Guia essencial dos tipos e usos comuns de metais

I. Aço não ligado

Aço sem liga refere-se a uma liga de ferro-carbono com w_c <2.11%, contendo pequenas quantidades de impurezas, como Si, Mn, S, P, etc. Antes da implementação dos novos padrões de classificação do aço, ele era chamado de aço carbono (abreviado como aço carbono). É um material comumente usado em vários setores industriais.

1. Classificação dos aços não ligados

Há três métodos principais para classificar o aço não ligado:

(1) Com base no teor de carbono

Dividido em aço de baixo carbono (w_c <0,25%), aço carbono médio (0,25%≤w_c ≤0.60%) e aço de alto carbono (w_c >0.60%).

(2) Com base nos principais graus de qualidade

Dividido em aço não ligado de qualidade comum (w_s ≤0,040%, w_p≤0,040%), aço não ligado de alta qualidade, excluindo aço não ligado de qualidade comum e aço não ligado de qualidade especial, e aço não ligado de qualidade especial (w_s ≤0,020%, w_p ≤0,020%).

(3) Com base no uso de aço

Dividido em aço carbono estrutural, aço ferramenta sem liga e aço carbono fundido.

Além disso, de acordo com o grau de desoxidação do aço fundido durante a fundição, ele é dividido em aço com borda, aço morto e aço morto especial.

2. Classes, propriedades e principais usos do aço não ligado

(1) Aço estrutural de carbono Aço estrutural mecânico não ligado

1) Aço estrutural de carbono comum

O grau do aço estrutural de carbono comum é representado por "Q+número+grau de qualidade+símbolo do método de desoxidação". "Q" é a letra inicial do pinyin chinês para "limite de escoamento", o "número" indica o limite de escoamento mínimo e os graus de qualidade são representados por A, B, C, D, sendo o grau A o mais baixo e o grau D o mais alto.

Os símbolos do método de desoxidação são F, Z, TZ para aço com borda, aço morto e aço morto especial, respectivamente. Normalmente, os símbolos para aço morto e aço morto especial (Z e TZ) podem ser omitidos. Por exemplo, a classe Q235AF indica o aço com borda da classe A com um limite de escoamento ≥235MPa. Os graus, as propriedades e os principais usos do aço estrutural de carbono comum são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1 Classes, principais propriedades e usos do aço estrutural de carbono comum

Novo grau	Grau antigo	Principais propriedades	Exemplos de usos
Q195	A1, B1	Alta plasticidade, resistência, bom desempenho de soldagem, bom desempenho de processamento de pressão, mas baixa resistência	Usado para fazer chumbadores, arados, chaminés, painéis de cobertura, rebites, fios de aço de baixo carbono, chapas finas, tubos soldados, tirantes, ganchos, suportes, estruturas soldadas
Q215	A2, C2
Q235	A3, C3	Boa plasticidade, resistência e desempenho de soldagem, bom desempenho de estampagem a frio, certa resistência, bom desempenho de dobramento a frio	Amplamente utilizado para peças e estruturas soldadas com requisitos gerais, como tirantes, pinos, eixos, parafusos, porcas, colares, suportes, bases, estruturas de construção, pontes etc.

2) Aço estrutural de carbono de alta qualidade

O grau do aço estrutural de carbono de alta qualidade é geralmente representado por dois dígitos, que indicam a fração média da massa de carbono em dez milésimos. Por exemplo, o aço 35 indica aço estrutural de carbono de alta qualidade com uma fração média de massa de carbono de 0,35%.

Se a fração de massa de manganês no aço for alta (0,7%≤W_Mn ≤1,2%), o símbolo do elemento químico manganês (Mn) é adicionado após o grau, por exemplo, 35Mn. Os graus, as propriedades e os principais usos do aço estrutural de carbono de alta qualidade são mostrados na Tabela 2.

Tabela 2 Classes, propriedades e principais usos do aço estrutural de carbono de alta qualidade

