NM450 vs NM500 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

NM450 e NM500 são aços de alta resistência e resistência à abrasão produzidos comercialmente, comumente especificados onde o desgaste severo e a carga de impacto alta coexistem — por exemplo, baldes de movimentação de terra, revestimentos de trituradores e equipamentos de mineração. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação os avaliam rotineiramente ao equilibrar a vida útil de desgaste, tenacidade ao impacto, soldabilidade e custo total do ciclo de vida.

A troca central entre essas duas classes é uma decisão clássica de dureza versus tenacidade: o NM500 de design superior é projetado para oferecer maior dureza superficial e, portanto, maior vida útil de desgaste em muitas aplicações de deslizamento/indentação abrasiva, enquanto o NM450 geralmente mantém uma resistência um pouco maior à fratura induzida por impacto e melhor ductilidade sob processamento comparável. Como ambas as classes são processadas por resfriamento e têmpera controlados ou laminação termomecânica, a seleção muitas vezes depende da geometria da peça, da energia de impacto de serviço esperada e dos requisitos de fabricação a montante.

1. Normas e Designações

• Especificações industriais comuns e sistemas de referência onde esses tipos de aços resistentes à abrasão aparecem:
• GB/T (normas nacionais chinesas) — a nomenclatura da série NM se origina aqui.
• EN (normas europeias) — aços comparáveis são frequentemente especificados como graus AR (resistentes à abrasão) (por exemplo, AR400/AR500), ou por números EN específicos para aços temperados e resfriados.
• ASTM/ASME — várias designações ASTM cobrem aços de alta resistência temperados e resfriados; o mapeamento direto um a um requer certificados de fornecedores.
• JIS — normas japonesas podem listar aços resistentes ao desgaste equivalentes sob diferentes nomes.
• Classificação: Essas classes são aços de baixa liga de alta resistência, temperados e resfriados, adaptados para resistência ao desgaste (não inoxidáveis); são melhor descritos como aços HSLA/resistentes à abrasão temperados e resfriados, em vez de aços para ferramentas ou graus inoxidáveis.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Os aços resistentes à abrasão da série NM são estratégias de liga focadas em alcançar uma microestrutura dura e resistente ao desgaste após resfriamento e têmpera, mantendo uma tenacidade adequada. Em vez de valores numéricos estritos de composição (que variam por fornecedor e rota de tratamento térmico), a tabela abaixo resume a presença intencional e o papel de cada elemento comumente especificado nos materiais NM450/NM500.

Elemento	Nível relativo típico	Papel metalúrgico primário
C (carbono)	Moderado	Hardenabilidade primária e resistência do martensita; maior C aumenta a dureza e a resistência ao desgaste, mas reduz a tenacidade e a soldabilidade.
Mn (manganês)	Moderado	Aumenta a hardenabilidade e a resistência à tração; também promove a desoxidação e contribui para a resistência ao desgaste.
Si (silício)	Baixo–moderado	Desoxidante e contribuinte para a resistência; Si excessivo pode prejudicar as propriedades da superfície e a soldabilidade.
P (fósforo)	Traço (controlado baixo)	Impureza; mantido baixo para evitar fragilização.
S (enxofre)	Traço (controlado baixo)	Normalmente minimizado; graus de corte livre têm maior S, mas isso é indesejável aqui.
Cr (cromo)	Baixo–moderado (se presente)	Melhora a hardenabilidade e a resistência à têmpera; pequenas quantidades podem melhorar o desgaste.
Ni (níquel)	Traço–baixo	Melhora a tenacidade, especialmente em baixas temperaturas, quando incluído.
Mo (molibdênio)	Traço–baixo	Contribuinte forte para a hardenabilidade e resistência a altas temperaturas; ajuda na resistência à têmpera.
V (vanádio)	Traço–baixo (microligação)	Forma carbonetos/nitretos para refinar o tamanho do grão, melhorando a tenacidade e a resistência.
Nb (niobio)	Traço (microligação)	Refinamento de grão e endurecimento por precipitação; ajuda a manter a tenacidade após a entrada de calor.
Ti (titânio)	Traço	Controla o nitrogênio e refina inclusões; ajuda na tenacidade.
B (boro)	Muito baixo (ppm)	Fortemente aumentador de hardenabilidade em concentrações muito baixas; usado com cuidado.
N (nitrogênio)	Controlado baixo	Elemento formador de nitreto; controlado para evitar fragilização e para formar precipitados microalógenos benéficos.

Explicação: A liga para NM450 e NM500 centra-se em um conteúdo de carbono modesto para permitir a formação de uma matriz martensítica ou bainítica após o resfriamento, com Mn controlado, pequenas quantidades de Cr/Mo/Ni para ajustar a hardenabilidade e a resposta à têmpera, e microligação (V, Nb, Ti) para refinar o tamanho do grão e preservar a tenacidade após o processamento térmico. Os fornecedores ajustam as químicas exatas para atender aos critérios de dureza e impacto alvo para espessuras de chapa.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

As microestruturas finais típicas para NM450 e NM500 são projetadas por resfriamento e têmpera controlados (ou laminação termomecânica mais resfriamento) para produzir uma matriz predominantemente de martensita temperada ou bainita temperada com quantidades controladas de austenita retida e carbonetos/nitretos finos provenientes da microligação.

