Aço inoxidável é uma liga bem conhecida pela sua impressionante capacidade de resistir à corrosão e manchas; portanto, é amplamente utilizado em muitas aplicações industriais e domésticas. Entre as características essenciais deste material está a sua dureza, que determina a sua resistência à deformação. Este artigo explora diferentes ângulos da dureza do aço inoxidável, incluindo como ela é medida, o que a afeta e o que ela significa para vários usos de materiais. Conhecer essas propriedades permitirá que os profissionais do setor façam melhores escolhas na hora de selecionar tipos de aços inoxidáveis que atendam a necessidades específicas, garantindo eficiência e durabilidade em todos os momentos.
O que é dureza do aço inoxidável?
Noções básicas de dureza em aço inoxidável
A dureza do aço inoxidável refere-se à sua capacidade de resistir à deformação por outros meios que não sejam indentações temporárias, arranhões, cortes ou abrasão. É um atributo mecânico vital que tem influência direta no desempenho e durabilidade do aço inoxidável em diferentes usos. Os testes Brinell, Rockwell e Vickers podem ser usados para determinar a dureza do aço inoxidável de acordo com várias escalas, onde cada teste fornece um número que significa o quão resistente um material é categoricamente. Saber o que compõe as classes duras ajudará a estimar sua resistência ao desgaste, bem como sua adequação para condições adversas.
Como a dureza é medida no aço?
Métodos de teste padronizados são comumente usados para medir a dureza do aço, que é descrita como sua resistência à deformação. Alguns dos testes mais comuns incluem o seguinte:
- Teste de dureza Brinell (BHN): Uma esfera de aço duro ou metal duro é pressionada contra a superfície do aço que está sendo testado e o diâmetro da indentação resultante é medido. O BHN é calculado dividindo a força de teste pela área dessa esfera.
- Teste de dureza Rockwell (HR): Este método usa um cone de diamante ou um penetrador de esfera de aço endurecido aplicado sob uma carga específica em aço inoxidável endurecido. A profundidade de penetração é medida e, em seguida, um valor de dureza é lido em uma dentre diversas escalas – HRA, HRB ou HRC – dependendo do tipo de penetrador e da carga utilizada.
- Teste de dureza Vickers (HV): Um penetrador de pirâmide de diamante é pressionado na posição contra a amostra com uma força exata; a seguir, são medidos ambos os comprimentos diagonais da indentação resultante, a partir dos quais HV pode ser calculado, conhecendo esses valores juntamente com a força aplicada durante este procedimento de ensaio de dureza para metais como o aço.
Todos os três fornecem quantidades para fins de comparação, de modo que seja possível selecionar materiais apropriados com base nas propriedades desejadas exigidas em aplicações específicas.
Comparação de níveis de dureza em diferentes aços inoxidáveis
A dureza do aço inoxidável pode variar muito de acordo com a composição e o tratamento térmico. Em geral, a dureza é medida no aço inoxidável para saber sua aplicabilidade em diversos usos industriais; cada classe tem sua própria dureza única.
- Aços Inoxidáveis Austeníticos (por exemplo, 304, 316): Os aços austeníticos são menos duros, com valores típicos variando entre 140 HV e 190 HV. Possuem excelente resistência à corrosão e boa conformabilidade, mas não são tão duros quanto outras famílias de aços inoxidáveis.
- Aço Inoxidável Martensítico (por exemplo, 410, 440C): Essas classes possuem níveis mais elevados de dureza, começando em cerca de 200 HV quando recozidos até mais de 600HV após serem endurecidos e revenidos. Este tipo apresenta resistência moderada à corrosão juntamente com boas propriedades de resistência ao desgaste.
- Aço Inoxidável Duplex (por exemplo, 2205): Os graus Duplex representam uma combinação de caracteres austeníticos e ferríticos onde sua dureza geralmente fica entre 200-300HV. Eles oferecem maior resistência do que os austeníticos, além de melhor SCCR (Stress Corrosion Cracking Resistance).
Isso basicamente significa que você deve selecionar seu aço inoxidável com base em quão duro ele precisa ser para o trabalho em questão, ao mesmo tempo em que considera fatores como corrosão/desgaste e requisitos de resistência.
