NM400 vs NM450 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
NM400 e NM450 são aços de alta resistência e resistência à abrasão (AR) amplamente utilizados, especificados para aplicações onde o desgaste da superfície domina a vida útil do componente: caçambas, calhas, revestimentos, trituradores e ferramentas de engajamento ao solo de alta resistência. Engenheiros e profissionais de compras frequentemente decidem entre eles com base em compensações entre resistência ao desgaste, tenacidade, soldabilidade, fabricabilidade e custo. Os contextos típicos de decisão incluem se um custo de material inicial mais alto para maior resistência à abrasão é justificado por uma vida útil mais longa, ou se uma melhor tenacidade ao impacto e facilidade de fabricação são mais importantes.
A principal distinção prática entre essas duas classes é o nível de resistência ao desgaste projetada: NM450 é especificado e processado para fornecer maior dureza e resistência à abrasão do que NM400, enquanto NM400 é otimizado para um perfil mais equilibrado de resistência–tenacidade–fabricabilidade. Como ambas as classes visam famílias de produtos semelhantes (placas, revestimentos e seções), elas são comumente comparadas ao otimizar a vida útil do componente, intervalos de reparo e custo total de propriedade.
1. Normas e Designações
Aços do tipo NM são mais comumente encontrados em normas nacionais e regionais para aços carbono/ligados resistentes à abrasão, em vez de normas internacionais para ferramentas ou aços inoxidáveis.
- GB (China): NM400, NM450 aparecem nas normas chinesas que cobrem aços resistentes ao desgaste (frequentemente referenciados em certificados de compras e de usinas).
- EN (Europa): Produtos equivalentes são comercializados sob nomes como AR400 / AR450 ou como famílias EN 10029/10051; a correspondência direta um a um requer verificações de certificados de usina.
- JIS (Japão) / ASTM/ASME (EUA): Essas normas fornecem famílias separadas para aços resistentes à abrasão e placas de alta dureza (por exemplo, ASTM A611, A514 ou equivalentes AR400), mas novamente, os nomes das classes diferem — verifique a química e as propriedades mecânicas em vez de apenas o nome.
Classificação: NM400 e NM450 são aços carbono/ligados resistentes à abrasão, frequentemente considerados dentro das famílias mais amplas de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) e produtos temperados/normalizados, em vez de aços para ferramentas ou classes inoxidáveis.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo está uma comparação qualitativa das abordagens de design químico comuns para cada classe. As composições exatas variam de acordo com a usina e devem ser confirmadas por certificados de material para qualquer aplicação crítica.
| Elemento | NM400 (intenção de design típica) | NM450 (intenção de design típica) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Carbono baixo–moderado para equilibrar dureza e tenacidade | Carbono moderado, tipicamente maior que NM400 para auxiliar maior dureza |
| Mn (Manganês) | Mn moderado para resistência e temperabilidade | Mn moderado–elevado para suportar temperabilidade e resistência |
| Si (Silício) | Pequena adição para desoxidação e resistência | Semelhante ao NM400; nível controlado |
| P (Fósforo) | Mantido baixo (controle de impurezas) | Mantido baixo |
| S (Enxofre) | Baixo, controlado (inclusões minimizadas) | Baixo, controlado |
| Cr (Cromo) | Pode estar presente em pequenas quantidades para melhorar o desgaste | Frequentemente ligeiramente maior ou controlado para temperabilidade e resistência ao desgaste |
| Ni (Níquel) | Tipicamente mínimo ou ausente | Mínimo ou controlado se a melhoria da tenacidade for o alvo |
| Mo (Molibdênio) | Pode ser usado em pequenas quantidades para aumentar a temperabilidade | Usado em algumas receitas para melhorar a temperabilidade e resistência ao revenido |
| V, Nb, Ti (microligação) | Possíveis adições de microligação para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade | Pode incluir microligação para melhorar a resistência e tenacidade em maiores durezas |
| B (Boro) | Não tipicamente uma característica principal de design, mas pode ser usado em quantidades traço para aumentar a temperabilidade | Adições traço possíveis em algumas usinas |
| N (Nitrogênio) | Controlado para evitar fragilização | Controlado |
Como a liga afeta as propriedades - Carbono e manganês são alavancas primárias para dureza e temperabilidade. Maior teor de carbono resulta em maior dureza alcançável para um determinado tratamento térmico, mas tende a reduzir a ductilidade e complicar a soldagem. - Pequenas adições de Cr e Mo aumentam a temperabilidade e resistência ao desgaste abrasivo e melhoram a resistência ao revenido. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão e aumentam a resistência ao escoamento sem excesso de carbono, melhorando a tenacidade em níveis elevados de dureza. - Enxofre e fósforo são controlados porque reduzem a tenacidade e podem afetar a soldabilidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
As rotas de fabricação típicas incluem laminação controlada/processamento termo-mecânico, têmpera e revenido (Q&T), e em alguns casos resfriamento acelerado para produzir uma estrutura bainítica ou martensítica temperada.
