Aço 8620 vs. 4340: Guia de comparação abrangente

Quando se trata de selecionar o aço certo para seu próximo projeto, é fundamental compreender as nuances entre as diferentes ligas. Duas opções comumente comparadas são os aços 8620 e 4340, cada um oferecendo propriedades exclusivas que atendem a diferentes necessidades. Se você está procurando alta resistência, excelente tenacidade ou propriedades mecânicas específicas, conhecer as diferenças entre esses dois aços pode ajudá-lo a tomar uma decisão informada. Neste guia abrangente, vamos nos aprofundar em suas composições químicas, propriedades mecânicas e aplicações típicas. Então, qual aço é mais adequado para suas aplicações de alta resistência e tenacidade? Vamos descobrir enquanto exploramos as principais diferenças e semelhanças entre os aços 8620 e 4340.

Diferenças na composição química

O aço SAE-AISI 4340 é uma liga de alta resistência conhecida por sua durabilidade e resistência ao desgaste e à fadiga. Sua composição química inclui uma mistura de elementos projetados para aprimorar suas propriedades.

• Carbono (C): 0,38-0,43%
• Cromo (Cr): 0,70-0,90%
• Níquel (Ni): 1,65-2,00%
• Molibdênio (Mo): 0,20-0,30%
• Manganês (Mn): 0,60-0,80%
• Silício (Si): 0,15-0,30%
• Enxofre (S): ≤ 0,040%
• Fósforo (P): ≤ 0,035%
• Ferro (Fe): Equilíbrio

O aço SAE-AISI 8620 é um aço de baixa liga comumente usado para aplicações de cementação, em que a dureza da superfície é fundamental. Sua composição química é feita sob medida para proporcionar um bom equilíbrio entre tenacidade e resistência ao desgaste.

• Carbono (C): 0,18-0,23%
• Cromo (Cr): 0,40-0,60%
• Níquel (Ni):: 0,40-0,70%
• Molibdênio (Mo): 0,15-0,25%
• Manganês (Mn):: 0,70-0,90%
• Silício (Si): 0,15-0,35%
• Enxofre (S): ≤ 0,040%
• Fósforo (P):: ≤ 0,035%
• Ferro (Fe): 96.895-98.02%

Análise comparativa de elementos de liga e seus efeitos

Conteúdo de carbono

O teor de carbono do aço 4340 (0,38-0,43%) é significativamente maior do que o do aço 8620 (0,18-0,23%). Esse teor de carbono mais alto no aço 4340 contribui para sua maior dureza e resistência, tornando-o adequado para aplicações de alta tensão. Por outro lado, o menor teor de carbono no aço 8620 facilita a melhor ductilidade e soldabilidade, tornando-o ideal para aplicações que exigem endurecimento de superfície.

Cromo e níquel

Ambos os aços contêm cromo e níquel, mas em proporções diferentes. O aço 4340 tem concentrações mais altas de cromo (0,70-0,90%) e níquel (1,65-2,00%), o que aumenta sua dureza, resistência à corrosão e tenacidade. O teor de cromo no aço 8620 (0,40-0,60%) e o teor de níquel (0,40-0,70%) são mais baixos, o que proporciona dureza e resistência ao desgaste adequadas, mantendo boa usinabilidade.

Molibdênio

Ambos os aços contêm molibdênio para melhorar a temperabilidade e a resistência a altas temperaturas, sendo que o aço 4340 tem um pouco mais (0,20-0,30%) do que o aço 8620 (0,15-0,25%). Esse maior teor de molibdênio no aço 4340 aumenta sua capacidade de suportar tensões e temperaturas mais altas.

Manganês e silício

O manganês e o silício são incluídos em ambos os aços para melhorar sua resistência e tenacidade. O aço 4340 tem manganês um pouco menor (0,60-0,80%) em comparação com o aço 8620 (0,70-0,90%), mas ambos os aços têm teor de silício semelhante (0,15-0,30% para o 4340 e 0,15-0,35% para o 8620). Esses elementos ajudam a remover o oxigênio do aço e melhoram suas propriedades mecânicas.

Enxofre e fósforo

Os aços 4340 e 8620 têm baixos níveis de enxofre e fósforo (≤ 0,040% e ≤ 0,035%, respectivamente) para minimizar o risco de fragilidade e melhorar a resistência geral.

As principais diferenças nas composições químicas dos aços 4340 e 8620 estão nos níveis de carbono, cromo e níquel. O aço 4340, com seus níveis mais altos de carbono, cromo e níquel, foi projetado para aplicações que exigem alta resistência, tenacidade e resistência à fadiga. Por outro lado, o aço 8620, com seu menor teor de carbono e elementos de liga balanceados, é otimizado para aplicações de cementação em que a dureza da superfície e a resistência do núcleo são essenciais. Essas diferenças de composição se traduzem diretamente em suas respectivas propriedades mecânicas e adequação a aplicações industriais específicas.