Grau	Principais características de desempenho	Exemplos de usos
08	Baixa resistência e dureza, excelente plasticidade. Boas propriedades de estampagem profunda e estampagem profunda, boa trabalhabilidade a frio e soldabilidade. Alta tendência à segregação de componentes, alta sensibilidade ao envelhecimento, portanto, durante o trabalho a frio, o tratamento térmico de alívio de tensão ou o tratamento de endurecimento com água podem ser usados para evitar fraturas no trabalho a frio.	Fácil de enrolar em chapas finas, tiras finas, perfis deformados a frio, fios de aço estirados a frio, usados para peças de estampariaA empresa também produz peças de desenho profundo, várias peças de cobertura que não suportam carga, cementação, nitretação, fabricação de várias luvas, gabaritos, suportes, etc.
20	Resistência e dureza ligeiramente superiores às do aço 15, boa plasticidade e soldabilidade, boa tenacidade após laminação a quente ou normalização.	Usado para fabricar peças carburadas, carbonitretadas e forjadas de pequeno e médio porte menos importantes, como eixos de alavanca, garfos de transmissão, engrenagens, tirantes de máquinas pesadas, ganchos etc.
30	Maior resistência e dureza, boa plasticidade, boa soldabilidade, pode ser usado após a normalização ou o revenimento, adequado para forjamento e prensagem a quente. Boa usinabilidade.	Usado para peças de baixa carga com baixa tensão e temperaturas abaixo de 150 °C, como parafusos de avanço, tirantes, chavetas de eixo, engrenagens, luvas de eixo etc. As peças carburizadas têm boa resistência ao desgaste da superfície e podem ser usadas como peças resistentes ao desgaste.
45	O aço temperado e revenido de médio carbono mais comumente usado, com boa abrangência propriedades mecânicasO aço de alta qualidade, com baixa temperabilidade e propenso a rachaduras durante a têmpera em água. As peças pequenas devem ser temperadas, e as grandes devem ser normalizadas.	Usado principalmente para fabricar peças móveis de alta resistência, como impulsores de turbinas, pistões de compressores, eixos, engrenagens, cremalheiras, roscas sem-fim etc. Para peças soldadas, deve-se observar o pré-aquecimento antes da soldagem e o recozimento de alívio de tensão após a soldagem.
65	Após o tratamento térmico ou o endurecimento por trabalho a frio, ele tem alta resistência e elasticidade. Baixa soldabilidade, propenso a rachaduras, baixa usinabilidade, baixa plasticidade de deformação a frio, baixa temperabilidade, geralmente temperado com óleo. A característica é que sua resistência à fadiga pode ser comparável à liga de aço para molas sob a mesma configuração.	Adequado para a fabricação de peças de molas planas ou espirais com seções transversais e formas simples e baixa tensão, como molas de válvulas, anéis de mola, etc.; também adequado para a fabricação de peças de alta resistência ao desgaste, como rolos, virabrequins, cames e cabos de aço, etc.
85	O aço estrutural com maior teor de carbono, com maior resistência e dureza do que outros aços com alto teor de carbono, mas com elasticidade um pouco menor; outras propriedades são semelhantes às do aço 65. Baixa temperabilidade.	Veículos ferroviários, molas de chapa plana, molas espirais redondas, fios de aço, tiras de aço, etc.
40Mn	Temperabilidade ligeiramente superior à do aço 40. Após o tratamento térmico, a resistência, a dureza e a tenacidade são ligeiramente superiores às do aço 40, com plasticidade média durante a deformação a frio, boa usinabilidade, baixa soldabilidade, com sensibilidade ao superaquecimento e fragilidade de têmpera, propenso a rachaduras durante a têmpera em água.	Peças resistentes à fadiga, virabrequins, roletes, eixos, bielas, parafusos e porcas que trabalham sob alta tensão, etc.
65Mn	Maior resistência, dureza, elasticidade e temperabilidade do que o aço 65, com sensibilidade ao superaquecimento e tendência à fragilidade da têmpera, propenso a rachaduras durante a têmpera em água. A usinabilidade no estado recozido é aceitável, com baixa plasticidade de deformação a frio e baixa soldabilidade.	Molas de lâmina de carga média, molas espirais de 7 a 20 mm de diâmetro e arruelas de pressão, anéis de pressão. Peças de alta resistência ao desgaste, como eixos de retificadoras, pinças de mola, parafusos de avanço de máquinas-ferramenta de precisão, arados, cortadores, anéis em rolamentos de rolos espirais, trilhos ferroviários etc.

(2) Aço ferramenta sem liga

A fração de massa de carbono no aço carbono para ferramentas está entre 0,65% e 1,35%, sendo que todos são de aço carbono de alta qualidade ou de alta qualidade. Esse tipo de aço tem alta dureza e alta resistência ao desgaste, sendo usado principalmente para a fabricação de ferramentas, ferramentas de medição e moldes, como lâminas de serra manual, limas etc.

O grau do aço para ferramentas sem liga é representado por "T + número". Entre eles, "T" é a letra inicial do pinyin chinês para "carbono", e o número representa o milésimo da fração de massa média de carbono no aço. Se for um aço para ferramentas de alta qualidade e sem liga, o símbolo "A" é adicionado após o número.

Por exemplo, T8 indica aço ferramenta não ligado de alta qualidade com uma fração média de massa de carbono de 0,8%, e T8A indica aço ferramenta não ligado de alta qualidade com uma fração média de massa de carbono de 0,8%. As classes comuns, as propriedades e os principais usos do aço não ligado para ferramentas são mostrados na Tabela 3.

