Aço EN31 (52100): Propriedades e Principais Aplicações

Aço EN31, também conhecido como Aço para Rolamentos ou 52100, é um aço liga de alto carbono classificado principalmente como um aço liga de médio carbono. Esta classificação de aço é notável por sua excelente dureza, resistência ao desgaste e capacidade de suportar altas cargas, tornando-o especialmente adequado para a fabricação de elementos rolantes em rolamentos, como esferas e roletes. Os principais elementos de liga no EN31 incluem cromo, que melhora a endurecibilidade e a resistência à corrosão, e carbono, que contribui para sua dureza e resistência.

Visão Geral Abrangente

O aço EN31 é caracterizado por seu alto teor de carbono (aproximadamente 0,95% a 1,05%) e cromo (cerca de 1,30% a 1,60%), que, juntos, conferem propriedades mecânicas significativas. A microestrutura do aço geralmente consiste em uma matriz de perlita fina com cementita dispersa, resultante de processos de tratamento térmico apropriados.

As características mais significativas do EN31 incluem:

• Alta Dureza: Níveis de dureza alcançáveis podem chegar a 60 HRC após tratamento térmico adequado.
• Excelente Resistência ao Desgaste: Sua dureza e microestrutura proporcionam resistência ao desgaste superior, tornando-o ideal para aplicações de alta carga.
• Boa Tenacidade: Apesar da sua dureza, o EN31 mantém uma tenacidade razoável, que é essencial para aplicações dinâmicas.

Vantagens (Prós):
- Força de fadiga excepcional e resistência ao desgaste.
- Adequado para aplicações de alto estresse, particularmente em contato rolante.
- Boa usinabilidade na condição recozida.

Limitações (Contras):
- Resistência à corrosão limitada em comparação com aços inoxidáveis.
- Requer tratamento térmico cuidadoso para alcançar as propriedades desejadas.
- Pode ser quebradiço se processado inadequadamente.

Historicamente, o EN31 tem sido amplamente utilizado nas indústrias automotiva e aeroespacial para componentes como engrenagens, eixos e rolamentos, estabelecendo sua posição como um material crítico em aplicações de engenharia.

Nomes Alternativos, Padrões e Equivalentes

Organização Padrão	Designação/Classe	País/Região de Origem	Notas/Observações
UNS	G52100	Estados Unidos	Equivalente mais próximo ao EN31
AISI/SAE	52100	Estados Unidos	Comumente usado em aplicações de rolamentos
ASTM	A295	Estados Unidos	Especificação para aço cromado de alto carbono
EN	EN31	Europa	Designação padrão na Europa
DIN	100Cr6	Alemanha	Propriedades similares, pequenas diferenças de composição
JIS	SUJ2	Japão	Classe comparável com pequenas variações nas propriedades

As diferenças entre essas classes equivalentes podem afetar a seleção com base em requisitos específicos de aplicação. Por exemplo, enquanto G52100 e EN31 são frequentemente intercambiáveis, o G52100 pode oferecer uma ligeiramente melhor endurecibilidade devido ao seu conteúdo específico de carbono.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo e Nome)	Intervalo de Percentagem (%)
C (Carbono)	0,95 - 1,05
Cr (Cromo)	1,30 - 1,60
Mn (Manganês)	0,30 - 0,50
Si (Silício)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,025
S (Enxofre)	≤ 0,025

O papel principal do carbono no EN31 é aumentar a dureza e resistência, enquanto o cromo melhora a endurecibilidade e resistência ao desgaste. O manganês contribui para a tenacidade e auxilia na desoxidação durante a produção do aço, enquanto o silício melhora a resistência e elasticidade.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Temperatura de Teste	Valor/Tamanho Típico (Métrico)	Valor/Tamanho Típico (Imperial)	Padrão de Referência para Método de Teste
Resistência à Tracção	Temperado & Temperado	Temperatura Ambiente	1000 - 1200 MPa	145 - 174 ksi	ASTM E8
Resistência ao Esforço (0,2% offset)	Temperado & Temperado	Temperatura Ambiente	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Alongamento	Temperado & Temperado	Temperatura Ambiente	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Temperado & Temperado	Temperatura Ambiente	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto (Charpy)	Temperado & Temperado	-20°C (-4°F)	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

A combinação de alta resistência à tração e resistência ao escoamento torna o EN31 adequado para aplicações envolventes cargas dinâmicas, como rolamentos e engrenagens, onde a resistência à deformação é crítica.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
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	31,2 BTU·in/h·ft²·°F
Capacidade Térmica Específica	Temperatura Ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	Temperatura Ambiente	0,0006 Ω·m	0,000006 Ω·in

A densidade do EN31 contribui para seu peso e resistência, enquanto a condutividade térmica é significativa para aplicações que envolvem dissipação de calor. A capacidade térmica específica indica quanta energia é necessária para aumentar a temperatura, o que é crucial em processos que envolvem ciclos térmicos.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C/°F)	Classificação de Resistência	Notas
Água	0 - 100	20 - 100 / 68 - 212	Razoável	Risco de ferrugem
Ácidos	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Pobre	Susceptível a picotamento
Cloretos	0 - 5	20 - 100 / 68 - 212	Pobre	Risco de trinca por corrosão sob tensões
Alcalinos	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Razoável	Resistência moderada

