10.9 Aço: Propriedades e Principais Aplicações

O aço 10.9, comumente referido como Grau de Parafuso 10.9, é uma liga de aço de alta resistência utilizada principalmente na fabricação de parafusos e fixadores. É classificado como um aço de liga de baixo carbono, caracterizado por seu conteúdo significativo de carbono (tipicamente entre 0,8% e 1,0%) e a presença de elementos de liga, como manganês, silício e, às vezes, cromo. Esses elementos contribuem para a força, dureza e resistência ao desgaste do aço.

As características mais significativas do Aço 10.9 incluem sua alta resistência à tração, que pode alcançar até 1.000 MPa (145 ksi), e sua excelente resistência à fadiga, tornando-o adequado para aplicações exigentes em várias indústrias. No entanto, é importante notar que, embora o Aço 10.9 ofereça inúmeras vantagens, como relação alta de resistência-peso e boa usinabilidade, também possui limitações. Por exemplo, sua suscetibilidade à corrosão sob tensão (SCC) em certos ambientes pode ser uma preocupação.

Historicamente, o Aço 10.9 desempenhou um papel crucial no desenvolvimento de fixadores de alto desempenho, particularmente nos setores automotivo e de construção, onde a confiabilidade e a segurança são fundamentais. Sua posição no mercado é forte, com amplo uso em aplicações que exigem alta resistência e durabilidade.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Normativa	Designação/Grau	País/Região de Origem	Anotações/Observações
UNS	G10450	EUA	Equivalente mais próximo do AISI 4140
AISI/SAE	1045	EUA	Diferências composicionais menores
ASTM	A325	EUA	Usado para parafusos estruturais
EN	10.9	Europa	Norma para parafusos de alta resistência
DIN	10.9	Alemanha	Semelhante aos padrões EN
JIS	SCM435	Japão	Equivalente com propriedades diferentes
ISO	10.9	Internacional	Padrão global para parafusos de alta resistência

A tabela acima destaca várias normas e equivalentes para o Aço 10.9. Notavelmente, enquanto graus como AISI 4140 e SCM435 são frequentemente considerados equivalentes, eles podem apresentar diferentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão, o que pode afetar significativamente o desempenho em aplicações específicas.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo e Nome)	Faixa de Percentagem (%)
C (Carbono)	0,8 - 1,0
Mn (Manganês)	0,6 - 0,9
Si (Silício)	0,15 - 0,4
Cr (Cromo)	0,0 - 0,25
P (Fósforo)	≤ 0,025
S (Enxofre)	≤ 0,025

Os principais elementos de liga no Aço 10.9 incluem carbono, manganês e silício. O carbono é crucial para aumentar a dureza e a resistência, enquanto o manganês melhora a temperabilidade e a tenacidade. O silício contribui para o aumento da resistência e resistência à oxidação.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Tempera	Valor Típico/Faixa (México)	Valor Típico/Faixa (Imperial)	Norma de Referência para Método de Teste
Resistência à Tracção	Endurecido e Temperado	800 - 1.000 MPa	1160 - 145 ksi	ASTM E8
Resistência ao Escoamento (offset 0,2%)	Endurecido e Temperado	600 - 850 MPa	87 - 123 ksi	ASTM E8
Elongação	Endurecido e Temperado	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (Rockwell C)	Endurecido e Temperado	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto	-	27 J (a -20°C)	20 ft-lbf (a -4°F)	ASTM E23

As propriedades mecânicas do Aço 10.9 tornam-no particularmente adequado para aplicações que envolvem altas cargas mecânicas e integridade estrutural. Suas altas resistências à tração e ao escoamento permitem que suporte forças significativas, enquanto sua elongação e resistência ao impacto indicam boa ductilidade e tenacidade.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (México)	Valor (Imperial)
Densidade	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Ponto de Fusão	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Condutividade Térmica	20 °C	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Capacidade Calorífica Específica	-	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	-	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·ft

Propriedades físicas essenciais, como densidade e ponto de fusão, são cruciais para aplicações onde o peso e o desempenho térmico são críticos. O alto ponto de fusão do Aço 10.9 permite que mantenha a integridade estrutural em temperaturas elevadas, tornando-o adequado para aplicações em alta temperatura.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C)	Avaliação de Resistência	Anotações
Cloretos	3 - 10	20 - 60	Regular	Risco de corrosão por picotamento
Ácidos	1 - 5	20 - 40	Pobre	Não recomendado
Soluções Alcalinas	1 - 10	20 - 60	Regular	Suscetível ao SCC
Atmosférico	-	-	Bom	Resistência moderada

