Universidade Federal Fluminense EEIMVR Escola de Engenharia Industrial e Metalúrgica de Volta Redonda Pólo Universitário de Volta Redonda
Tópicos especiais em conformação mecânica
LNE 500
Matheus Lima da Cunha
Introdução Dentre os materiais encontrados no nosso dia-a-dia, muitos são reconhecidos como sendo metais, embora, em quase sua totalidade, eles sejam, de fato, ligas metálicas. O conceito de metal está relacionado a algumas propriedades reconhecíveis,como por exemplo, o brilho metálico, opacidade, boa condutibilidade elétrica e térmica,ductilidade, etc. Uma liga consiste da união de dois ou mais elementos químicos onde pelo menos um é um metal e onde todas as fases existentes tem propriedades metálicas. O grande uso do aço pode ser atribuído às suas propriedades, à grande disponibilidade de suas matérias primas e o seu preço competitivo. O aço é uma liga complexa e sua definição não é simples, pois, os aços comerciais normalmente não são ligas binárias. De fato, apesar dos seus principais elementos de liga serem o ferro e o carbono, eles contêm sempre outros elementos secundários, presentes devido aos processos de fabricação. Nestas condições,podemo s definir o aço como sendo uma liga Ferro-Carbono, contendo geralmente de 0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos secundários (como Silício, Manganês, Fósforo e Enxofre), presentes devido aos processos de fabricação. Para a maioria das aplicações de estruturas fixas ou móveis, a importância da resistência mecânica é, de certo modo relativamente pequena do mesmo modo que o fator peso não é primordial. Assim sendo os aços-carbono comuns, simplesmente laminados sem qualquer tratamento térmico, são plenam ente satisfatórios e constituem porcentagem considerável dentro do grupo dos aços estruturais. Já em outras aplicações que se exige uma relação resistência/peso mais satisfatória que é o caso da indústria de transporte onde os equipamentos utilizados como caminhões, ônibus, aviões, equipamento rodoviário, navios, etc. Devido às condições próprias do serviço deve-se considerar o peso relativamente baixo e alta resistência, por se estar sujeito a esforços severos e choques repentinos, além da resistência a corrosão adequada, visto que nas secções mais leves, a perda de resistência por ação corrosiva poderia ser fatal. O que torna o aço estrutural tão utilizado é fato de que pequenas adições de certos 5 elementos, os chamados elementos de liga, possibilitam uma variada gama de propriedades. Destas propriedades, podemos citar as propriedades mecânicas que se dispõe como principal característica dos aços estruturais, ao qual ao longo da história fizeram deste material um dos mais importantes,
senão o mais importante em termos destas propriedades. Pelo fato destas propriedades serem tão abordadas, os aços estruturais aos quais se colocam como a principal classe de aços em projetos onde se exige principalmente resistência mecânica. Aliada a esta resistência mecânica, outro dado característico é o módulo de elasticidade, característica pela qual se apresenta como uma medida de rigidez do material. Outra característica importante é a tensão de escoamento mínima. Esa característica permite a qualificação dos aços estruturais na seguinte classificação: aço carbono de média resistência, aço de baixa resistência e alta liga e aços ligados tratados termicamente. Neste todo, os aços estruturais adquirem uma popularidade absoluta perante a vasta área de aplicações, tornando-se um produto de extrema importância. Nesse contexto os aços da norma NBR 6656 são excelentes representantes da classe de aços de alta resistência. Sendo esses materiais aplicados essêncialmente em funções estruturais, principalmente em caminhões e ônibus.
LNE 500 A liga metálica LNE 500 é definida como uma combinação de Ferro (matriz), carbono, manganês, silício, fósforo, enxofre, alumínio, nióbio, vanádio e titânio nas proporções vistas na tabela abaixo, extraída da norma NBR 6656.
NBR 6656 – Bobinas e chapas laminadas a quente d aço acalmado com características especiais de propriedades mecâncias, conformabilidade e soldabilidade – especificação.
Observemos que este aço é Hipoeutetóide (%C=0,12 < 0,77) com baixo carbono (%C =0,12< 0,25), possuindo grande ductilidade, sendo bons para conformação mecânica e soldagem, sendo amplamente utilizados na construção de pontes, edifícios, navios, caldeiras, e peças de grandes dimensões em geral. Não são temperáveis. Nesta norma também podemos observar as seguintes características mecânicas: Limite de escoamento: de 500 a 620 Mpa Limite de resistência : de 560 a 700 Mpa Alongamento mínimo: 18%.