Tabela 3 Classes comuns, propriedades e principais usos do aço ferramenta sem liga

Grau	Principais propriedades	Dureza			Exemplos de usos
		Estado recozido	Amostra temperada
		HBW	Temperatura de resfriamento/°C Meio de resfriamento	HRC
T7 T7A	Após o tratamento térmico, apresenta alta resistência, tenacidade e dureza considerável, mas baixa temperabilidade e dureza a quente, e se deforma durante a têmpera	≤187	800~820 Água	≥62	Usado para fabricar várias ferramentas que suportam impacto e vibração, exigindo boa tenacidade, dureza moderada e baixa capacidade de corte, como pequenas ferramentas pneumáticas, cinzéis e serras para madeira, cortadores de estanho, martelos manuais, cabeças de martelo de usinagem e pinos
T8 T8A	Após a têmpera e o revenimento, apresenta alta dureza, boa resistência ao desgaste, mas baixa resistência e plasticidade e baixa temperabilidade Ruim, propenso a superaquecimento durante o aquecimento, fácil de deformar, baixa dureza a quente e baixa resistência ao impacto	≤187	780~800 Água	≥62	Usado para fabricar ferramentas com arestas de corte que não esquentam durante o trabalho, com alta dureza e resistência ao desgaste, como machados, cinzéis, lâminas de serra para madeira, moldes e punções simples, mandíbulas de torno, folhas de mola e pinos
T8Mn T8MnA	O desempenho é semelhante ao do T8 e do T8A, mas o manganês melhora sua capacidade de endurecimento em comparação com o T8 e o T8A, com uma camada endurecida mais profunda Mais profundo	≤187	780~800 Água	≥62	Os usos são semelhantes aos do T8 e do T8A
T10 T10A	Boa tenacidade, alta resistência, melhor resistência ao desgaste do que T8 e T8A, baixa dureza a quente, baixa temperabilidade e grande deformação por têmpera	≤197	760～780 Água	≥62	Usado para fabricar ferramentas com condições de corte ruins, alta resistência ao desgaste, não sujeitas a fortes vibrações, que exigem certa tenacidade e nitidez, como fresas, ferramentas de torneamento, brocas, machos, ferramentas de usinagem de madeira, matrizes de trefilação e matrizes de perfuração
T12 T12A	Alta dureza e resistência ao desgaste, baixa tenacidade, baixa dureza a quente, baixa temperabilidade e grande deformação por têmpera	≤207		≥62	Usado para fabricar ferramentas com pequeno impacto, baixo velocidade de cortee alta dureza, como fresas, ferramentas de torneamento, brocas, machos, matrizes, lâminas de serra, pequenas matrizes de corte a frio e matrizes de puncionamento, bem como peças mecânicas de alta dureza e baixo impacto
T13 T13A	O melhor aço para ferramentas sem liga do aço carbono em termos de dureza e resistência ao desgaste, mas com baixa tenacidade e incapaz de resistir a impactos	≤217		≥62	Usado para fabricar ferramentas que exigem dureza extremamente alta, mas que não estão sujeitas a impacto, como raspadores, lâminas de barbear, ferramentas de trefilação, ferramentas para gravação de padrões de lima, ferramentas de gravação, brocas e limas

(3) Aço carbono fundido

O grau do aço carbono fundido (chamado de "aço fundido") é indicado por "ZG + dois grupos de números". "ZG" é a abreviação do pinyin chinês para "aço fundido", o primeiro grupo de números indica seu valor mínimo de resistência ao escoamento e o segundo grupo de números indica seu valor mínimo de resistência à tração. Por exemplo, ZG230-450 indica aço carbono fundido com resistência ao escoamento não inferior a 230MPa e resistência à tração não inferior a 450MPa.

A fração de massa de carbono no aço carbono fundido para uso geral em engenharia está entre 0,15% e 0,60%. O aço-carbono fundido é usado principalmente para fabricar peças de aço fundido que exigem alta resistência e tenacidade, têm formas complexas e são difíceis de formar por métodos de processamento sob pressão. As classes, a composição química, as propriedades mecânicas e os principais usos do aço fundido são mostrados na Tabela 4.

