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16 de janeiro de 2023

Aço SAE

Em nosso blog, falamos um pouco sobre normas, principalmente sobre a norma AISI – Instituto Americano de Ferro e Aço. Essa norma avalia os aços especiais e aços para ferramentas. Nesse texto falaremos sobre a norma SAE, uma norma que vai descrever muito bem as ligas que são, por exemplo, conformados pelos aços descritos na AISI.

No século XX, após uma das grandes invenções do homem já ser consolidada e fabricada por diversos países, o automóvel criou uma indústria que se apresenta hoje como uma das maiores. Por exemplo, no Brasil, após a segunda guerra mundial, com o governo de JK, essa indústria teve seu grande crescimento [1].

Nesse contexto, no início deste século, a SAE é criada [2]. Com o setor crescendo, e a nova máquina sendo incorporada à sociedade como o novo meio de transporte, fabricantes começaram a criar novos modelos, utilizar diferentes materiais e tentar melhorar essa nova invenção ao máximo. Com isso, novas necessidades apareceram, como a proteção de patentes e avaliação da segurança de produtos [2, 3].

SAE Classificações

É muito interessante conhecer os aços e quais são suas características, para que seja possível aplicar o material da melhor forma. A SAE foi desenvolvida para auxiliar o setor automobilístico, e com isso a classificação dos aços apresenta suas principais características, tratamentos e propriedades.

Vamos definir aqui as fases e microconstituintes dos aços SAE, em relação a cada composição química apresentando um valor distinto de temperatura.

Fases e microconstituintes

Ferrita (α-ferro, δ-ferro) – Fase presente no aço em seu estado de fornecimento [4].

Austenita (ferro γ) – Fase que o aço costuma apresentar quando aquecido à alta temperatura [4].

Cementita (carboneto de ferro, Fe3C) – É um microconstituinte que ocorre em aços, sendo Fe3C, frágil e duro. É uma parcela do aço que age de forma significativa na resistência ao desgaste do material, e, além disso, influencia diretamente na dureza do aço [4].

Perlita (88% ferrita, 12% cementita) – Mistura de fases que o aço apresenta quando é fornecido. Essa mistura de fases é composta por Cementita e Ferrita [4].

Martensita – Fase em que o material se transforma após um resfriamento muito rápido, também chamado de têmpera. Como é uma fase metaestável, ou seja, nesse caso o tempo de troca de calor é relevante, essa fase não se encontra no diagrama de fases [4].

Bainita – Assim como a Perlita, este é um microconstituinte composto de ferrita e cementita e pode ser obtido por via de tratamento térmico, com resfriamento rápido, porém com taxas de resfriamento inferiores em relação à têmpera [4].

Ledeburita (ferrita-cementita eutética, 4,3% de carbono) – Este microconstituinte pode ser encontrado em diversos aços. No aço ferramenta pode ser encontrado em aços como o D2 (caracterizado como aço Ledeburítico, com formação de Cr7C3), com alto teor de carbono [4, 5].

Classes dos Aços SAE

Aço carbono (≤2,1% carbono em massa; baixa liga);

Aço de mola (baixa liga);

Aço de liga (contém elementos sem carbono);

Aço maraging (contém níquel);

Aço inoxidável (contém ≥10,5% de cromo e baixo carbono);

Aço resistente;

Aço ferramenta (liga de aço para ferramentas).

Na norma SAE os dois primeiros números do código se referem à liga do material e os dois últimos representam o teor de carbono em massa.

Aço Carbono

O aço carbono é caracterizado por apresentar ferro e carbono, e baixos valores de outros elementos de liga. Normalmente apresentam até 1% de carbono, até 1,65% de manganês e 0,6% de silício. Os outros elementos de liga não passam de 2% em sua soma. Podemos classificar com baixo, médio e alto carbono [6].

Os aços de baixo carbono apresentam até 0,30% de teor de carbono. São exemplos:

  • 1010
  • 1020
  • 1030
  • 1524

Já os aços de médio carbono apresentam o teor de carbono entre 0,35% e 0,60% e o teor de manganês entre 0,31% e 1,60%. Os principais exemplos utilizados na indústria são:

  • 1035
  • 1040
  • 1045
  • 1050
  • 1055

Por fim, os aços SAE com alto carbono são os que apresentam o teor de carbono entre 0,61% e 1,00% e o teor de manganês entre 0,40% e 1,00%. Abaixo alguns exemplos mais utilizados na indústria.

  • 1060
  • 1070
  • 1075
  • 1080
  • 1090

Perceba que os aços apresentados nessas três listas sempre começam com 10 e terminam com um número diferente. Isso porque o número 10 no início da classificação do aço SAE representa o baixo valor de elementos de liga, ou seja, apresenta apenas um pouco de manganês, e frações muito pequenas de outros elementos de liga, como enxofre (S) e silício (Si).

Aço Ligado

Nesse tipo de aço, a SAE classifica de acordo com a quantidade dos elementos de liga, ou seja, elementos químicos colocados propositalmente no aço para obter diferentes características. São eles aços de baixa liga, de média liga e alta liga.