Comparação de propriedades mecânicas

Propriedades mecânicas dos aços 4340 e 8620

As propriedades mecânicas descrevem como um material se comporta quando submetido a diferentes forças. Essas propriedades, incluindo dureza, resistência à tração, resistência à fadiga, ductilidade e tenacidade, são essenciais para a seleção do material certo para aplicações específicas de engenharia, a fim de garantir o desempenho, a segurança e a longevidade.

Dureza

A dureza mede a resistência de um material à deformação, normalmente por indentação, o que é crucial para aplicações resistentes ao desgaste.

Dureza do aço 4340

O aço SAE-AISI 4340 apresenta uma faixa de dureza Brinell de 210 a 360 HB. Essa alta dureza se deve aos seus elementos de liga, principalmente cromo e níquel, que aumentam a resistência ao desgaste e a dureza da superfície; a dureza do aço pode ser aumentada ainda mais por meio de processos de tratamento térmico, como têmpera e revenimento.

Dureza do aço 8620

O aço SAE-AISI 8620 tem uma faixa de dureza Brinell de 150 a 210 HB. Essa dureza mais baixa é adequada para aplicações que exigem boa usinabilidade e facilidade de processamento. Entretanto, o aço 8620 é frequentemente cementado para melhorar a dureza da superfície e, ao mesmo tempo, manter um núcleo resistente e dúctil, o que o torna ideal para aplicações em engrenagens e eixos.

Análise comparativa

Ao comparar a dureza dos aços 4340 e 8620, o aço 4340 oferece dureza superior, o que o torna mais adequado para aplicações de alto desgaste. Por outro lado, a dureza mais baixa do aço 8620, mas a maior capacidade de endurecimento da superfície por meio de cementação, o torna adequado para componentes que precisam de uma superfície dura, mas com um interior resistente.

Resistência à tração

A resistência à tração é a tensão máxima que um material pode suportar ao ser esticado ou puxado antes de quebrar, o que é crucial para aplicações de suporte de carga.

Resistência à tração do aço 4340

O aço SAE-AISI 4340 tem uma resistência máxima que varia de 690 a 1280 MPa. Sua alta resistência à tração é atribuída à composição da liga e às capacidades de tratamento térmico, tornando-o ideal para aplicações pesadas, como trens de pouso de aeronaves, peças automotivas e outros componentes de alta tensão.

Resistência à tração do aço 8620

O aço SAE-AISI 8620 tem uma resistência máxima menor, normalmente entre 520 e 690 MPa. Embora não seja tão forte quanto o aço 4340, a resistência à tração do aço 8620 é adequada para muitas aplicações estruturais e mecânicas, principalmente quando a dureza da superfície é aprimorada por meio de cementação.

Análise comparativa

O aço 4340 apresenta resistência à tração significativamente maior do que o aço 8620, o que o torna mais adequado para aplicações de alta capacidade de carga. Entretanto, o equilíbrio entre a resistência à tração e a temperabilidade da superfície do aço 8620 o torna versátil para componentes que se beneficiam tanto da tenacidade quanto da resistência ao desgaste.

Resistência à fadiga

A resistência à fadiga é a tensão mais alta que um material pode suportar por um número específico de ciclos sem falhar, o que é crucial para materiais sujeitos a ciclos repetidos de carga e descarga.

Resistência à fadiga do aço 4340

O aço SAE-AISI 4340 apresenta uma resistência à fadiga que varia de 330 a 740 MPa, dependendo do tratamento térmico e da condição da superfície. Sua alta resistência à fadiga o torna ideal para componentes expostos a tensões cíclicas, como virabrequins automotivos, bielas e outras peças críticas de alta tensão.

Resistência à fadiga do aço 8620

O aço SAE-AISI 8620 tem uma resistência à fadiga menor, normalmente entre 270 e 360 MPa. Embora não seja tão alta quanto a do aço 4340, a resistência à fadiga do aço 8620 é suficiente para muitas aplicações, especialmente quando a superfície é endurecida para resistir ao desgaste e melhorar o desempenho à fadiga.

Análise comparativa

O aço 4340 oferece resistência superior à fadiga em comparação com o aço 8620, o que o torna mais adequado para aplicações em que os componentes são submetidos a cargas cíclicas repetidas. No entanto, o desempenho à fadiga do aço 8620 pode ser significativamente aprimorado por meio de processos de endurecimento de superfície, como a cementação.

Ductilidade e resistência

A ductilidade e a tenacidade medem a capacidade de um material de se deformar sem quebrar e de absorver energia antes de fraturar, respectivamente, o que é essencial para a resistência ao impacto e a deformabilidade.

