnético | Aplicações de alta temperatura, como componentes de motores a jato, lâminas de turbina |
| 17-10 P | Austenítico | Mantém estrutura austenítica, não magnético, excelente desempenho em altas temperaturas | Usos de alta temperatura e resistentes à corrosão, como equipamentos químicos e trocadores de calor |
| 17-10 meses | Austenítico | Excelente resistência à corrosão, não magnético, resistência a altas temperaturas | Equipamentos de processamento químico, máquinas de alta temperatura |
O que é aço inoxidável endurecido por precipitação 15-5?
15-5 PH é um aço inoxidável endurecido por precipitação martensítica, uma liga de aço inoxidável resistente, de alta resistência e corrosão. O nome “15-5” se refere à sua composição: aproximadamente 15% de cromo e 5% de níquel. Usado em peças aeroespaciais, equipamentos de processamento químico, eixos e engrenagens, etc.
O que é aço inoxidável endurecido por precipitação 17-4?
17-4 PH is a martensitic precipitation-hardening stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance. The name “17-4” refers to its composition: approximately 17% chromium and 4% nickel, with copper and niobium/aluminum added for increased strength and hardness. 17-4 PH is widely used in aerospace components, chemical and petrochemical equipment, medical equipment, etc.
Formas de aço inoxidável endurecidas por precipitação
Aço inoxidável endurecido por precipitação está disponível em várias formas para atender a uma ampla gama de aplicações industriais. As formas comuns incluem:
- Chapas e placas de aço inoxidável endurecidas por precipitação: Usado em equipamentos aeroespaciais, automotivos e industriais devido à sua alta resistência e resistência à corrosão.
- Barras e vergalhões de aço inoxidável endurecidos por precipitação: Empregado na fabricação de componentes de precisão, como eixos, engrenagens e fixadores que exigem durabilidade e dureza.
- Tubos e canos de aço inoxidável endurecidos por precipitação: Frequentemente usado nas indústrias química, petroquímica e de petróleo e gás, onde resistência e resistência à corrosão são essenciais para sistemas de transporte de fluidos.
- Fios de aço inoxidável endurecidos por precipitação: Comum em dispositivos médicos, molas e fixadores onde alta resistência e flexibilidade são necessárias.
- Forjados de aços inoxidáveis endurecidos por precipitação: Usado em aplicações pesadas, como lâminas de turbina e componentes estruturais, devido à sua capacidade de suportar altas tensões e temperaturas.
Essas formas permitem que aços inoxidáveis endurecidos por precipitação sejam usados em ambientes exigentes, onde alta resistência e resistência à corrosão são essenciais.
Prós e contras do endurecimento por precipitação do aço inoxidável
Vantagens
- Alta resistência: após o endurecimento por precipitação, a resistência do material é significativamente aumentada, com resistência à tração atingindo 850-1700 MPa.
- Boa resistência à corrosão: o aço inoxidável PH apresenta melhor resistência à corrosão em comparação ao aço inoxidável martensítico tradicional, tornando-o adequado para ambientes agressivos.
- Boa processabilidade: Na condição tratada com solução, o material é relativamente macio, o que o torna fácil de processar e moldar.
- Soldabilidade: Com soldagem e tratamento térmico adequados, o aço inoxidável PH pode atingir excelente qualidade de solda.
Desvantagens
- Tratamento térmico complexo: o processo de endurecimento por precipitação envolve várias etapas de tratamento térmico, tornando o processo mais complexo e caro.
- Resistência limitada a altas temperaturas: o aço inoxidável PH se destaca em temperaturas moderadas, mas a exposição prolongada a altas temperaturas pode degradar seu desempenho.
- Limitações magnéticas: Certos aços inoxidáveis PH podem desenvolver leve magnetismo em condições específicas, restringindo sua adequação para algumas aplicações.
Para que é usado o aço inoxidável endurecido por precipitação?
Aço inoxidável endurecido por precipitação é usado em aplicações que exigem uma combinação de alta resistência, tenacidade e resistência à corrosão. Usos comuns incluem:
- Componentes aeroespaciais: Usado para peças de alta resistência, como lâminas de turbina, engrenagens e componentes estruturais, devido à sua capacidade de reter resistência em altas temperaturas.
- Dispositivos médicos: Empregado em instrumentos cirúrgicos, implantes ortopédicos e ferramentas odontológicas devido à sua biocompatibilidade e durabilidade.
- Indústria de Petróleo e Gás: Usado para válvulas, eixos de bombas e conexões onde tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica são críticas em ambientes adversos.
- Equipamento de processamento químico: Adequado para vasos, reatores e sistemas de tubulação devido à sua excelente resistência à corrosão e tenacidade.
- Energia nuclear: Utilizado em componentes de alto estresse, como componentes internos de reatores e fixadores, devido à sua resistência à radiação e durabilidade a longo prazo.
- Aplicações marítimas: Encontrado em eixos de hélice, bombas e ferragens, onde a resistência à corrosão e à água do mar é essencial.
Soldagem de aço inoxidável endurecido por precipitação
PH stainless steel has good weldability, especially in the solution-treated condition. Common welding methods, such as TIG and MIG, can be used, but care must be taken to avoid softening in the heat-affected zone. For thicker materials, post-weld aging treatment is often recommended to restore the strength of the weld area.
