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Materiais essenciais para a fabricação de chapas metálicas: Um guia abrangente

O que transforma o metal plano nos produtos que usamos diariamente? A fabricação de chapas metálicas é fundamental! Este artigo explora os materiais por trás desse processo. Você aprenderá sobre diferentes metais e suas características exclusivas. Descubra como os engenheiros escolhem o material certo para cada trabalho. Prepare-se para ver os objetos do cotidiano sob uma nova luz!

Última atualização:
18 de outubro de 2024
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Materiais essenciais para a fabricação de chapas metálicas: Um guia abrangente

Índice

Há muitos tipos de materiais usados na produção e no processamento de chapas metálicas, sendo que as especificações se concentram principalmente em materiais de chapas e perfis. Os materiais não metálicos comuns incluem papelão, placa de baquelite, placa de borracha, placa de plástico, placa composta, etc. A placa de borracha tem boa elasticidade, resistência ao desgaste, resistência a baixas temperaturas e propriedades de isolamento, e pode ser usada como material elástico, material de vedação e material de amortecimento de vibrações, etc.

Devido à alta resistência, à boa plasticidade, à tenacidade e à resistência ao desgaste das placas de plástico de engenharia, elas podem substituir os metais na fabricação de peças de chapa metálica, especialmente aquelas com alta resistência específica (a relação entre a resistência à tração e a densidade), como os plásticos reforçados com fibra de vidro, que podem exceder em muito a resistência específica dos metais e são amplamente usados na fabricação de peças estruturais de chapa metálica para reduzir o peso.

Além disso, a maioria dos plásticos de engenharia tem boa resistência à corrosão de meios como ácidos, álcalis e sais. Entre eles, o politetrafluoroetileno e o cloreto de polivinila rígido têm excelente resistência a ácidos e álcalis fortes, de modo que podem ser usados para fabricar peças resistentes à corrosão química, revestimentos resistentes à corrosão, peças de trocadores de calor, tubulações químicas e cotovelos, etc.

A Tabela 1 lista os nomes, os graus, as propriedades e as aplicações de placas de materiais não metálicos comuns.

Tabela 1 Nomes, graus, propriedades e aplicações de placas de materiais não metálicos

Nome do materialGrauPropriedades e descriçãoAplicativo
Placa de borracha de amianto resistente a óleoNBRFeito de placa sintética de borracha nitrílica, com boa resistência a óleo, espessura de 0,4~3,0 mmUsado para vedar juntas em produtos de chapa metálica, como oleodutos, tanques de armazenamento de óleo
Anéis de vedação, etc.
Placa de borracha resistente a ácidos e álcalis
SBR2030
SBR2040
Feito de borracha de estireno-butadieno, com resistência ao frio, resistência à temperatura média e resistência ao envelhecimento, etc.Usado para vedar juntas que trabalham a -30~60℃, com uma fração de volume de solução ácida e alcalina 20%
Placa de borracha resistente a óleo
NBR3001
NBR3002
Feito de placa de borracha nitrílica, com boa resistência a óleoUsado para juntas que trabalham em determinadas temperaturas de óleo de motor, óleo de transformador, gasolina, etc.
Soluções orgânicas
Placa de borracha resistente ao calor
SBR4001
SBR4002
Feito de borracha de estireno-butadieno, com resistência ao frio, resistência a altas temperaturas e resistência ao envelhecimento, etc.Usado para gaxetas e almofadas de isolamento térmico que trabalham a -30~100℃, com meios de ar quente e vapor de baixa pressão
Placa laminada fenólicaPF3302-1
PF3302-2
Feito de plástico fenólico laminado, com alta resistência, boa resistência ao impacto e resistência ao desgasteUtilizados como peças estruturais para pastilhas de freio automotivas, caixas de interruptores elétricos, caixas de telefone, etc.
Placa de politetrafluoretilenoF-4-13Boa resistência à corrosão ácida e alcalina forte, excelente redução de atrito e autolubrificação, pode suportar temperaturas abaixo de 250°CUsado para revestir recipientes que contêm meios corrosivos, juntas de vedação de trocadores de calor, etc.
Vidro orgânico industrialPCPC é policarbonato, conhecido como "metal transparente", com bom isolamento elétrico e resistência a intempéries, etc.Usado para instrumentos de vidro orgânico transparente que trabalham em temperaturas de -60~120℃, etc.
Feltro plano industrial112-44
232-36
Espessura de 1~40 mm, 112-44 indica feltro fino branco, 232-36 indica feltro grosso cinzaUsado como vedação, prevenção de vazamento de óleo, amortecimento de vibrações e almofadas de amortecimento para estruturas de chapas metálicas, selecionando feltro fino, grosso ou semicoerente conforme necessário

Embora os materiais não metálicos sejam amplamente utilizados em estruturas de chapas metálicas, os materiais metálicos ainda são os mais usados em produção de chapas metálicas e processamento, que são divididos em materiais metálicos ferrosos e não ferrosos.

I. Materiais ferrosos

Materiais ferrosos são ligas de ferro-carbono com ferro como matriz. Geralmente, as ligas de ferro-carbono com uma fração de massa de carbono maior que 2,11% são chamadas de ferro fundido, e aquelas com uma fração de massa de carbono menor que 2,11% são chamadas de aço. Os materiais ferrosos incluem principalmente aço-carbono, aço-liga, ferro fundido e aço fundido.

Há muitos métodos de classificação para o aço, que pode ser classificado de acordo com o método de fabricação do aço, a qualidade do aço, a composição química ou de acordo com diferentes estruturas metalográficas e usos. Considerando esses fatores de forma abrangente, o aço pode ser classificado, em geral, conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1 Classificação do aço
Figura 1 Classificação do aço

Os mais comumente usados em produtos de chapa metálica são o aço estrutural de baixo carbono, o aço estrutural de baixa liga e o aço estrutural de desempenho especial. A composição, o desempenho, as especificações e a faixa de aplicação de cada tipo de aço são apresentados a seguir.

