SUP11A vs SUP12 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
SUP11A e SUP12 são graus de aço estrutural/engenharia intimamente relacionados encontrados em cadeias de suprimento japonesas e do Leste Asiático e em especificações internacionais onde os projetistas selecionam de uma família de aços de baixa liga temperados ou normalizados. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação comumente escolhem entre eles ao equilibrar resistência mecânica, tenacidade, soldabilidade e custo para componentes como eixos, eixos, engrenagens e peças pesadas fabricadas.
A principal distinção técnica entre esses dois graus reside em seu design orientado para a tenacidade e metas de tratamento térmico: um grau é geralmente especificado para alcançar maior resistência ao impacto em detrimento de uma resistência nominal um pouco mais baixa ou uma resposta de tratamento térmico mais dura, enquanto o outro enfatiza maior resistência ou dureza garantida com controles de processamento correspondentes diferentes. Como ambos os graus ocupam envelopes de desempenho adjacentes, eles são frequentemente comparados quando um projeto deve atender a uma combinação de capacidade de carga estática, resistência à fadiga dinâmica e restrições de fabricação, como soldagem e conformação.
1. Normas e Designações
- Principais normas onde os graus da classe SUP aparecem: JIS (Normas Industriais Japonesas) é a origem primária; materiais equivalentes ou intimamente relacionados podem ser referenciados em normas regionais (por exemplo, GB) ou fichas técnicas de fornecedores para produtos de exportação. SUP11A e SUP12 são tipicamente descritos dentro de sistemas de designação do tipo JIS em vez de nomes numéricos ASTM/ASME.
- Classificação: Tanto SUP11A quanto SUP12 são aços de carbono/microliga de baixa liga destinados a aplicações estruturais e de engenharia. Eles não são aços inoxidáveis — em vez disso, pertencem à família de aços de carbono/microligados/temperados usados para componentes estruturais de alta resistência.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: resumo qualitativo das tendências típicas de liga (consulte a norma oficial ou o certificado de teste de fábrica para limites exatos).
| Elemento | SUP11A (estratégia de liga típica) | SUP12 (estratégia de liga típica) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Conteúdo moderado de carbono para permitir maior resistência após o tratamento térmico; equilibrado para tenacidade | Carbono ligeiramente mais baixo ou similar, frequentemente otimizado para melhorar a tenacidade e a soldabilidade |
| Mn (Manganês) | Mn moderado para resistência e endurecibilidade | Mn moderado a ligeiramente mais alto para ajudar na tenacidade e na endurecibilidade |
| Si (Silício) | Desoxidante; controlado para resistência | Papel semelhante; níveis controlados para gerenciar a tenacidade |
| P (Fósforo) | Mantido baixo (controle de impurezas) para evitar fragilização | Mantido baixo; controle rigoroso ajuda nas propriedades de impacto |
| S (Enxofre) | Mínimo; controlado para usinabilidade | Mínimo; mantido baixo para evitar fragilidade a quente e redução da tenacidade |
| Cr (Cromo) | Pode estar presente em pequenas quantidades para aumentar a endurecibilidade | Pode ser usado de forma semelhante ou em quantidades ligeiramente ajustadas para melhorar a tenacidade/endurecibilidade |
| Ni (Níquel) | Pode ser baixo ou ausente; se presente, destinado a melhorar a tenacidade | Se presente, direcionado para melhorar a tenacidade a baixa temperatura |
| Mo (Molibdênio) | Pequenas adições possíveis para refinar o grão e aumentar a endurecibilidade | Usado seletivamente para melhorar a resistência e tenacidade a altas temperaturas |
| V (Vanádio) | Microligação com V pode ser usada para endurecimento por precipitação | Microligação com V ou Nb frequentemente empregada para refinar o grão e melhorar a tenacidade |
| Nb (Nióbio) | Às vezes usado como microliga para refino de grão | Às vezes usado para aumentar a tenacidade e controlar a recristalização |
| Ti (Titânio) | Ocasionalmente usado para desoxidação e controle de grão | Papel de microliga semelhante quando especificado |
| B (Boro) | Raro e em níveis de traço se presente; ajuda na endurecibilidade em quantidades controladas | Igual — adições de traço possíveis, mas controladas rigorosamente |
| N (Nitrogênio) | Controlado; N excessivo reduz a tenacidade, a menos que estabilizado | Controlado de forma muito rigorosa; estabilização (Ti/Nb) pode ser usada para proteger a tenacidade |
Notas: Limites exatos de elementos e presença variam de acordo com a edição da norma e pela fábrica. A tabela mostra estratégias típicas de liga em vez de porcentagens prescritivas. Sempre verifique os certificados da fábrica e as normas do produto para decisões de compra.