NM400 - Produzido para alcançar uma matriz de martensita temperada ou bainita/martensita fina, dependendo do processamento. - A laminação termo-mecânica com resfriamento controlado resulta em uma estrutura refinada de ferrita–perlita ou bainita com fases duras locais; variantes de Q&T produzem martensita temperada para maior dureza. - Resposta ao tratamento térmico: temperabilidade moderada permite atingir a dureza alvo com ciclos de têmpera convencionais; o revenido restaura a tenacidade.
NM450 - Processado para alcançar níveis de dureza mais altos; a microestrutura típica visa bainita ou martensita temperada mais fina e de maior resistência, com uma maior proporção de constituintes duros. - A laminação termo-mecânica com resfriamento mais agressivo ou Q&T projetado para maior temperabilidade é comum. - Resposta ao tratamento térmico: requer ciclos térmicos ligeiramente diferentes para evitar fragilização excessiva enquanto maximiza a dureza; o revenido é crítico para equilibrar resistência e tenacidade.
Consequências práticas - A microestrutura do NM450 é empurrada em direção a fases de maior dureza e resistência ao desgaste; isso melhora a vida abrasiva, mas requer controle mais rigoroso do tratamento térmico e taxas de resfriamento para manter a tenacidade. - Ciclos de normalização ou alívio de tensões são usados de maneira diferente: o revenido excessivo ou resfriamento inadequado pode reduzir o desempenho ao desgaste; o revenido insuficiente pode deixar microestruturas frágeis.
4. Propriedades Mecânicas
Fornecidas como comparações qualitativas; as propriedades mecânicas exatas dependem da forma do produto, espessura e tratamento térmico da usina.
| Propriedade | NM400 | NM450 |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Alta (orientada para o serviço) | Maior que NM400 |
| Resistência ao escoamento | Alta | Maior que NM400 |
| Alongamento (ductilidade) | Moderado — bom equilíbrio | Ligeiramente menor que NM400 em dureza comparável |
| Tenacidade ao impacto | Melhor equilíbrio entre tenacidade e dureza | Pode ser menor se a dureza for maximizada; os fabricantes frequentemente ajustam para tenacidade adequada |
| Dureza (superfície/classificação de dureza) | Projetado para desempenho de dureza de ~400 HB (base de designação) | Projetado para desempenho de dureza de ~450 HB (base de designação) |
Por que essas diferenças ocorrem - NM450 visa maior dureza para resistência à abrasão por meio de aumento de carbono, ligações ou processamento diferente; isso eleva as resistências à tração e ao escoamento, mas pode reduzir o alongamento e a tenacidade ao impacto se não for equilibrado com ligações e processamento térmico. - NM400 é frequentemente escolhido onde um compromisso entre tenacidade e resistência ao desgaste é necessário, especialmente onde impacto e escoriação são significativos.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é governada em grande parte pelo equivalente de carbono e conteúdo de microligação. Duas fórmulas empíricas comuns usadas para avaliar o risco de fissuração a frio assistida por hidrogênio e endurecimento da zona afetada pelo calor são:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação (qualitativa) - Maior carbono, maior Mn e adições de Cr/Mo/V aumentam $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, indicando maior temperabilidade e um risco maior de endurecimento e fissuração da ZAC. NM450 geralmente apresenta índices mais altos do que NM400, implicando controle mais rigoroso da temperatura de pré-aquecimento, temperatura entre passes e requisitos de tratamento térmico pós-solda. - Microligação (Nb, V, Ti) aumenta a resistência, mas pode aumentar a temperabilidade; no entanto, níveis controlados e procedimentos de soldagem adequados mitigam o risco de fissuração. - Recomendações práticas: use consumíveis de baixo hidrogênio, pré-aqueça seções mais espessas ou aços de alto $CE$, controle as temperaturas entre passes e considere PWHT ou gerenciamento de entrada de calor local ao soldar NM450 em seções pesadas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
NM400 e NM450 são aços carbono/ligados não inoxidáveis; a resistência à corrosão é limitada e não é intrínseca à sua designação.
- Proteção não inoxidável: as proteções de superfície comuns incluem pintura, revestimentos resistentes à abrasão, sobreposições de spray térmico e galvanização a quente (onde apropriado para o ambiente de serviço). Na maioria dos ambientes abrasivos, revestimentos sacrificiais serão consumidos rapidamente; frequentemente, revestimentos de desgaste são usados como elementos sacrificiais substituíveis.