Ductilidade do aço 4340

O aço SAE-AISI 4340 tem um alongamento na ruptura normalmente na faixa de 12 a 22%. Essa ductilidade moderada permite que ele suporte alguma deformação sob tensão sem quebrar, o que é benéfico para aplicações de alta resistência que também exigem algum grau de flexibilidade.

Ductilidade do aço 8620

O aço SAE-AISI 8620 apresenta uma faixa mais ampla de alongamento na ruptura, de 13 a 31%. Essa maior ductilidade significa que o aço 8620 pode se deformar mais facilmente. É ideal para aplicações que exijam extensa conformação ou em que o material precise absorver energia significativa antes de fraturar.

Resistência do aço 4340

O aço 4340 apresenta uma resistência ao impacto de cerca de 60-70 J, proporcionando boa resistência a impactos e choques repentinos. Essa tenacidade, combinada com sua alta resistência, torna o aço 4340 ideal para aplicações estruturais críticas.

Resistência do aço 8620

O aço 8620 apresenta maior resistência ao impacto, normalmente em torno de 150-175 J. Essa resistência excepcional o torna mais resistente a cargas de choque, o que é vantajoso para componentes como engrenagens e eixos que sofrem impactos repentinos e severos.

Análise comparativa

Ao comparar a ductilidade e a tenacidade, o aço 8620 oferece melhor ductilidade e maior tenacidade ao impacto do que o aço 4340, o que o torna mais adequado para aplicações que exigem alta deformabilidade e resistência a cargas de impacto. Entretanto, a combinação de ductilidade moderada, alta resistência e boa tenacidade do aço 4340 o torna ideal para aplicações em que tanto a força quanto a resistência ao impacto são cruciais.

Aplicações típicas

Aplicações comuns para o aço 4340

Componentes automotivos

O aço 4340 é altamente valorizado no setor automotivo por sua excepcional resistência e tenacidade. As principais aplicações incluem:

• Virabrequins: Essencial para converter o movimento linear do pistão em movimento rotacional, a alta resistência à tração e a tenacidade do aço 4340 garantem a durabilidade sob cargas pesadas.
• Eixos: Utilizado em aplicações de alta tensão, como eixos de caminhões, em que a capacidade do material de resistir à tensão de torção é crucial.
• Componentes do trem de força: A grande resistência do aço 4340 o torna ideal para peças críticas do trem de força que sofrem estresse e deformação significativos.

Componentes aeroespaciais

No setor aeroespacial, a combinação de resistência e tenacidade à fratura do aço 4340 é essencial para componentes estruturais de fuselagem e eixos de rotor, nos quais é fundamental manter a integridade sob cargas cíclicas.

Maquinário pesado

O aço 4340 é amplamente utilizado em maquinário pesado devido à sua robustez, o que o torna ideal para componentes de prensas hidráulicas e equipamentos de mineração.

Aplicações comuns para o aço 8620

Componentes automotivos

O aço 8620 é preferível para componentes que exigem uma superfície dura com um núcleo resistente:

• Engrenagens: Comumente usado em pinhões diferenciais e engrenagens de transmissão, em que a superfície carburada resiste ao desgaste, enquanto o núcleo absorve o choque.
• Pinos: Os pinos de pistão e os pinos-rei se beneficiam das propriedades balanceadas do aço, proporcionando durabilidade e resistência a choques.
• Eixos: Os eixos de comando de válvulas e os eixos leves utilizam o aço 8620 por sua usinabilidade e temperabilidade da superfície.

Componentes aeroespaciais

O aço 8620 também é usado em aplicações aeroespaciais em que o peso e a resistência à fadiga são cruciais:

• Componentes do trem de pouso: Por exemplo, buchas e pinos-guia, que exigem uma superfície dura para suportar o desgaste e um núcleo resistente para absorver o impacto.
• Engrenagens do atuador: Beneficiando-se do endurecimento da superfície e da resistência à fadiga do aço, que são eficientes em termos de peso.

Maquinário pesado

O aço 8620 é adequado para várias peças de maquinário pesado devido à sua usinabilidade e temperabilidade da superfície:

• Arbores e eixos estriados: Esses componentes geralmente exigem perfis de engrenagem complexos que podem ser usinados com eficiência antes do endurecimento.
• Blanks de engrenagem: Usado em maquinário pesado, onde as propriedades do aço permitem a usinagem precisa e o subsequente endurecimento para maior durabilidade.

Estudos de caso de uso no mundo real

Setor automotivo

No setor automotivo, a alta resistência à tração e a tenacidade do aço 4340 o tornam ideal para componentes críticos, como virabrequins e peças de transmissão, enquanto a superfície carburada do aço 8620 é perfeita para engrenagens e eixos.

