35# vs 45# – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
35# e 45# são duas classificações de aço de carbono médio amplamente utilizadas em componentes mecânicos, eixos, fixadores e forjados. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente ponderam as compensações entre custo, usinabilidade, soldabilidade e desempenho de carga ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem se priorizar a maior resistência e resistência ao desgaste em estado entregue em comparação com a formação mais fácil, menor sensibilidade ao tratamento térmico e procedimentos de união mais simples.
A principal diferença entre as duas classificações é o teor de carbono e o potencial resultante de maior resistência e dureza do material 45# em comparação com 35#. Essa mudança básica na composição afeta a microestrutura, a resposta ao tratamento térmico, a temperabilidade e as operações subsequentes — razão pela qual essas classificações são frequentemente comparadas para componentes que requerem um equilíbrio entre resistência, tenacidade e fabricabilidade.
1. Normas e Designações
- GB (China): 35# e 45# (nomenclatura comumente usada nas normas chinesas).
- EN / Europeu: C35, C45 (família EN 10083 para aços tratáveis termicamente).
- SAE/AISI: aproximadamente equivalente a 1035 (≈0,35%C) e 1045 (≈0,45%C).
- JIS (Japão): S35C, S45C.
- ASTM/ASME: não há uma designação única direta, mas comparável a aços de carbono médio cobertos por especificações mais amplas (barras, forjados).
Classificação: tanto 35# quanto 45# são aços de carbono simples (não inoxidáveis, não HSLA por padrão). Eles podem ser fornecidos como aços de carbono básicos para tratamento térmico; elementos de liga além de C, Mn e Si são tipicamente mínimos, a menos que o produto seja deliberadamente especificado como ligado ou microligado.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: intervalos típicos de composição (wt%). Estes são intervalos representativos usados na prática para classificações de aço carbono com as designações 35 e 45. O material realmente fornecido deve ser verificado em relação aos certificados da usina.
| Elemento | 35# (típico, wt%) | 45# (típico, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0,32 – 0,38 | 0,42 – 0,50 |
| Mn | 0,25 – 0,65 | 0,50 – 0,80 |
| Si | 0,15 – 0,35 | 0,15 – 0,35 |
| P | ≤ 0,035 (máx) | ≤ 0,035 (máx) |
| S | ≤ 0,035 (máx) | ≤ 0,035 (máx) |
| Cr | tipicamente ≤ 0,25 (traço) | tipicamente ≤ 0,25 (traço) |
| Ni | tipicamente ≤ 0,30 (traço) | tipicamente ≤ 0,30 (traço) |
| Mo | tipicamente ≤ 0,08 (traço) | tipicamente ≤ 0,08 (traço) |
| V, Nb, Ti | geralmente não especificado (traço em algumas rotas) | geralmente não especificado (traço) |
| B, N | níveis de traço se controlados | níveis de traço se controlados |
Como a liga afeta as propriedades: - Carbono: principal fator de resistência e temperabilidade. Maior C (45#) aumenta a dureza e a resistência à tração alcançáveis após a têmpera e o revenimento, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade. - Manganês: aumenta a temperabilidade e a resistência à tração e contrabalança a fragilidade do enxofre; comum em ambas as classificações em níveis moderados. - Silício: desoxidante e contribui modestamente para a resistência. - Elementos de liga em traço (Cr, Mo, V): se presentes intencionalmente, melhoram a temperabilidade, resistência ao desgaste e estabilidade do revenimento; mas os típicos 35#/45# não são deliberadamente ligados a altos níveis, a menos que especificado.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - Estados como laminados ou normalizados: uma mistura de ferrita e perlita. 35# (menor carbono) apresentará uma maior fração de ferrita e perlita mais grossa; 45# tem uma fração de perlita/cimento mais alta (mais perlita lamelar) e pode mostrar algum cimento proeutetóide dependendo do resfriamento. - Após a têmpera: a formação de martensita é mais pronunciada em 45# para a mesma severidade de têmpera devido ao maior carbono. 35# formará martensita, mas em menor extensão (e pode exigir uma têmpera mais profunda ou liga para dureza equivalente). - Após o revenimento: martensita revenida, com respostas de revenimento diferentes por carbono — aços de carbono mais altos retêm maior dureza em temperaturas de revenimento equivalentes.
