HARDOX450 vs HARDOX500 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

HARDOX450 e HARDOX500 são aços resistentes ao desgaste, tratados por têmpera e revenido, amplamente utilizados em aplicações de alto desgaste, como mineração, movimentação de terra, reciclagem e fabricação pesada. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam um dilema de seleção: priorizar maior resistência ao desgaste e resistência (geralmente associada a graus mais espessos e duros) ou priorizar tenacidade, conformabilidade e custos de fabricação mais baixos. A decisão geralmente equilibra a vida útil do componente, a estratégia de união e o custo total de propriedade.

A principal distinção técnica entre os dois graus é sua dureza nominal—um especificado em torno de 450 HBW e o outro em torno de 500 HBW—o que gera diferenças em resistência, tenacidade e comportamento de fabricação. Como ambos são variantes da mesma família da mesma linha de produtos, compartilham estratégia de liga e filosofia de processamento, mas suas trocas de propriedades os tornam escolhas complementares em vez de substituições diretas em todas as aplicações.

1. Normas e Designações

• Normas e especificações de produtos comuns que referenciam ou são compatíveis com os graus HARDOX:
• EN (Normas Europeias): EN 10029 / EN 10149 (contexto da família de aços laminados)
• ASTM / ASME: frequentemente citadas para métodos de teste mecânico e práticas de fabricação (por exemplo, ASTM A370 para testes mecânicos)
• JIS e GB: normas nacionais que fornecem testes e identificação de materiais no Japão e na China, respectivamente
• Designação do fabricante: HARDOX450, HARDOX500 (nomes de grau proprietários da SSAB)
• Classificação:
• Estes são aços de alta resistência, baixa liga (HSLA) tratados por têmpera e revenido, especificamente projetados para resistência ao desgaste—não são aços inoxidáveis, nem aços para ferramentas, nem aços carbono simples. Eles são ligados e processados para alcançar alta dureza e uma microestrutura martensítica/bainítica temperada.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo resume a abordagem típica de liga e a presença de cada elemento, em vez de valores numéricos precisos (os intervalos variam de acordo com a espessura e a forma do produto e são controlados pelo fabricante).

Como a liga afeta as propriedades - Carbono, Mn, Cr, Mo e pequenos elementos de microligação controlam a dureza e a estrutura martensítica/bainítica final após a têmpera e o revenido. Uma maior dureza efetiva permite alcançar uma dureza mais alta (HARDOX500) em espessuras equivalentes. - As adições de liga são mantidas modestas para preservar a soldabilidade e a tenacidade, permitindo que o projetista alcance a resistência ao desgaste necessária por meio de tratamento térmico controlado.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: Ambos os graus são processados para produzir uma microestrutura endurecida e revenida—principalmente martensita temperada com quantidades variáveis de bainita, dependendo da espessura e da taxa de resfriamento. O refino de grão e as populações de inclusões controladas são importantes para a tenacidade.
• Efeito do processamento:
• Têmpera e revenido: Rota industrial primária para ambos os graus. A têmpera cria uma estrutura martensítica dura; o revenido reduz tensões residuais e estabelece um equilíbrio entre dureza e tenacidade. O grau de dureza nominal mais alto (HARDOX500) é processado para reter uma maior proporção de martensita dura e menos amolecimento durante o revenido.
• Processamento termomecânico controlado (TMCP): Usado na fabricação de chapas para refinar o tamanho do grão, melhorando a tenacidade, especialmente em seções mais espessas.
• Normalização: Não é tipicamente usada para produzir graus de produto final, mas pode ser aplicada durante a forja ou reparo para refinar a microestrutura; o revenido controlado geralmente é necessário depois.
• Diferenças de resposta:
• HARDOX500 é processado e ligado para alcançar maior dureza; como resultado, tende a ter maior resistência, mas pode ser menos tolerante a revenimentos agressivos ou superaquecimento durante a fabricação.
• HARDOX450, com dureza nominalmente mais baixa, geralmente mostrará ligeiramente maior ductilidade e tenacidade à fratura para uma determinada espessura.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo compara qualitativamente os principais atributos de propriedades mecânicas e lista os valores de dureza nominal, que definem os nomes dos produtos.