Tabela 4 Classes, composição química, propriedades mecânicas e principais usos do aço carbono fundido

Grau	Composição química principal Fração de massa (%)						Propriedades mecânicas à temperatura ambiente					Características de desempenho e exemplos de uso
	C	Si	Mn	P		S	R_eL (R_r0.2) MPa	R_m MPa	A_11.3 (%)	Z (%)	K/J [a_K/ (J/cm²)]
	Não mais do que						Não menos que
ZG200-400	0.20	0.60	0.80		0.035		200	400	25	40	30(60)	Boa plasticidade, resistência e soldabilidade. Usado para várias peças mecânicas que não sofrem muita tensão e exigem boa tenacidade, como bases de máquinas e caixas de transmissão.
ZG230-450	0.30	0.60	0.90		0.035		230	450	22	32	25(45)	Certa resistência e boa plasticidade, tenacidade e soldabilidade. Usado para várias peças mecânicas que não sofrem muita tensão e exigem boa tenacidade, como bigornas, tampas de rolamentos, placas de base, corpos de válvulas etc.
ZG270-500	0.40	0.60	0.90		0.035		270	500	18	25	22(35)	Alta resistência e boa dureza, boa capacidade de fundição, boa capacidade de soldagem e boa capacidade de usinagem. Usado para estruturas de laminadores, assentos de rolamentos, bielas, carcaças, virabrequins, etc. Blocos de cilindros, etc.
ZG310-570	0.50						310	570	15	21	15(30)	Boa resistência e usinabilidade, baixa plasticidade e tenacidade. Usado para peças com grandes cargas, como engrenagens grandes, blocos de cilindros, rodas de freio, roletes etc.
ZG340-640	0.60						340	640	10	18	10(20)	Alta força, dureza e resistência ao desgaste, boa usinabilidade, baixa soldabilidade, boa fluidez e alta sensibilidade a trincas. Usado para engrenagens, catracas, etc.

II. aço de baixa liga e aço de liga

O aço obtido pela adição intencional de uma certa quantidade de elementos de liga ao aço-carbono é chamado de aço de baixa liga e aço de liga. No aço de liga, os elementos de liga comumente adicionados incluem: manganês (w ≥1%), silício (w ≥0,5%), cromo, tungstênio, níquel, molibdênio, vanádio, alumínio, cobre, titânio, nióbio e elementos de terras raras.

Esses elementos podem aprimorar as propriedades mecânicas e a temperabilidade do aço, melhorar o desempenho do processo do aço ou obter determinadas propriedades físicas e químicas especiais, expandindo consideravelmente sua gama de aplicações. As ligas de aço podem ser divididas em: ligas de aço estrutural, ligas de aço para ferramentas e ligas de aço para fins especiais.

1. Aço estrutural de alta resistência de baixa liga

É um aço fabricado com a adição de uma pequena quantidade (≤5%) de elementos de liga com base no aço de baixo carbono (w_c <0,2%), e seu grau também é representado por "Q+número". Seu significado é o mesmo do aço estrutural de carbono comum, por exemplo, Q345 indica aço estrutural de alta resistência de baixa liga com uma resistência mínima de 345 MPa.

Se houver letras A, B, C, D, E após o grau, isso também indica o grau de qualidade, por exemplo, Q345B indica aço estrutural de alta resistência de baixa liga de grau B com uma resistência mínima de 345 MPa.

O aço de baixa liga é normalmente usado no estado de recozimento de laminação a quente (ou normalização). Sua resistência é 10% a 20% maior do que a do aço comum de baixo carbono, por isso é chamado de aço de alta resistência de baixa liga.

Possui boa plasticidade, tenacidade, boa soldabilidade e resistência à corrosão. Atualmente, é amplamente utilizado em pontes, veículos, navios, edifícios, contêineres etc. O principal objetivo é reduzir o peso da própria estrutura e garantir a confiabilidade e a durabilidade do uso. As classes, a composição química, as propriedades mecânicas e os usos dos aços estruturais de alta resistência e baixa liga comumente usados são mostrados na Tabela 1-7.

Tabela 5 Classes comuns, composição química, propriedades mecânicas e principais usos dos aços estruturais de baixa liga e alta resistência

Grau		Composição química (fração de massa) (%)				Aço Espessura /mm	Propriedades mecânicas			Teste de flexão a frio	Exemplo de uso
Novo padrão	Padrão antigo	C	Si	Mn	Outros	Aço Espessura /mm	R_m /MPa	R_eL /MPa	A (%)	a - Espessura da amostra d - Diâmetro do mandril	Exemplo de uso
Q345	14MnNb	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	0.80~ 1.20	0.15~ 0,50Nb	≤16	500	360	20	180℃ (d=2a)	Tanques de óleo, caldeiras, pontes, etc.
	16Mn	0.12~ 0.20	0.20~ 0.50	1.2~ 1.60	--	≤16	520	350	21		Pontes, navios, veículos, Vasos de pressão, estruturas de edifícios, etc.
	16MnRE	0.12~ 0.20	0.20~ 0.50	1.2~ 1.50	0.2~ 0,35Cu	≤16	520	350	21		Pontes, navios, veículos, Vasos de pressão, estruturas de construção etc.
Q390	15MnT 15MnV	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	1.25~ 1.50	0.12~ 0,20Ti	≤25	540	400	19	180℃ (d=3a)	Navios, vasos de pressão, equipamentos de usinas elétricas, etc. Laterais de navios, vasos de pressão, pontes, veículos, máquinas de elevação, etc.
Q390	15MnT 15MnV	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	1.25~ 1.50	0.04~ 0.14V	≤25	540	400	18	180℃ (d=3a)	Pontes, navios, veículos, Vasos de pressão, estruturas de edifícios, etc.

