Aço de baixa liga de alta resistência - High-strength low-alloy steel

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O aço de baixa liga de alta resistência ( HSLA ) é um tipo de aço de liga que oferece melhores propriedades mecânicas ou maior resistência à corrosão do que o aço carbono . Os aços HSLA variam de outros aços porque não são feitos para atender a uma composição química específica, mas sim a propriedades mecânicas específicas. Eles têm um teor de carbono entre 0,05 e 0,25% para reter a conformabilidade e soldabilidade . Outros elementos de liga incluem até 2,0% de manganês e pequenas quantidades de cobre , níquel , nióbio , nitrogênio , vanádio , cromo , molibdênio , titânio , cálcio , elementos de terras raras ou zircônio . Cobre, titânio, vanádio e nióbio são adicionados para fins de fortalecimento. Esses elementos têm como objetivo alterar a microestrutura dos aços carbono, que geralmente é um agregado ferrita - perlita , para produzir uma dispersão muito fina de carbonetos de liga em uma matriz de ferrita quase pura. Isso elimina o efeito de redução da tenacidade de uma fração de volume perlítica, mas mantém e aumenta a resistência do material ao refinar o tamanho do grão, o que, no caso da ferrita, aumenta a resistência ao escoamento em 50% para cada metade do diâmetro médio do grão. O fortalecimento da precipitação também desempenha um papel menor. Suas forças de rendimento podem estar em qualquer lugar entre 250–590 megapascais (36.000–86.000 psi). Por causa de sua maior resistência e tenacidade, os aços HSLA geralmente requerem de 25 a 30% mais força para se formar, em comparação com os aços carbono.

Cobre, silício, níquel, cromo e fósforo são adicionados para aumentar a resistência à corrosão. Elementos de zircônio, cálcio e terras raras são adicionados para controle de forma de inclusão de sulfeto, o que aumenta a conformabilidade. Eles são necessários porque a maioria dos aços HSLA tem propriedades direcionalmente sensíveis. A formabilidade e a resistência ao impacto podem variar significativamente quando testadas longitudinalmente e transversalmente ao grão. Curvas paralelas ao grão longitudinal têm maior probabilidade de rachar ao redor da borda externa porque sofrem cargas de tração. Esta característica direcional é substancialmente reduzida em aços HSLA que foram tratados para controle de forma de sulfeto.

Eles são usados ​​em carros, caminhões, guindastes, pontes, montanhas-russas e outras estruturas projetadas para lidar com grandes tensões ou que precisam de uma boa relação resistência / peso. As seções transversais e estruturas de aço HSLA são geralmente 20 a 30% mais leves do que um aço carbono com a mesma resistência.

Os aços HSLA também são mais resistentes à ferrugem do que a maioria dos aços carbono devido à falta de perlita - as finas camadas de ferrita (ferro quase puro) e de cementita na perlita. Os aços HSLA geralmente têm densidades em torno de 7.800 kg / m ³ .

Placa de aço de baixa liga de alta resistência da marca Swebor, mostrando ambos os lados, após a deformação plástica de projéteis derrotados em testes de balística .

A placa de blindagem militar é principalmente feita de ligas de aço, embora algumas blindagens civis contra armas de pequeno porte agora sejam feitas de aços HSLA com têmpera em temperaturas extremamente baixas.

Classificações

• Aços à intempérie : aços que apresentam melhor resistência à corrosão. Um exemplo comum é COR-TEN.
• Aços laminados de controle : aços laminados a quente que possuem uma estrutura de austenita altamente deformada que se transformará em uma estrutura de ferrita equiaxial muito fina após o resfriamento.
• Aços com redução de perlita : aços com baixo teor de carbono que levam a pouca ou nenhuma perlita, mas sim a uma matriz de ferrita de grão muito fino. É fortalecido pelo endurecimento por precipitação.
• Ferrite acicular aços : Estes aços são caracterizados por uma muito fina de alta resistência acicular estrutura de ferrite, um teor de carbono muito baixo, e boa temperabilidade .
• Aços bifásicos : esses aços possuem uma microestrutura de ferrita que contém pequenas seções uniformemente distribuídas de martensita. Esta microestrutura dá aos aços uma baixa resistência ao escoamento, alta taxa de endurecimento e boa conformabilidade.
• Aços microligados : aços que contêm adições muito pequenas de nióbio, vanádio e / ou titânio para obter um tamanho de grão refinado e / ou endurecimento por precipitação.