1. Aço estrutural de baixo carbono

O aço estrutural de baixo carbono pode ser abreviado como aço de baixo carbono. De acordo com a fração de massa de impurezas nocivas, como enxofre e fósforo, ele pode ser dividido em aço de baixo carbono comum, aço de baixo carbono de alta qualidade e aço de baixo carbono de alta qualidade; de acordo com seu estado de laminação, pode ser dividido em chapas laminadas a quente e laminadas a frio; de acordo com seu estado de tratamento pós-laminação, pode ser dividido em aço de baixo carbono comum e aço de baixo carbono revestido. O aço de baixo carbono é geralmente numerado de acordo com a composição e a qualidade.

A fração de massa de enxofre no aço de baixo carbono comum S é ≤0,055%, e a fração de massa de fósforo P é ≤0,045%. Seu grau pode refletir as propriedades mecânicas; a fração de massa de enxofre e fósforo no aço de baixo carbono de alta qualidade S, P é ≤0,040%; enquanto a fração de massa de enxofre no aço de baixo carbono de alta qualidade S é ≤0,030%, e o fósforo P é ≤0,035%. Seu grau pode refletir a fração de massa de carbono, representada por dois dígitos que indicam a fração de massa média de carbono. A classificação e o método de numeração do aço estrutural de baixo carbono são mostrados na Tabela 2.

Tabela 2 Classificação e método de numeração do aço estrutural de baixo carbono

ClassificaçãoExemploExplicação da numeração
Aço estrutural comum de baixo carbonoQ235AF
Q235B
Q235C
Q235D
"Q" é a inicial do pinyin chinês para "rendimento", e o número que o segue é a resistência ao rendimento (MPa).
A, B, C, D representam graus de qualidade, da esquerda para a direita, a qualidade melhora sequencialmente. F, b, Z, TZ representam aço em ebulição, aço semimorto, aço morto e aço morto especial, respectivamente, mas o aço morto não é marcado. Portanto, se não houver nenhuma marca de letra após o grau de qualidade, isso indica aço morto, como "Q235A", que representa aço estrutural de carbono comum, σs=235MPa, aço de qualidade A morto
Aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade08F, 10F, 15, 20Dois dígitos representam a fração de massa média de carbono, em unidades de 0,01%, como, por exemplo, 08F representa aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade em ebulição com uma fração de massa média de carbono de 0,08%; 20 representa aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade com uma fração de massa média de carbono de 0,20%

(1) Aço estrutural comum de baixo carbono

O aço estrutural comum de baixo carbono é normalmente usado após a laminação a quente, no estado recozido ou normalizado, geralmente sem tratamento térmico. A maioria é usada no estado laminado a quente ou normalizado após a laminação a quente. Se houver necessidades especiais, alguns tratamentos térmicos correspondentes de recozimento, normalização ou têmpera também podem ser realizados. Os principais componentes, características de desempenho e aplicações do aço estrutural comum de baixo carbono comumente usado são mostrados na Tabela 3.

Tabela 3 Principais componentes, características de desempenho e aplicações do aço estrutural comum de baixo carbono comumente usado

Grau do materialGrauw(C)(%)w(Mn)(%)σs/MPa≥σb/MPa≥δ5(%)≥Características de desempenho e aplicações
Q195 -0.06~0.120.25~0.50195 315~39033 Alto alongamento, boa soldabilidade e resistência, usado principalmente para fabricar peças de processamento de metal e peças soldadas com baixos requisitos, como chaminés, painéis de telhado, aço
Malha de arame, etc.
Q215A0.09~0.150.25~0.55215 335~41031 
B
Q235A0.14~0.220.30~0.65235 375~46026 Certos alongamento e resistência, boa tenacidade e capacidade de fundição, adequados para estampagem e soldagem, amplamente utilizados. Principalmente
Usado para fabricar vários tipos de seções de aço, chapas médias e grossas para estruturas de aço, carcaças de contêineres químicos, flanges, etc.
B0.12~0.200.30~0.70
C≤0.130.35~0.80
D≤0.17

(2) Aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade

O aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade garante a composição química e as propriedades mecânicas no momento da entrega e é mais rigorosamente regulamentado do que o aço estrutural de carbono comum. A fração de massa de enxofre e fósforo deve ser controlada abaixo de 0,35%, com menos inclusões não metálicas e níveis de qualidade mais altos, geralmente usados após o tratamento térmico (exceto para aço específico para contêineres, como o 20R).

O aço estrutural de carbono de alta qualidade usa dois algarismos arábicos para representar a fração de massa média de carbono em dez milésimos, com F adicionado para aço em ebulição e nenhuma letra para aço morto. Por exemplo, "45" representa o aço estrutural de carbono de alta qualidade com uma fração de massa de carbono de 0,45%, aço morto. Os indicadores de desempenho, as principais características e as aplicações do aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade comumente usado são mostrados na Tabela 4.

Tabela 4 Indicadores de desempenho, principais características e aplicações do aço estrutural de baixo carbono de alta qualidade comumente usado

