NM400 vs NM450HB – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

NM400 e NM450HB são duas designações de aço estrutural resistente ao desgaste comumente consideradas para componentes expostos ao desgaste por deslizamento e abrasão — como revestimentos, caçambas, funis e partes de trituradores. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura pesam rotineiramente as compensações entre resistência ao desgaste, resistência, soldabilidade e custo ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar a vida útil máxima (resistência à abrasão) contra a complexidade de fabricação (soldagem, conformação) e a tenacidade geral do componente sob impacto.

A principal diferença prática entre essas classes é que o NM450HB é projetado e entregue com uma dureza mais alta (e, portanto, geralmente maior resistência e resistência ao desgaste) do que o NM400, o que produz diferentes microestruturas e demandas de processamento. Como ambos são projetados como aços de alta resistência e resistência ao desgaste (frequentemente produzidos por laminação controlada e processos de têmpera e revenimento ou têmpera direta), eles são frequentemente comparados ao especificar peças para serviços severos.

1. Normas e Designações

• Normas e designações comuns onde os aços do tipo NM aparecem:
• GB/T (China): série NM (por exemplo, NM400). Estes são tipicamente aços resistentes ao desgaste especificados por dureza nominal.
• JIS (Japão) e EN (Europa) fornecem conceitos equivalentes (aços de desgaste baseados em dureza), mas usam designações diferentes (por exemplo, aços AR (resistentes à abrasão), classes de dureza HBW).
• ASTM/ASME: nenhuma designação única "NM"; as normas ASTM cobrem a nomenclatura para aços temperados e revenidos, aços resistentes à abrasão ou limitam propriedades mecânicas por especificação.
• Produtores individuais podem rotular graus proprietários com nomes semelhantes (por exemplo, a numeração HB indica dureza Brinell alvo).
• Classe de material: Tanto o NM400 quanto o NM450HB são aços estruturais de alta resistência e resistência ao desgaste — não são aços inoxidáveis nem aços para ferramentas convencionais. Eles são tipicamente classificados como aços de carbono-manganês microaleados temperados e revenidos ou tratados termicamente (um subconjunto de aços HSLA/resistentes ao desgaste).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir descreve os elementos de liga típicos e sua presença relativa em NM400 e NM450HB. As faixas exatas variam por produtor e norma; consulte os certificados da usina para química precisa.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês são os principais contribuintes para a dureza e a temperabilidade. Controlar o carbono é um equilíbrio: suficiente para resistência, mas limitado para soldabilidade. - Elementos de microaleação (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão de austenita anterior e melhoram o equilíbrio entre resistência ao escoamento e tenacidade sem excesso de carbono. - Pequenas adições de Cr e Mo (quando presentes) melhoram a temperabilidade e a resistência ao revenimento, ajudando a retenção de dureza em seções mais grossas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas e respostas típicas:

• NM400:
• Frequentemente fornecido após têmpera e revenimento ou laminação controlada + revenimento. A microestrutura consiste comumente em martensita revenida, bainita ou uma mistura de martensita/bainita revenida, dependendo da taxa de resfriamento e da liga.
• Com temperabilidade moderada, seções mais grossas podem mostrar microestruturas mistas (bainita + martensita), o que ajuda na tenacidade.

• A normalização seguida de revenimento pode produzir uma microestrutura homogênea para melhorar a tenacidade em dureza um pouco mais baixa.

• NM450HB:

• Direcionado para maior dureza Brinell; alcançado por maior temperabilidade (através de liga e processamento) e cronogramas de têmpera e revenimento mais agressivos ou têmpera direta.
• A microestrutura tende a ser uma fração maior de martensita ou bainita muito fina. Quanto mais fina a estrutura martensítica e mais homogêneo o revenimento, melhor a tenacidade para a mesma dureza.
• Processamento termomecânico controlado (TMCP) e tratamento térmico preciso são mais críticos para alcançar a maior dureza enquanto preserva a tenacidade aceitável.

Efeitos do tratamento térmico: - A normalização refina os grãos e melhora a tenacidade, mas reduz a dureza máxima em comparação com a têmpera e revenimento. - A têmpera e o revenimento aumentam a dureza e a resistência (NM450HB frequentemente usa uma severidade de têmpera mais alta ou liga para atingir a dureza alvo). - O TMCP pode produzir um equilíbrio superior entre resistência e tenacidade e reduzir a severidade do tratamento térmico necessário para graus de alta dureza.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela a seguir fornece alvos de dureza qualitativa e convencional da indústria e comportamento mecânico típico. Para valores exatos, consulte o certificado da usina e a norma relevante.

