Aços de alta resistência e baixa liga

OBJETIVO

Analisar e comparar propriedades mecânicas de um Aço ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga) microligado com nióbio, com as de um Aços convencional, através de resultados quantitativos, obtidos por ensaios mecânicos e metalográficos. Ambos tratados termicamente, com diferentes meios de resfriamento.

JUSTIFICATIVA

O presente trabalho se justifica tanto do ponto de vista científico e tecnológico, quanto do ponto de vista econômico.

Visa-se a redução do peso estrutural e aumento da resistência mecânica, por meio da substituição de aços convencionais por aços de alta resistência e baixa liga de nióbio, podendo ser empregados no setor transportes, afim de minimizar o peso morto da estrutura e capaz de suportar a mesma carga ou superior. “Com 0,02% de nióbio, esse incremento do limite de escoamento pode ser da ordem de 7 a 10,5 kgf/mm² (70 a 105 MPa)” (CHIAVERINI, 2012).

RESUMO

O assunto abordado, é de grande interesse para a sensibilização dos profissionais da metalurgia. Quando se fala em economia, não se poupa esforços de pesquisadores, engenheiros ou gerentes, para o alcance de uma melhor posição econômica. Esse resultado pode ser adquirido, apenas reduzindo o peso de estruturas, chassis, suportes, entre outros. Sendo assim, a utilidade de materiais mais leves com propriedades mecânicas mais altas podem ser uma das respostas mais vantajosas para várias aplicações na indústria, no setor aeroespacial, transportes, petrolífero, e dentre outros.

A substituição de materiais estruturais como aço carbono, que possuem alto limite de resistência, por aços de alta resistência e baixa liga pode ser uma ótima escolha, do ponto de vista que, o aço carbono possui uma elevada massa específica, o que torna a estrutura mais pesada, acarretando em mecanismos de suporte mais robustos para suportá-lo. Neste trabalho, tratamentos térmicos, ensaios mecânicos e metalográficos irão mostrar a compatibilidade de chapas de aços estruturais convencionais, com chapas aços ARBL microligados com nióbio, que por sua vez, aumentam a resistência ao escoamento através do refinamento de grãos, e reduzem o peso total do sistema onde estão empregados.

        Os resultados ao final, revelaram quantitativamente se as propriedades mecânicas das chapas de aços ARBL com nióbio são superiores às de um aço ao carbono estrutural, e como o tratamento térmico, em diferentes tipos de resfriamento, influenciarão nas propriedades mecânicas e no tipo da estrutura microestrutural do material.

INTRODUÇÃO

Os aços de alta resistência e baixa liga, veem desempenhando um papel fundamental para a maior performance e desempenho, onde quer que seja empregado. Os primeiros estudos realizados nesse âmbito, não é atual como demonstra ser, em 1930 os aços apresentavam quantidades relativamente altas de carbono e manganês em suas composições (na ordem de 0,3%C). O carbono era o elemento químico preferido naquela época quando se pensava em aumentar o limite de resistência do material, pois era o mais barato e atendia os limites desejados. Contudo, a medida que o limite de resistência crescia com acréscimo de C, foi necessário considerar as propriedades adquiridas por esses aços quando submetidos ao processo de soldagem, cujo processo, exige a redução do elemento propriamente dito. Visto isso, era necessária a redução de C na composição, para minimizar as falhas nas estruturas soldadas por fratura frágil. Admitindo assim, a falta de tenacidade à fratura e ao impacto desses materiais. Assim como a tenacidade, foi averiguada que o limite de escoamento é mais importante do que o limite de resistência. Com isso, houve aumento considerável do teor de Manganês, enquanto se reduzia o teor de Carbono.

Com o avanço dos estudos da liga Mn:C, em busca pelas taxas balanceadas ideais dos elementos, não obtiveram ganho real de tenacidade. Mas, finalmente passou-se a ser considerado um outro fator decisivo, que tem grande valor nas características de uma liga, a significância do tamanho de grão. Quanto menor o tamanho de grão na superfície, maior o limite ao escoamento, dificultando o deslizamento das discordâncias.

A partir disso, foram utilizados na liga em questão, agentes microligantes refinadores, como nióbio, vanádio e titânio, sendo o nióbio o agente mais favorável, visto que sua solubilidade na austenita é menor que a do vanádio, sendo assim, com menor adição do elemento microligante se alcança o mesmo resultado se colocasse maior incremento de vanádio.