Aço EN45: Propriedades e Principais Aplicações em Aço para Molas
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Aço EN45, comumente conhecido como aço para molas, é um aço liga de médio carbono classificado principalmente como um aço de alto carbono. É caracterizado por sua excelente dureza e elasticidade, tornando-o particularmente adequado para aplicações que requerem alta resistência e resiliência. Os principais elementos de liga no aço EN45 incluem carbono (C), manganês (Mn) e silício (Si), que influenciam significativamente suas propriedades mecânicas e características de desempenho.
Visão Geral Abrangente
O aço EN45 é conhecido por sua capacidade de suportar estresses e deformações significativas sem danos permanentes, tornando-o ideal para a fabricação de molas e outros componentes que requerem alta resistência à fadiga. O teor de carbono geralmente varia de 0,45% a 0,55%, o que contribui para sua dureza e resistência após o tratamento térmico. A adição de manganês melhora a temperabilidade e a tenacidade, enquanto o silício aumenta a resistência e a resistência à oxidação.
Vantagens do Aço EN45:
- Alta Resistência e Dureza: Sua composição de médio carbono permite alta resistência à tração e dureza, tornando-o adequado para aplicações exigentes.
- Excelente Elasticidade: O EN45 exibe propriedades elásticas superiores, permitindo que retorne à sua forma original após a deformação.
- Aplicações Versáteis: Comumente usado em automóveis, aeroespacial e aplicações industriais, particularmente para molas e outros componentes que suportam carga.
Limitações do Aço EN45:
- Susceptibilidade à Corrosão: Sem tratamento de superfície adequado, o EN45 pode ser suscetível à corrosão, limitando seu uso em ambientes severos.
- Desafios de Soldabilidade: O alto teor de carbono pode dificultar a soldagem, exigindo seleção cuidadosa de materiais de enchimento e tratamentos pré e pós-soldagem.
Historicamente, o EN45 tem sido uma base na fabricação de molas, particularmente na indústria automotiva, onde a confiabilidade e o desempenho são críticos. Sua posição no mercado permanece forte devido ao seu equilíbrio entre custo-benefício e desempenho.
Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes
| Organização Normativa | Designação/Classe | País/Região de Origem | Notas/Observações |
|---|---|---|---|
| UNS | 5160 | EUA | Equivalente mais próximo, pequenas diferenças na composição |
| AISI/SAE | 5160 | EUA | Propriedades semelhantes, muitas vezes usados de forma intercambiável |
| ASTM | A228 | EUA | Especificação de aço para molas, teor de carbono menor |
| EN | 1.7030 | Europa | Classe equivalente, propriedades mecânicas semelhantes |
| DIN | 55Si7 | Alemanha | Diferenças composicionais menores, maior teor de silício |
| JIS | SUP9 | Japão | Aplicações semelhantes, propriedades mecânicas ligeiramente diferentes |
As diferenças entre essas classes equivalentes podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, enquanto UNS 5160 e EN45 compartilham propriedades mecânicas semelhantes, a presença de elementos de liga adicionais no EN45 pode melhorar sua resistência à fadiga, tornando-o preferível para aplicações de alta tensão.
Propriedades Chave
Composição Química
| Elemento (Símbolo e Nome) | Intervalo de Percentagem (%) |
|---|---|
| C (Carbono) | 0,45 - 0,55 |
| Mn (Manganês) | 0,60 - 0,90 |
| Si (Silício) | 0,15 - 0,40 |
| Cr (Cromo) | 0,00 - 0,25 |
| P (Fósforo) | ≤ 0,035 |
| S (Enxofre) | ≤ 0,035 |
O papel principal do carbono no EN45 é aumentar a dureza e a resistência através do tratamento térmico. O manganês contribui para a melhoria da tenacidade e da temperabilidade, enquanto o silício auxilia na resistência e na resistência à oxidação. O cromo, embora presente em pequenas quantidades, pode aumentar a resistência à corrosão e a temperabilidade.