Grau do materialσb/MPaσs/MPaδ5(%)ψ(%)Estado de entrega Dureza HBW≤Principais características e aplicações
08F295 175 35  60 131 Geralmente usado para fabricar grandes deformações peças de estamparia e peças soldadas, como conchas, caixas, tampas, defletores fixos, etc. Geralmente usado sem tratamento térmico, o processamento a frio pode aumentar a resistência. Para refinar a estrutura do aço, eliminar o estresse interno causado pelo processamento a frio e melhorar o desempenho de corte do aço, também é necessário o reforço do tratamento térmico
10F315 185 33  55 137 Boa plasticidade e soldabilidade. Usado principalmente para peças que exigem boa plasticidade, como tubos, gaxetas, arruelas etc., e peças cementadas com requisitos de baixa resistência do núcleo, como luvas, suportes, gabaritos, engrenagens, embreagens etc.
15F355 205 29  55 143 Boa plasticidade, tenacidade, soldabilidade e desempenho de estampagem, mas baixa resistência. Usado para fabricar peças com requisitos de baixa tensão e alta tenacidade, peças cementadas, fixadores e peças forjadas, bem como peças de baixa carga que não requerem tratamento térmico, como parafusos, roscas, flanges
08 325 195 33  60 131 Esse aço tem baixa resistência, plasticidade de deformação a frio muito alta, bom desempenho de estampagem, estampagem profunda e dobra, excelente soldabilidade, às vezes sensível ao envelhecimento, melhor desempenho de corte no estado normalizado ou estirado a frio do que no estado recozido. Pode ser usado para fabricar peças estampadas e peças soldadas, etc.
10 335 205 31  55 137 Esse aço tem uma baixa relação entre resistência ao escoamento e resistência à tração, boa plasticidade e tenacidade, fácil de moldar no estado frio. Para obter o melhor desempenho de repuxo profundo, a chapa deve ser normalizada ou temperada a alta temperatura; melhor desempenho de corte no estado repuxado a frio ou normalizado do que no estado recozido; sem tendência à fragilidade por têmpera, boa soldabilidade. Usado para fabricar peças soldadas de baixa resistência, peças de estampagem etc., como divisórias, conchas, gaxetas etc.
Alta plasticidade de deformação a frio, geralmente usada para dobra, estampagem profunda, flangeamento, etc. Para obter o melhor desempenho de repuxo profundo, a chapa deve ser normalizada ou temperada a alta temperatura, boa soldabilidade para soldagem a arco e soldagem por resistência, propensa a rachaduras durante a soldagem a gás em espessuras pequenas, requisitos rigorosos de formato ou peças de formato complexo, melhor desempenho de corte no estado repuxado a frio ou normalizado do que no estado recozido
20 410 245 25 55 156 (3) Aço estrutural de baixo carbono revestido

A chapa de aço de baixo carbono revestida, comumente conhecida como folha de Flandres, é produzida pelo revestimento de uma camada de zinco, estanho, chumbo, alumínio ou outros materiais metálicos não ferrosos em chapas de aço finas laminadas a frio ou a quente. Portanto, ela pode ser dividida em chapas finas de zinco, chapas finas de estanho, chapas finas de chumbo e chapas finas de alumínio, etc., de acordo com os diferentes revestimentos.

As chapas finas de zinco também são comumente conhecidas como chapas de zinco branco. A superfície é branca e brilhante e está disponível em dois tipos: lisa e corrugada. Ambas têm forte resistência à corrosão e aparência atraente. Essas chapas são adequadas para a fabricação de contêineres anticorrosão, tetos e tubulações de água doméstica.

As placas finas de estanho têm uma superfície brilhante e atraente, adequada para a fabricação de recipientes e latas de alimentos. As placas finas de chumbo, também conhecidas como placas de chumbo branco, também têm forte resistência à corrosão e são adequadas para a fabricação de recipientes resistentes a ácidos. Entretanto, devido à toxicidade do chumbo, elas não podem ser usadas para recipientes de alimentos.

2. Aço estrutural de baixa liga

O aço estrutural de baixa liga, geralmente abreviado como aço de baixa liga, é produzido pela adição de elementos de liga que não excedem 2% ou 3% por fração de massa ao aço comum de baixo carbono para aumentar sua resistência. É usado principalmente para vários componentes estruturais de engenharia, com a mais ampla gama de aplicações e o maior consumo. Geralmente, é usado no estado recozido ou normalizado após a laminação a quente, sem tratamento térmico adicional.

O aço de baixa liga pode ser dividido em aço de baixa liga comum, aço de baixa liga para contêineres (incluindo alta temperatura), aço de baixa liga para baixas temperaturas etc., com base em seu uso. Com exceção do aço de baixa liga comum, o método de numeração geralmente usa "número + símbolo do elemento + número", em que o número da frente representa o décimo milésimo da fração de massa média de carbono no aço, o símbolo do elemento representa o elemento de liga e o número após o símbolo representa a fração de massa média desse elemento no aço.

O conteúdo dos elementos de liga é marcado após o símbolo do elemento e é expresso como uma porcentagem da fração de massa do elemento, mas o decimal é convertido em um número inteiro.

Se a fração de massa média de um elemento de liga for menor que 1,5%, seu conteúdo não será marcado; se a fração de massa média for igual ou maior que 1,5%, 2,5%, 3,5% etc., ela será representada por 2, 3, 4 etc. Por exemplo, "12Cr2Ni4" indica que as frações de massa dos principais componentes da liga de aço são C 0,12%, Cr 1,5% e Ni 3,5%.

Se for aço para contêineres, acrescenta-se um "R" após o grau para indicar isso e, se for usado em baixas temperaturas, usa-se "DR". Por exemplo, 16MnDR indica aço para contêineres de baixa temperatura com uma fração de massa de carbono de 0,16%, uma fração de massa de Mn inferior a 1,5% e contendo pequenas quantidades de elementos de liga, como V, Ti e Nb.

(1) Aço comum de baixa liga

A fração de massa de carbono no aço comum de baixa liga é de 0,10% a 0,25%, e a fração de massa de elementos de liga como Mn, Si, V, Ti, Nb, Cu, P e RE é geralmente inferior a 3%.

Entre eles, os elementos Mn e Si têm um efeito de fortalecimento da solução sólida na ferrita e aumentam a resistência, os elementos V, Ti e Nb podem refinar os grãos e melhorar a tenacidade, os elementos Cu e P podem aumentar a resistência à corrosão e os elementos de terras raras RE são benéficos para a desoxidação, dessulfurização e purificação de impurezas nocivas no aço, o que pode melhorar o desempenho do aço.

O método de numeração para o aço comum de baixa liga é o mesmo do aço comum de baixo carbono, consistindo em três partes em sequência: a letra pinyin chinesa que representa o limite de escoamento (Q), o valor do limite de escoamento e o símbolo do grau de qualidade (A, B, C, D, E), como Q345C.