Como determinar a dureza do aço inoxidável?
Métodos para medir a dureza do aço inoxidável
É importante testar a dureza do aço inoxidável para determinar se ele pode ser usado para diversos fins. Alguns métodos comumente usados na medição da dureza do aço inoxidável incluem:
Teste de dureza Rockwell:
- Este método é considerado uma das melhores maneiras de medir a dureza do aço inoxidável. Envolve colocar uma determinada quantidade de carga em um penetrador feito de diamante ou esfera de aço que então penetra no material. A profundidade penetrada é medida e convertida em um valor de dureza na escala Rockwell, especialmente para variedades endurecidas de aços inoxidáveis. Diferentes escalas como Rockwell B, C etc., podem ser usadas dependendo do tipo de material que está sendo testado.
Teste de dureza Vickers:
- Nesta técnica, um penetrador em forma de pirâmide de diamante aplica força à área de superfície sob exame. O tamanho da indentação é medido usando um microscópio, enquanto o valor da dureza é calculado a partir da carga e das dimensões da indentação. O método Vickers é altamente preciso e aplicável a todos os tipos de materiais, incluindo aço inoxidável.
Teste de dureza Brinell em aço inoxidável endurecido:
- Os testadores de dureza Brinell funcionam pressionando penetradores rígidos de formato esférico contra certos pontos na superfície da amostra sob pressões fixas. O diâmetro deixado por essas reentrâncias representa um parâmetro de medição, e diferentes graus se preocupam em aumentar o nível até os níveis primários. Assim, Brinells testa seções mais duras, como aquelas com grãos grossos ou estruturas irregulares de grãos, que poderiam fornecer leituras falsas em outros métodos.
Cada um desses métodos tem suas próprias aplicações e adequação, dependendo de fatores como composição, espessura, precisão necessária, etc.
Importância da Dureza Rockwell em Aços Inoxidáveis
Considerando que o aço inoxidável é amplamente utilizado e tem muitas aplicações práticas, a dureza Rockwell é significativa, pois mede algumas propriedades mecânicas. O teste de dureza Rockwell fornece uma maneira rápida e confiável de medir o quão difíceis são as coisas; isso também nos diz como pode ser sua força, bem como quanto desgaste eles podem suportar. Além disso, auxilia no controle de qualidade ao avaliar com precisão a dureza, o que mostra se atende ou não a determinados padrões industriais exigidos para diferentes usos como este. Além disso, conhecer a dureza Rockwell pode ajudar a escolher tipos apropriados de aço inoxidável para diversos ambientes, o que pode afetar a usinabilidade, a conformabilidade e a vida útil, entre outros, ao lidar com componentes.
Procedimentos de teste para dureza do aço inoxidável
Vários procedimentos padronizados são usados para medir a dureza do aço inoxidável. Cada teste é selecionado dependendo das propriedades do material que está sendo testado e da aplicação pretendida. Entre todos os outros métodos, os testes de dureza Brinell, Rockwell e Vickers são os mais comumente usados, pois apresentam altos níveis de precisão.
Teste de Dureza Brinell
Este teste é adequado para materiais com estruturas de grãos grosseiros ou não uniformes. Um penetrador com um determinado diâmetro é pressionado no objeto sob uma carga específica enquanto se mede o diâmetro da impressão resultante. O número de dureza pode ser determinado dividindo a força aplicada pela área de indentação produzida, dando assim uma representação precisa de quão duro tal material pode ser.
Teste de Dureza Rockwell
O método Rockwell fornece uma boa estimativa para determinar os níveis de dureza do aço inoxidável. Funciona utilizando uma carga preliminar menor, que é seguida por cargas maiores, antes de medir as profundidades em que penetram naquela superfície metálica; isso o torna rápido e confiável porque os resultados obtidos são expressos diretamente em termos de unidades Rockwell. Múltiplas escalas (A, B, C, etc.) permitem testar diferentes metais contra diversas cargas.