Por que ocorrem diferenças: - Maior dureza (NM450HB) indica uma microestrutura com mais martensita/bainita mais fina e maior resistência à deformação plástica — portanto, maior resistência ao desgaste e resistência, mas reduzida ductilidade/tenacidade em relação ao NM400 sob processamento comparável.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é influenciada pelo teor de carbono, liga, espessura da seção e microaleação. Fórmulas preditivas comuns:

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

• Pcm (para uma avaliação mais conservadora da 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): - NM450HB, com maior temperabilidade e frequentemente mais microaleação, geralmente tem maior $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ do que NM400, indicando uma maior tendência a formar microestruturas HAZ martensíticas duras e, assim, uma maior suscetibilidade a trincas a frio, a menos que sejam usados pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas. - Pré-aquecimento, seleção controlada de metal de adição (combinação ou dureza ligeiramente inferior do metal de adição) e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) podem mitigar o risco de trincas na HAZ da solda. - Para seções grossas ou estruturas críticas, a qualificação do procedimento de soldagem e o controle de hidrogênio são essenciais para NM450HB.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Natureza não inoxidável: Nem NM400 nem NM450HB são resistentes à corrosão por composição. A resistência à corrosão deve ser alcançada por revestimentos ou proteção catódica.
• Métodos de proteção típicos:
• Galvanização: Possível dependendo da geometria do componente e do serviço; note que a galvanização a quente envolve exposição térmica e pode afetar as propriedades tratadas termicamente, a menos que a peça seja revestida após o tratamento térmico final.
• Sistemas de pintura: Revestimentos epóxi/poliuretano para proteção atmosférica.
• Sobreposições de borracha ou polímero: Para aplicações abrasivas combinadas com ambientes corrosivos.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a essas classes porque PREN é usado para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use estratégias de proteção contra corrosão adaptadas a ambientes combinados de abrasão-corrosão (por exemplo, selecione revestimentos ou sistemas de revestimento compatíveis com desgaste abrasivo).

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Maquinabilidade:
• Classes mais duras (NM450HB) são mais difíceis de usinar; o desgaste da ferramenta aumenta e as velocidades de corte/alimentação devem ser reduzidas. Ferramentas de metal duro e configurações de máquina estáveis são recomendadas.
• NM400 é comparativamente mais fácil de usinar, mas ainda mais desafiador do que o aço macio.
• Conformabilidade e dobra:
• Maior dureza reduz a conformabilidade. NM450HB geralmente requer raios de dobra maiores, menor deformação de conformação ou conformação a quente / recozimento localizado para evitar trincas.
• A dobra a frio de NM400 é mais fácil, mas ainda requer atenção ao retorno elástico e trincas nas bordas.
• Corte e processamento térmico:
• Corte a plasma/oxigênio e jato d'água são comuns; zonas afetadas pelo calor do corte térmico podem introduzir microestruturas frágeis — moagem ou escareamento pós-corte e alívio de tensões podem ser necessários.
• Acabamento:
• Moagem e jateamento podem ser eficazes para preparação de superfície e para estender a vida útil à fadiga; os requisitos de acabamento dependem do serviço.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha NM400 quando um equilíbrio de resistência ao desgaste, tenacidade e fabricação mais fácil for necessário para ambientes de abrasão média a alta. - Escolha NM450HB quando a máxima resistência à abrasão e maior resistência forem os principais impulsionadores e a complexidade da fabricação e os aumentos de custo forem aceitáveis.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: NM450HB geralmente custa mais do que NM400 por tonelada devido ao tratamento térmico adicional, controle de processamento mais rigoroso e demandas aumentadas de liga/processamento.
• Disponibilidade:
• Ambas as classes estão comumente disponíveis em formas de chapa e fabricadas de grandes usinas, mas NM450HB pode ter prazos de entrega mais longos ou quantidades mínimas de pedido dependendo do estoque do fornecedor e da espessura da chapa.
• Espessuras especiais ou condições de tratamento térmico certificadas pela usina podem aumentar o prazo de entrega para qualquer uma das classes.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

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