Aço SUJ2: Propriedades e Principais Aplicações em Rolamentos
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Aço SUJ2, também conhecido como Aço de Rolamento JIS, é um aço de liga de cromo de alto carbono utilizado principalmente na fabricação de rolamentos. Classificado como aço de liga de médio carbono, o SUJ2 é caracterizado por sua excelente dureza, resistência ao desgaste e resistência à fadiga, tornando-o ideal para aplicações que exigem alto desempenho sob estresse mecânico.
Visão Geral Abrangente
O aço SUJ2 é composto principalmente de carbono (C), cromo (Cr) e outros elementos de liga que melhoram suas propriedades mecânicas. A composição química típica inclui aproximadamente 1,0% de carbono e 1,5% de cromo, que contribuem significativamente para sua dureza e resistência ao desgaste. A presença de cromo não apenas melhora a resistência à corrosão, mas também aumenta a capacidade do aço de suportar altas temperaturas.
As características mais significativas do aço SUJ2 incluem:
- Alta Dureza: Níveis de dureza alcançáveis podem chegar até 64 HRC após tratamento térmico adequado.
- Excelente Resistência ao Desgaste: A combinação de alto teor de carbono e cromo proporciona resistência ao desgaste excepcional, tornando-o adequado para aplicações de alta carga.
- Boa Resistência à Fadiga: O SUJ2 apresenta alta resistência à fadiga, o que é crucial para componentes submetidos a carregamentos cíclicos.
Vantagens:
- Superior resistência ao desgaste e dureza.
- Boa estabilidade dimensional durante o tratamento térmico.
- Alta resistência à fadiga, tornando-o adequado para aplicações dinâmicas.
Limitações:
- Resistência à corrosão limitada em comparação com aços inoxidáveis.
- Difícil de usinar devido à alta dureza.
- Requer tratamento térmico cuidadoso para alcançar as propriedades desejadas.
Historicamente, o SUJ2 tem sido amplamente utilizado nas indústrias automotiva e aeroespacial para componentes como rolamentos, engrenagens e eixos. Sua posição no mercado permanece forte devido à sua confiabilidade e desempenho em aplicações críticas.
Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes
| Organização de Normalização | Designação/Classificação | País/Região de Origem | Notas/Observações |
|---|---|---|---|
| UNS | G52100 | EUA | Mais próximo equivalente ao SUJ2 |
| AISI/SAE | 52100 | EUA | Diferenças composicionais menores |
| ASTM | A295 | EUA | Especificação para aços de rolamento |
| EN | 100Cr6 | Europa | Propriedades semelhantes, frequentemente usadas de forma intercambiável |
| DIN | 100Cr6 | Alemanha | Equivalente ao SUJ2 com pequenas variações |
| JIS | SUJ2 | Japão | Designação padrão para aço de rolamento |
| GB | GCr15 | China | Classe comparável com aplicações semelhantes |
| ISO | 100Cr6 | Internacional | Equivalente de padrão global |
As diferenças entre esses graus podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, embora G52100 e SUJ2 sejam frequentemente considerados equivalentes, variações nos processos de tratamento térmico podem levar a diferenças em dureza e resistência ao desgaste.
Propriedades Principais
Composição Química
| Elemento (Símbolo e Nome) | Faixa de Percentual (%) |
|---|---|
| C (Carbono) | 0,95 - 1,05 |
| Cr (Cromo) | 1,30 - 1,65 |
| Mn (Manganês) | 0,30 - 0,50 |
| Si (Silício) | 0,15 - 0,40 |
| P (Fósforo) | ≤ 0,025 |
| S (Enxofre) | ≤ 0,025 |
O papel principal dos elementos de liga chave no aço SUJ2 inclui:
- Carbono (C): Aumenta a dureza e a resistência através da formação de carbonetos durante o tratamento térmico.
- Cromo (Cr): Melhora a resistência ao desgaste e melhora a temperabilidade, permitindo uma endurecimento mais profundo durante o tratamento térmico.
- Manganês (Mn): Melhora a tenacidade e ajuda na desoxidação do aço durante a produção.
