Aço 1214: Propriedades e Principais Aplicações
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O aço 1214 é um aço de liga de carbono médio conhecido por sua excelente usinabilidade e boas propriedades mecânicas. Classificado como um aço de baixa liga, geralmente contém um teor de carbono de aproximadamente 0,12% a 0,14%, juntamente com quantidades significativas de manganês e enxofre. A presença desses elementos de liga aumenta sua dureza, resistência e resistência ao desgaste, tornando-o adequado para várias aplicações de engenharia.
Visão Geral Abrangente
O aço 1214 é classificado principalmente como um aço de liga de carbono médio. Seus principais elementos de liga incluem carbono (C), manganês (Mn) e enxofre (S), que desempenham papéis cruciais na definição de suas propriedades. O teor de carbono contribui para a dureza e resistência do aço, enquanto o manganês melhora sua tenacidade e capacidade de endurecimento. O enxofre, embora presente em pequenas quantidades, melhora a usinabilidade promovendo a formação de características de corte livre.
As características mais significativas do aço 1214 incluem:
- Alta Usinabilidade: Este grau de aço é frequentemente preferido em aplicações que exigem usinagem extensiva devido à sua capacidade de produzir acabamentos finos e tolerâncias apertadas.
- Boa Resistência e Dureza: Apresenta um equilíbrio de resistência e dureza, tornando-o adequado para peças que suportam estresse moderado.
- Soldabilidade: Embora possa ser soldado, deve-se tomar cuidado para evitar trincas devido ao seu teor de enxofre.
Vantagens e Limitações
Vantagens | Limitações |
---|---|
Excelente usinabilidade | Resistência à corrosão limitada |
Boa relação resistência/peso | Não adequado para aplicações em altas temperaturas |
Custo-efetivo para produção em massa | Pode requerer tratamento térmico para propriedades ótimas |
O aço 1214 ocupa uma posição significativa no mercado devido ao seu uso generalizado na fabricação de componentes como engrenagens, eixos e fixadores. Sua importância histórica reside em seu desenvolvimento como um aço de usinagem livre, que abriu caminho para os avanços nos processos de usinagem automatizados.
Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes
Organização Normativa | Designação/Grau | País/Região de Origem | Notas/Comentários |
---|---|---|---|
UNS | G12140 | Estados Unidos | Equivalente mais próximo do AISI 1214 |
AISI/SAE | 1214 | Estados Unidos | Aço de usinagem livre com adição de enxofre |
ASTM | A108 | Estados Unidos | Especificação padrão para barras de aço carbono acabadas a frio |
EN | 1.0737 | Europa | Propriedades semelhantes, diferenças composicionais menores |
JIS | S45C | Japão | Comparável, mas com diferente teor de enxofre |
A tabela acima destaca várias normas e equivalentes para o aço 1214. Notavelmente, enquanto graus como S45C podem parecer semelhantes, muitas vezes apresentam diferentes teores de enxofre, afetando a usinabilidade e soldabilidade. Compreender essas sutis diferenças é crucial para selecionar o material apropriado para aplicações específicas.
Propriedades Chave
Composição Química
Elemento (Símbolo e Nome) | Faixa de Percentagem (%) |
---|---|
Carbono (C) | 0,12 - 0,14 |
Manganês (Mn) | 0,60 - 0,90 |
Enxofre (S) | 0,15 - 0,30 |
Fósforo (P) | ≤ 0,04 |
Ferro (Fe) | Equilíbrio |
Os principais elementos de liga no aço 1214 influenciam significativamente suas propriedades. O carbono melhora a dureza e a resistência à tração, enquanto o manganês melhora a tenacidade e a capacidade de endurecimento. O enxofre, embora possa reduzir a ductilidade, é benéfico para a usinabilidade, permitindo um corte e moldagem mais fáceis durante os processos de fabricação.