Setor aeroespacial

No setor aeroespacial, o uso do aço 4340 em componentes estruturais de fuselagem e eixos de rotor demonstra sua capacidade de manter a integridade sob alta tensão e carga cíclica. Por outro lado, a aplicação do aço 8620 em componentes de trem de pouso demonstra seu equilíbrio entre dureza superficial e tenacidade do núcleo, garantindo durabilidade e resistência à fadiga em aplicações críticas.

Orientação sobre a escolha do aço certo para aplicações específicas

Ao escolher entre os aços 4340 e 8620 para aplicações específicas, considere os seguintes fatores:

• Tipo de carga: Escolha o aço 4340 para aplicações de alto estresse e impacto, como componentes estruturais e eixos para serviços pesados. Opte pelo aço 8620 para peças que exigem uma superfície resistente, como engrenagens e pinos.
• Tamanho da seção: Para componentes de paredes finas (≤50 mm), a usinabilidade e a temperabilidade do aço 8620 o tornam uma excelente opção. Para seções mais espessas (≥100 mm), a alta resistência e a tenacidade do aço 4340 são vantajosas.
• Requisitos de pós-processamento: O aço 4340 requer têmpera e revenimento para atingir as propriedades mecânicas desejadas, enquanto o aço 8620 normalmente é submetido à cementação para aumentar a dureza da superfície.

Ao considerar esses fatores, os engenheiros podem selecionar o aço adequado para atender aos requisitos específicos de desempenho de suas aplicações.

Padrões e especificações relevantes

Visão geral da ASTM A29 e sua relevância

A ASTM A29/A29M é uma norma bem conhecida que especifica os requisitos para várias barras de aço carbono e de liga, incluindo o aço SAE-AISI 8620. Essa norma garante qualidade e desempenho consistentes em várias aplicações, descrevendo os requisitos gerais para barras forjadas a quente ou acabadas a frio. Os principais aspectos da ASTM A29/A29M incluem a especificação da composição química, das propriedades mecânicas e dos processos de tratamento térmico.

Padrões de aço SAE-AISI para os aços 4340 e 8620

Aço SAE-AISI 4340

O aço SAE-AISI 4340 segue os padrões SAE e AISI, garantindo que essa liga de aço resistente atenda às necessidades dos setores aeroespacial, automotivo e de maquinário pesado. As principais normas incluem:

• SAE J404: Padroniza a composição química dos aços-liga.
• Especificações AISI: Fornecer diretrizes para propriedades mecânicas e processos de tratamento térmico.
• Normas ASTM: Comumente usado para testes e certificação, garantindo que o aço 4340 atenda a critérios rigorosos de desempenho.

Aço SAE-AISI 8620

O aço SAE-AISI 8620 segue principalmente os padrões ASTM A29/A29M, o que o torna ideal para aplicações de cementação. A norma especifica:

• Composição química: Garante o equilíbrio certo de carbono, cromo, níquel e molibdênio para um desempenho ideal.
• Tratamento térmico: Inclui diretrizes para carburação, têmpera e revenimento para obter uma superfície dura e um núcleo resistente.
• Propriedades mecânicas: Define faixas aceitáveis para dureza, resistência à tração e resistência ao impacto.

Impacto das normas na seleção de materiais e na conformidade

A escolha do tipo certo de aço para aplicações específicas envolve a compreensão dos padrões relevantes. A conformidade com essas normas garante consistência, confiabilidade e garantia de qualidade.

Por exemplo, a escolha do aço 4340 para componentes aeroespaciais de alta tensão garante que o material atenderá aos rigorosos requisitos de resistência e tenacidade. Da mesma forma, a escolha do aço 8620 para engrenagens automotivas garante que o material terá a dureza superficial e a resistência do núcleo necessárias para suportar o desgaste e o impacto.

Análise comparativa de padrões

Considerações sobre conformidade e seleção de materiais

Compreender e aderir aos padrões relevantes é fundamental para garantir o desempenho e a segurança do material. Ao escolher entre o aço 4340 e o 8620, os engenheiros devem considerar:

• Requisitos de inscrição: As aplicações de alta tensão podem favorecer o aço 4340, enquanto os componentes que exigem endurecimento da superfície podem se beneficiar do aço 8620.
• Processos de tratamento térmico: O tratamento térmico pretendido pode influenciar a escolha, sendo que o aço 4340 geralmente exige têmpera e revenimento, e o aço 8620 geralmente passa por carburação.
• Padrões de desempenho: A conformidade com as normas SAE, AISI e ASTM garante que o material selecionado terá um desempenho confiável nas condições especificadas.

Ao considerar cuidadosamente esses fatores, os engenheiros podem tomar decisões informadas que otimizam o desempenho do material e garantem a conformidade com os padrões do setor.