A resistência ao escoamento do aço de baixa liga comum é 25% a 50% maior do que a do aço de baixo carbono, especialmente a relação de resistência ao escoamento (σsb) é significativamente aprimorado. Ele também tem boa plasticidade, tenacidade, soldabilidade e relativamente boa resistência ao desgaste e à corrosão. A Tabela 5 mostra as propriedades mecânicas e as aplicações de alguns aços estruturais de baixa liga.

Tabela 5 Propriedades mecânicas e aplicações de alguns aços estruturais de baixa liga

Grau/MPaGrau (duas representações)Espessura do aço
Espessura/mm
Propriedades mecânicasAplicativo
σb/MPσs/MPaδ5
300 Q295(A, B)
(09MnNb)①
≤16410~560≥295≥24Navios, caldeiras de baixa pressão, contêineres, pontes, veículos
>16~25390~540≥275≥23
350 Q345(A~E)
(16Mn, 16MnRE)
≤16510~660≥345≥22Navios, pontes, grandes estruturas de aço, estruturas de edifícios, contêineres de produtos químicos
>16~25490~640≥325
400 Q390(A~E)
(16MnNb)①
≤16530~680≥390≥20Pontes, estruturas de engenharia portuária, navios, veículos, contêineres de produtos químicos
>16~20510~660≥375≥19

① As notas entre parênteses são os métodos de representação padrão antigos.

(2) Recipiente de aço de baixa liga

O aço de baixa liga para contêineres pertence ao aço de alta resistência de baixa liga. Ele é reforçado para o aço C-Mn pela adição de Mn-Si na base do aço 20 e pela adição de V, N, Nb, Mo etc., na base do aço 16Mn, tornando o aço muito forte.

As placas de aço recomendadas para vasos de pressão de aço incluem principalmente 16MnR, 15MnVR, 18MnMoNbR, 13MnNiMoNbR, 07MnCrMoVR, etc., e os tubos de aço são 16Mn, 15MnV, etc.

O 16MnR tem boas propriedades mecânicas abrangentes, soldabilidade, processabilidade e resistência ao impacto em baixa temperatura, mas é mais propenso a rachaduras durante a soldagem do que o aço de baixo carbono. É usado principalmente para a fabricação de cascas de vasos de pressão de média e baixa pressão e componentes de suporte de pressão, cilindros de gás liquefeito de petróleo e tanques esféricos de pequeno e médio porte entre -20 e 400°C.

O 15MnVR, o 15MnVNR e o 18MnMoNbR têm maior resistência, mas sua plasticidade e tenacidade são inferiores às do aço C-Mn. Eles têm maior sensibilidade ao entalhe e ao envelhecimento, baixa soldabilidade e requisitos rigorosos de processo. São usados principalmente na fabricação de grandes tanques de armazenamento e cascas de suporte de pressão de vasos de alta pressão, torres de síntese de amônia e torres de síntese de ureia que suportam temperaturas ≤470°C e pressões mais altas.

O 07MnCrMoVR tem alta resistência, alta tenacidade e excelente soldabilidade. Para placas com espessura t≤50 mm, a soldagem pode ser feita sem pré-aquecimento ou com um leve pré-aquecimento, sem causar trincas a frio na soldagem. É usado principalmente na fabricação de contêineres esféricos de alto parâmetro, como os de 1000 a 2000 mm3 oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, gás liquefeito de petróleo, etileno e outros tanques esféricos de temperatura normal e baixa.

(3) Aço de baixa liga e baixa temperatura

Os materiais geralmente usados em temperaturas abaixo de 0°C são chamados de materiais de baixa temperatura. Os materiais metálicos de baixa temperatura geralmente usam aço de baixa liga, aço de níquel, aço austenítico de cromo-níquel, liga de titânio e liga de alumínio. O aço manganês comum de baixa liga e baixa temperatura usa o manganês como o principal elemento adicionado para melhorar a resistência do aço a baixas temperaturas. O aço carbono manganês-níquel usa manganês e níquel como os principais elementos adicionados para aumentar ainda mais sua resistência a baixas temperaturas.

O aço carbono manganês-níquel tem melhor resistência a baixas temperaturas do que o aço com baixo teor de carbono. O aço 9Ni é um aço austenítico com alto teor de níquel e alta resistência e bom desempenho em baixa temperatura, com boa plasticidade, tenacidade e trabalhabilidade em baixas temperaturas. A Tabela 6 mostra as propriedades mecânicas e as aplicações dos aços de baixa temperatura comumente usados.

Tabela 6 Propriedades mecânicas e aplicações dos aços de baixa temperatura comumente usados

CategoriaGrauPropriedades mecânicas à temperatura ambienteTratamento térmicoAplicativo
σb/MPa≥σs/MPa≥δ5(%)≥
Aço carbono-manganês16MnDR450 255 21 Normalização ou têmperaChapas de aço usadas a -40°C, com frações de massa de S e P inferiores a 16MnR e boa resistência a baixas temperaturas
09Mn2VDR430 270 22 Chapas e tubos de aço usados a -70°C, com boa plasticidade, processabilidade semelhante à do aço carbono de baixa temperatura
Aço níquel2,25Ni450~590255 24 NormalizaçãoO aço de níquel mais econômico usado a -60°C, com melhor resistência a baixas temperaturas do que o aço de baixo carbono
3,5Ni450~690250~44021~29Normalização ou têmperaAço de níquel padrão usado a -100°C, comumente usado para tubos de aço de troca de calor de baixa temperatura
9Ni690~830590 21 TêmperaAço de níquel usado a -200°C, com boa plasticidade e resistência
Aço carbono, manganês e níquel15MnNiDR460 290 20 NormalizaçãoChapas de aço usadas entre -45 e -70°C, com boa plasticidade e resistência
09MnNiDR430 260 23 Normalização ou normalização + têmpera
Aço carbono, manganês, níquel, cromo e molibdênio
07MnNiCrMoVDR
610~740490 17 TêmperaChapas de aço usadas a -40°C, com boa resistência ao impacto em baixas temperaturas
Aço austenítico com alto teor de manganês15Mn26Al4480 200 30 Solução laminada a quenteAs chapas de aço usadas a -253°C são de aço austenítico Fe-Mn-Al monofásico, com boa plasticidade e resistência

3. Aço estrutural de desempenho especial

O aço com propriedades físicas e químicas especiais é chamado de aço de desempenho especial. O aço de desempenho especial comumente usado para peças de chapa metálica inclui aço inoxidável, aço resistente ao calor e aço resistente ao desgaste.

