AR400 vs AR450 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Os aços resistentes à abrasão (AR) AR400 e AR450 são dois dos aços de desgaste mais comumente especificados, tratados por têmpera e revenido, para componentes submetidos a contato deslizante, impacto e abrasão. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam trade-offs como custo versus vida útil, soldabilidade versus dureza e tenacidade versus resistência ao desgaste ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de revestimentos de desgaste, bordas de caçamba, partes de trituradores ou placas AR para fabricação onde a carga de serviço e a severidade do impacto diferem.

A principal distinção prática entre AR400 e AR450 é seu nível de dureza alvo e o consequente equilíbrio entre resistência e tenacidade. Essa diferença orienta a escolha nas aplicações: o AR400 é geralmente escolhido onde maior tenacidade e conformabilidade são necessárias, e o AR450 onde a maior dureza e resistência à abrasão justificam uma ductilidade um pouco reduzida e práticas de soldagem e conformação potencialmente mais conservadoras. Como ambos são designações comerciais em vez de normas de material harmonizadas únicas, eles são frequentemente comparados lado a lado em design e compras.

1. Normas e Designações

• AR400 e AR450 são graus de aço resistentes à abrasão (AR) utilizados internacionalmente. Eles são tipicamente fornecidos como placas tratadas por têmpera e revenido.
• Não são graus de designação química ASTM únicos; em vez disso, são nomes comerciais usados por vários produtores. Produtos de marcas comparáveis incluem Hardox 400/450 (SSAB) e outros graus AR específicos de fabricantes.
• Para especificações relacionadas, os engenheiros frequentemente consultam normas que cobrem aços estruturais/liga tratados por têmpera e revenido (exemplos: certas especificações ASTM para placas de alta resistência tratadas por têmpera) ou normas nacionais para aços resistentes ao desgaste.
• Classificação: AR400 e AR450 são aços carbono/liga tratados por têmpera e revenido, destinados principalmente à resistência ao desgaste (não são aços inoxidáveis).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Os fabricantes fornecem AR400 e AR450 com químicas variadas. A abordagem de liga é fornecer dureza e resposta ao revenido suficientes para alcançar a dureza alvo, mantendo tenacidade e soldabilidade aceitáveis. Em vez de porcentagens fixas (que variam por fornecedor e espessura da placa), a tabela a seguir resume o papel típico e a presença relativa dos elementos listados em produtos comerciais AR400/AR450.

Como a liga afeta as propriedades: - Dureza: Carbono, Mn, Cr, Mo e B determinam principalmente a facilidade de formação de martensita na têmpera; maior dureza suporta maior dureza em placas mais grossas. - Resistência versus Tenacidade: Carbono e liga aumentam dureza/resistência, mas podem reduzir tenacidade; microaleação (V, Nb, Ti) refina o tamanho do grão e ajuda na tenacidade. - Corrosão: Estes não são aços resistentes à corrosão—o teor de cromo é geralmente muito baixo para comportamento inoxidável.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas - Tanto o AR400 quanto o AR450 alcançam suas propriedades de desgaste por meio de uma microestrutura martensítica ou martensítica revenida produzida por têmpera e revenido. A estrutura como temperada é predominantemente martensita; o revenido reduz a fragilidade, melhora a tenacidade e controla a dureza final. - AR400: A dureza alvo é menor que a do AR450, então as temperaturas de revenido ou a severidade da têmpera são ajustadas para produzir martensita revenida ligeiramente mais macia com tenacidade e ductilidade retidas relativamente mais altas. - AR450: A dureza alvo é maior, o que significa que o tratamento térmico visa uma matriz martensítica mais resistente com menor revenido ou maior severidade de têmpera, o que pode reduzir a ductilidade e a tenacidade ao impacto em relação ao AR400.

Efeitos das rotas de processamento - Normalização: Usada tipicamente como um pré-tratamento para homogeneização e refino de grão; os aços AR destinados ao serviço de têmpera e revenido se beneficiam da austenitização controlada antes da têmpera. - Têmpera e revenido: A rota dominante. A dureza de têmpera é controlada pela temperatura de austenitização, tempo de espera, meio de têmpera e temperatura/tempo de revenido subsequente para alcançar a dureza Brinell alvo. - Processamento termo-mecânico: Alguns fornecedores usam laminação controlada e resfriamento acelerado para refinar a microestrutura e reduzir o teor de liga, mantendo o equilíbrio entre dureza e tenacidade.

4. Propriedades Mecânicas

Como as propriedades mecânicas são influenciadas pelo fabricante, espessura da placa e tratamento térmico, as comparações apresentadas são qualitativas e focadas no comportamento relativo. A distinção numérica definidora é a dureza: AR400 denota uma dureza nominal aproximada de cerca de 400 HB, e AR450 cerca de 450 HB.