Fatores que influenciam a seleção do aço

Requisitos mecânicos e necessidades de desempenho

É fundamental entender os requisitos mecânicos e as necessidades de desempenho ao selecionar o aço para aplicações específicas. A avaliação de fatores como resistência à tração, dureza, resistência à fadiga e tenacidade garante que o material resista a tensões e condições; a resistência à tração, em particular, é vital para aplicações de suporte de carga.

Resistência à tração

O aço SAE-AISI 4340 oferece maior resistência à tração (690 a 1280 MPa) em comparação com o aço SAE-AISI 8620 (520 a 690 MPa). Isso torna o aço 4340 ideal para aplicações pesadas que necessitam de máxima resistência à tensão.

Dureza

A dureza afeta a resistência ao desgaste e a durabilidade da superfície. O aço SAE-AISI 4340 tem uma faixa de dureza Brinell mais alta (210 a 360 HB) em comparação com o aço SAE-AISI 8620 (150 a 210 HB). Para aplicações que necessitam de resistência superior ao desgaste, como engrenagens e eixos de alta carga, o aço 4340 é o preferido. No entanto, o aço 8620 pode atingir alta dureza superficial por meio de cementação, o que o torna ideal para peças que exigem uma superfície dura e um núcleo resistente.

Resistência à fadiga

A resistência à fadiga é vital para componentes sujeitos a cargas cíclicas. O aço SAE-AISI 4340 apresenta melhor resistência à fadiga (330 a 740 MPa) do que o aço SAE-AISI 8620 (270 a 360 MPa). Isso torna o aço 4340 mais adequado para peças como virabrequins e bielas que sofrem estresse repetitivo.

Tratamento térmico e endurecimento

A capacidade de se submeter a processos de tratamento térmico e endurecimento influencia significativamente a seleção do aço. O aço SAE-AISI 8620 é excelente em carburação, criando uma camada de superfície dura e mantendo um núcleo resistente. Isso o torna ideal para engrenagens e outras peças resistentes ao desgaste. O aço SAE-AISI 4340 se beneficia da têmpera e do revenimento, alcançando alta resistência e tenacidade em todo o material, o que o torna adequado para componentes estruturais de alta tensão.

Ambiente do aplicativo

O ambiente específico em que o aço será usado também afeta a seleção. Fatores como temperatura, condições de carga e exposição a elementos corrosivos devem ser considerados.

Resistência à temperatura

Para aplicações que envolvem altas temperaturas, como eixos de turbina e peças de motor, o maior teor de liga do aço SAE-AISI 4340 proporciona melhor desempenho. Ele pode suportar temperaturas acima de 400°C sem perder suas propriedades mecânicas.

Condições de carga

O aço SAE-AISI 4340 é o preferido para aplicações de alta carga e resistentes a impactos devido à sua resistência e tenacidade superiores. O aço SAE-AISI 8620 é adequado para aplicações de carga média, especialmente quando a resistência ao desgaste é crucial.

Custo e disponibilidade

O custo e a disponibilidade são considerações práticas na seleção do aço. O aço SAE-AISI 8620 é geralmente mais econômico e amplamente disponível devido ao seu amplo uso em aplicações automotivas e de carga média. O aço SAE-AISI 4340, embora mais caro, oferece propriedades mecânicas superiores para aplicações críticas.

Soldabilidade e usinabilidade

A facilidade de fabricação e a soldagem de reparo podem influenciar a escolha do aço. O aço SAE-AISI 8620 oferece melhor soldabilidade e usinabilidade em comparação com o aço SAE-AISI 4340, o que o torna adequado para componentes que exigem formas complexas e possibilidade de reparo.

Efeitos da microestrutura e do tratamento térmico

Composição e microestrutura da liga

Microestrutura do aço 8620

O aço 8620 contém cerca de 0,18-0,23% de carbono e cerca de 0,5% de níquel. Essa composição resulta em uma microestrutura que, após a cementação e o tratamento térmico, apresenta uma superfície endurecida por transformação martensítica com um núcleo resistente e dúctil. As fases microestruturais típicas incluem:

• Camada de superfície: Caso martensítico duro devido à cementação.
• Núcleo: Predominantemente bainítica ou martensita temperada, mantendo a resistência e a ductilidade.

Microestrutura do aço 4340

O aço 4340, que tem 0,38-0,43% de carbono e 1,8-2,0% de níquel, forma principalmente uma estrutura martensítica após a têmpera e o revenimento. A microestrutura desse aço é caracterizada por:

• Martensita uniforme: Em todo o material, proporcionando alta resistência e dureza.
• Martensita temperada: Após a têmpera, aumenta a resistência e reduz a fragilidade.