Propriedades Mecânicas
| Propriedade | Condição/Temperatura | Valor Típico/Faixa (Métrico - Unidades SI) | Valor Típico/Faixa (Unidades Imperiais) | Padrão de Referência para Método de Teste |
|---|---|---|---|---|
| Resistência à Tração | Endurecido & Revenido | 1.700 - 2.100 MPa | 247 - 304 ksi | ASTM E8 |
| Resistência ao Escoamento (0,2% de desvio) | Endurecido & Revenido | 1.500 - 1.800 MPa | 218 - 261 ksi | ASTM E8 |
| Alongamento | Endurecido & Revenido | 10 - 12% | 10 - 12% | ASTM E8 |
| Dureza (HRC) | Endurecido & Revenido | 58 - 64 HRC | 58 - 64 HRC | ASTM E18 |
| Resistência ao Impacto (Charpy) | Temperatura Ambiente | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
A combinação dessas propriedades mecânicas torna o aço SUJ2 adequado para aplicações que exigem alta resistência e resistência ao desgaste, como rolamentos e engrenagens, onde fadiga e desgaste são considerações críticas.
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 | - | 1.450 - 1.500 °C | 2.642 - 2.732 °F |
| Condutividade Térmica | Temperatura Ambiente | 25 W/m·K | 14,5 BTU·in/(h·ft²·°F) |
| Capacidade Calorífica Específica | Temperatura Ambiente | 0,46 J/g·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Coeficiente de Expansão Térmica | Temperatura Ambiente | 11,5 x 10⁻⁶ /°C | 6,36 x 10⁻⁶ /°F |
A importância prática das propriedades físicas do SUJ2 inclui:
- Densidade: Afeta o peso e o equilíbrio dos componentes, crucial em aplicações como automotivas e aeroespaciais.
- Condutividade Térmica: Importante para a dissipação de calor em rolamentos de alta velocidade.
- Coeficiente de Expansão Térmica: Impacta a estabilidade dimensional sob condições de temperatura variáveis, crítico para aplicações de precisão.
Resistência à Corrosão
| Agente Corrosivo | Concentração (%) | Temperatura (°C/°F) | Classificação de Resistência | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Água | - | Ambiente | Regular | Susceptível a ferrugem |
| Ácidos | Baixo | Ambiente | Pobre | Risco de picotamento |
| Cloretos | Alto | Ambiente | Pobre | Risco de corrosão sob tensão |
| Soluções Alkalinas | Baixo | Ambiente | Regular | Resistência moderada |
O aço SUJ2 exibe resistência à corrosão limitada, particularmente em ambientes ácidos e ricos em cloretos. É suscetível à ferrugem quando exposto à umidade, tornando necessário o uso de revestimentos ou tratamentos de superfície para aplicações externas. Comparado a aços inoxidáveis como AISI 440C, que oferecem resistência à corrosão superior, o SUJ2 é menos adequado para ambientes onde a corrosão é uma preocupação significativa.
Resistência ao Calor
| Propriedade/Limite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Observações |
|---|---|---|---|
| Temp. Máxima de Serviço Contínuo | 200 | 392 | Adequado para aplicações de alta velocidade |
| Temp. Máxima de Serviço Intermitente | 250 | 482 | Apenas exposição de curto prazo |
| Temperatura de Escala | 300 | 572 | Risco de oxidação além desta temperatura |
| Considerações de Resistência ao Fluído | 400 | 752 | Começa a se degradar em altas temperaturas |
Em altas temperaturas, o aço SUJ2 mantém sua dureza e resistência até um certo limite, além do qual pode experimentar oxidação e perda de propriedades mecânicas. Isso o torna adequado para aplicações onde os componentes podem experimentar altas temperaturas intermitentemente, mas não continuamente.
Propriedades de Fabricação
Soldabilidade
| Processo de Soldagem | Métal de Adição Recomendado (Classificação AWS) | Gás/Fluxo de Escudo Típico | Notas |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argônio + CO2 | Pré-aquecimento recomendado |
| TIG | ER80S-D2 | Argônio | Requer tratamento térmico pós-soldagem |
| SMAW | E7018 | - | Não recomendado para seções grossas |
O aço SUJ2 geralmente não é recomendado para soldagem devido ao seu alto teor de carbono, que pode levar a trincas. O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldagem são essenciais para minimizar esses riscos. A escolha do metal de adição é crítica para garantir compatibilidade e manter as propriedades mecânicas.