(1) Aço inoxidável e aço resistente ao calor

A GB/T20878-2007 "Stainless Steel and Heat-Resistant Steel Grades and Chemical Composition" lista os tipos de aço inoxidável e aço resistente ao calor de acordo com a classificação metalúrgica, divididos em austenítico, austenítico-ferrítico, ferrítico, martensítico e endurecimento por precipitação.

Os aços inoxidáveis martensíticos comuns, como 12Cr13, 20Cr13 e 30Cr13, são usados principalmente na fabricação de instrumentos médicos.

Os aços inoxidáveis austeníticos comuns, como 06Cr19Ni9 e 12Cr18Ni9, são usados principalmente para fabricar equipamentos que trabalham em meios corrosivos fortes, como torres de absorção, tanques de armazenamento, tubulações e contêineres.

Os aços resistentes ao calor comuns, como o 40Cr10Si2Mo e o 45Cr14Ni14W2Mo, têm alta resistência à oxidação e força em altas temperaturas. Entre eles, o aço austenítico resistente ao calor 45Cr14Ni14W2Mo pode ser usado para fabricar peças que trabalham abaixo de 600°C, como lâminas de turbina e válvulas de escape de motores grandes.

(2) Aço resistente ao desgaste

O aço resistente ao desgaste é usado principalmente na fabricação de peças que suportam desgaste severo e forte impacto, como esteiras de veículos, placas de mandíbulas de trituradores, revestimentos de moinhos de bolas, caçambas de escavadeiras e torneiras de ferrovias. O aço resistente ao desgaste tem boa tenacidade e resistência ao desgaste.

O aço com alto teor de manganês é atualmente o aço resistente ao desgaste mais importante, com um teor de carbono de 0,9% a 1,4% e um teor de manganês de 11% a 14%. Esse aço é difícil de usinar e, em sua maioria, é fundido. Os aços comuns com alto teor de manganês incluem graus como ZGMn13-1, ZGMn13-2, ZGMn13-3 e ZGMn13-4.

II. Materiais metálicos não ferrosos

Metais outros que não o aço, como alumínio, magnésio, cobre e chumbo, e suas ligas são coletivamente chamados de materiais metálicos não ferrosos. Nos materiais metálicos, os materiais de metais não ferrosos ocupam uma posição importante. Entre eles, o alumínio e as ligas de alumínio, o cobre e as ligas de cobre, o titânio e as ligas de titânio têm características como baixa densidade, alta resistência específica, resistência ao calor, resistência à corrosão e condutividade elétrica, que são significativamente superiores ao aço comum e até mesmo superam alguns aços de alta resistência, tornando-os materiais metálicos indispensáveis em chapas metálicas.

1. Alumínio e ligas de alumínio

O alumínio puro tem boa condutividade elétrica e térmica e alta plasticidade, e é frequentemente usado para fabricar condutores e capacitores. Entretanto, devido à sua baixa resistência, não é adequado para uso como material estrutural. Para aumentar sua resistência, elementos de liga (como silício, cobre, magnésio, manganês etc.) são frequentemente adicionados ao alumínio puro para formar ligas de alumínio. Essas ligas de alumínio geralmente ainda têm propriedades especiais, como baixa densidade (cerca de 2,5 a 2,88g/cm3), resistência à corrosão e boa condutividade térmica.

(1) Método de designação do grau do alumínio e da liga de alumínio

O alumínio e as ligas de alumínio usam um grau de sistema de quatro dígitos e um grau de sistema de quatro caracteres para designação. O grupo e a série de graus do alumínio e das ligas de alumínio são mostrados na Tabela 7.

Tabela 7 Grupo e série de graus de alumínio e ligas de alumínio

GrupoSérie de notas
Alumínio puro (teor de alumínio não inferior a 99,00%)1×××
Liga de alumínio com cobre como principal elemento de liga2×××
Liga de alumínio com manganês como principal elemento de liga3×××
Liga de alumínio com silício como principal elemento de liga4×××
Liga de alumínio com magnésio como principal elemento de liga5×××
Liga de alumínio com magnésio e silício como principais elementos de liga e Mg2Fase Si como fase de reforço6×××
Liga de alumínio com zinco como principal elemento de liga7×××
Liga de alumínio com outros elementos de liga como o principal elemento de liga8×××
Grupo de ligas de reserva9×××

(2) Comparação de classes novas e antigas de alumínio forjado e ligas de alumínio

Por razões históricas, os graus de alumínio forjado e as ligas de alumínio ainda são usados com frequência na produção. Os antigos graus de alumínio e seus produtos de liga são representados por uma combinação de prefixos de código ou símbolos de elementos seguidos por números de composição ou números de sequência combinados com nomes de categorias ou grupos de produtos, incluindo:

1) Os códigos dos produtos são representados por uma combinação de letras pinyin chinesas, símbolos de elementos químicos e algarismos arábicos, como alumínio representado por L, alumínio duro por LY e alumínio à prova de ferrugem por LF.

2) Os códigos para status do produto, métodos de processamento e características são representados por letras pinyin chinesas, como R para processamento a quente, M para estado recozido, T para extra duro, Y para duro, Y1 para 3/4 duro, Y2 para 1/2 duro, Y3 para 1/3 duro e Y4 para 1/4 duro.