• NM450:
• Microestrutura alvo: martensita temperada ou martensita–bainita temperada mista, com precipitação de carbonetos finos.
• A têmpera é escolhida para equilibrar a dureza próxima ao alvo aproximado de 450 HB e para preservar a tenacidade ao impacto; a têmpera em temperaturas mais altas reduz a dureza, mas aumenta a ductilidade e a tenacidade à fratura.

• O controle termomecânico pode produzir tamanhos de grão de austenita anterior mais finos, melhorando a tenacidade.

• NM500:

• Microestrutura alvo: uma martensita temperada de maior dureza com maior hardenabilidade através de uma ligeira maior liga ou intensidade de processamento; pode conter maior fração de volume de martensita e potencialmente um filme fino de austenita retida em algumas variantes de processamento.
• A têmpera é tipicamente mais leve (temperatura de têmpera mais baixa ou têmpera mais curta) para reter maior dureza, o que reduz a ductilidade e a tenacidade ao impacto em relação ao NM450, a menos que microligação compensatória/refinamento de grão seja aplicada.
• Para seções grossas, a hardenabilidade e o resfriamento controlado são essenciais para evitar núcleos macios ou tensões residuais excessivas.

Efeito das rotas de tratamento térmico: - Normalização: melhora a homogeneidade e o refinamento do grão, mas não produzirá por si só a dureza final alta; o resfriamento e a têmpera finais ainda são necessários. - Resfriamento e têmpera: rota primária para obter o equilíbrio de dureza e tenacidade projetado; a severidade do resfriamento e o cronograma de têmpera definem as propriedades finais. - Laminação termomecânica: refina o tamanho do grão e pode melhorar a tenacidade em uma dureza dada, permitindo um melhor equilíbrio entre resistência e tenacidade, especialmente no NM450.

4. Propriedades Mecânicas

Os fornecedores publicam garantias de propriedades que variam com a espessura, tratamento térmico e normas de teste. A dureza pelo nome da classe é um âncora prática, e outros atributos mecânicos são melhor comparados qualitativamente.

Propriedade	NM450 (comportamento típico)	NM500 (comportamento típico)
Dureza	~450 HBW nominal (meta de design)	~500 HBW nominal (meta de design)
Resistência à tração	Alta; adequada para peças de desgaste; menor que NM500 para a mesma intensidade de tratamento térmico	Maior resistência à tração final impulsionada por maior dureza e fração de martensita
Resistência ao escoamento	Alta; relativamente menor que NM500	Maior resistência ao escoamento refletindo microestrutura mais dura
Alongamento (ductilidade)	Maior ductilidade que NM500 em espessuras/temperaturas comparáveis	Alongamento reduzido em relação ao NM450 devido à maior dureza
Tenacidade ao impacto	Geralmente maior (melhor resistência à propagação de trincas sob impacto)	Tenacidade ao impacto menor, a menos que microligação/processamento específico seja usado para compensar

Interpretação: NM500 é projetado para máxima resistência ao desgaste e, portanto, exibe maior dureza e maior resistência estática do que NM450 quando ambos são processados para suas metas nominais. NM450 geralmente oferece melhor energia absorvida em testes de impacto e maior ductilidade, o que pode ser decisivo em aplicações com impactos severos ou cargas de choque.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente do equivalente de carbono e da microligação/hardenabilidade. Dois índices empíricos comumente usados são o equivalente de carbono IIW e o mais elaborado Pcm.

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

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

Interpretação qualitativa: - Maior carbono e liga para aumentar a hardenabilidade (como no NM500) elevam $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ e, portanto, aumentam o risco de zonas afetadas pelo calor (HAZ) duras e quebradiças e trincas a frio após a soldagem. - NM450, com dureza alvo ligeiramente menor e frequentemente intensidade de liga reduzida, tende a ser mais fácil de soldar com procedimentos padrão, menores requisitos de pré-aquecimento e uma escolha mais ampla de consumíveis. - Para ambas as classes, boas práticas de soldagem são essenciais: pré-aquecimento, controle da temperatura entre passes, seleção de consumíveis com tenacidade e resistência correspondentes, e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) ou alívio de tensões onde necessário. - Seções grossas e alvos de grau NM500 frequentemente exigirão maior pré-aquecimento, temperaturas entre passes controladas, consumíveis de baixo hidrogênio e possivelmente PWHT para evitar fragilização da HAZ.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

NM450 e NM500 não são aços inoxidáveis; eles não têm resistência à corrosão projetada além do que o carbono/base de baixa liga fornece.

• Estratégias de proteção típicas:
• Pintura (primers e acabamentos epóxi/uretano) para serviço geral.
• Revestimentos metalúrgicos (galvanização a quente é possível, mas menos comum em chapas muito duras, resfriadas e temperadas devido à mudança dimensional e risco de microfissuras; consulte o fornecedor).
• Spray térmico (metalização), revestimento duro ou soldagem de sobreposição podem combinar camadas de superfície resistentes ao desgaste com substrato mais resistente.
• Aplicabilidade do PREN: O índice PREN $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ é usado apenas para graus inoxidáveis; não é aplicável a NM450/NM500, uma vez que seus níveis de cromo, molibdênio e nitrogênio são muito baixos para conferir resistência à corrosão inoxidável.