Processos de tratamento térmico

Carburização em aço 8620

Isso envolve o aquecimento do aço em um ambiente rico em carbono e, em seguida, a têmpera e o revenimento. O resultado é uma superfície muito dura (até 60+ HRC) com um núcleo resistente e dúctil (30-40 HRC), ideal para engrenagens e eixos que exigem resistência ao desgaste e ao impacto.

Têmpera e revenimento em aço 4340

O aço 4340 é submetido a têmpera e revenimento, o que envolve o resfriamento rápido da temperatura de austenitização seguido de revenimento a 400-600°C. O resultado é uma alta dureza uniforme (50-55 HRC) e resistência em toda a seção, adequada para componentes estruturais pesados.

Análise comparativa dos efeitos do tratamento térmico

Dureza da superfície e tenacidade do núcleo

• Aço 8620: Apresenta dureza superficial muito alta devido à cementação, o que o torna excelente para resistência ao desgaste. O núcleo permanece duro e dúctil, proporcionando resistência ao impacto.
• Aço 4340: Obtém alta dureza uniformemente em todo o material, oferecendo resistência e tenacidade superiores.

Propriedades mecânicas pós-tratamento térmico

• Aço 8620 (carburizado):

• Resistência à tração máxima: 520 a 690 MPa

• Resistência ao rendimento: 360 a 570 MPa

• Dureza Brinell: 150 a 210 HB (núcleo)

• Resistência à fadiga: 270 a 360 MPa

• Alongamento na ruptura: 13 a 31%

• Resistência ao impacto: Alta, devido ao menor teor de carbono e ao núcleo cementado

• Aço 4340 (temperado e revenido):

• Resistência à tração máxima: 690 a 1280 MPa

• Resistência ao rendimento: 470 a 1150 MPa

• Dureza Brinell: 210 a 360 HB

• Resistência à fadiga: 330 a 740 MPa

• Alongamento na ruptura: 12 a 22%

• Resistência ao impacto: Superior, devido ao maior teor de níquel e carbono

Implicações práticas

• Aço 8620: É ideal para componentes que precisam de uma superfície dura e resistente ao desgaste com um núcleo resistente, como engrenagens, eixos e pinhões.
• Aço 4340: Adequado para aplicações que exigem alta resistência e tenacidade uniformes, como trens de pouso de aeronaves, eixos para serviços pesados e componentes estruturais.

Orientação prática para a escolha de aços

A seleção do aço certo para diferentes condições de temperatura é fundamental para garantir o desempenho e a durabilidade ideais.

Para aplicações que envolvem altas temperaturas, como eixos de turbina e peças de motor, o aço 4340 é a escolha preferida devido ao seu maior teor de liga, incluindo cromo e níquel, que proporciona melhor resistência à degradação térmica. Por outro lado, o aço 8620 é adequado para aplicações em que a resistência a temperaturas moderadas é suficiente, o que o torna ideal para engrenagens e eixos automotivos. Sua composição equilibrada permite que ele mantenha a tenacidade e a ductilidade em temperaturas mais baixas.

Avaliar as condições de carga é fundamental para selecionar o aço certo. Diferentes aplicações exigem aços que possam suportar níveis variados de estresse, impacto e fadiga.

O aço 4340 é mais adequado para aplicações de alta carga devido à sua resistência superior à tração (690 a 1280 MPa) e à fadiga (330 a 740 MPa). Isso o torna ideal para componentes de serviço pesado, como trem de pouso de aeronaves, eixos automotivos e peças estruturais de maquinário pesado. A capacidade do aço de passar por têmpera e revenimento garante que ele permaneça forte e resistente sob estresse significativo e ciclos de carga repetidos.

Para aplicações de carga média, o aço 8620 é uma opção prática. Sua resistência à tração (520 a 690 MPa) e resistência à fadiga (270 a 360 MPa) são adequadas para muitas peças estruturais e mecânicas, especialmente aquelas que exigem endurecimento da superfície. A camada de superfície cementada proporciona maior resistência ao desgaste, tornando-o adequado para engrenagens, pinos e eixos que sofrem estresse e impacto moderados.

O custo e a disponibilidade são fatores práticos na seleção do aço. Veja a seguir como o aço 4340 e o 8620 se comparam em termos desses aspectos.

O aço 4340, devido ao seu maior teor de liga e propriedades mecânicas superiores, é geralmente mais caro. Entretanto, seu uso extensivo em aplicações críticas justifica o custo. Ele está prontamente disponível em setores como o aeroespacial, automotivo e de maquinário pesado, onde o alto desempenho é essencial.

O aço 8620 é mais econômico e amplamente disponível. Suas propriedades equilibradas o tornam uma opção versátil para diversas aplicações, especialmente no setor automotivo. O custo mais baixo e o uso generalizado do aço em aplicações de carga média garantem que ele continue sendo uma opção econômica para os fabricantes.