Os graus de alumínio puro industrial na China são compilados com base nos limites de impureza, como L1, L2, L3, etc. L é a inicial do pinyin chinês para "alumínio", e quanto maior o número que o segue, menor a pureza. As classificações de alumínio de alta pureza L01 a L04 têm um teor de alumínio superior a 99,93% e, quanto maior o número seguinte, maior a pureza, como L04 com um teor de alumínio não inferior a 99,996%.

As ligas de alumínio podem ser divididas em ligas de alumínio forjado e ligas de alumínio fundido com base em suas características de composição e processo. As ligas de alumínio forjado produzidas na China são classificadas em alumínio duro, alumínio à prova de ferrugem, alumínio superduro e alumínio forjado com base em suas principais características de desempenho.

A Tabela 8 apresenta uma comparação dos novos e antigos graus de alumínio forjado e ligas de alumínio.

Tabela 8 Comparação dos novos e antigos graus de alumínio forjado e ligas de alumínio

Novo grau (GB/T3190-2008)Grau antigo
1035 L4
1050AL3
1060 L2
1070AL1
1100 L5-1
1200 L5
5056 LF5-1
5083 LF4
1A85LG1
1A50LB2
1A30L4-1
2A01LY1
2A02LY2
2A04LY4
2A06LY6
2A10LY10
2A11LY11
2B11LY8
2A12LY12
2B12LY9
2A13LY13
2A14LD10
2A16LY16
2B16LY16-1
2A17LY17
2A20LY20
2A21214 
2A25225 
2A49149 
2A50LD5
2B50LD6
2A70LD7
2B70LD7-1
2A80LD8
2A90LD9
3A21LF21
4A01LT1
4A11LD11
4A13LT13
4A17LT17
6061 LD30
6063 LD31
6070 LD2-2
7003 LC12
1A99LG5
1A97LG4
1A93LG3
1A90LG2
4A91491 
5A01LF15
5A02LF2
5A03LF3
5A05LF5
5B05LF10
5A06LF6
5B06LF14
5A12LF12
5A13LF13
5A30LF16
5A33LF33
5A41LT41
5A43LF43
5A66LT66
6A016N01
6A02LD2
6B02LD2-1
6A51651 
7A01LB1
7A03LC3
7A04LC4
7A05705 
7B057N01
7A09LC9
7A10LC10
7A15LC15, 157
7A19LC19, 919
7A31183-1
7A33LB733
7A52LC52
8A06L6

(3) Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de alumínio e ligas de alumínio comumente usadas

A Tabela 9 apresenta as propriedades mecânicas, as principais características e as aplicações do alumínio e das ligas de alumínio comumente usadas.

Tabela 9 Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de alumínio e ligas de alumínio comumente usadas

GrauEstado do materialResistência ao cisalhamento
τ//MPa
Resistência à tração
σb/MPa
Alongamento δ10(%)Resistência ao escoamento σs/MPaPrincipais características e aplicações
1070A(L1),
1050A(L3),
1200(L5)
Recozimento78 74~10825 49~78Ele tem alta resistência à corrosão, alta plasticidade, condutividade elétrica e condutividade térmica, é fácil de processar sob pressão, tem boa soldabilidade, mas baixa resistência mecânica e baixa usinabilidade. É usado principalmente para peças que não suportam carga e placas de identificação.
Endurecimento por trabalho a frio98 118~147Um
3A21(LF21)Recozimento69~98108~14219 49 É o alumínio à prova de ferrugem mais usado, com baixa resistência e não pode ser reforçado por tratamento térmico, portanto, os métodos de trabalho a frio são frequentemente usados para melhorar suas propriedades mecânicas. Tem alta plasticidade no estado recozido, baixa plasticidade durante o endurecimento por trabalho a frio, boa resistência à corrosão, boa soldabilidade e baixa usinabilidade. É usado para peças de baixa carga que trabalham em meios líquidos ou gasosos.
Endurecimento por trabalho semicongelado98~137152~19613 127 
5A02(LF2)Recozimento127~158177~22520 98 Tem alta resistência à fadiga, plasticidade e resistência à corrosão, não pode ser reforçado por tratamento térmico, tem boa usinabilidade no estado de endurecimento por trabalho a frio ou semicongelamento e baixa usinabilidade no estado recozido, pode ser polido. É usado para contêineres ou peças de carga média que trabalham em meios líquidos ou gasosos.
Endurecimento por trabalho semicongelado158~196225~275-206 
7A04(LC4)Recozimento170 250 
-
UmUsado para peças estruturais de suporte de carga principal com requisitos de leveza, como vigas de aeronaves, treliças, estruturas de reforço, juntas de revestimento e trens de pouso.
Resfriamento e envelhecimento artificial350 500 - 460 
2A12(LY12)Recozimento103~147147~21112  104 É um alumínio duro de alta resistência que pode ser reforçado por tratamento térmico. No estado recozido e recém-temperado, tem plasticidade média, boa soldabilidade e resistência moderada à corrosão. É usado para fabricar várias peças ou componentes de alta carga.
Resfriamento e envelhecimento natural275~314392~43215  361 
Endurecimento por trabalho a frio após a têmpera275~314392~45110  333 

2. Cobre e ligas de cobre

O cobre puro pode ser dividido em produtos de fundição e produtos de processamento. Os produtos de fundição podem ser divididos em cobre nº 1, cobre nº 2 e cobre nº 3 com base na fração de massa das impurezas. Os produtos de processamento são divididos em cobre puro, cobre livre de oxigênio e cobre desoxidado com fósforo com base na fração de massa de oxigênio e nos métodos de produção.

O método de numeração para cobre puro começa com a inicial em pinyin chinês "T" para "cobre", seguida de 1, 2, 3, indicando T1, T2, T3. Os métodos de numeração para cobre livre de oxigênio e cobre desoxidado com fósforo são "T" + U (a inicial em pinyin para "no") + número de série e "T" + P + número de série, respectivamente.