Efeito das rotas de processamento: - Normalização (austenitização e resfriamento ao ar) refina o tamanho do grão e produz uma matriz de ferrita+perlita relativamente uniforme; 35# tende a ser mais dúctil depois. - Têmpera e revenimento podem elevar a resistência e tenacidade: 45# pode alcançar janelas de resistência/dureza mais altas, mas requer revenimento cuidadoso para evitar fragilidade. - Processamento termo-mecânico e adições de microliga (V, Nb, Ti) podem refinar o tamanho do grão de ferrita e produzir matrizes de ferrita/perlita ou bainítica mais fortes, aumentando a resistência sem depender apenas do carbono; tais tratamentos são geralmente especificados em vez de inerentes ao padrão 35#/45#.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: intervalos típicos de propriedades mecânicas para condições comuns (normalizadas ou têmperas e revenidas se sobrepõem). Estes são valores representativos — verifique com certificados da usina e registros de tratamento térmico para o projeto.
| Propriedade | 35# (típico) | 45# (típico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (Rm) | ~500 – 700 MPa | ~600 – 800 MPa |
| Resistência de escoamento (Rp0.2 / Re) | ~300 – 500 MPa | ~350 – 600 MPa |
| Alongamento (A) | ~16 – 25% | ~10 – 18% |
| Tenacidade ao impacto (Charpy V notch, como normalizado) | moderada; maior que 45# sob o mesmo tratamento térmico | menor que 35# para o mesmo tratamento; melhora com o revenimento |
| Dureza (HB) | ~150 – 220 HB | ~180 – 260 HB |
Interpretação: - 45# é mais forte e capaz de maior dureza e resistência ao desgaste devido ao maior carbono; geralmente apresenta menor ductilidade e menor tenacidade em condições equivalentes. - 35# é mais dúctil e tolerante a ciclos térmicos de formação e soldagem; é frequentemente preferível onde tenacidade, dobra ou formação a frio são importantes. - As propriedades finais dependem fortemente do tratamento térmico: um 35# temperado e revenido pode se aproximar ou exceder a resistência de um 45# normalizado, mas a dureza e a capacidade de resistência ao desgaste permanecem limitadas pelo teor de carbono.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende principalmente do teor de carbono, equivalente de carbono (CE) e liga. Dois índices empíricos comuns são úteis para interpretar a soldabilidade relativa:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
e
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - 45# com maior carbono terá um $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ mais altos do que 35# (tudo o mais igual), indicando maior propensão a formar zonas afetadas pelo calor martensíticas duras e um maior risco de trincas a frio. Isso exige pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) mais frequentemente para 45#. - 35# é mais soldável na prática típica de oficina: menores requisitos de pré-aquecimento, menor risco de distorção e menos problemas de trincas. - Quando elementos de liga (Cr, Mo) estão presentes, a temperabilidade aumenta e a soldabilidade diminui ainda mais para ambas as classificações; esse efeito é amplificado em 45# devido à sua maior temperabilidade base proveniente do carbono.
6. Corrosão e Proteção Superficial
- Nenhum dos dois, 35# ou 45#, é aço inoxidável; ambos são suscetíveis à corrosão atmosférica geral e ataque localizado em ambientes agressivos.
- Estratégias de proteção comuns: galvanização a quente, eletrodeposição, revestimentos de conversão, sistemas de pintura/primer ou sobreposições de polímero. A seleção depende do ambiente de serviço, geometria e custo.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) não é aplicável a aços de carbono simples porque é usado para ligas inoxidáveis:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Use ligas resistentes à corrosão (aços inoxidáveis) ou revestimentos quando a resistência à corrosão for um requisito de projeto; para aços de carbono simples, concentre-se em métodos de proteção de barreira e catódica.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade: 35# geralmente é mais fácil de usinar do que 45# devido à menor dureza e menor desgaste da ferramenta; no entanto, a usinabilidade depende do tratamento térmico e da microestrutura. Modificações de corte livre (adições de enxofre) são uma categoria separada.