Teste de dureza Vickers
Neste método, um penetrador de pirâmide de diamante é empregado para aplicar uma carga conhecida em pontos selecionados de amostras metálicas até que sejam criadas impressões, cujos tamanhos podem então ser medidos após a retirada de tais forças; esta abordagem proporciona resultados consistentes mesmo quando se lida com substâncias muito duras, uma vez que é suficientemente versátil para utilização com todos os tipos de metais.
Cada técnica tem seus próprios benefícios, tornando-a aplicável a diferentes aços inoxidáveis com base em suas estruturas e utilizações, como o Aço Inoxidável 416. A determinação correta desses números garante que o SS de nível industrial atenda aos padrões de desempenho exigidos em termos de durabilidade e segurança em vários setores.
Quais são as propriedades mecânicas do aço inoxidável 304 e 316?
Visão geral do aço inoxidável 304
Uma liga austenítica, o aço inoxidável 304, é composta principalmente de ferro com cromo (18-20%) e níquel (8-10.5%). É conhecido pela sua excepcional resistência à corrosão, razão pela qual pode ser utilizado em diversos locais, como equipamentos de cozinha domésticos ou máquinas industriais pesadas. A adição de cromo causa a formação de uma camada passiva autocurativa composta de óxido de cromo na superfície do metal, protegendo-o da ferrugem por oxidação. Embora este material também possua boa conformabilidade e soldabilidade que permite fácil moldagem ou união em várias formas ou estruturas, suas propriedades mecânicas incluem resistência à tração de aproximadamente 515MPa e resistência ao escoamento de 205MPa – tornando-o forte o suficiente para aplicações de construção menores e significativas. Além disso, a preservação das características mecânicas dentro de amplos limites de temperatura também garante confiabilidade em diferentes ambientes operacionais.
Características do aço inoxidável 316
O aço inoxidável 316 é uma liga austenítica com mais resistência à corrosão do que o aço inoxidável 304. É esta maior resistência que resulta da adição de molibdênio (2%-3%) em combinação com cromo (16%-18%) e níquel (10%-14%) em grandes quantidades. A presença de molibdênio aumenta a resistência à corrosão e ao mesmo tempo aumenta sua resistência contra o ataque de íons cloreto ou outros ambientes agressivos de solventes industriais. Com uma resistência à tração de cerca de 579MPa e um limite de escoamento de cerca de 290MPa, é muito forte e durável. Além disso, ainda pode funcionar bem sob temperaturas criogênicas e elevadas e, portanto, encontra amplas aplicações nas indústrias marítimas, processos químicos e aparelhos médicos. Sua excelente capacidade de reter propriedades estruturais e mecânicas mesmo sob condições severas torna o aço inoxidável 316 adequado para aplicações críticas que exigem confiabilidade.
Comparação entre 304 e 316 em termos de dureza
Para comparar a dureza entre os aços inoxidáveis 304 e 316, é necessário observar suas composições de material, bem como as propriedades que são alcançadas. Embora ambas as ligas tenham excelentes propriedades mecânicas, o aço inoxidável 316 apresenta uma dureza ligeiramente superior devido à inclusão de molibdênio. Convencionalmente, os valores médios de dureza Rockwell B para aços inoxidáveis 304 variam em cerca de 70-90 HRB, enquanto aqueles para o tipo 316 estão na faixa de 79-95 HRB. A presença de molibdênio aumenta muito seu endurecimento e resistência geral, particularmente sob condições agressivas onde a durabilidade é mais necessária em comparação com outros metais, como o aço carbono, que pode não resistir ao desgaste ou ao rasgo de forma adequada porque não possui esse recurso extra contido em versões mais duras. como estes.
Como o tratamento térmico afeta a dureza do aço inoxidável?
Compreendendo o processo de recozimento e endurecimento
Tratamentos térmicos críticos do aço, como amolecimento e revenido, influenciam suas propriedades mecânicas. No processamento de aço inoxidável, o recozimento refere-se ao aquecimento do metal a uma determinada temperatura e depois ao resfriamento a uma taxa controlada. O procedimento busca eliminar tensões internas, melhorar a flexibilidade e refinar o tamanho do grão, tornando o material tenaz e trabalhável. Normalmente, isso é feito entre 1900°F e 2100°F para que haja microestrutura uniforme por toda parte.