A facilidade de fabricação e a soldagem de reparos podem influenciar a escolha do aço. Embora o aço 4340 ofereça excelentes propriedades mecânicas, seu maior teor de carbono pode representar desafios para a soldagem, exigindo pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem para evitar rachaduras. Por outro lado, o aço 8620 é conhecido por sua melhor soldabilidade e usinabilidade, o que o torna ideal para peças que precisam de formas complexas e de fácil reparo.

Ao escolher entre o aço 4340 e o 8620, considere as seguintes recomendações práticas:

• Para componentes de alta tensão, opte pelo aço 4340, especialmente em aplicações que exigem máxima resistência à tração, tenacidade e resistência à fadiga.
• Para peças resistentes ao desgaste, escolha o aço 8620 para componentes que precisam de uma superfície dura com um núcleo resistente, aprimorado por meio de cementação.
• Para projetos sensíveis ao custo, selecione o aço 8620 para aplicações em que as restrições orçamentárias são um fator, mas o desempenho mecânico ainda deve atender aos requisitos.
• Para facilitar a fabricação, prefira o aço 8620 para peças que exigem usinagem e soldagem complexas, garantindo produção e manutenção eficientes.

Ao avaliar esses fatores, os engenheiros podem tomar decisões informadas, otimizando o desempenho do material e garantindo que o aço selecionado atenda aos requisitos específicos de suas aplicações.

Perguntas frequentes

Veja abaixo as respostas para algumas perguntas frequentes:

Quais são as principais diferenças mecânicas entre os aços 8620 e 4340?

As principais diferenças mecânicas entre os aços 8620 e 4340 estão em sua resistência à tração, resistência ao escoamento, ductilidade, dureza e resistência à fadiga.

O aço 4340 apresenta uma maior resistência à tração (690 a 1280 MPa) e resistência ao escoamento (470 a 1150 MPa) em comparação com o aço 8620, que tem uma resistência à tração de 520 a 690 MPa e resistência ao escoamento de 360 a 570 MPa. Isso torna o aço 4340 mais adequado para aplicações de alta tensão. Além disso, o aço 4340 tem uma dureza Brinell mais alta (210 a 360) e maior resistência à fadiga (330 a 740 MPa), o que o torna ideal para componentes que sofrem estresse repetido e exigem alta durabilidade.

Por outro lado, o aço 8620 oferece melhor ductilidade com um alongamento na ruptura que varia de 13 a 31%, em comparação com 12 a 22% do aço 4340. Ele também tem uma dureza Brinell menor (150 a 210), o que pode ser vantajoso para aplicações que exigem usinabilidade mais fácil e processos de cementação.

Qual aço é melhor para aplicações de alta resistência e tenacidade?

Para aplicações de alta resistência e tenacidade, o aço SAE-AISI 4340 é geralmente a melhor opção. O maior teor de níquel e molibdênio desse aço aumenta significativamente sua temperabilidade e resistência, tornando-o ideal para componentes de carga pesada, como eixos de turbina, eixos de rotor de helicóptero e componentes de altíssima resistência. Ele também apresenta bom desempenho em ambientes de alta temperatura, mantendo suas propriedades efetivamente acima de 400°C, o que é adequado para aplicações como eixos de turbina de motores a jato. Além disso, o aço 4340 responde bem a vários processos de pós-tratamento, como nitretação e têmpera em baixa temperatura, o que pode otimizar ainda mais sua resistência e tenacidade para requisitos especializados.

Em contrapartida, o aço SAE-AISI 8620 é otimizado para cementação, proporcionando uma superfície dura com um núcleo dúctil, o que é benéfico para aplicações resistentes ao desgaste, como engrenagens, rolamentos e componentes de transmissão automotiva. No entanto, para aplicações em que a resistência máxima à tração e à fadiga são fundamentais, as propriedades mecânicas superiores do aço 4340 fazem dele a opção preferida.

Quais são as aplicações típicas dos aços 4340 e 8620?

O aço 4340 e o aço 8620 são utilizados em diferentes aplicações devido às suas propriedades mecânicas e composições químicas distintas. O aço 4340, conhecido por sua alta resistência à tração, excelente tenacidade e resistência à fadiga, é comumente usado em componentes aeroespaciais, como trem de pouso de aeronaves e peças estruturais de fuselagem. Ele também é predominante no setor automotivo para estruturas, engrenagens, eixos e fixadores que exigem alta resistência e durabilidade. Além disso, o aço 4340 encontra aplicações em maquinário pesado e componentes de transmissão de energia, como eixos, acoplamentos e fusos para serviços pesados, bem como em equipamentos de perfuração de petróleo e gás.