Propriedades Mecânicas
| propriedade | Condição/Temperatura | Temperatura de Teste | Valor/Intervalo Típico (Unidades Métricas - SI) | Valor/Intervalo Típico (Unidades Imperiais) | Padrão de Referência para o Método de Teste |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistência à Tração | Endurecida & Temperada | Temperatura ambiente | 800 - 1000 MPa | 116,000 - 145,000 psi | ASTM E8 |
| Resistência ao Escoamento (0,2% de deslocamento) | Endurecida & Temperada | Temperatura ambiente | 600 - 800 MPa | 87,000 - 116,000 psi | ASTM E8 |
| Alongamento | Endurecida & Temperada | Temperatura ambiente | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Dureza (Rockwell C) | Endurecida & Temperada | Temperatura ambiente | 40 - 50 HRC | 40 - 50 HRC | ASTM E18 |
| Força de Impacto | Endurecida & Temperada | -20 °C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
A combinação de alta resistência à tração e ao escoamento, juntamente com boas propriedades de alongamento, torna o aço EN45 adequado para aplicações envolvendo carga dinâmica e fadiga. Sua dureza permite que suporte desgaste e deformação, o que é crítico em aplicações de molas.
Propriedades Físicas
| Propriedade | Condição/Temperatura | Valor (Unidades Métricas - 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 J/g·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Resistividade Elétrica | Temperatura ambiente | 0,0000017 Ω·m | 0,0000017 Ω·in |
Propriedades físicas importantes, como densidade e ponto de fusão, são cruciais para aplicações envolvendo ambientes de alta temperatura. A condutividade térmica indica quão bem o material pode dissipar calor, o que é importante em aplicações onde a gestão térmica é crítica.
Resistência à Corrosão
| Agente Corrosivo | Concentração (%) | Temperatura (°C/°F) | Avaliação de Resistência | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Cloretos | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Regular | Risco de picotamento |
| Acido Sulfúrico | 10-20 | 20-60 / 68-140 | Pobre | Não recomendado |
| Hidróxido de Sódio | 5-10 | 20-60 / 68-140 | Regular | Susceptível à corrosão por tensão |
| Atmosférico | - | - | Bom | Requer revestimentos protetores |
O aço EN45 apresenta resistência moderada à corrosão, particularmente em condições atmosféricas. No entanto, é suscetível a picotamento em ambientes com cloretos e deve ser evitado em condições ácidas ou altamente alcalinas. Comparado a aços inoxidáveis, a resistência à corrosão do EN45 é significativamente menor, tornando-o menos adequado para aplicações expostas a ambientes severos.
Resistência ao Calor
| Propriedade/Limite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Observações |
|---|---|---|---|
| Temperatura Máxima de Serviço Contínuo | 300 °C | 572 °F | Além disso, as propriedades degradam |
| Temperatura Máxima de Serviço Intermitente | 400 °C | 752 °F | Exposição a curto prazo apenas |
| Temperatura de Escalamento | 600 °C | 1112 °F | Risco de oxidação nesta temperatura |
Em temperaturas elevadas, o aço EN45 mantém suas propriedades mecânicas até certo limite. No entanto, a exposição prolongada a altas temperaturas pode levar à oxidação e à diminuição da resistência. É essencial considerar esses limites em aplicações envolvendo ciclos térmicos.
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-aquecer recomendado |
| TIG | ER70S-2 | Argônio | Tratamento térmico pós-soldagem necessário |
| Stick | E7018 | - | Exige controle cuidadoso |
O aço EN45 apresenta desafios na soldabilidade devido ao seu alto teor de carbono, o que pode levar a trincas. O pré-aquecimento antes da soldagem e o tratamento térmico pós-soldagem são essenciais para mitigar esses riscos e garantir a integridade da solda.