O cobre puro é um metal precioso, com vantagens excepcionais de excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e boa resistência à corrosão, mas baixa resistência e dureza muito baixa, com plasticidade muito boa. Ele é usado principalmente como vários materiais condutores e materiais condutores térmicos.

Para utilizar as vantagens do cobre puro e melhorar suas propriedades mecânicas, elementos de liga podem ser adicionados ao cobre puro para formar ligas de cobre. Essas ligas de cobre geralmente ainda têm boa condutividade elétrica, condutividade térmica, resistência à corrosão, resistência magnética e propriedades mecânicas suficientemente altas.

(1) Método de representação do grau da liga de cobre

As ligas de cobre podem ser divididas em ligas de cobre forjadas e ligas de cobre fundidas com base nos processos de produção e em três categorias com base na composição química: bronze com Zn como principal elemento aditivo, bronze com Sn, Al, Be, Si, Ce, Cr como principais elementos aditivos e cuproníquel com Ni como principal elemento aditivo.

O cuproníquel é uma liga de cobre e níquel, usada principalmente para fabricar peças resistentes à corrosão em máquinas e instrumentos de precisão, bem como resistores e termopares. Em componentes de chapa metálica, o latão e o bronze são mais amplamente utilizados.

1) Latão (liga de cobre e zinco). O método de representação de grau para latão é o seguinte:

① O grau do latão comum começa com "H" (H é a primeira letra do pinyin para "amarelo"), seguido pelo valor do teor de cobre (em porcentagem), como H96, que indica latão comum com uma fração de massa de cobre de aproximadamente 96%.

② O grau do latão especial ainda começa com "H", seguido pelo símbolo do principal elemento aditivo e, em seguida, pelo valor do teor de cobre (em porcentagem), como HNi65-5, que indica latão de níquel com uma fração de massa de cobre de aproximadamente 65% e uma fração de massa de níquel de aproximadamente 5%.

2) Cuproníquel (liga de cobre e níquel). O método de representação do grau do cuproníquel é o seguinte:

① O grau do cuproníquel comum começa com "B" (B é a primeira letra do pinyin para "branco"), seguido pelo valor do teor de níquel (em porcentagem), como B5, que indica cuproníquel comum com uma fração de massa de níquel de aproximadamente 5%.

② O grau do cuproníquel especial ainda começa com "B", seguido pelo símbolo do principal elemento aditivo e, em seguida, pelo valor do teor de níquel (em porcentagem), como BFe10-1-1, que indica cuproníquel de ferro com uma fração de massa de níquel de cerca de 10%.

3) Bronze. Todas as outras ligas de cobre, com exceção do latão e do cuproníquel, são chamadas de bronze. Para diferenciá-las, o nome do elemento é prefixado ao bronze, como bronze de estanho, bronze de alumínio, bronze de berílio, bronze de manganês, bronze de silício etc.

O método de representação do grau do bronze é o seguinte: começa com "Q" (Q é a primeira letra do pinyin para "verde"), seguido pelo símbolo do elemento aditivo principal e, em seguida, o valor do conteúdo do elemento aditivo principal (fração de massa), como QSn1.5-2, que indica bronze de estanho com uma fração de massa de estanho de cerca de 1,5%.

(2) Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de cobre comum e ligas de cobre

A Tabela 10 apresenta as propriedades mecânicas, as principais características e as aplicações do cobre comum e das ligas de cobre.

Tabela 10 Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de cobre comum e ligas de cobre

Nome do materialGrauEstado do materialResistência ao cisalhamento τ/MPaResistência à tração σb/MPaAlongamento δ10(%)Resistência ao rendimento
σs/MPa
Principais características e aplicações
Cobre puroT1, T2, T3Suave157 196 30 69 Tem alta condutividade elétrica, condutividade térmica, resistência à corrosão e boa ductilidade e usinabilidade, mas baixas propriedades mecânicas e não pode ser usado como peças estruturais. É usado principalmente na fabricação de tubos de óleo, juntas de vedação, rebites e peças condutoras.
Difícil235 294 -
LatãoH62Suave255 294 35    - Tem boas propriedades mecânicas, melhor plasticidade no estado quente do que no estado frio, boa usinabilidade, fácil brasagem e soldagem, resistência à corrosão, mas propenso a rachaduras por corrosão sob tensão. É barato e amplamente utilizado. Usado principalmente para fabricar várias peças de repuxo profundo e peças de suporte de carga feitas por flexão, como parafusos, porcas, radiadores etc.
Semi-dura294 373 20 196 
Difícil412 412 10 -
H68Suave235 294 40 98 Tem boa plasticidade, alta resistência, boa usinabilidade, fácil soldagem, pode suportar a corrosão geral, mas é propenso a rachaduras por corrosão sob tensão. Usado principalmente para fabricar várias peças complexas de repuxo profundo e peças condutoras de calor, como tubos, foles, gaxetas etc.
Semi-dura275 343 25 -
Difícil392 392 15 245 
Latão com chumboHPb59-1Suave300 350 25 145 Tem boa usinabilidade, boas propriedades mecânicas, pode suportar processamento de pressão quente e fria, fácil brasagem e soldagem, boa estabilidade contra corrosão geral, mas tem uma tendência a rachaduras por corrosão sob tensão. Adequado para a fabricação de várias peças estruturais por estampagem a quente e usinagem, como parafusos, arruelas, juntas, buchas, porcas etc.
Difícil400 450 420 
Latão com manganêsHMn58-2Suave340 390 25 170 Boa resistência à corrosão. Adequado para a fabricação de peças de instrumentos, peças de amortecedores e também para a fabricação de peças soldadas de alta resistência.
Semi-dura400 450 15   -
Difícil520 600   -
Bronze fosforoso de estanho, zinco de estanho
Bronze
QSn6.5-0.4 
QSn4-3
Suave255 294 38 137 Possui alta resistência ao desgaste e elasticidade, além de boa resistência magnética. É usado principalmente na fabricação de molas e seus elementos elásticos, peças resistentes ao desgaste, etc.
Difícil471 539 3~5  -
Extra duro490 637 1~2535 
Bronze de alumínioQAl7Recozimento520 600 101 186 Processamento sob pressão no estado frio. Resistente ao atrito leve, boa resistência à corrosão e certa resistência ao ácido sulfúrico e ao ácido acético. Adequado para a fabricação de peças que trabalham com água do mar, peças químicas, contatos móveis, etc.
Não recozido560 650 250 
Alumínio Bronze ManganêsQAl9-2Suave360 450 18 300 
Tem alta resistência, muito boa resistência à corrosão na atmosfera e na água do mar, pode ser soldado eletricamente e a gás, não é fácil de soldar, tem boa capacidade de processamento de pressão nos estados quente e frio. Usado principalmente para fabricar peças resistentes à corrosão de alta resistência e acessórios de tubulação que trabalham em meios de vapor abaixo de 250°C e peças em embarcações marítimas.
Difícil480 600 500 
Bronze de silício e manganêsQSi3-1Suave280~300350~38040~45239 Tem alta resistência e elasticidade, boa resistência ao desgaste, boa plasticidade e não diminui em baixas temperaturas. É fácil de brasar e soldar, não produz faíscas quando atingido, tem boa resistência à corrosão, mas efeito de tratamento térmico ruim. Geralmente é usado no estado endurecido por trabalho a frio. Usado para fabricar molas, elementos elásticos, peças que trabalham em meios corrosivos, bem como rodas sem-fim, engrenagens, buchas etc.
Difícil480~520600~6503~5540 
Extra duro560~600700~7501~2-
Bronze de berílioQBe2Suave240~480300~60030 250~350Possui altíssima resistência, elasticidade, limite de escoamento e limite de fadiga, além de alta condutividade, condutividade térmica, resistência ao desgaste e dureza. Não é magnético, não produz faíscas quando atingido e é fácil de soldar e brasar. Tem boa resistência à corrosão na atmosfera e na água do mar. Usado para fabricar vários instrumentos de precisão, molas e elementos elásticos em instrumentos, várias peças resistentes ao desgaste e rolamentos e buchas que trabalham sob alta temperatura, alta pressão e alta velocidade.
Difícil520 660 -