Orientação: Para ambientes externos e úmidos, use proteção de superfície apropriada à exposição; para ambientes altamente corrosivos, considere sobreposições inoxidáveis resistentes ao desgaste ou ligas inoxidáveis alternativas resistentes ao desgaste.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Corte: Corte a plasma, oxicombustível, laser e jato d'água são comumente usados. Níveis de dureza (~450–500 HBW) aumentam o desgaste das ferramentas e podem exigir consumíveis de corte resistentes à abrasão e taxas de alimentação mais lentas.
• Maquinabilidade: Ambas as classes são desafiadoras para usinar na condição endurecida; a usinagem é geralmente realizada na condição como laminada ou após a têmpera usinável, ou por moagem. A seleção de ferramentas (carbeto/PCD) e o resfriamento são críticos.
• Formação e dobra: A formação a frio é limitada pela alta resistência e baixa ductilidade na condição endurecida; a dobra e a formação são tipicamente realizadas antes da têmpera final ou em condições de fornecimento de menor dureza. Se as peças devem ser formadas após a têmpera, aquecimento localizado (indução) ou acomodações de design são necessárias.
• Acabamento: Moagem, jateamento e operações de soldagem/sobreposição especializadas são comuns para restauração final da superfície ou ajuste.

8. Aplicações Típicas

NM450 — Usos típicos	NM500 — Usos típicos
Baldes e revestimentos de escavadoras onde a combinação de abrasão e impacto está presente e alguma ductilidade é necessária	Mandíbulas de trituradores, telas e funis onde a abrasão severa domina e a máxima vida útil de desgaste é buscada
Corpos de caminhões, placas de caçamba onde impacto moderado é esperado	Placas de desgaste em processamento mineral onde a abrasão por deslizamento predomina
Partes de cultivo agrícola e arados que requerem resistência ao choque	Chapas de transporte de alto desgaste e revestimentos de desgaste com ação predominantemente abrasiva

Racional de seleção: Escolha NM450 onde impactos repetidos, choque ou potencial de fratura quebradiça são uma preocupação e uma vida útil de desgaste ligeiramente reduzida é aceitável; escolha NM500 onde maximizar a vida útil de desgaste sob deslizamento/indentação abrasiva é a prioridade e o design minimiza o risco de fratura quebradiça (por exemplo, através de geometria, espessura e suporte de fundo).

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: NM500 geralmente custa mais por tonelada do que NM450 porque alvos de dureza mais altos exigem controle de processo mais rigoroso, potencialmente mais adições de liga/microligação e, às vezes, tratamento térmico mais intensivo. No entanto, a métrica de custo por vida pode favorecer NM500 se ela estender significativamente a vida útil do componente.
• Formas de produto e disponibilidade: Ambas as classes estão comumente disponíveis como chapas, folhas e revestimentos fabricados de usinas e distribuidores especializados. A disponibilidade e os prazos de entrega dependem da espessura, tamanho da chapa e propriedades mecânicas certificadas necessárias. Tratamento térmico ou testes personalizados (por exemplo, chapas de grande seção testadas para impacto em temperaturas especificadas) podem aumentar o custo e o prazo de entrega.

10. Resumo e Recomendação

Critério	NM450	NM500
Soldabilidade	Melhor (menor CE) em muitas condições de fornecedores; procedimentos mais fáceis	Mais exigente; maior pré-aquecimento e controle frequentemente necessários
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Melhor tenacidade e ductilidade em temperaturas de serviço comparáveis	Maior dureza e resistência; tenacidade reduzida sem processamento compensatório
Custo (material)	Baixo a moderado	Mais alto (mas potencialmente menor custo de ciclo de vida se os ganhos de vida útil de desgaste dominarem)

Conclusões e recomendações práticas: - Escolha NM450 se: a aplicação incluir impactos frequentes, cargas de choque ou estruturas soldadas complexas onde a tenacidade à fratura, ductilidade e soldabilidade mais tolerante são importantes. NM450 é frequentemente a escolha mais segura para peças que experimentam desgaste em modo misto com carregamento dinâmico substancial. - Escolha NM500 se: o serviço for dominado por desgaste abrasivo (deslizamento/indentação), o design minimizar tensões através da espessura e o risco de fratura quebradiça, e o objetivo de aquisição for maximizar a vida útil de desgaste e reduzir o tempo de inatividade de manutenção — desde que a soldagem, pré-aquecimento e procedimentos de fabricação sejam rigorosamente gerenciados.

Nota final: Garantias mecânicas exatas, regras de pré-aquecimento para soldagem e composição química variam por fabricante e espessura da chapa. Sempre obtenha e revise o certificado da usina e os procedimentos recomendados de soldagem e fabricação do fornecedor para a condição de entrega específica antes do design ou aquisição final.