Melhores materiais para eixos: Aço carbono, aço liga, ferro dúctil e artizono

Melhores materiais para eixos: Aço carbono, aço liga, ferro dúctil

O que torna determinados materiais ideais para a fabricação de eixos? Essa pergunta é crucial para qualquer pessoa envolvida em projeto mecânico ou engenharia. Este artigo explora as características do aço-carbono, do aço-liga e do ferro dúctil, detalhando suas propriedades mecânicas, adequação a várias cargas e aplicações específicas. Com a leitura, você terá uma ideia de por que esses materiais são preferidos para diferentes tipos de eixos, ajudando-o a tomar decisões informadas em seus projetos de engenharia.

Última atualização:

28 de junho de 2024

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Índice

Os materiais comuns para eixos são aço carbono estrutural, aço-liga e ferro dúctil. Os espaços em branco dos eixos de aço são, em sua maioria, aço redondo laminado ou forjado.

I. Aço carbono

O aço carbono médio de alta qualidade 30~50 é comumente usado para eixos relativamente importantes ou com carga pesada, entre os quais o aço 45 é o mais usado. Para esses materiais, suas propriedades mecânicas podem ser aprimoradas e melhoradas por meio de métodos de tratamento térmico, como têmpera e revenimento ou normalização.

O aço carbono comum Q235, Q275 etc. pode ser usado para eixos de baixa velocidade e carga leve sem importância ou eixos de transmissão em geral.

II. Aço-liga

O aço-liga tem propriedades mecânicas mais abrangentes e melhor desempenho no tratamento térmico. Portanto, para eixos importantes que transportam uma grande carga e são limitados em peso e tamanho ou que têm requisitos de alta resistência ao desgaste e à corrosão, o aço-liga pode ser usado e submetido a determinados tratamentos térmicos.

Deve-se observar que:

O aço-liga é mais sensível à concentração de tensão e é mais caro;
Como o módulo de elasticidade do aço-carbono e do aço-liga é quase o mesmo em temperaturas normais, o uso de aço-liga em vez de aço-carbono não pode atingir o objetivo de melhorar a rigidez do eixo;
Vários tratamentos térmicos, tratamentos químicos e tratamentos de reforço de superfície (como shot peening, laminação etc.) podem melhorar significativamente a resistência à fadiga ou ao desgaste do eixo, mas têm pouco efeito sobre sua rigidez.

III. Ferro dúctil

O ferro dúctil é adequado para a fabricação de eixos com formas complexas, como virabrequins, eixos de comando de válvulas etc., e tem as vantagens de ser barato, ter resistência relativamente alta, boa resistência ao desgaste, absorção de vibração, usinabilidade e menor sensibilidade à concentração de tensão. No entanto, a qualidade das peças fundidas não é fácil de controlar, e a confiabilidade é relativamente baixa.

Os materiais comuns para eixos e suas principais propriedades mecânicas são mostrados na tabela abaixo.

Tabela: Materiais comuns para eixos e suas principais propriedades mecânicas

Material		Tratamento térmico	Diâmetro em branco/mm	Dureza HBW	Propriedades mecânicas/MPa				Observações
Categoria	Grau	Tratamento térmico	Diâmetro em branco/mm	Dureza HBW	Resistência máxima σ_b	Ponto de rendimento σ_s	Limite de fadiga por flexão σ_-1	Limite de fadiga por cisalhamento τ_-1	Observações
Aço estrutural de carbono	Q235	Resfriado a ar após laminação a quente ou forjamento	≤100	-	400～420	225	170	105	Usado para eixos que não são importantes ou que carregam uma carga pequena
	Q235	Resfriado a ar após laminação a quente ou forjamento	>100～250	-	375～390	215	170	105
	45	Normalização	≤100	170～217	600	300	275	140	Mais amplamente utilizado
	45	Têmpera	≤200	217 ～ 255	650	360	300	155	Mais amplamente utilizado
Liga de aço	40Cr	Têmpera	≤100	241 ～ 266	750	550	350	200	Usado para eixos importantes que transportam cargas maiores sem impacto significativo
	40Cr	Têmpera	>100 ～ 300	241 ～ 266	700	550	340	185
	35SiMn (42SiMn)	Têmpera	≤100	229 ～ 286	800	520	400	205	Desempenho próximo ao 40Cr, usado para eixos médios e pequenos
	35SiMn (42SiMn)	Têmpera	>100 ～ 300	217 ～ 269	750	450	350	185
	40MnB	Têmpera	25		1000	800	485	280	Desempenho próximo ao 40Cr, usado para eixos importantes
	40MnB	Têmpera	≤200	241 ～ 286	750	500	335	195	Desempenho próximo ao 40Cr, usado para eixos importantes
	20Cr	Carburização Resfriamento Têmpera	15	Superfície 50 ～ 60HRC	850	550	375	215	Usado para eixos que exigem alta resistência e tenacidade
	20Cr		≤60	Superfície 50 ～ 60HRC	650	400	280	160
	20CrMnTi		15	Superfície 50 ～ 62HRC	1100	850	525	300
Fundição dúctil Ferro maleável	QT400-15		-	156 ～ 197	400	300	145	125	Usado para fabricar eixos com formas complexas
Fundição dúctil Ferro maleável	QT600-3		-	197 ～ 269	600	420	215	185	Usado para fabricar eixos com formas complexas