3. Titânio e ligas de titânio

Os materiais de titânio podem ser divididos em titânio quimicamente puro (titânio iodado), titânio industrial puro e ligas de titânio com base na fração de massa de sua composição. O titânio quimicamente puro é o titânio de alta pureza, representado pelo TAD, com uma pureza de até 99,95% e uma pequena fração de massa de impurezas. O titânio puro industrial tem uma fração de massa de impurezas um pouco maior e pode ser dividido em nove graus com base no conteúdo de impurezas, com graus representados por TA1, TA2, TA3 etc., com a pureza diminuindo à medida que o número de sequência aumenta.

A resistência ao escoamento e a resistência à tração do titânio industrial puro à temperatura ambiente são próximas, com uma grande taxa de escoamento e baixo módulo de elasticidade. No entanto, à medida que a temperatura aumenta, a resistência diminui para cerca de metade daquela à temperatura ambiente. Por outro lado, à medida que a temperatura diminui, a resistência aumenta, mas a plasticidade diminui significativamente. No caso do titânio puro industrial de alta pureza, não há fragilidade de transição em baixa temperatura, e a resistência ao impacto aumenta em baixas temperaturas. Portanto, o TA1 e o TAD podem ser usados com segurança a -196°C.

Para melhorar certas propriedades do titânio puro, elementos de liga são frequentemente adicionados ao titânio puro para fortalecimento, formando ligas de titânio. Os principais elementos de liga adicionados incluem Al, Sn, V, Cr, Mo, Fe, Si, etc. A adição de elementos de liga pode melhorar a força, a resistência ao calor e a resistência à corrosão das ligas de titânio até certo ponto.

As ligas de titânio são divididas em ligas de titânio deformadas (processadas) e ligas de titânio fundidas com base no método de formação, e em ligas de titânio estruturais (temperatura de trabalho abaixo de 400°C), ligas de titânio resistentes ao calor (temperatura de trabalho acima de 400°C) e ligas de titânio resistentes à corrosão com base nas características de uso.

(1) Método de designação do grau do titânio e da liga de titânio

O grau do titânio e das ligas de titânio é composto pela letra "T" + uma letra que representa o tipo de metal ou a estrutura do elemento de liga (A, B, C) e um número de sequência, sendo que "ELI" indica intersticial extra baixo. A representa o titânio do tipo α e as ligas de titânio do tipo α, B representa as ligas de titânio do tipo β e C representa as ligas de titânio do tipo α+β. Os diferentes estados estruturais de vários titânios e ligas de titânio têm características diferentes.

(2) Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de titânio e ligas de titânio comumente usadas

A Tabela 11 mostra as propriedades mecânicas, as principais características e as aplicações do titânio e das ligas de titânio comumente usadas.

Tabela 11 Propriedades mecânicas, principais características e aplicações de titânio e ligas de titânio comumente usadas

Nome do materialGrauEstado do materialResistência ao cisalhamento τ/MPaResistência à tração σb/MPaAlongamento δ10(%)Resistência ao escoamento
σs/MPa
Principais características e aplicações
Liga de titânioTA1Recozido360~480450~60025~30- UmBaixa densidade, alta resistência específica, bom desempenho em altas e baixas temperaturas, excelente resistência à corrosão, usado principalmente para a fabricação de peças estruturais do setor aeroespacial, como parafusos, rebites, peças de chapa metálica etc.
TA2440~600550~75020~25-  
TB5640~680800~85015 -

Observação: os dois primeiros dígitos do grau indicam o código do tipo de estrutura de titânio ou liga de titânio, e o terceiro dígito indica o número de sequência do titânio ou da liga de titânio.

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