2. Liga de aço estrutural

O aço estrutural de liga inclui principalmente aço de liga para cementação, aço de liga temperado e revenido, aço de liga para molas, aço para rolamentos, etc.

(1) Liga de aço para cementação

O aço de liga para cementação é produzido pela adição de elementos de liga, como cromo, manganês, níquel, titânio, vanádio etc., ao aço de baixo carbono. Seu grau é representado por "dois dígitos + símbolo do elemento de liga + número".

Os dois primeiros "dígitos" indicam o décimo milésimo da fração média de massa de carbono no aço, o símbolo do elemento indica os elementos de liga contidos no aço e o "número" após o símbolo do elemento indica sua porcentagem média de conteúdo. Estipula-se que, quando o conteúdo médio dos elementos de liga for <1,5%, apenas o símbolo do elemento será marcado, e o número não será marcado; quando a fração de massa média dos elementos de liga estiver entre 1,5% e 2,5%, 2,5% e 3,5%, etc., 2, 3, etc., serão marcados de acordo com o elemento.

Por exemplo, 20Mn2 indica que a fração média de massa de carbono é 0,20% e a fração média de massa de manganês é 2% na liga de aço para cementação. Se for um aço estrutural de liga de alta qualidade, o símbolo "A" é adicionado ao final da classificação, como 18Cr2Ni4WA.

A liga de aço para cementação é normalmente usada após a cementação, a têmpera e o revenimento em baixa temperatura. É usado principalmente para peças que exigem alta dureza superficial, alta resistência, alta resistência ao desgaste e alta tenacidade no núcleo, e pode suportar cargas de impacto (como engrenagens de transmissão, eixos de engrenagem, pinos de pistão etc.). As classes, composições, propriedades mecânicas e usos dos aços de liga para cementação comumente usados podem ser encontrados em GB/T3077-2015 (Alloy Structural Steel).

(2) Liga de aço temperado e revenido

O aço de liga temperado e revenido geralmente se refere ao aço de liga de carbono médio usado após o tratamento de têmpera e revenimento, com uma fração de massa de carbono entre 0,25% e 0,50%. O método de representação do grau da liga de aço temperado e revenido é o mesmo do aço de liga para cementação, também usando "dois dígitos + símbolo do elemento de liga + número".

A liga de aço temperado e revenido é usada principalmente para peças importantes que exigem alta dureza, boa plasticidade e resistência, como eixos principais, virabrequins, parafusos de biela, engrenagens importantes etc. Se algumas peças também exigirem alta dureza superficial e resistência ao desgaste, elas podem ser submetidas à têmpera por aquecimento por indução superficial e ao revenimento em baixa temperatura após o tratamento de têmpera e revenimento.

As classes, composições, tratamentos térmicos e propriedades dos aços de liga temperados e revenidos comumente usados podem ser encontrados em GB/T3077-2015 (Alloy Structural Steel). Os aços de liga temperados e revenidos amplamente utilizados incluem 40Cr, 40MnVB, 30CrMnSi, 20MnVB, 12CrNi3, etc.

(3) Liga de aço para molas

A liga de aço usada para fabricar várias molas ou peças elásticas é chamada de liga de aço para molas, com uma fração de massa de carbono geralmente entre 0,45% e 0,70%. O método de representação do grau da liga de aço para molas é o mesmo da liga de aço para cementação, também usando "dois dígitos + símbolo do elemento + número".

Os graus, composições, tratamentos térmicos, propriedades e usos dos aços-liga para molas comumente usados podem ser encontrados em GB/T1222-2007 (Spring Steel). O mais utilizado é o aço para molas com liga de silício-manganês, como o 60Si2Mn, que é amplamente utilizado na fabricação de molas helicoidais e molas de lâmina para automóveis, tratores, locomotivas e outras molas importantes que trabalham sob alta tensão.

(4) Rolamento de aço

A liga de aço usada para fabricar elementos rolantes (esferas, rolos, agulhas) e anéis em rolamentos é chamada de aço para rolamentos, com uma fração de massa de carbono geralmente entre 0,95% e 1,15%, para obter martensita de alto carbono após a têmpera, garantindo que o aço para rolamentos tenha alta dureza e alta resistência.