Ao soldar aço inoxidável PH, é melhor usar materiais de enchimento que combinem com o metal de origem. Por exemplo, o arame ER630 pode ser usado ao soldar 17-4 PH. Além disso, manter baixa entrada de calor e minimizar o tamanho da zona afetada pelo calor são cruciais para garantir a qualidade da solda.
Diferença entre aço inoxidável endurecido por precipitação e martensítico
The primary distinction between aço inoxidável martensítico and PH stainless steel resides in their distinct strengthening methodologies and consequential performance attributes.
Mecanismo de Fortalecimento: Em termos de mecanismos de fortalecimento, o aço inoxidável martensítico atinge sua resistência aprimorada por meio de uma combinação de processos de têmpera e revenimento. Por outro lado, o aço inoxidável PH deriva sua resistência da formação de precipitados metálicos dentro de sua microestrutura, um processo conhecido como endurecimento por precipitação.
Desempenho: O aço inoxidável PH geralmente tem maior resistência e melhor resistência à corrosão, mas menor desempenho em altas temperaturas quando comparado ao aço inoxidável martensítico.
Saiba mais sobre outros tipos de aço inoxidável: austenítico, ferríticoe duplex.
O aço inoxidável endurecido por precipitação é magnético?
As propriedades magnéticas do aço inoxidável PH dependem da composição da liga e do processo de tratamento térmico. A maioria dos aços inoxidáveis PH martensíticos exibem algum nível de magnetismo após o tratamento de solução, enquanto os aços inoxidáveis PH austeníticos e semiausteníticos geralmente permanecem não magnéticos na maioria das condições. Ao tomar decisões de seleção de material, é fundamental levar em consideração as demandas específicas da aplicação, bem como as condições de processamento associadas.
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O que é endurecimento por precipitação?
O endurecimento por precipitação, ou endurecimento por envelhecimento, é um processo de tratamento térmico usado para aumentar o limite de escoamento. No aço inoxidável PH, esse processo envolve três etapas principais: tratamento de solução, têmpera e envelhecimento.
- Tratamento da solução: Durante os estágios iniciais do tratamento de solução, o material é tipicamente aquecido em uma faixa de temperatura de 1040°C a 1065°C. Essa alta temperatura facilita a dissolução de elementos de liga, resultando na formação de uma solução sólida homogênea.
- Resfriamento: Após o tratamento da solução, o material é rapidamente resfriado para reter elementos de soluto em um estado supersaturado, prevenindo a formação de precipitados. Meios de têmpera comuns incluem ar e água.
- Envelhecimento: O material é reaquecido a uma temperatura mais baixa (por exemplo, 480 a 620 °C) e mantido por várias horas para permitir a formação de precipitados finos, aumentando a resistência e a dureza do material.
Qual é a diferença entre têmpera e endurecimento por precipitação?
Têmpera e endurecimento por precipitação são ambos processos de tratamento térmico, mas diferem em propósito, método e materiais aos quais são normalmente aplicados.
Propósito: O revenimento é realizado após o endurecimento (têmpera) para reduzir a fragilidade do aço endurecido, mantendo parte de sua dureza para tornar o material mais resistente e menos propenso a rachaduras. O endurecimento por precipitação aumenta a resistência e a dureza formando pequenas partículas (chamadas precipitados) na estrutura do metal.
Material: Temperamento é usado para aços martensíticos em aço inoxidável. Endurecimento por precipitação é usado para aço inoxidável endurecido por precipitação.
Processo: Durante o revenimento, o material é temperado e então reaquecido a uma temperatura mais baixa (150-650°C). A temperatura e a duração do revenimento controlam o grau em que a dureza é reduzida e a tenacidade é aumentada. O endurecimento por precipitação envolve dois estágios – tratamento de solução (aquecimento e têmpera) e envelhecimento (reaquecimento a uma temperatura moderada, geralmente 480-620°C). Durante o envelhecimento, precipitados finos são formados, o que aumenta a dureza e a resistência.
Aplicativo: Temperamento é usado para ferramentas, facas e outros itens que exigem alta dureza, mas devem minimizar a fragilidade. O endurecimento por precipitação é comum em componentes aeroespaciais, automotivos e industriais, onde a força e a resistência à corrosão são críticas.
Endurecimento por idade vs. endurecimento por precipitação
Envelhecimento e Endurecimento por precipitação são processos de tratamento térmico usados para aumentar a resistência e a dureza das ligas.
Envelhecimento
- Definição: Um processo geral que aumenta a resistência através da formação de precipitado.
- Passos: Envolve tratamento de solução, têmpera e envelhecimento.
- Aplicativos: Comumente usado para alumínio, titânio e alguns aços inoxidáveis.
- Mecanismo: Fortalece-se formando partículas que dificultam o movimento de deslocamento.
Endurecimento por precipitação
- Definição: Um tipo específico de endurecimento por envelhecimento com foco na formação controlada de precipitados.
- Passos: Semelhante ao endurecimento por idade, mas enfatiza a otimização do tamanho e da distribuição do precipitado.
- Aplicativos: Usado em aços inoxidáveis endurecidos por precipitação (por exemplo, 17-4 PH) e ligas de níquel.
- Mecanismo: Atua contra precipitados finos e uniformemente distribuídos para aumentar a resistência e a tenacidade.
Em resumo, o endurecimento por envelhecimento é mais amplo, enquanto o endurecimento por precipitação otimiza especificamente as características do precipitado para melhorar o desempenho.
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