S136 vs 420 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

S136 e 420 são ambos aços inoxidáveis martensíticos frequentemente considerados para componentes onde dureza, capacidade de polimento e alguma resistência à corrosão são necessárias. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente enfrentam a decisão entre um aço inoxidável de grau moldável especializado (S136) e um aço inoxidável martensítico de uso geral (420) ao equilibrar resistência à corrosão, acabamento de superfície, custo e fabricabilidade.

A principal diferença prática entre os dois centra-se em sua intenção de liga e processamento: S136 é formulado e processado para alto acabamento de superfície, baixo teor de inclusões e melhor resistência à corrosão para aplicações de moldes, enquanto 420 é um aço inoxidável martensítico de família mais ampla usado onde propriedades de aço inoxidável endurecível simples são aceitáveis a um custo mais baixo. Essas semelhanças na família (aço inoxidável martensítico) mas diferenças no controle de composição e processamento fundamentam a comparação comum.

1. Normas e Designações

• S136
• Não é um único número canônico internacional ASTM/ISO; é uma designação comercial de aço para moldes usada por fornecedores europeus e internacionais de aço para ferramentas (frequentemente listada em catálogos de aço para moldes).
• Classificado como um aço para ferramentas/moldes inoxidável resistente à corrosão (martensítico, família de aço para ferramentas).
• Frequentemente fornecido como chapa pré-endurecida, blocos ou componentes de moldes polidos e referenciado nas normas de fornecedores de aço para ferramentas (designações proprietárias).
• 420
• Padronizado em muitas especificações como AISI/SAE 420 e nas normas de produtos ASTM (por exemplo, ASTM A276 para barra/haste inoxidável).
• Também aparece sob EN e JIS como graus de aço inoxidável martensítico com química semelhante.
• Classificado como um aço inoxidável martensítico (endurecível).

Resumo da classificação: - S136: Aço para ferramentas inoxidável (martensítico), grau de ferramenta/molde, designação comercial. - 420: Aço inoxidável, martensítico, grau padronizado AISI/ASTM.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - S136 é produzido e especificado com controle mais rigoroso de impurezas (P, S) e inclusões não metálicas; sua estratégia de liga enfatiza uma distribuição fina e uniforme de carbonetos e baixa segregação para otimizar a capacidade de polimento e resistência à corrosão consistente em toda a superfície. - 420 utiliza um equilíbrio de liga mais simples para fornecer endurecibilidade econômica e resistência à corrosão; a ampla gama de teores de carbono na família 420 gera diferentes subgraus (por exemplo, variantes 420A, 420B, 420C diferem historicamente por C).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• Ambos os graus são aços inoxidáveis martensíticos após o resfriamento apropriado. A microestrutura consiste principalmente de martensita com quantidades e morfologias variadas de carbonetos de cromo.
• S136: produzido e tratado termicamente para resultar em uma martensita fina e homogênea com um baixo nível de grandes carbonetos primários e distribuição controlada de carbonetos secundários. Metalurgia do pó ou práticas de fusão refinadas podem ser usadas por fornecedores para reduzir a segregação, resultando em acabamento de superfície superior após polimento.

• 420: forjado ou fundido convencionalmente; matriz de martensita com carbonetos de cromo de distribuição mais grosseira em relação aos aços para moldes altamente controlados. A população de carbonetos depende fortemente do teor de carbono e da história térmica.

• Resposta ao tratamento térmico:

• Ambos os graus respondem ao austenitização, resfriamento e revenimento. Dureza, resistência e tenacidade são fortemente função do teor de carbono, temperatura de austenitização, meio de resfriamento e regime de revenimento.
• S136 é comumente fornecido em condição pré-endurecida e com acabamento de superfície; aceita tratamentos a sub-zero ou criogênicos e ciclos de revenimento otimizados para manter a resistência à corrosão e minimizar a distorção para ferramentas.

• 420 é tratado termicamente para uma ampla gama de durezas para diferentes aplicações: variantes de baixo carbono para usinagem e dureza moderada; variantes de alto carbono para maior dureza após resfriamento e revenimento.

• Normalização / processamento termo-mecânico:

• S136 se beneficia de normalização controlada e potencialmente tratamento a sub-zero para reduzir a austenita retida e refinar carbonetos.
• 420 pode ser normalizado/recocido para melhorar a usinabilidade antes da endurecimento final.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: - S136 tipicamente alcança alta dureza de superfície e integridade superficial com carbonetos cuidadosamente controlados, o que melhora a resistência ao desgaste e a capacidade de polimento, mas pode reduzir a tenacidade em massa se levado a durezas extremas. - As propriedades do 420 variam mais com o grau de carbono. O 420 de baixo carbono é mais dúctil e tenaz em dureza moderada; o 420 de alto carbono se aproxima do S136 em dureza, mas pode apresentar carbonetos maiores e acabamento de superfície menos previsível.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do teor de carbono, endurecibilidade (Cr e liga) e teor de impurezas/microligação. Dois índices empíricos comuns são úteis para interpretação qualitativa:

• Equivalente de carbono do Instituto Internacional de Soldagem: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Parâmetro do tipo Dearden e O’Neill ($P_{cm}$): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Maior teor de carbono e maior teor de cromo aumentam a endurecibilidade e o risco de trincas na zona afetada pelo calor (HAZ). O S136, por ser otimizado para alta dureza e frequentemente ter maior carbono efetivo e populações de carbonetos finos, será geralmente mais desafiador de soldar do que variantes de 420 de baixo carbono. - A soldabilidade do 420 varia entre subgraus: o 420 de baixo carbono é relativamente mais soldável; o 420 de alto carbono e o S136 requerem pré-aquecimento, temperatura de interpassagem controlada e tratamento térmico pós-solda para evitar trincas na HAZ e formação excessiva de martensita. - Além disso, a estratégia rigorosa de limpeza e baixo teor de impurezas do S136 significa que a soldagem pode alterar localmente a condição da superfície, potencialmente degradando a resistência à corrosão perto das soldas, a menos que soldadas e tratadas pós-solda com cuidado.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• Para martensíticos inoxidáveis, a resistência geral à corrosão provém principalmente do teor de cromo e da condição da superfície. Nem S136 nem 420 oferecem a resistência à corrosão por pite de aços inoxidáveis austeníticos ou duplex quando expostos a ambientes ricos em cloreto.
• PREN (Número Equivalente de Resistência a Pites) é comumente usado para avaliar a resistência a pites em graus inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Aplicação do PREN:
• Para ambos S136 e 420, os valores de PREN são modestos porque os teores de Mo e N são baixos; a superfície mais limpa do S136 e a química controlada frequentemente resultam em melhor desempenho de corrosão local do que o 420 genérico após polimento e em meios menos agressivos.
• Alternativas não inoxidáveis / proteção:
• Quando uma proteção contra corrosão aumentada é necessária para qualquer um dos graus, considere tratamentos de superfície: níquel eletrolítico, revestimento duro de cromo (observando restrições ambientais/regulatórias), nitretação (para desgaste, benefício limitado contra corrosão), passivação ou revestimentos de barreira (tintas, revestimentos poliméricos).
• Para resistência ambiental além do que esses martensíticos fornecem, considere aços inoxidáveis austeníticos, duplex ou ligas à base de Ni.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade:
• Variantes de 420 de baixo carbono são mais fáceis de usinar na condição recozida. O S136, devido ao maior carbono e natureza endurecível e potencial alta dureza como fornecido, pode ser mais difícil de usinar; muitas chapas de S136 são fornecidas pré-endurecidas e podem exigir EDM ou retificação em vez de usinagem convencional.
• Formabilidade:
• Ambas as ligas são limitadas em formabilidade a frio quando endurecidas. Na condição recozida, o 420 pode ser formado razoavelmente bem; a formabilidade do S136 depende do revenimento do fornecedor, mas é principalmente direcionada à fabricação de moldes em vez de formação de chapas.
• Acabamento de superfície:
• S136 é otimizado para polimento e acabamentos de superfície de alto brilho, com atenção ao baixo teor de inclusões e dispersão fina de carbonetos.
• 420 pode ser polido, mas frequentemente produz um acabamento espelhado menos consistente em comparação com S136, a menos que processado especialmente.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha S136 onde acabamento de superfície, retenção de polimento e resistência à corrosão consistente em cavidades de moldes são primordiais. - Escolha 420 para peças inoxidáveis endurecidas de custo efetivo onde excelente capacidade de polimento é menos crítica.

9. Custo e Disponibilidade

• 420: Amplamente disponível em todo o mundo em barras, hastes, chapas e folhas; geralmente custo mais baixo devido à metalurgia padronizada e ampla base de fornecimento.
• S136: Aço para moldes especializado disponível de fornecedores e distribuidores de aço para ferramentas; tipicamente custo mais alto por kg e às vezes prazos de entrega mais longos para dimensões grandes ou acabamentos de superfície específicos. S136 é frequentemente oferecido em formatos pré-endurecidos e pré-polidos, o que agrega valor para aplicações de ferramentas.

10. Resumo e Recomendação

Conclusões e recomendações: - Escolha S136 se: - Sua aplicação requer polimento de qualidade espelhada, integridade superficial consistente e resistência à corrosão localizada melhorada para ferramentas ou moldes. - Você aceita custo de material mais alto e potencialmente fabricação mais restritiva (EDM, retificação, soldagem/tratamento pós-solda especializado). - Escolha 420 se: - Você precisa de um aço inoxidável endurecível de custo efetivo para componentes gerais onde excelente capacidade de polimento e resistência à corrosão de moldes de primeira linha não são necessárias. - Você precisa de ampla disponibilidade em muitas formas de produtos e usinagem convencional mais fácil (para variantes de baixo carbono).

Nota final: Ambos os graus devem ser selecionados com atenção ao subgrau específico, processamento do fornecedor (por exemplo, pré-endurecido vs. recozido) e o cronograma de tratamento térmico pretendido. Para ferramentas críticas ou componentes de alto acabamento de superfície, consulte o fornecedor de aço para receitas de tratamento térmico, condição de entrega e recomendações de solda/reparo adaptadas à variante de liga escolhida.