Os aços de baixa liga apresentam até 5% de elementos de liga. São aços que também apresentam dois números, os dois primeiros são referentes aos tipos de elementos químicos que foram a liga e os dois últimos são referentes à quantidade de C. Abaixo os exemplos de aços  de baixa liga mais usados indústria.

  • 4130
  • 4140
  • 4340
  • 8620
  • 8640;

Já aços de média liga apresentam a soma dos elementos de liga entre 5% e 10%. Alguns aços ferramenta participam dessa classificação, mas a nomenclatura entra na norma AISI. Abaixo alguns exemplos.

Por fim, temos os aços de alta liga, que a soma dos elementos de liga é superior a 10%. Para tal, temos os aços ferramenta e aços inoxidáveis, também é utilizada a norma AISI. Alguns exemplos abaixo:

Nomenclaturas mais usadas

Assim, a SAE nos permite verificar os melhores aços para determinadas aplicações, verificando quais as propriedades que podemos obter com cada aço e tipos de tratamentos térmicos. A nomenclatura mais usada da SAE é quando temos dois primeiros números indicando a liga, como 10XX e os dois últimos números indicando a quantidade de carbono, como XX10, XX20, XX45.

Aços com baixa liga e baixo carbono, como 1010 ou 1020 podem passar por processos interessantes e otimizados, como o oxicorte. Isso permite que a peça já apresente uma forma próxima a que será utilizada, resultando em menor usinagem, além disso, também reduz drasticamente o tempo de fabricação de peças.

Curiosidades de SAE

Dentro do mundo automotivo, mas fora da classificação dos aços, a SAE também fornece incitações para tipos de outros sistemas. Por exemplo, a classificação de viscosidade de óleo de motor SAE – sistema desenvolvido pela Society of Automotive Engineers (SAE) para classificar óleos de motor por graus de viscosidade.

Os óleos são classificados com base em sua viscosidade medida em alta temperatura para óleos de grau único e em temperaturas baixas e altas para óleos de grau múltiplo. Óleos Multi-graus têm um alto índice de viscosidade (V.I.) e, portanto, podem se enquadrar em mais de uma classificação de grau SAE, por exemplo, SAE l0W-40, (“W” significa adequação para inverno, do inglês “Winter”, ou uso em clima frio).

As viscosidades máximas de partida e as temperaturas de bombeamento são definidas para satisfazer os requisitos de baixa temperatura da SAE. A viscosidade de baixa temperatura é medida em uma temperatura diferente para cada grau. A viscosidade de alto cisalhamento é medida a 150°C sob condições de alto cisalhamento que duplicam aquelas experimentadas na zona do anel de um motor em operação.

Como dito anteriormente, aços carbono e aços liga são designados por quatro dígitos, onde o primeiro indica o principal elemento de liga, o segundo dígito indica o(s) elemento(s) de liga secundário(s), e os dois últimos dígitos indicam o teor de carbono, em centésimos de porcentagem em massa.

Outro ponto colocado pela SAE é o sufixo “H”, que pode ser adicionado a qualquer designação para indicar que a temperabilidade é um requisito importante. Os requisitos químicos são mais abrangentes, porém medidas de dureza são definidas de acordo com a distância em relação à superfície de têmpera através de um teste Jominy [7].

Os padrões de classificação de aço são amplamente utilizados por cientistas, engenheiros, arquitetos e agências governamentais para garantir a qualidade e a consistência dos materiais. Esses padrões fornecem uma linguagem comum para comunicar as propriedades do aço com grande especificidade e orientam os fabricantes de produtos para procedimentos adequados de processamento e aplicação. Entretanto, é preciso se atentar a novas tecnologias em aço, pois com a crescente demanda, não se pode classificar todos os aços pelos métodos convencionais, mas sim pela sua aplicação e possível melhoria em projetos.

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Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin

Referências

[1] Rego, Marcos Lopez e Faillace, José Ernesto MattosoO PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA NO BRASIL: POR UMA ABORDAGEM SOB A ÓTICA DA TEORIA DOS STAKEHOLDERS. Organizações & Sociedade [online]. 2017, v. 24, n. 81. https://doi.org/10.1590/1984-9230812.

[2] https://www.sae.org/about/history

[3] Melo, Elaine Machado, Cajavilca, Erick Samuel Rojas, Sales, Gessica Feitosa, Marques, Natan de Souza, Lobo, Rayldson de Souza, Santana, Vinício Gonçalves, EVOLUÇÃO DO SETOR AUTOMOTIVO COM BASE NAS PATENTES DEPOSITADAS NO INPI. Cadernos de Prospecção (Online), Universidade Federal da Bahia (UFBA). 2014.

[4] Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. ABM, São Paulo, 5a. ed., 1987

[5] PINEDO, Carlos Eduardo. Tratamentos Térmicos e Superficiais dos Aços. [S. L.]: Blucher, 2021.

[6] Oberg, E.; et al. (2004). Machinery’s Handbook (27th ed.). Industrial Press Inc.

[7] Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.