Explicação: - O AR450 alcança maior dureza e, portanto, geralmente maior resistência à tração/escoamento, tornando-o superior para resistência ao desgaste abrasivo. - O AR450 mais duro sacrifica tipicamente alguma ductilidade e tenacidade ao impacto em comparação com o AR400. Para componentes expostos a cargas de impacto alto ou choque pesado, o AR400 é frequentemente a escolha mais segura para evitar fraturas frágeis.

5. Soldabilidade

A soldabilidade da placa AR depende da composição química (especialmente carbono e elementos equivalentes), dureza e a propensão a formar zonas afetadas pelo calor (HAZ) martensíticas duras durante a soldagem.

Índices empíricos úteis: - Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (parâmetro de soldabilidade): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Maior teor de carbono e liga aumenta $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, indicando um maior risco de endurecimento da HAZ, sensibilidade a trincas e necessidades de pré-aquecimento. - O AR400 é geralmente mais fácil de soldar do que o AR450 devido à sua dureza alvo mais baixa e à exigência de dureza tipicamente mais baixa, mas ambos os graus podem exigir pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e tratamento térmico pós-soldagem, dependendo da espessura e química. - Melhor prática: consulte os procedimentos de soldagem do fornecedor, use eletrodos de baixo hidrogênio, controle as temperaturas de pré-aquecimento/entre passes e considere o revenido pós-soldagem para restaurar a tenacidade na HAZ.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• AR400 e AR450 não são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é limitada e tipicamente semelhante ao aço carbono, a menos que uma variante de liga específica inclua cromo elevado.
• Estratégias comuns de proteção de superfície:
• Pintura/revestimento (sistemas epóxi ou poliuretano) para proteção atmosférica.
• Galvanização a quente é viável em alguns aços AR, mas pode exigir testes de aceitação, pois o tratamento térmico pode afetar as propriedades; consulte o fornecedor.
• Revestimentos de desgaste sacrificial locais (sobreposições revestidas de fio, sobreposições de solda) são às vezes aplicados para estender a vida útil.
• PREN não é aplicável porque estes não são graus inoxidáveis; para graus inoxidáveis, o índice seria: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade e dobra: O AR400, sendo mais macio/tenaz, dobra e forma mais facilmente do que o AR450. À medida que a dureza aumenta, o retorno elástico e o risco de trincas em raios de dobra aumentam.
• Corte e usinagem: Maior dureza (AR450) aumenta o desgaste das ferramentas e pode exigir ferramentas de metal duro e velocidades mais lentas. Corte a plasma, laser e jato d'água são comumente usados; os parâmetros de corte devem ser otimizados para dureza e espessura.
• Acabamento: A retificação e polimento são mais intensivos em mão de obra no AR450 devido à maior resistência ao desgaste abrasivo—classificação e preparação de superfície para revestimentos também podem exigir métodos mais agressivos.
• Recomendações de fabricação: Use procedimentos pré-qualificados; minimize o trabalho a frio após o tratamento térmico; selecione materiais e processos de ferramentas apropriados para a dureza.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha AR400 quando o serviço incluir impactos frequentes, cargas de choque, ou quando operações de conformação/soldagem exigirem maior ductilidade e tenacidade. - Escolha AR450 quando a abrasão for o modo de falha dominante e maior dureza aumentará materialmente os intervalos de manutenção, e onde os desafios de soldagem/conformação puderem ser gerenciados.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: O AR450 geralmente custa mais por tonelada/placa do que o AR400 devido ao processamento adicional e/ou liga necessária para atingir uma especificação de dureza mais alta.
• Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em tamanhos e espessuras de placa comuns; a disponibilidade de combinações exatas de espessura/comprimento pode variar por usina e região. Produtos de marcas com dureza alvo (por exemplo, Hardox) podem ter um fornecimento mais consistente em alguns mercados.
• Formas de produto: O fornecimento padrão é placa tratada por têmpera e revenido; alguns fornecedores também oferecem peças de desgaste fabricadas, revestimentos e perfis.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações: - Escolha AR400 se seu componente requer um equilíbrio entre resistência ao desgaste e impacto/tenacidade, você antecipa soldagem ou conformação em campo, ou precisa de melhor resistência à fratura frágil. - Escolha AR450 se seu modo de falha primário for desgaste abrasivo, onde a dureza extra aumentará substancialmente a vida útil, e você puder aceitar controles de soldagem/conformação mais rigorosos e potencialmente maior custo inicial do material.

Nota final: Como os graus AR são fornecidos com químicas e práticas de tratamento térmico variadas, sempre obtenha certificados de material do fornecedor, procedimentos de soldagem recomendados e verificação de dureza para a espessura de placa específica e estado de tratamento térmico antes de aprovar o material para serviço crítico.