Fatores que compõem as propriedades mecânicas do aço LNE 500 Observemos agora como os elementos de liga influenciam na formação das propriedades mecânicas especificadas nesta norma. •
Carbono (C) – é o elemento essencial
que compõe a liga do aço. Conforme o seu teor aumenta consideravelmente, o limite de resistência e a dureza do aço se elevam enquanto a tenacidade e a soldabilidade diminuem. •
Manganês (Mn) – O Manganês
aumenta a temperabilidade, a soldabilidade e o limite de resistência à tração, com dimin uição insignificante da tenacidade. Em grandes quantidades e em presença de Carbono, aumenta muito a resistência à abrasão. O Manganês provoca um aumento de aproximadamente 100MPa no limite de resistência à tração para cada adição de 1% •
Silício (Si) – O Silício aumenta o limite
de resistência à tração e o limite de escoamento dos aços, com pequena diminuição da tenacidade, Diminui também a condutividade térmica e a usinabilidade. Especialmente nos aços fundidos, o Silício aumenta a densidade. Haverá um aumento de 150MPa no limite de resistência à tração para cada 1% de silício adicionado. •
Fósforo (P) : O fósforo, aumenta a
dureza dos aços, contribui para o incremento da resistência mecânica e melhora usinabilidade do material, acima de 0,5% contribui para uma diminuição da ductilidade, contribuindo para um processo de fragilização do material.
•
Alumínio (Al) : O alumínio funciona como
desoxidante (devido a sua preferência na reação com oxigênio), refinador de grão, possui capacidade de dissolver alguns carbonetos, formador de nitretos, aumenta endurecibilidade se dissolvido na austenita. Geralmente é encontrado em teores até 1,1%. •
Vanádio (V) e Nióbio (Nb) : O vanádio e o nióbio
funcionam essencialmente como endurecedores, aumentam a dureza a quente, e diminuem o tamanho de grão. A sua adição melhora a retenção do corte. Aumenta o limite de resistência à tração e o limite de escoamento. Estes também elevam a temperatura de crescimento da austenita, sendo resistes ao revenido. •
Titânio (Ti): O Titânio, adicionado em
pequenas quantidades tem a função de refinar o grão. Em certos aços inoxidáveis austeníticos, o Titânio é adicionado em relação bemdefinida com o carbono par a estabilizar o aço contra a formação de carbonetos de cromono contorno de grão. •
Enxofre (S): Encontrado em quase todos os aços como impureza
(0,05% Máx.),quando o enxofre é adicionado em teores mais altos, forma-se sulfeto de manganês que é um composto plástico que proporciona uma melhor usinabilidade no aço. Os aços ressulfurados e alguns tipos de aço inoxidável utilizam o enxofre mais elevado na liga basicamente para facilitar o usinagem dos mesmos e por isso uma redução nos custos defabricação do produto final.
Os requisitos fundamentais a que devem obedecer os aços microligados estruturais são os seguintes: 1. Ductilidade e homogeneidade; 2. Valor elevado da relação entre limite de resistência e limite de escoamento; 3. Soldabilidade; (A norma API 5L especifica que quando o conteúdo de carbono é menor ou igual a 12% deve ser utilizada a fórmula de Ito de Bessyo para calcular o carbono equivalente do aço, esta é dada pela equação abaixo:
% =
+ ൬30൰ + ൬ 20 ൰ + ൬20൰ + ൬20൰ + ൬20൰ + ൬ 15 ൰ + ൬10൰ + ሺ5 ሻ
Notemos que quanto maior o carbono equivalente menor será a soldabilidade do aço, e mais lentamente deverá ser feito o resfriamento do conjunto. Para o LNE 500: %Ceq=0,2245, notemos que ele é menos soldável que o seu “primo” LNE380 %Ceq=0,2045, porém muito melhor que o LNE600 %Ceq=0,3328). 4. Susceptibilidade de corte por chama, sem endurecimento; 5. Resistência razoável à corrosão. Conclusão A liga LNE 500 é uma liga de Ferro (matriz), carbono, manganês, silício, fósforo, enxofre, alumínio, nióbio, vanádio e titânio com boas propriedades mecânicas, sendo aplicado como aço de construção mecânica, com atenção especial para a soldagem, pois esta exige atenção especial.
Referências: AÇOS ESTRUTURAIS - Fabio Domingos Pannoni, M.Sc., Ph.D. CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS E ELEMENTOS DE LIGA – Carlos A. dos Santos EQUACIONAMENTO E QUANTIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE BARRAS DE AÇO EM CONFORMIDADE COM NORMAS SAE - Túlio Braz Comitre AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE JUNTAS SOLDADAS CIRCUNFERENCIAIS DE AÇO API 5L X80 À CORROSÃO SOB TENSÃO NA PRESENÇA DE SULFETOS E SUSCEPTIBILIDADE À FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO - Adriana Forero Ballesteros - Tese de doutorado NBR 6656 – Bobinas e chapas laminadas a quente d aço acalmado com características especiais de propriedades mecâncias, conformabilidade e soldabilidade – especificação.