O Aço 10.9 apresenta resistência moderada à corrosão, particularmente em condições atmosféricas. No entanto, é suscetível à corrosão por picotamento em ambientes com cloretos e à corrosão sob tensão em soluções alcalinas. Comparado a aços inoxidáveis, como 316 ou 304, a resistência à corrosão do Aço 10.9 é significativamente inferior, tornando-o menos adequado para ambientes marinhos ou altamente corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temperatura Máxima de Serviço Contínuo	300 °C	572 °F	A acima, as propriedades degradam
Temperatura Máxima de Serviço Intermitente	400 °C	752 °F	Exposição apenas de curto prazo
Temperatura de Escalonamento	500 °C	932 °F	Risco de oxidação

Em temperaturas elevadas, o Aço 10.9 mantém sua resistência, mas pode sofrer oxidação e escalonamento. A temperatura máxima de serviço contínuo indica o limite superior para exposição prolongada, além do qual as propriedades mecânicas podem deteriorar.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Adição Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Anotações
MIG	ER70S-6	Argônio/CO2	Pré-aquecimento recomendado
TIG	ER70S-2	Argônio	Requer controle cuidadoso
Stick	E7018	-	Tratamento térmico pós-soldagem

O Aço 10.9 é geralmente soldável, mas o pré-aquecimento é frequentemente recomendado para evitar fissuras. O tratamento térmico pós-soldagem pode ajudar a aliviar tensões e melhorar a tenacidade na zona de solda.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	[Aço 10.9]	AISI 1212	Anotações/Dicas
Índice Relativo de Usinabilidade	60%	100%	Requer velocidades de corte mais lentas
Velocidade de Corte Típica (Torneamento)	20 m/min	40 m/min	Use ferramentas de metal duro para melhores resultados

A usinabilidade é moderada; enquanto o Aço 10.9 pode ser usinado efetivamente, requer velocidades de corte mais lentas e ferramentas adequadas para obter resultados ideais.

Formabilidade

O Aço 10.9 apresenta formabilidade limitada devido à sua alta resistência. A conformação a frio é possível, mas pode requerer força significativa, enquanto a conformação a quente pode melhorar a ductilidade. O efeito de endurecimento deve ser considerado durante o processamento.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Objetivo Primário / Resultado Esperado
Endurecimento	800 - 900	30 min	Óleo ou Água	Endurecimento
Tempera	400 - 600	1 - 2 horas	Ar	Melhoria da tenacidade

Processos de tratamento térmico, como endurecimento e tempera, aumentam significativamente as propriedades mecânicas do Aço 10.9. O endurecimento aumenta a dureza, enquanto a tempera reduz a fragilidade e melhora a tenacidade.

Aplicações e Usos Finais Típicos

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Características Chave do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção (Breve)
Automotivo	Componentes do motor	Alta resistência à tração, resistência à fadiga	Confiabilidade sob estresse
Construção	Parafusos estruturais	Alta resistência ao escoamento, resistência à corrosão	Segurança e durabilidade
Máquinas	Fixadores de máquinas pesadas	Resistência ao impacto, dureza	Desempenho sob carga

Outras aplicações incluem:
* Componentes aeroespaciais
* Fixadores marinhos
* Equipamentos pesados

O Aço 10.9 é escolhido para aplicações que exigem alta resistência e confiabilidade, particularmente onde a segurança é crítica. Suas propriedades mecânicas o tornam ideal para aplicações estruturais em ambientes exigentes.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações

Característica/Propriedade	Aço 10.9	AISI 4140	SCM435	Nota Breve sobre Prós/Contras ou Compensação
Propriedade Mecânica Chave	Alta resistência	Alta resistência	Resistência moderada	10.9 oferece resistência à tração superior
Aspecto Chave da Corrosão	Moderado	Moderado	Bom	10.9 é menos resistente à corrosão
Soldabilidade	Regular	Boa	Boa	10.9 requer pré-aquecimento
Usinabilidade	Moderada	Boa	Excelente	10.9 é mais difícil de usinar
Formabilidade	Limitada	Boa	Boa	10.9 é menos conformável
Custo Aproximado Relativo	Moderado	Moderado	Alto	Custo-efetivo para alta resistência
Disponibilidade Típica	Alta	Moderada	Alta	10.9 é amplamente disponível

Ao selecionar o Aço 10.9, considerações como custo-efetividade, disponibilidade e requisitos específicos da aplicação são cruciais. Sua alta resistência o torna uma escolha preferencial em muitas aplicações de engenharia, mas potenciais problemas com resistência à corrosão e soldabilidade devem ser cuidadosamente avaliados.

Em resumo, o Aço 10.9 é um material versátil e de alto desempenho, adequado para uma ampla gama de aplicações, particularmente onde a resistência e a confiabilidade são fundamentais. Compreender suas propriedades e limitações é essencial para a seleção e aplicação ótimas do material.