O grau do aço para rolamentos é representado por "G + Cr + número". "G" é a primeira letra do pinyin chinês para "rolamento", "Cr" é o símbolo do elemento cromo e o "número" indica o milésimo da fração média de massa de cromo no aço. Por exemplo, GCr15 indica que a fração média de massa de cromo é 1,5% no aço para rolamentos.

A fração de massa de cromo no aço para rolamentos geralmente está entre 0,40% e 1,65%. Sua função é melhorar a temperabilidade do aço e formar carbonetos dispersos, melhorando assim a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga por contato do aço. Para rolamentos grandes, elementos como manganês e silício também são adicionados para melhorar ainda mais a temperabilidade do aço.

Atualmente, os tipos de aço para rolamentos mais usados na China são o GCr15 (usado principalmente na fabricação de rolamentos de pequeno e médio porte) e o GCr15SiMn (usado principalmente na fabricação de rolamentos maiores).

O aço para rolamentos também pode ser usado para fabricar peças com alta resistência ao desgaste e alta resistência à fadiga, como fusos de esmeril, matrizes de puncionamento a frio, parafusos de avanço, ferramentas de medição de precisão etc. Os graus, as composições, os tratamentos térmicos e as propriedades dos aços para rolamentos comumente usados podem ser encontrados em GB/T 18254-2016 (High Carbon Chromium Bearing Steel).

3. Liga de aço para ferramentas

O aço-liga usado para fabricar várias ferramentas é chamado de aço-liga para ferramentas. É um aço fabricado com a adição de uma quantidade adequada de elementos de liga ao aço para ferramentas sem liga. Esse tipo de aço tem maior dureza, resistência ao desgaste e tenacidade do que o aço para ferramentas sem liga, especialmente melhor temperabilidade, endurecimento, dureza a quente e estabilidade de revenimento. Portanto, ele pode ser usado para fabricar ferramentas com grandes seções transversais, formas complexas e requisitos de alto desempenho.

A liga de aço para ferramentas é dividida em aço para ferramentas de medição, aço para ferramentas resistente a impactos, aço para matrizes para trabalho a quente, aço para matrizes para trabalho a frio, aço para moldes de plástico etc., de acordo com seu uso. O método de representação do grau é semelhante ao do aço estrutural de liga, exceto pelo fato de o método de representação do teor de carbono ser diferente. Quando w _c ≥1%, o conteúdo de carbono não é marcado; quando w_c <1%, um único dígito é usado para indicar o milésimo do teor médio de carbono no aço.

Por exemplo, o Cr12MoV indica que w_c ≥1%, w_Cr =12%, e w _Mo , w_v <1,5% em ligas de aço para ferramentas. Outro exemplo é o 9SiCr, que indica que w_c =0,9%, e w_Si , w_Cr <1.5% em aço ferramenta de liga. Os aços-ferramenta de liga são todos aços de alta qualidade, portanto, o símbolo "A" não é marcado no final do grau.

(1) Matrizes de aço para trabalho a frio

Refere-se ao aço usado para fabricar moldes para estampagem a frio, extrusão a frio e trefilação a frio de metal em condições de frio. Possui alta dureza, alta resistência ao desgaste, resistência e tenacidade suficientes, e requer boa temperabilidade e pequena deformação de têmpera. Esse tipo de aço é usado após a têmpera e o revenimento. As classes, os tratamentos térmicos, as propriedades e os usos dos aços para matrizes para trabalho a frio comumente usados são mostrados na Tabela 6.

Tabela 6 Classes, tratamentos térmicos, propriedades e usos de aço para matrizes de trabalho a frio comumente usados

Grau	Condição de entrega Dureza HBW	Resfriamento		Dureza HRC (Não inferior a)	Exemplo de uso
Grau	Condição de entrega Dureza HBW	Temperatura/℃	Meio de resfriamento de têmpera	Dureza HRC (Não inferior a)	Exemplo de uso
9Mn2V	≤229	780~810	Óleo	62	Matriz de perfuração, matriz de prensagem a frio
CrWMn	207~255	800~830	Óleo	62	Forma complexa, matriz de perfuração de alta precisão
Cr12	217~269	950~1000	Óleo	60	Matriz de puncionamento a frio, punção, matriz de desenho, matriz de metalurgia do pó
Cr12MoV	207~255	950~1000	Óleo	58	Matriz de perfuração, matriz de corte, matriz de desenho

(2) Aço para trabalho a quente

O aço para matrizes de trabalho a quente refere-se ao aço usado para fabricar matrizes de forjamento a quente, matrizes de trabalho a quente e matrizes de trabalho a quente. matrizes de extrusãoO aço para trabalho a quente é usado em matrizes de fundição, que formam metal quente ou liga sob pressão. O aço para matrizes de trabalho a quente trabalha em altas temperaturas (400~600°C) e, durante a operação, ele não só suporta grandes cargas de impacto, mas também suporta uma significativa tensão de compressão, tensão de tração, tensão de flexão e atrito intenso causado pelo fluxo de metal quente na cavidade da matriz.