Usinabilidade
| Parâmetro de Usinagem | Aço SUJ2 | AISI 1212 | Notas/Dicas |
|---|---|---|---|
| Índice de Usinabilidade Relativa | 60 | 100 | SUJ2 é mais difícil de usinar |
| Velocidade de Corte Típica (Usinagem) | 30 m/min | 60 m/min | Use ferramentas de metal duro para melhores resultados |
Usinar o aço SUJ2 pode ser desafiador devido à sua dureza. As condições ideais incluem o uso de ferramentas de aço rápido ou metal duro e a garantia de resfriamento adequado para evitar o desgaste da ferramenta.
Formabilidade
O aço SUJ2 apresenta formabilidade limitada devido à sua alta dureza e resistência. A conformação a frio é possível, mas pode levar ao trabalho endurecido, exigindo controle cuidadoso dos raios de curvatura e dos processos de conformação. A conformação a quente é mais viável, mas requer controle preciso da temperatura para evitar degradação das propriedades.
Tratamento Térmico
| Processo de Tratamento | Faixa de Temperatura (°C/°F) | Tempo Típico de Imersão | Método de Resfriamento | Objetivo Principal / Resultado Esperado |
|---|---|---|---|---|
| Revenimento | 700 - 800 / 1.292 - 1.472 | 1 - 2 horas | Ar ou Forno | Reduzir dureza, melhorar usinabilidade |
| Endurecimento | 800 - 850 / 1.472 - 1.562 | 30 minutos | Óleo ou Água | Alcançar alta dureza |
| Revenido | 150 - 200 / 302 - 392 | 1 hora | Ar | Reduzir fragilidade, melhorar tenacidade |
Durante o tratamento térmico, o SUJ2 passa por transformações metalúrgicas significativas. O endurecimento transforma a microestrutura em martensita, proporcionando alta dureza, enquanto o revenido reduz a fragilidade e aprimora a tenacidade, tornando o aço adequado para aplicações dinâmicas.
Aplicações Típicas e Usos Finais
| Indústria/setor | Exemplo de Aplicação Específica | Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação | Razão para Seleção |
|---|---|---|---|
| Automotiva | Rolamentos de roda | Alta dureza, resistência ao desgaste | Essencial para durabilidade sob carga |
| Aeroespacial | Componentes de motor | Resistência à fadiga, estabilidade dimensional | Crucial para segurança e desempenho |
| Industrial | Eixos de engrenagem | Alta resistência à tração, resistência ao impacto | Necessário para confiabilidade em máquinas |
Outras aplicações incluem:
- Instrumentos de precisão
- Eixos de alta velocidade
- Rolamentos de rolos
O SUJ2 é escolhido para essas aplicações devido à sua superior dureza e resistência ao desgaste, que são críticas para componentes submetidos a altas tensões e fadiga.
Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Insights
| Característica/Propriedade | Aço SUJ2 | AISI 440C | Aço para Ferramentas D2 | Nota Breve de Prós/Contras ou Compensação |
|---|---|---|---|---|
| Propriedade Mecânica Principal | Alta dureza | Excelente resistência à corrosão | Alta resistência ao desgaste | SUJ2 é menos resistente à corrosão |
| Aspecto Corrosivo Principal | Regular | Excelente | Regular | SUJ2 requer revestimentos protetores |
| Soldabilidade | Pobre | Regular | Pobre | Todos os graus requerem manuseio cuidadoso |
| Usinabilidade | Desafiador | Moderado | Moderado | SUJ2 é mais difícil de usinar |
| Formabilidade | Limitada | Boa | Limitada | SUJ2 é menos formável |
| Custo Aproximado Relativo | Moderado | Mais Alto | Moderado | Custo varia de acordo com a demanda de mercado |
| Disponibilidade Típica | Comum | Comum | Menos comum | SUJ2 é amplamente disponível |
Ao selecionar o aço SUJ2, considerações incluem suas propriedades mecânicas, relação custo-benefício e disponibilidade. Embora se destaque em dureza e resistência ao desgaste, suas limitações em resistência à corrosão e usinabilidade devem ser ponderadas em relação aos requisitos específicos da aplicação. Além disso, considerações de segurança em ambientes de alta tensão exigem avaliação cuidadosa de suas características de desempenho.