Como a liga afeta as propriedades: - Carbono e manganês são os principais motores da resistência e endurecibilidade. Maior carbono aumenta a resistência/dureza alcançável após o tratamento térmico, mas reduz a tenacidade e a soldabilidade. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão de austenita anterior e permitem uma combinação favorável de resistência e tenacidade sem carbono excessivo. - Cromo, molibdênio e níquel são usados para aumentar a endurecibilidade e a tenacidade; pequenas adições podem alterar significativamente a resposta ao tratamento térmico e a necessidade de pré-aquecimento durante a soldagem.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - Ambos os graus são projetados para serem processados por normalização, têmpera e revenimento (Q&T), ou processamento mecânico/termo-controlado. As microestruturas alvo após Q&T são martensita revenida ou bainita com diferentes graus de austenita retida dependendo da liga e das taxas de resfriamento. - SUP11A: frequentemente processado para alcançar um equilíbrio entre resistência e tenacidade com martensita/bainita revenida. O controle do grão por meio de microligação é comum para limitar o crescimento do grão de austenita anterior. - SUP12: quando a tenacidade é a prioridade, os alvos de processamento são estruturas bainíticas/martensíticas revenidas mais finas com controle rigoroso na temperatura de revenimento e resfriamento para minimizar fases frágeis.
Efeito dos tratamentos térmicos: - Normalização: produz uma matriz de ferrita–perlita ou bainítica refinada dependendo da composição. É usada para homogeneizar e melhorar a tenacidade antes do tratamento térmico final. - Têmpera e revenimento: aumenta a resistência como temperado por meio da formação de martensita; o revenimento subsequente ajusta a troca entre tenacidade/dureza. Os graus SUP respondem de forma previsível — variantes de maior liga/maior C alcançarão maior dureza, mas requerem revenimento cuidadoso para restaurar a tenacidade. - Processamento termo-mecânico: a laminação controlada e o resfriamento acelerado podem produzir microestruturas bainíticas com maior tenacidade para o mesmo nível de resistência, frequentemente favorecidas para variantes focadas em tenacidade como SUP12.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: comparação qualitativa (consulte a norma específica do material ou o certificado da fábrica para valores garantidos).
| Propriedade | SUP11A | SUP12 |
|---|---|---|
| Resistência à Tração | Alta — projetada para capacidade de tração elevada após Q&T | Comparável a ligeiramente mais baixa — pode trocar pico de tração por melhor tenacidade |
| Resistência ao Esforço | Alta — projetada para componentes de suporte de carga | Similar ou modestamente mais baixa dependendo da especificação de revenimento |
| Alongamento (%) | Bom, mas tipicamente mais baixo que o grau mais orientado para a tenacidade | Frequentemente maior ductilidade/alongamento quando a tenacidade é priorizada |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy) | Moderada a boa; depende do tratamento térmico | Geralmente superior tenacidade ao impacto sob tratamento térmico e temperatura comparáveis |
| Dureza (HRC ou HB) | Pode alcançar níveis de dureza mais altos após Q&T | Dureza ligeiramente mais baixa para alvos de tenacidade equivalentes |
Interpretação: - SUP11A tende a ser especificado onde maior resistência/dureza nominal é importante. SUP12 é tipicamente especificado quando resistência ao impacto e ductilidade melhoradas são necessárias para cargas dinâmicas ou serviço a baixa temperatura. - As diferenças resultam tanto do ajuste composicional (microligação, equilíbrio de C e Mn) quanto das janelas de tratamento térmico especificadas.
5. Soldabilidade
A avaliação da soldabilidade depende principalmente do conteúdo de carbono, equivalente de carbono e da presença de elementos de endurecibilidade. Dois índices comumente usados:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Menor carbono e liga controlada reduzem $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, melhorando a soldabilidade e diminuindo o risco de pré-aquecimento/dureza na zona afetada pelo calor (HAZ). - SUP12, sendo otimizado para maior tenacidade, frequentemente possui especificações de liga e tratamento térmico que favorecem um equivalente de carbono efetivo mais baixo ou incluem microligação que mitiga a endurecimento da HAZ — isso geralmente melhora a soldabilidade em relação a uma variante SUP11A de maior resistência. - SUP11A, quando direcionado para maior resistência/dureza, pode exigir pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-solda (PWHT) para aplicações críticas. - Abordagem prática: calcule o equivalente de carbono de acordo com a fórmula aplicável usando os valores do certificado da fábrica e planeje o procedimento de soldagem (PQR/WPS) de acordo.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, SUP11A ou SUP12, são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é semelhante à dos aços de carbono/microliga e depende do ambiente e do acabamento da superfície.