Portanto, é necessário que o aço para matrizes de trabalho a quente mantenha dureza, força, tenacidade e resistência ao desgaste suficientes em altas temperaturas. Além disso, esse tipo de aço é repetidamente aquecido por metal quente e resfriado por meios de resfriamento (água, óleo, ar) durante a operação, causando alterações de volume e tornando-o propenso à fadiga térmica.

A fração de massa de carbono no aço para trabalho a quente é geralmente entre 0,3% e 0,6%, o que o torna um aço de liga de carbono médio. Os tipos comuns de aço para trabalho a quente incluem 5CrMnMo e 5CrNiMo. O último tem melhor temperabilidade do que o primeiro, com outras propriedades semelhantes. O 5CrMnMo é adequado para a fabricação de ferramentas de trabalho a quente de pequeno a médio porte. matrizes de forjamentoenquanto o 5CrNiMo é adequado para a fabricação de matrizes de forjamento a quente de médio a grande porte. Os tipos comuns de aço para matrizes de fundição sob pressão incluem 3Cr2W8V, etc.

(3) Aço para moldes de plástico

O aço para moldes de plástico refere-se ao aço usado para a fabricação de moldes que pressionam pó fino ou plástico granular para que tomem forma sob condições de aquecimento de baixa temperatura que não excedam 200 ℃. De acordo com o método de moldagem de produtos plásticos, os moldes de moldagem de plástico podem ser divididos em moldes de fundição sob pressão, moldes de extrusão, moldes de injeção, moldes de formação, moldes de moldagem por sopro, etc.

Durante a operação, o molde é continuamente aquecido, pressionado e submetido a um certo grau de atrito e corrosão por gases nocivos. Portanto, é necessário que o aço para moldes de plástico tenha resistência e tenacidade suficientes a 200°C, alta resistência ao desgaste e à corrosão, boa usinabilidade, polimento, soldabilidade e desempenho no processo de tratamento térmico. Atualmente, os aços para moldes de plástico comumente usados incluem 3Cr2Mo, 3Cr2MnNiMo.

(4) Aço para ferramentas de medição e ferramentas de corte

As ferramentas de medição são ferramentas de medição usadas na engenharia mecânica para controlar a precisão da usinagem, como micrômetros, blocos de medição, calibradores, paquímetros etc. Como as ferramentas de medição geralmente entram em contato com as peças que estão sendo medidas durante o uso, elas estão sujeitas a desgaste e impacto. Portanto, as peças de trabalho das ferramentas de medição devem ter alta dureza (62 a 65HRC), alta resistência ao desgaste, alta estabilidade dimensional e resistência suficiente.

O 9SiCr e outros aços são usados com frequência para fabricar ferramentas de medição de precisão com alta precisão e formas complexas, como blocos de medidores e medidores de plugue. Além disso, a liga de aço para cementação ou aço para rolamentos (GCr15) pode ser usada para fabricar ferramentas de medição que não exigem alta precisão, mas precisam ser resistentes a impactos após o tratamento de cementação e têmpera; às vezes, o aço para ferramentas de trabalho a frio (CrWMn) também é usado para fabricar ferramentas de medição de precisão.

4. Classes, propriedades e usos de aços de desempenho especial

Aço para fins especiais refere-se a ligas de aço com propriedades físicas e químicas especiais, bem como certas propriedades mecânicas. Inclui aço inoxidável, aço resistente ao calor e aço resistente ao desgaste, entre outros.

(1) Aço inoxidável

Aço inoxidável refere-se a ligas de aço que podem resistir à corrosão atmosférica, corrosão ácida, corrosão alcalina ou outros meios de corrosão. As principais características do aço inoxidável são a resistência à ferrugem e à corrosão, com um teor de cromo de pelo menos 10,5% e um teor de carbono não superior a 1,2%.