Por outro lado, o aço 8620, um aço de baixa liga endurecido por cementação, é valorizado por sua boa resistência ao desgaste e tenacidade após a cementação. Ele é amplamente utilizado em transmissões automotivas e industriais para engrenagens e eixos, bem como em componentes como virabrequins e eixos de comando de válvulas que exigem uma superfície dura e resistente ao desgaste e um núcleo resistente. O aço 8620 também é empregado em máquinas pesadas para peças como pinhões, eixos e acoplamentos em que a dureza da superfície e a resistência do núcleo são essenciais. Esse aço é ideal para aplicações em que a carga cíclica e o desgaste da superfície são preocupações importantes.

Como as normas ASTM se aplicam ao aço 8620?

As normas ASTM desempenham um papel importante na qualidade e na consistência do aço 8620. A norma mais relevante para o aço 8620 é a ASTM A29, que especifica os requisitos para barras de aço-liga forjadas a quente. A ASTM A29 abrange os limites de composição química, as propriedades mecânicas e os requisitos de processamento, garantindo que o aço 8620 atenda aos padrões de desempenho e confiabilidade do setor.

A norma especifica que o aço 8620 deve ter um baixo teor de carbono (0,18-0,23%) e incluir elementos de liga como níquel (0,4-0,7%), cromo (0,4-0,6%) e molibdênio (0,15-0,25%). Esses elementos aumentam a temperabilidade e a resistência ao desgaste do aço, tornando-o adequado para o endurecimento em caixa.

A ASTM A29 garante que o aço 8620 seja consistente em termos de qualidade, proporcionando resultados previsíveis em processos de tratamento térmico, como a cementação, que é essencial para aplicações que exigem um núcleo resistente e uma superfície dura. Essa norma ajuda os fabricantes e engenheiros a selecionar o aço apropriado para engrenagens, eixos e outros componentes que precisam de excelente tenacidade e resistência ao desgaste.

Como se compara a ductilidade entre os aços 4340 e 8620?

Ao comparar a ductilidade do aço 4340 e do aço 8620, é importante considerar o alongamento na ruptura, que é a principal medida de ductilidade. O aço SAE-AISI 4340 normalmente apresenta uma faixa de alongamento de cerca de 12% a 22%, enquanto o aço SAE-AISI 8620 apresenta uma faixa mais ampla de aproximadamente 13% a 31%. Isso indica que o aço 8620 geralmente tem ductilidade superior, permitindo maior deformação plástica antes da fratura em comparação com o aço 4340.

Essa maior ductilidade do aço 8620 é vantajosa para aplicações que exigem que os componentes absorvam mais energia e suportem cargas dinâmicas sem rachaduras. Por outro lado, o aço 4340, com suas maiores resistências à tração e ao escoamento, é mais adequado para aplicações de alta resistência em que se prefere menor ductilidade e deformação mínima sob tensão. Portanto, a escolha entre esses aços depende dos requisitos específicos de resistência e ductilidade da aplicação pretendida.

Que fatores devem ser considerados na escolha do aço para condições específicas de temperatura e carga?

Ao escolher o aço para condições específicas de temperatura e carga, vários fatores críticos devem ser considerados para garantir o desempenho ideal e a longevidade do material.

Em primeiro lugar, o desempenho da temperatura do aço é fundamental. Isso inclui a compreensão das características de expansão e contração térmica, já que diferentes aços se expandem e se contraem em taxas diferentes. A seleção de um aço que mantenha suas propriedades mecânicas, como resistência e ductilidade, dentro da faixa de temperatura operacional é fundamental para evitar falhas no material. A resistência a altas temperaturas e a resistência à fluência também são importantes, pois os materiais podem se deformar sob estresse constante em temperaturas elevadas.

Em segundo lugar, o propriedades mecânicas do aço deve ser avaliada. Isso envolve a avaliação da resistência ao escoamento, da resistência à tração final e da resistência ao impacto para garantir que o aço possa suportar as cargas esperadas sem comprometer a integridade estrutural. Para aplicações de alta tensão, materiais com alta tenacidade e durabilidade, como o aço 4340, podem ser preferíveis devido à sua força superior e resistência à deformação.

Resistência à corrosão é outro fator, especialmente em ambientes onde temperaturas elevadas podem acelerar as taxas de corrosão. Materiais com melhor resistência à corrosão, como ligas com alto teor de níquel ou aço inoxidável, podem ser necessários nessas condições.

Por fim, o condições de carga envolvem garantir que o aço possa lidar com as tensões mecânicas às quais será submetido. Isso inclui considerar o tipo e a magnitude das cargas, sejam elas estáticas ou dinâmicas, e a duração da exposição a essas cargas.