Por que as diferenças ocorrem - O aumento da dureza de 450 para 500 HBW é alcançado por ajustes microestruturais (fração martensítica mais dura e equilíbrio de liga). O aumento da dureza e resistência reduz a deformabilidade plástica e geralmente reduz a tenacidade ao impacto e a elongação em espessuras comparáveis. O design do componente deve, portanto, equilibrar a vida útil ao desgaste e a integridade estrutural.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono, da dureza e da entrada de calor local. Ferramentas analíticas típicas:

• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Parâmetro mais detalhado: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa - Tanto HARDOX450 quanto HARDOX500 têm liga controlada para manter a soldabilidade razoável para chapas de alta resistência, mas HARDOX500 geralmente tem uma dureza efetiva mais alta, o que aumenta o risco de zonas afetadas pelo calor (HAZ) duras e fraturas a frio induzidas por hidrogênio em comparação com HARDOX450. - Orientações práticas para soldagem: - Pré-aqueça conforme recomendado pela espessura e design da junta para controlar a taxa de resfriamento e evitar picos de dureza na HAZ. - Use eletrodos/preenchimentos de baixo hidrogênio e controle a temperatura entre passes. - Combine a tenacidade e resistência do material de enchimento—as escolhas de enchimento devem considerar a ductilidade desejada no depósito. - Para HARDOX500, um controle mais rigoroso sobre a entrada de calor e as temperaturas entre passes é frequentemente necessário do que para HARDOX450. - Use cálculos de CE e Pcm para qualificação; valores calculados mais baixos indicam soldabilidade mais fácil.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Os graus HARDOX não são aços inoxidáveis; são aços carbono/ligados e devem ser tratados como não inoxidáveis para proteção contra corrosão.
• Métodos de proteção típicos:
• Sistemas de pintura e revestimento (primers epóxi, revestimentos de poliuretano) para proteção contra corrosão atmosférica.
• Revestimentos metalúrgicos, como galvanização a quente (nota: a galvanização pode alterar tensões locais e pode exigir controles de processo) ou sobreposições termicamente pulverizadas onde a proteção contra abrasão e corrosão é necessária.
• Soldagem de revestimento ou sobreposição (por exemplo, hardfacing) para combinar resistência ao desgaste com resistência à corrosão, mas a compatibilidade da dureza e da entrada de calor da soldagem deve ser gerenciada.
• PREN não é aplicável a esses graus de baixa liga e não inoxidáveis. Para referência, PREN é definido como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice se aplica a ligas inoxidáveis; os aços HARDOX terão Cr/Mo/N muito baixos para tornar o PREN significativo.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Chapas resistentes ao desgaste são mais duras para ferramentas de corte. HARDOX500 causará desgaste mais rápido das ferramentas do que HARDOX450. Corte a laser, plasma e jato d'água são comumente usados; os parâmetros de corte devem ser otimizados para evitar amolecimento ou fraturas locais.
• Dobra e conformação: Maior dureza reduz a dobrabilidade. HARDOX450 permite dobras mais apertadas e mais operações de conformação sem fraturas em comparação com HARDOX500. Diretrizes de conformação e raios mínimos de dobra do fabricante devem ser seguidos.
• Maquinabilidade: Ambas as chapas são mais difíceis de usinar do que o aço carbono; HARDOX500 é mais desafiador devido à maior dureza—o uso de ferramentas de metal duro, configurações de máquina rígidas e alimentações conservadoras são recomendados.
• Acabamento de superfície: Desbaste e acabamento para recorte de bordas ou preparação de solda requerem abrasivos adequados e atenção à entrada térmica.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção - Escolha HARDOX450 quando a peça requer uma combinação de resistência ao desgaste com tenacidade ao impacto, fabricação mais fácil (conformação, soldagem), ou onde as condições de operação incluem choque/impacto significativo. - Escolha HARDOX500 quando o modo de falha dominante for desgaste abrasivo e o design favorecer a máxima vida útil ao desgaste em detrimento de alguma perda de tenacidade e aumento dos controles de fabricação.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: HARDOX500 geralmente tem um preço superior ao de HARDOX450 devido a maiores demandas de processamento para alcançar a dureza elevada e potencialmente menores rendimentos durante a produção.
• Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis de grandes produtores de chapas em uma variedade de espessuras e formas de produtos (bobinas, chapas). A disponibilidade dependente da espessura pode variar regionalmente; os planejadores de compras devem confirmar os prazos de entrega para espessuras e condições de superfície específicas.
• Custo total de propriedade: Considere os custos do ciclo de vida—HARDOX500 pode reduzir a frequência de substituição, mas aumentar os custos de fabricação e união; HARDOX450 pode reduzir o custo de fabricação e pode ser mais tolerante em serviço.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação - Escolha HARDOX450 se seu componente requer um equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade, passará por conformação ou soldagem significativa, ou enfrentará carregamento de impacto/impulsivo onde ductilidade e resistência à fratura são críticas. - Escolha HARDOX500 se seu principal impulsionador de design for a máxima resistência à abrasão e vida útil ao desgaste, a geometria da peça minimizar os requisitos de conformação, e você puder aceitar controles de soldagem e fabricação mais rigorosos e um custo de material ligeiramente mais alto.

Nota final de engenharia: Sempre consulte as fichas técnicas do fabricante e realize verificações de design específicas para espessura e geometria (qualificação do procedimento de soldagem, verificações de dureza da HAZ e testes em nível de componente) porque as propriedades e as práticas de fabricação recomendadas dependem da espessura da chapa, do histórico de tratamento térmico e do ambiente de serviço pretendido.