Maquinabilidade
| Parâmetro de Usinagem | Aço EN45 | AISI 1212 | Notas/Dicas |
|---|---|---|---|
| Índice de Maquinabilidade Relativo | 60% | 100% | O EN45 é mais desafiador para usinar |
| Velocidade de Corte Típica (Torneamento) | 30-50 m/min | 80-100 m/min | Use ferramentas de carbeto para melhores resultados |
Usinar o aço EN45 requer consideração cuidadosa das velocidades de corte e das ferramentas. A maior dureza pode levar a um aumento do desgaste das ferramentas, exigindo o uso de ferramentas de corte de alta qualidade e lubrificantes apropriados.
Formabilidade
O aço EN45 pode ser formado a frio e a quente, mas seu alto teor de carbono limita sua formabilidade em comparação com aços de baixo carbono. A formação a frio é viável, mas pode levar ao endurecimento por trabalho, enquanto a formação a quente permite uma maior deformação sem trincas.
Tratamento Térmico
| Processo de Tratamento | Intervalo de Temperatura (°C/°F) | Tempo Típico de Imersão | Método de Resfriamento | Objetivo Primário / Resultado Esperado |
|---|---|---|---|---|
| Recocção | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1-2 horas | Ar | Reduzir dureza, melhorar ductilidade |
| Endurecimento | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 30 minutos | Óleo/Água | Aumentar dureza |
| Tempera | 200 - 600 / 392 - 1112 | 1 hora | Ar | Reduzir fragilidade, melhorar tenacidade |
Os processos de tratamento térmico afetam significativamente a microestrutura e as propriedades do aço EN45. O endurecimento aumenta a dureza, enquanto a-tempera equilibra dureza com tenacidade, tornando-o adequado para aplicações de molas.
Aplicações e Usos Finais Típicos
| Indústria/Sector | Exemplo de Aplicação Específica | Propriedades Chave do Aço Utilizadas nesta Aplicação | Razão para Seleção (Breve) |
|---|---|---|---|
| Automotivo | Molas de Folha | Alta resistência, elasticidade | Essencial para aplicações de suporte de carga |
| Aeroespacial | Componentes do Trem de Pouso | Resistência à fadiga, tenacidade | Crítico para segurança e desempenho |
| Industrial | Molas de Máquinas | Alta dureza, resiliência | Necessário para durabilidade sob cargas cíclicas |
Outras aplicações incluem:
- Componentes de máquinas agrícolas
- Ferramentas e matrizes
- Fixadores e clipes
O aço EN45 é escolhido para essas aplicações devido às suas excelentes propriedades mecânicas, que são essenciais para componentes submetidos a cargas dinâmicas e fadiga.
Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações
| Característica/Propriedade | Aço EN45 | AISI 5160 | 55Si7 | Nota Breve sobre Prós/Contras ou Troca |
|---|---|---|---|---|
| Propriedade Mecânica Chave | Alta resistência | Semelhante | Maior tenacidade | O EN45 oferece melhor dureza |
| Aspecto de Corrosão Chave | Resistência moderada | Pobre | Regular | O EN45 é melhor que o 5160 |
| Soldabilidade | Desafiadora | Moderada | Boa | 55Si7 é mais fácil de soldar |
| Maquinabilidade | Moderada | Alta | Moderada | AISI 5160 é mais fácil de usinar |
| Formabilidade | Limitada | Boa | Boa | O EN45 é menos formável |
| Custo Relativo Aproximado | Moderado | Moderado | Mais alto | O custo varia conforme as condições do mercado |
| Disponibilidade Típica | Comum | Comum | Menos comum | O EN45 está amplamente disponível |
Ao selecionar o aço EN45, considerações incluem suas propriedades mecânicas, custo-efetividade e disponibilidade. Embora se destaque em resistência e elasticidade, sua susceptibilidade à corrosão e os desafios na soldagem devem ser abordados por meio de práticas de engenharia adequadas. Além disso, seu desempenho em aplicações específicas pode ser melhorado através de tratamento térmico apropriado e técnicas de acabamento de superfície.