Por outro lado, o endurecimento envolve o aquecimento do aço além das temperaturas de recristalização, seguido de resfriamento imediato, que pode ser alcançado através da têmpera. Tal abordagem aumenta os níveis de dureza e resistência nos materiais através da criação de uma fase martensítica considerada frágil, mas dura. No entanto, algum alívio da fragilidade pode ser necessário sem sacrificar muita resistência, portanto o revenido pós-endurecimento não deve ser negligenciado.
Tanto o recozimento quanto o endurecimento modificam as propriedades do aço inoxidável de acordo com as diferentes necessidades industriais, para que atinja o desempenho desejado em aplicações específicas onde a durabilidade é mais importante.
Impacto na dureza através de técnicas de tratamento térmico
Vários métodos de tratamento térmico afetam significativamente a dureza do aço inoxidável que foi endurecido. Eles incluem têmpera, têmpera, recozimento e endurecimento por precipitação como os principais métodos. Normalmente, quando o recozimento é feito no aço inoxidável, ele fica mais macio. Ainda assim, deve-se saber que este processo melhora sua elasticidade e tenacidade, aliviando tensões internas e refinando simultaneamente a estrutura do grão. A têmpera, no entanto, esfria rapidamente a partir de temperaturas mais altas para aumentar a resistência através da formação de estrutura martensítica, uma vez que aumenta a temperabilidade. O revenido ocorre após a têmpera, onde o reaquecimento dos aços é realizado em temperaturas mais baixas para que a fragilidade possa ser diminuída sem perda total de resistência. O endurecimento por precipitação envolve a introdução de precipitados finos para maior endurecimento do material e aplicações de alto desempenho onde a resistência é mais necessária. Essas técnicas oferecem uma oportunidade de manipular propriedades mecânicas, permitindo assim que o aço inoxidável atenda a padrões ou requisitos específicos da indústria, o que é necessário para produtos de aço de boa qualidade.
Exemplos de classes de aço inoxidável com tratamento térmico
Tratamentos térmicos específicos são realizados em alguns tipos de aço inoxidável para adequar suas propriedades mecânicas a diferentes usos industriais.
- Grau 304: Comumente referido como aço inoxidável 18/8, o Grau 304 é suavizado por recozimento para melhorar sua trabalhabilidade e resistência contra ferrugem. É usado em equipamentos de cozinha, recipientes de produtos químicos e projetos arquitetônicos.
- Grau 410: O endurecimento e o revenido são feitos no Grau 410, que é aço inoxidável martensítico usado para obter resistência moderada à corrosão com altos níveis de resistência. É mais comumente usado para talheres, fixadores e peças de válvulas onde a resistência do aço inoxidável é fundamental.
- Grau 17-4 PH: Reconhecido por sua excelente resistência à corrosão além de alta resistência, este tipo de aço inoxidável endurecido por precipitação obtém métodos de endurecimento por precipitação tratados termicamente, aplicáveis principalmente em indústrias aeroespaciais e equipamentos de processamento químico, entre outros que exigem componentes com propriedades de resistência superiores. .
Esses exemplos demonstram como os processos de tratamento térmico podem ser modificados para aumentar certas características mecânicas ou químicas específicas necessárias para o desempenho ideal do aço inoxidável em diferentes ambientes industriais.
Por que a dureza é importante para a resistência à corrosão em aço inoxidável?
Relação entre dureza e resistência à corrosão
A relação entre resistência à corrosão e dureza no aço inoxidável é complexa. O aumento da dureza muitas vezes pode afetar a resistência à corrosão de maneira positiva e negativa. A dureza também pode ser melhorada por tratamento térmico e ligas com outros metais; isto é especialmente verdadeiro para aços inoxidáveis endurecidos. Embora níveis de dureza mais elevados geralmente levem a uma melhor resistência ao desgaste, eles podem reduzir a resistência à corrosão sob tensão ou à corrosão sob tensão se surgirem suscetibilidades de alterações microestruturais que favoreçam essas formas localizadas de corrosão.