Propriedades Mecânicas
Propriedade | Condição/Temperatura | Valor/Típico (Métrico - Unidades SI) | Valor/Típico (Unidades Imperiais) | Padrão de Referência para Método de Teste |
---|---|---|---|---|
Resistência à Tração | Recozido | 580 - 700 MPa | 84 - 102 ksi | ASTM E8 |
Resistência ao Escoamento (0,2% desvio) | Recozido | 350 - 450 MPa | 51 - 65 ksi | ASTM E8 |
Elongação | Recozido | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
Dureza (Brinell) | Recozido | 150 - 200 HB | 150 - 200 HB | ASTM E10 |
Resistência ao Impacto | Charpy (20°C) | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
As propriedades mecânicas do aço 1214 tornam-no adequado para aplicações onde são exigidos resistência moderada e boa usinabilidade. Sua resistência à tração e resistência ao escoamento indicam que pode suportar cargas significativas, enquanto sua porcentagem de elongação sugere razoável ductilidade, permitindo alguma deformação antes da falha. Os valores de dureza indicam que pode manter um fio afiado, tornando-o ideal para ferramentas de corte e componentes de precisão.
Propriedades Físicas
Propriedade | Condição/Temperatura | Valor (Métrico - Unidades SI) | Valor (Unidades Imperiais) |
---|---|---|---|
Densidade | Temperatura Ambiente | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
Ponto de Fusão | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
Condutividade Térmica | Temperatura Ambiente | 45 W/m·K | 31 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
Capacidade Calorífica Específica | Temperatura Ambiente | 0,46 kJ/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
Resistividade Elétrica | Temperatura Ambiente | 0,00065 Ω·m | 0,00038 Ω·in |
As propriedades físicas do aço 1214, como sua densidade e condutividade térmica, são essenciais para aplicações onde o peso e a dissipação de calor são fatores críticos. Sua densidade relativamente alta contribui para a resistência geral dos componentes, enquanto sua condutividade térmica garante transferência de calor eficiente em aplicações como ferramentas e usinagem.
Resistência à Corrosão
Agente Corrosivo | Concentração (%) | Temperatura (°C/°F) | Classificação de Resistência | Notas |
---|---|---|---|---|
Cloretos | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Regular | Risco de picotamento |
Ácidos | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | Pobre | Não recomendado |
Alcalinos | 5-15 | 20-60 °C (68-140 °F) | Regular | Susceptível a trincas por corrosão sob tensão |
Atmosférico | - | - | Bom | Desempenha bem em ambientes leves |
O aço 1214 apresenta resistência à corrosão limitada, particularmente em ambientes ácidos e alcalinos. Embora possa resistir a condições atmosféricas leves, é suscetível a picotamento e trincas por corrosão sob tensão na presença de cloretos. Comparado a aços inoxidáveis como 304 ou 316, que oferecem resistência à corrosão superior, o aço 1214 é menos adequado para aplicações expostas a ambientes hostis.
Resistência ao Calor
Propriedade/Limite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Observações |
---|---|---|---|
Temp. Máx. de Serviço Contínuo | 400 °C | 752 °F | A partir daí, as propriedades se degradam |
Temp. Máx. de Serviço Intermitente | 450 °C | 842 °F | Exposição a curto prazo apenas |
Temperatura de Escamação | 600 °C | 1112 °F | Risco de oxidação em temperaturas mais altas |
Em temperaturas elevadas, o aço 1214 pode manter suas propriedades mecânicas até cerca de 400 °C (752 °F). No entanto, a exposição prolongada além deste limite pode levar a uma redução na resistência e dureza. A temperatura de escamação indica onde a oxidação pode se tornar uma preocupação, exigindo medidas de proteção em aplicações de alta temperatura.
Propriedades de Fabricação
Soldabilidade
Processo de Soldagem | Metal de Adição Recomendado (Classificação AWS) | Gás/Fuxo de Proteção Típico | Notas |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | Mistura de Argônio + CO2 | Pré-aquecimento recomendado |
TIG | ER70S-2 | Argônio | Requer tratamento térmico pós-soldagem |
Eletrodo Revestido | E7018 | - | Adequado para seções mais espessas |
O aço 1214 pode ser soldado usando vários processos, mas deve-se ter cuidado para mitigar o risco de trincas devido ao seu teor de enxofre. O pré-aquecimento antes da soldagem e o tratamento térmico pós-soldagem podem ajudar a aliviar tensões residuais e melhorar a integridade da solda.