- Formabilidade e dobra: 35# tem maior ductilidade e melhor formabilidade a frio. 45# pode ser formado a frio, mas tem menor deformação permitida antes de trincar; a formação a quente ou o recozimento podem ser necessários para dobras apertadas.
- Desbaste, acabamento e endurecimento superficial: 45# responde melhor a processos de endurecimento superficial (endurecimento por indução, cementação seguida de têmpera e revenimento quando combinados com perfis de carbono apropriados) para melhorar a resistência ao desgaste.
- Estabilidade dimensional: ambas as classificações requerem atenção às tensões residuais introduzidas pela usinagem e tratamento térmico; 45# pode precisar de recozimento de alívio de tensões dependendo da aplicação final.
8. Aplicações Típicas
| 35# — Usos típicos | 45# — Usos típicos |
|---|---|
| Eixos e eixos para cargas moderadas, pinos, parafusos e porcas onde ductilidade e tenacidade são importantes | Eixos pesadamente carregados, engrenagens, virabrequins, eixos de comando, parafusos pesados, peças de desgaste que requerem maior dureza |
| Forjados e componentes que serão revenidos para resistência moderada e boa tenacidade | Componentes que requerem maior resistência e resistência ao desgaste após têmpera e revenimento |
| Peças que são frequentemente soldadas ou requerem formação mais agressiva | Peças que requerem maior resistência à fadiga e resistência ao desgaste; componentes sujeitos à fadiga de dobra |
Racional de seleção: - Escolha 35# quando a facilidade de formação, soldagem e tenacidade forem prioridades ou quando o custo for uma restrição. - Escolha 45# quando maior resistência em estado entregue, dureza superficial e resistência ao desgaste forem os principais fatores de projeto e quando o processo de fabricação puder acomodar a maior temperabilidade do aço.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: 35# é geralmente ligeiramente menos caro do que 45# por base de kg devido ao menor teor de carbono e rotas de produção semelhantes; a diferença é modesta. Os custos de tratamento térmico e acabamento podem superar as diferenças de preço do material.
- Disponibilidade: ambas as classificações são onipresentes em barras, chapas e estoques de forjamento. 45# pode ser mais comumente estocada para componentes pesados e aplicações que requerem entregas temperadas e revenidas, enquanto 35# é comum para peças de uso geral.
- Formas de produto: ambas estão amplamente disponíveis como barras laminadas a quente, barras desenhadas a frio, forjados e chapas. Variantes microligadas ou de química controlada são produzidas sob encomenda.
10. Resumo e Recomendação
Tabela de resumo (qualitativa):
| Aspecto | 35# | 45# |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (menor CE) | Mais sensível (maior CE) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Mais dúctil, melhor tenacidade em tratamento térmico igual | Maior resistência/dureza alcançável; menor ductilidade se superendurecido |
| Custo | Levemente menor (custo do material) | Levemente maior (material + processamento potencial) |
Recomendações: - Escolha 35# se: - Você precisa de melhor ductilidade em estado fabricado, processos de soldagem mais simples e menor risco de trincas. - A peça passará por formação significativa ou requererá maior tenacidade em entalhes sob cargas de projeto. - Custo e facilidade de fabricação são priorizados em relação à dureza máxima ou resistência ao desgaste.
- Escolha 45# se:
- Maior resistência, maior potencial de dureza ou resistência ao desgaste melhorada forem necessárias (por exemplo, eixos pesadamente carregados, engrenagens).
- O processo de fabricação puder incluir pré-aquecimento/PWHT apropriados e têmpera/revenimento controlados para gerenciar a tenacidade.
- A vida útil à fadiga, dureza superficial através de endurecimento por indução ou propriedades temperadas e revenidas forem fatores de projeto.
Nota final: tanto 35# quanto 45# são aços de carbono médio de uso geral. A melhor escolha depende do caso de carga do componente acabado, rota de fabricação e restrições de custo. Para aplicações críticas, especifique o tratamento térmico necessário, metas de propriedades mecânicas e testes de aceitação (UT/MT, mapeamento de dureza, testes de impacto) nos documentos de compra para garantir que a usina e a rota de tratamento térmico entreguem o desempenho pretendido.