- Estratégias de proteção típicas: galvanização a quente, revestimentos de zinco ou polímero, sistemas de pintura com preparação de superfície adequada, proteção catódica local em ambientes marinhos ou de solo, e margem de corrosão no projeto.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável a aços de carbono/microliga não inoxidáveis. Para referência, onde ligas inoxidáveis são consideradas, o índice PREN é:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Quando a resistência à corrosão é um requisito de compra, selecione uma liga inoxidável ou dedicada à resistência à corrosão em vez de confiar nos graus SUP.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Usinabilidade: Maior dureza/resistência (como no caso do SUP11A quando em uma condição de dureza mais alta) reduz a usinabilidade e aumenta o desgaste das ferramentas; dureza mais baixa ou condições de recozimento melhoram a usinabilidade. A condição orientada para a tenacidade do SUP12 geralmente é mais fácil de usinar quando a resistência é trocada por tenacidade.
- Conformabilidade e dobra: Ambos os graus podem ser conformados na condição recozida ou normalizada. Condições de têmpera e revenimento de maior resistência reduzem a dobrabilidade e aumentam o risco de trincas; o SUP12 pode permitir raios de dobra ligeiramente mais apertados em revenimento equivalente devido à superior ductilidade.
- Acabamento de superfície: Ambos aceitam métodos comuns de acabamento industrial (moagem, jateamento, pintura). Superfícies tratadas termicamente podem exigir alívio de tensões ou revenimento para evitar trincas na superfície quando usinagem pesada é necessária.
8. Aplicações Típicas
| SUP11A — Usos Típicos | SUP12 — Usos Típicos |
|---|---|
| Eixos, engrenagens e componentes fortemente carregados onde maior dureza e resistência estática são priorizadas | Componentes sujeitos a impacto dinâmico ou serviço a baixa temperatura onde alta tenacidade é crítica |
| Partes estruturais temperadas e revenidas em máquinas pesadas | Rolos, eixos e membros estruturais que necessitam de resistência à fratura aprimorada |
| Onde a resistência ao desgaste é uma consideração e endurecimento de superfície ou Q&T é aplicado | Fabricações soldadas que requerem desempenho melhorado da HAZ e menores necessidades de pré-aquecimento |
Racional de seleção: - Escolha com base no modo de falha dominante: fadiga/desgaste (favorizar variantes de maior resistência/dureza) vs. fratura por impacto ou falha frágil (favorizar variantes mais tenazes). - Considere fatores secundários: restrições de soldagem, vida útil à fadiga e custos de pós-processamento (tratamento térmico, PWHT, revestimentos).
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: Geralmente influenciado por elementos de liga, tratamento térmico requerido e certificação/teste. Variantes SUP11A especificadas para maior resistência/dureza podem incorrer em custos de processamento mais altos (controle rigoroso de Q&T, tratamento térmico adicional), enquanto variantes SUP12 otimizadas para tenacidade podem exigir controle e testes de material mais rigorosos que afetam o custo.
- Disponibilidade: Ambos os graus estão comumente disponíveis em regiões com cadeias de suprimento orientadas para JIS. A disponibilidade por forma de produto (placa, barra, forjados) varia de acordo com a capacidade da fábrica; consulte os fornecedores cedo na compra para confirmar prazos de entrega e condição disponível (normalizada, Q&T, laminada).
- Dica de compra: Solicite o relatório de teste da fábrica (MTR) e especifique a condição de tratamento térmico no pedido de compra para evitar retrabalho custoso.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: comparação concisa
| Atributo | SUP11A | SUP12 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa com pré-aquecimento/PWHT apropriados se CE mais alto | Ligeiramente melhor em condições otimizadas para tenacidade; geralmente menor necessidade de pré-aquecimento |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Tende a maior resistência/dureza | Tende a maior tenacidade/ductilidade |
| Custo (típico) | Comparável; processamento para maior resistência pode aumentar o custo | Comparável; controle rigoroso de tenacidade pode aumentar o custo |
Conclusão: - Escolha SUP11A se seu projeto exigir maior resistência após o tratamento térmico ou dureza de superfície/através para aplicações dominadas por desgaste ou carga, e você puder acomodar os procedimentos de soldagem e tratamentos térmicos necessários. - Escolha SUP12 se sua principal preocupação for resistência ao impacto, tenacidade à fratura ou serviço a temperaturas mais baixas, e você precisar de um aço que forneça tenacidade aprimorada para carregamentos dinâmicos ou estruturas soldadas críticas.
Recomendação final: Antes da seleção final, obtenha as garantias exatas de propriedades químicas e mecânicas dos fornecedores potenciais e realize avaliações de equivalente de carbono e soldabilidade com base nos certificados reais da fábrica. Para componentes críticos, especifique os níveis de impacto Charpy exigidos, critérios de tenacidade à fratura e qualificações de procedimento de soldagem para garantir que o grau escolhido atenda às demandas em serviço.