Usinabilidade
Parâmetro de Usinagem | [Aço 1214] | [AISI 1212] | Notas/Dicas |
---|---|---|---|
Índice de Usinabilidade Relativa | 100 | 130 | 1214 é menos usinável do que 1212 |
Velocidade de Corte Típica (Furação) | 30-50 m/min | 50-80 m/min | Ajustar ferramentas para desempenho ótimo |
O aço 1214 é conhecido por sua excelente usinabilidade, embora seja ligeiramente menos usinável do que o AISI 1212 devido ao seu teor de enxofre mais elevado. Velocidades de corte e ferramentas otimizadas devem ser consideradas para alcançar os melhores resultados durante as operações de usinagem.
Formabilidade
O aço 1214 apresenta formabilidade moderada, tornando-o adequado para processos de conformação a frio e quente. No entanto, devido ao seu teor médio de carbono, pode exigir manuseio cuidadoso para evitar endurecimento por trabalho. O raio de dobra mínimo deve ser considerado durante as operações de conformação para evitar trincas.
Tratamento Térmico
Processo de Tratamento | Faixa de Temperatura (°C/°F) | Tempo Típico de Imersão | Método de Resfriamento | Propósito Primário / Resultado Esperado |
---|---|---|---|---|
Recozimento | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2 horas | Ar ou forno | Amolecimento, melhoria da usinabilidade |
Durecimento | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 30 minutos | Óleo ou água | Endurecimento, aumento da resistência |
Tempera | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1 hora | Ar | Redução da fragilidade, melhoria da tenacidade |
Os processos de tratamento térmico impactam significativamente a microestrutura e as propriedades do aço 1214. O recozimento amolece o material, melhorando a usinabilidade, enquanto o endurecimento aumenta a dureza. A tempera é crucial para equilibrar dureza e tenacidade, tornando-o adequado para várias aplicações.
Aplicações Típicas e Usos Finais
Indústria/Sectores | Exemplo de Aplicação Específica | Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação | Razão para Seleção (Resumo) |
---|---|---|---|
Automotiva | Engrenagens | Alta resistência, excelente usinabilidade | Produção custo-efetiva |
Aeroespacial | Fixadores | Boa relação resistência/peso | Confiabilidade sob estresse |
Manufatura | Eixos | Resistência ao desgaste, usinabilidade | Componentes de precisão |
O aço 1214 é comumente utilizado nas indústrias automotiva e aeroespacial para componentes como engrenagens e fixadores. Sua excelente usinabilidade e resistência fazem dele uma escolha preferida para produção em massa, onde precisão e custo-efetividade são críticas.
Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Insights
Característica/Propriedade | [Aço 1214] | [AISI 4140] | [AISI 1045] | Nota Breve sobre Prós/Contras ou Compensação |
---|---|---|---|---|
Propriedade Mecânica Chave | Força moderada | Alta resistência | Força moderada | 1214 é mais fácil de usinar do que 4140 |
Aspecto de Corrosão Chave | Regular | Bom | Regular | 4140 oferece melhor resistência à corrosão |
Soldabilidade | Moderada | Boa | Boa | 1214 requer cuidado para evitar trincas |
Usinabilidade | Excelente | Moderada | Boa | 1214 é superior para usinagem |
Formabilidade | Moderada | Pobre | Boa | 1214 é mais fácil de formar do que 4140 |
Custo Relativo Aproximado | Baixo | Moderado | Baixo | Custo-efetivo para produção em massa |
Disponibilidade Típica | Alta | Moderada | Alta | 1214 está amplamente disponível em várias formas |
Ao selecionar o aço 1214, considerações como custo-efetividade, disponibilidade e propriedades mecânicas específicas são cruciais. Sua excelente usinabilidade torna-o ideal para aplicações que requerem precisão, enquanto suas limitações em resistência à corrosão devem ser consideradas para ambientes propensos à corrosão. No geral, o aço 1214 continua sendo uma escolha popular em várias indústrias devido ao seu equilíbrio de propriedades e desempenho.