Um tipo comum de aço microligado é HSLA de conformabilidade aprimorada. Tem uma resistência ao escoamento de até 80.000 psi (550 MPa), mas custa apenas 24% mais do que o aço A36 (36.000 psi (250 MPa)). Uma das desvantagens desse aço é que ele é 30 a 40% menos dúctil . Nos EUA, esses aços são ditados pelas normas ASTM A1008 / A1008M e A1011 / A1011M para chapas e A656 / A656M para chapas. Esses aços foram desenvolvidos para a indústria automotiva para reduzir o peso sem perder resistência. Exemplos de uso incluem vigas de intrusão de portas, membros de chassi, suportes de reforço e de montagem, peças de direção e suspensão, pára-choques e rodas.

Notas SAE

A Society of Automotive Engineers (SAE) mantém os padrões para os tipos de aço HSLA porque eles são frequentemente usados ​​em aplicações automotivas.

Laminação controlada de aços HSLA

Mecanismo

Rolamento controlado

Mudança na microestrutura em diferentes estágios de laminação controlada.

A laminação controlada é um método de refino de grãos de aço pela introdução de grande quantidade de locais de nucleação para ferrita na matriz de austenita por laminação com controle de temperatura, aumentando, portanto, a resistência do aço. Existem três estágios principais durante a rolagem controlada:

1) Deformação na região de recristalização . Neste estágio, a austenita está sendo recristalizada e refinada e pode, assim, refinar os grãos de ferrita no estágio posterior.

2) Deformação na região de não recristalização. Os grãos de austenita são alongados por laminação. Bandas de deformação podem estar presentes dentro da banda também. Limites de grão alongados e bandas de deformação são todos locais de nucleação para ferrita.

3) Deformação na região de duas fases austenita-ferrita. Nucleados de ferrita e austenita são posteriormente endurecidos por trabalho.

Mecanismo de Fortalecimento

Os aços HSLA laminados de controle contêm uma combinação de diferentes mecanismos de reforço. O principal efeito de fortalecimento vem do refinamento do grão ( fortalecimento do contorno do grão ), onde a resistência aumenta à medida que o tamanho do grão diminui. Os outros mecanismos incluem o fortalecimento da solução sólida e o endurecimento do precipitado de elementos micro-ligados. Depois que o aço passa da temperatura da região da austenita-ferrita, ele é ainda mais reforçado por endurecimento por trabalho .  

Propriedades mecânicas

Aços HSLA laminados de controle geralmente têm maior resistência e tenacidade, bem como menor temperatura de transição dúctil-frágil e propriedades de fratura dúctil. Abaixo estão alguns elementos de micro-liga comuns usados ​​para melhorar as propriedades mecânicas.

Efeito de elementos micro-ligados:

Nióbio: Nb pode aumentar a temperatura de recristalização em cerca de 100 ° C, estendendo assim a região de não recristalização e retardando o crescimento do grão. O Nb pode aumentar a resistência e a tenacidade por meio do fortalecimento do precipitado e do refinamento do grão. Além disso, o Nb é um forte formador de carboneto / nitreto, o Nb (C, N) formado pode impedir o crescimento do grão durante a transição de austenita para ferrita.  

Vanádio: V pode aumentar significativamente a resistência e a temperatura de transição pelo fortalecimento do precipitado.

Titânio: o Ti tem um ligeiro aumento no reforço por meio do refinamento do grão e do reforço do precipitado.

Nb, V e Ti são três elementos de liga comuns em aços HSLA. Todos eles são bons formadores de carboneto e nitreto, onde os precipitados formados podem impedir o crescimento do grão fixando o contorno do grão. Eles também são formadores de ferrita, o que aumenta a temperatura de transição da região de duas fases austenita-ferrita e reduz a região de não recristalização. A redução na região de não recristalização induz a formação de bandas de deformação e contornos de grão ativados, que são locais alternativos de nucleação de ferrita além dos contornos de grão.

Outros elementos de liga são principalmente para o fortalecimento de soluções sólidas, incluindo silício, manganês, cromo, cobre e níquel.

Referências

Fontes

• Degarmo, E. Paul; Black, J T .; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9ª ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Oberg, E .; et al. (1996), Machinery's Handbook (25ª ed.), Industrial Press Inc