- Quando índices de corrosão semelhantes aos inoxidáveis são considerados, uma fórmula PREN é usada para classes inoxidáveis; não é aplicável às classes NM:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Esclarecimento: as classes NM não são projetadas para resistência à corrosão; critérios de PREN e inoxidáveis são irrelevantes, a menos que a química da liga inclua intencionalmente Cr/Mo e N substanciais (caso em que o material não seria típico NM400/NM450).
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Corte: A maior dureza do NM450 aumenta o desgaste da ferramenta durante o corte térmico e a usinagem mecânica em comparação com o NM400. Os parâmetros de corte a plasma e oxi-combustível devem ser ajustados; pré-aquecimento e cortes mais lentos podem ser necessários para evitar fissuração.
- Dobragem/formação: Reduções de ductilidade em durezas mais altas significam que o NM400 é geralmente mais fácil de formar; o NM450 requer controle mais rigoroso dos raios de dobra e potencialmente pré-aquecimento ou tratamento térmico local para operações de formação severas.
- Maquinabilidade: Ambos são mais difíceis de usinar do que aços macios; NM450 é tipicamente o mais desafiador devido à maior dureza e carbonetos abrasivos. O uso de ferramentas de carboneto, montagens rígidas e parâmetros conservadores é padrão.
- Acabamento: O desbaste e o acabamento de superfície para NM450 exigem mais frequente afiação de ferramentas e atenção à geração de calor para evitar o revenido da superfície.
8. Aplicações Típicas
| NM400 (usos comuns) | NM450 (usos comuns) |
|---|---|
| Revestimentos de caçambas de caminhões e carregadeiras onde ocorrem impacto e abrasão moderada | Revestimentos de alto desgaste, calhas e telas submetidas a desgaste abrasivo severo onde a vida útil é priorizada |
| Patins de transportadores, placas de desgaste em ambientes de abrasão moderada | Revestimentos de moinhos de moagem, mandíbulas de trituradores pesados e aplicações onde a abrasão de corte/moagem domina |
| Peças que requerem melhor equilíbrio de tenacidade e desgaste (por exemplo, quebradores de rocha) | Peças onde a máxima resistência à abrasão é necessária e os intervalos de substituição devem ser minimizados |
Racional de seleção - Escolha NM400 quando as peças sofrerem uma combinação significativa de impacto e abrasão, requererem melhor ductilidade e soldabilidade, ou quando um custo total de material mais baixo com substituições mais frequentes for aceitável. - Escolha NM450 quando o desgaste abrasivo for o modo de falha dominante e maximizar o tempo entre serviços ou substituições superar os custos adicionais de material e fabricação.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: NM450 geralmente tem um preço superior ao NM400 devido ao maior teor de liga, processamento mais rigoroso e necessidade de controle de qualidade mais apertado. As diferenças exatas de preço variam com o mercado, espessura e usina.
- Disponibilidade: Ambas as classes são amplamente produzidas em formas de placas e revestimentos por grandes usinas, mas a disponibilidade para espessuras e condições de superfície específicas pode variar regionalmente. NM400 é frequentemente mais prontamente disponível em uma gama mais ampla de espessuras; NM450 pode ser estocado em tamanhos de placas padrão e certos intervalos de espessura.
Considerações sobre a forma do produto - Placas, revestimentos cortados sob medida, montagens soldadas e componentes fabricados são formas de produto comuns. Os prazos de entrega e tratamentos térmicos personalizados aumentam com a complexidade.
10. Resumo e Recomendação
Tabela de resumo (qualitativa)
| Característica | NM400 | NM450 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (menor temperabilidade em média) | Mais exigente (maior temperabilidade) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Equilibrado (boa ductilidade e tenacidade) | Maior resistência e dureza; a tenacidade deve ser projetada |
| Custo | Mais baixo (geralmente) | Mais alto (geralmente) |
Recomendação - Escolha NM400 se: - O serviço incluir uma combinação significativa de impacto e abrasão. - A fabricação, soldabilidade e ductilidade forem importantes para reduzir a complexidade do reparo. - Um custo de material mais baixo e soldagem em campo mais fácil forem prioridades.
- Escolha NM450 se:
- O desgaste abrasivo for o modo de falha dominante e maximizar a vida útil for mais valioso do que o custo inicial de material e fabricação.
- O processo de design e fabricação puder acomodar controle mais rigoroso de soldagem e tratamento térmico.
- As peças forem revestimentos ou componentes substituíveis onde maior dureza se traduz diretamente em menos intervenções.
Considerações finais - Sempre verifique os certificados da usina para a química real e propriedades mecânicas antes de especificar ou aceitar material. - Para componentes críticos, solicite mapas de dureza, registros de tratamento térmico e, se necessário, dados de tenacidade ao impacto na temperatura de serviço pretendida. - Ensaios piloto, ensaios de campo ou testes de desgaste em condições de serviço representativas frequentemente fornecem a melhor base para a seleção final da classe e cálculos do custo total de propriedade.