No entanto, composições específicas de ligas e tratamentos térmicos são escolhidos para otimizar simultaneamente a dureza e a resistência à corrosão. Por exemplo, o endurecimento por precipitação pode ser usado em aço inoxidável grau 17-4 PH, que mantém altos níveis de resistência à corrosão enquanto atinge precipitados extremamente finos.
Concluindo, a associação entre dureza e corrosão depende muito do tipo de aço inoxidável, do tratamento térmico aplicado durante seu processo de fabricação e do ambiente onde será utilizado, entre outros fatores. Na verdade, algumas classes foram projetadas para ter um equilíbrio ideal entre essas duas propriedades necessárias para atender às exigentes demandas industriais.
Tipos de aço inoxidável com alta dureza e resistência à corrosão
Muitos tipos diferentes de aço inoxidável foram projetados de modo a proporcionar alta dureza, bem como boa resistência à corrosão, tornando-os assim adequados para uso em uma ampla gama de aplicações que seriam inadequadas para aços comuns. Exemplos incluem:
- Aços inoxidáveis martensíticos: Classes como 440C e 420 distinguem-se pela sua grande dureza, mas apenas moderada resistência à corrosão. O endurecimento é obtido por tratamento térmico; esses materiais são amplamente utilizados onde é necessária alta resistência combinada com alguma tolerância ao ambiente oxidativo.
- Aços inoxidáveis duplex: 2205 é o tipo mais comumente usado entre aqueles que apresentam alta resistência e dureza, além de excelente resistência à corrosão, especialmente no que diz respeito à fissuração por corrosão sob tensão (SCC) e ataque por pite, como contra íons cloreto (Cl—). Essas propriedades mecânicas superiores e diversas resistências a ambientes corrosivos são devidas à sua estrutura bifásica, composta de ferrita e austenita.
- Aços inoxidáveis com endurecimento por precipitação (PH): 17-4 PH (Tipo 630) representa uma das ligas de PH mais populares. As classes endurecíveis por precipitação alcançam forte dureza através do endurecimento por precipitação – um processo pelo qual pequenas partículas precipitam de uma matriz de liga, aumentando assim sua dureza sem comprometer os níveis de resistência à corrosão; esta combinação de propriedades é altamente apreciada nas indústrias de processamento químico, no setor aeroespacial, entre outros ambientes industriais que exigem requisitos duplos.
Concluindo, pode-se dizer que a escolha entre diferentes graus de aços inoxidáveis com elevados valores de dureza e capacidade de resistir ao ataque corrosivo depende de detalhes específicos associados às condições de exposição aliadas aos requisitos mecânicos para uma determinada aplicação.
Aplicações que exigem alta dureza e resistência à corrosão
Várias indústrias vitais utilizam aplicações que necessitam de alta dureza e resistência à corrosão, razão pela qual o aço inoxidável é a melhor escolha. Por exemplo, na indústria aeroespacial, tipos de aço inoxidável como 17-4 PH são usados na fabricação de pás de turbinas, fixadores e peças de trem de pouso devido à sua capacidade de resistir ao ataque corrosivo de combustíveis ou condições atmosféricas, ao mesmo tempo em que suporta tensões operacionais extremas. Da mesma forma, ferramentas odontológicas, implantes e instrumentos cirúrgicos, entre outras coisas na área médica, utilizam aços inoxidáveis martensíticos como o 440C porque oferecem dureza suficiente para arestas de corte, além de terem resistência moderada à corrosão causada por fluidos corporais.
Além disso, o sector petrolífero também depende fortemente destes tipos de metais; os aços inoxidáveis duplex (por exemplo, 2205) são aplicados na construção de tubulações, válvulas e estruturas offshore que exigem resistência mecânica e resistência contra ambientes corrosivos como salmoura ou áreas ricas em sulfeto. Além disso, as plantas de processamento químico exigem materiais que possam suportar a dureza: os aços inoxidáveis endurecidos por precipitação funcionam melhor para eixos de bombas, vasos de reatores, trocadores de calor, etc., uma vez que seus níveis de dureza são altos o suficiente para resistir ao ataque da maioria dos produtos químicos corrosivos sob tais condições.