O aço EN31 apresenta resistência à corrosão limitada, particularmente em ambientes ácidos e de cloretos, tornando-o menos adequado para aplicações expostas a condições severas sem revestimentos protetores. Comparado a aços inoxidáveis, como AISI 304 ou AISI 316, a suscetibilidade do EN31 à corrosão é significativamente maior, necessitando de medidas protetoras em ambientes corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	200	392	Além disso, as propriedades podem se degradar
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	300	572	Exposição de curto prazo apenas
Temperatura de Escalonamento	600	1112	Risco de oxidação a temperaturas mais altas

Em temperaturas elevadas, o EN31 mantém sua dureza e resistência até um certo limite, mas a exposição prolongada pode levar à oxidação e perda de propriedades mecânicas. Um tratamento térmico adequado pode melhorar seu desempenho em aplicações de alta temperatura.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Enchimento Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Notas
MIG	ER70S-6	Argônio + CO2	Pré-aqueça recomendado
TIG	ER70S-2	Argônio	Requer controle cuidadoso
Stick	E7018	N/A	Tratamento térmico pós-solda recomendado

EN31 não é tipicamente recomendado para soldagem devido ao seu alto teor de carbono, que pode levar a trincas. O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-solda são essenciais para mitigar esses riscos.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	EN31	AISI 1212	Notas/Dicas
Índice de Usinabilidade Relativa	60%	100%	EN31 é mais desafiador para usinar devido à dureza.
Velocidade de Corte Típica (Torneamento)	30-50 m/min	60-80 m/min	Use ferramentas de metal duro para melhores resultados.

Usinar EN31 requer consideração cuidadosa das ferramentas e velocidades de corte devido à sua dureza. Ferramentas de metal duro são recomendadas para alcançar resultados ótimos.

Formabilidade

O EN31 apresenta formabilidade limitada devido ao seu alto teor de carbono, tornando-o menos adequado para processos que requerem deformação significativa. A conformação a frio é possível, mas deve ser feita com cautela para evitar trincas. A conformação a quente pode ser realizada a temperaturas elevadas para melhorar a ductilidade.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Intervalo de Temperatura (°C/°F)	Tempo de Imersão Típico	Método de Resfriamento	Objetivo Primário / Resultado Esperado
Recozimento	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 horas	Ar	Reduzir dureza, melhorar usinabilidade
Fervura	800 - 850 / 1472 - 1562	30 minutos	Azeite ou Água	Aumentar dureza e resistência
Tempera	150 - 200 / 302 - 392	1 hora	Ar	Reduzir fragilidade, melhorar tenacidade

Os processos de tratamento térmico afetam significativamente a microestrutura do EN31, transformando-o de um estado mais macio e dúctil para uma condição dura e resistente ao desgaste. A têmpera adequada é crucial para equilibrar dureza e tenacidade.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Propriedades Chave do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção (Breve)
Automotiva	Rolamentos de esferas	Alta dureza, resistência ao desgaste	Essencial para durabilidade
Aeroespacial	Eixos de engrenagem	Alta resistência à tração, resistência à fadiga	Crítico para segurança
Manufatura	Componentes de ferramentas	Tenacidade, usinabilidade	Requerido para precisão
Petróleo & Gás	Componentes de válvula	Resistência à corrosão, resistência	Essencial em ambientes severos

Outras aplicações incluem:

• Máquinas industriais: Usado em componentes que requerem alta resistência ao desgaste.
• Robótica: Para peças que suportam alta tensão e requerem precisão.
• Dispositivos médicos: Em aplicações onde resistência e confiabilidade são primordiais.

A seleção do EN31 para estas aplicações deve-se principalmente às suas excelentes propriedades mecânicas, que garantem confiabilidade e desempenho em condições exigentes.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Outras Informações

Característica/Propriedade	EN31	AISI 4140	AISI 440C	Nota Breve sobre Prós/Contras ou Troca
Propriedade Mecânica Chave	Alta dureza	Dureza moderada	Alta dureza	EN31 oferece superior resistência ao desgaste, mas menor tenacidade que 4140.
Aspecto de Corrosão Chave	Razoável	Bom	Excelente	EN31 é menos resistente à corrosão que 440C, o que é crítico em certos ambientes.
Soldabilidade	Pobre	Razoável	Bom	EN31 requer práticas de solda cuidadosas em comparação com 4140.
Usinabilidade	Moderada	Boa	Pobre	EN31 é mais difícil de usinar que 4140, exigindo ferramentas especializadas.
Formabilidade	Limitada	Boa	Limitada	EN31 é menos formável que 4140, o que pode ser vantajoso em certas aplicações.
Custo Relativo Aproximado	Moderado	Moderado	Maior	Considerações de custo podem influenciar a seleção com base no orçamento do projeto.
Disponibilidade Típica	Comum	Comum	Menos comum	EN31 está amplamente disponível, enquanto 440C pode ser mais difícil de obter.

Ao selecionar o EN31, as considerações incluem os requisitos específicos da aplicação, a relação custo-benefício e a disponibilidade. Sua alta dureza e resistência ao desgaste o tornam ideal para aplicações onde a durabilidade é primordial, enquanto suas limitações em resistência à corrosão e soldabilidade devem ser abordadas por meio de opções de design e processamento apropriadas.

Em conclusão, o aço EN31 é um material versátil e robusto que desempenha um papel crítico em várias aplicações de engenharia, particularmente onde alto desempenho e confiabilidade são essenciais. Compreender suas propriedades e limitações permite que os engenheiros tomem decisões informadas para resultados ideais na aplicação.