Concluindo, isso significa que qualquer indústria aeroespacial, médica, de petróleo e gás ou de processamento químico deve escolher apenas os tipos de aço inoxidável que tenham maior dureza e excelente resistência à corrosão porque, sem eles, todos os produtos falharão antes de servirem aos propósitos pretendidos.
Fontes de Referência
Perguntas Frequentes (FAQs)
P: Quais são as principais características do aço inoxidável?
R: Resistência à corrosão, durabilidade, alta resistência à tração e capacidade de suportar altas temperaturas estão entre as principais características do aço inoxidável, o que o torna amplamente utilizado em muitas indústrias.
P: Como as propriedades do aço inoxidável mudam com o teor de cromo?
R: Nas ligas de aço inoxidável, o cromo é um elemento importante que melhora sua resistência à corrosão. De modo geral, quantidades maiores de cromo aumentam a resistência à ferrugem e à oxidação nas ligas.
P: Para que é comumente usado o aço inoxidável 410?
R: Os aços inoxidáveis 410 são tipos martensíticos conhecidos por sua alta resistência e resistência ao desgaste, sendo citados como uma classe que possui essas qualidades. Eles são utilizados principalmente na indústria de cutelaria, mas também na produção de utensílios de cozinha e em qualquer aplicação onde sejam necessárias boas propriedades mecânicas, juntamente com resistência moderada à corrosão.
P: O que diferencia o 303 de outras séries?
R: Com seu teor de enxofre facilitando a usinagem, o aço inoxidável austenítico tipo 303 oferece boa resistência à oxidação e corrosão, o que o torna um material ideal para conexões, parafusos, engrenagens, etc.
P: Por que o aço inoxidável 440c é preferido em certas aplicações?
R: Devido ao seu nível de carbono mais alto entre todas as classes comuns – cerca de um por cento em peso – esta variedade específica possui excelente dureza combinada com excelente resistência ao desgaste; portanto, é frequentemente escolhido para fins de fabricação de facas ou onde o rolamento de precisão e a capacidade de segurar as bordas são mais importantes, como instrumentações cirúrgicas de alta qualidade.
P: Quais são os benefícios do aço inoxidável austenítico?
R: Os aços inoxidáveis austeníticos, como o tipo 304 e o tipo 316, são reconhecidos por sua excepcional resistência à corrosão, boa trabalhabilidade e alta resistência em diversas temperaturas. Essas categorias encontram amplas aplicações em ambientes marinhos, indústrias de processamento de alimentos e equipamentos médicos.
P: Como a dureza do aço inoxidável é afetada pelo tratamento térmico?
R: O tratamento térmico pode alterar muito a dureza do aço inoxidável. Por exemplo, o aquecimento e o resfriamento rápido tornam o aço inoxidável martensítico, como 410 ou 440c, mais duro, aumentando assim sua resistência ao desgaste e resistência.
P: O que é corrosão sob tensão e sua relação com o aço inoxidável?
R: A fissuração por corrosão sob tensão (SCC) refere-se a uma falha em metais causada por tensões de tração combinadas com um ambiente corrosivo, levando à formação de fissuras. Alguns tipos de SS podem ser propensos a este problema, especialmente sob condições de alto estresse associadas a temperaturas elevadas; portanto, é necessária uma seleção cuidadosa com base no grau/condição.
P: Quais são alguns usos típicos do aço inoxidável duplex?
R: Duplex SS oferece alta resistência mecânica, resistência superior contra corrosão sob tensão e boa soldabilidade. Ele também pode suportar ambientes químicos severos, tornando-o ideal para aplicações que envolvem plantas de processamento químico e instalações de refino de petróleo e gás, onde prevalecem condições de serviço severas.
P: Quais classes têm a maior resistência à corrosão entre todos os aços inoxidáveis?
R: Ligas à base de cromo-níquel como Tipo 304 ou Tipo 316 são altamente resistentes à corrosão devido à sua estrutura austenítica única combinada com maiores quantidades de cromo (Cr) e molibdênio (Mo). Além disso, o Tipo 316 contém Mo que fornece proteção extra contra cloretos, tornando-o adequado para aplicações no setor marítimo e na indústria química.