O aço inoxidável é classificado em diferentes tipos com base em sua estrutura metalográfica: aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico, aço inoxidável austenítico, aço inoxidável austenítico-ferrítico e aço inoxidável de endurecimento por precipitação. Os tipos, composições, tratamentos térmicos e propriedades dos aços inoxidáveis comumente usados podem ser encontrados em GB/T1220-2007 (Stainless Steel Bars). Os tipos e graus de aço inoxidável mais amplamente usados são os seguintes:

1) Aço inoxidável ferrítico

O aço inoxidável ferrítico tem três tipos:

O tipo Cr12 e o tipo Cr13, como 06Cr13Al, 022Cr12 etc., são comumente usados como aço resistente ao calor, como em válvulas de escape de automóveis.
O tipo Cr17, como 10Cr17, 10Cr17Mo, etc., é usado principalmente em contêineres e tubulações de equipamentos químicos.
O tipo Cr27~30, como 008Cr27Mo, 008Cr30Mo2, etc., são aços resistentes à forte corrosão ácida.

2) Aço inoxidável martensítico

Os principais tipos de aço inoxidável martensítico são 12Cr13, 20Cr13 (com menor teor de carbono), usados principalmente para peças que exigem altas propriedades mecânicas e baixa resistência à corrosão, como lâminas de turbina e instrumentos médicos; 30Cr13, 40Cr13 (com maior teor de carbono) são usados principalmente para válvulas de prensa hidráulica e ferramentas médico-cirúrgicas duras e resistentes ao desgaste, ferramentas de medição, rolamentos de aço inoxidável e molas.

3) Aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável austenítico inclui 06Cr19Ni10, 12Cr18Ni9, usado principalmente para fabricar peças que exigem alta resistência à corrosão e peças de carga leve que precisam ser soldadas após a deformação a frio, como em equipamentos químicos e tubulações. Também pode ser usado para fabricar peças não magnéticas resistentes à corrosão nos setores de instrumentação e geração de energia. Esse tipo de aço aumenta sua resistência principalmente por meio do processamento de deformação a frio e não pode ser reforçado por tratamento térmico.

(2) Aço resistente ao calor

O aço resistente ao calor refere-se ao aço de desempenho especial com boa estabilidade química ou alta resistência a altas temperaturas. Os tipos comuns de aço resistente ao calor incluem: 10Cr17, que pode ser usado para fabricar peças resistentes à oxidação abaixo de 900°C, como radiadores, peças de fornos e bicos de óleo. O 42Cr9Si2 e o 40Cr10Si2Mo são comumente usados para fabricar válvulas de escapamento e outras peças sujeitas à corrosão, ao impacto e ao desgaste dos gases de escapamento em altas temperaturas (por isso também são chamados de aço para válvulas).

O 06Cr19Ni10 e o 45Cr14Ni14W2Mo, devido ao seu alto teor de cromo e níquel, são aços resistentes ao calor amplamente usados em peças de caldeiras, turbinas, motores de combustão interna e fornos de tratamento térmico.

(3) Aço resistente ao desgaste

O aço resistente ao desgaste refere-se ao aço com alta resistência ao desgaste. Por exemplo, o aço com alto teor de manganês, que endurece somente sob fortes cargas de impacto, geralmente tem um teor de carbono de 1,0% a 1,3% e um teor de manganês de 11% a 14%.

Quando o aço com alto teor de manganês é aquecido a 1000~1100°C e submetido a um tratamento de solução, é possível obter uma estrutura de austenita monofásica. Nesse momento, a dureza não é alta (cerca de 180~220HBW). Quando submetida a forte atrito ou impacto sob alta pressão, a austenita na superfície da peça de trabalho sofrerá rapidamente deformação plástica, causando endurecimento por deformação e transformação martensítica, aumentando significativamente a dureza da superfície (cerca de 550HBW ou mais) e melhorando a resistência ao desgaste.

Quando a camada endurecida da superfície se desgasta, a superfície recém-exposta passa pela mesma transformação e ganha resistência ao desgaste. O processamento de pressão e o processamento de corte do aço com alto teor de manganês são muito difíceis, por isso ele geralmente é fundido diretamente em peças e usado após o tratamento com solução.

O aço com alto teor de manganês é usado principalmente em peças que trabalham sob condições severas de atrito e forte impacto, como esteiras de tanques e tratores, dentes de caçamba de escavadeiras, lâminas de escavadeiras, torneiras de ferrovias e mandíbulas de britadores. Seus graus são especificados na norma GB/T 5680-2010 "Austenitic Manganese Steel Castings", como o ZG100Mn13.

III. Ferro fundido

O ferro fundido refere-se a um grupo de ligas de ferro-carbono-silício com alto teor de carbono e silício, além de conter uma quantidade considerável de impurezas, como manganês, enxofre e fósforo. No ferro fundido, o carbono existe principalmente na forma de grafite. O processo de precipitação do carbono na forma de grafite é chamado de grafitização, comumente representado pelo símbolo G. Diferentes graus de grafitização resultam em diferentes tipos, estruturas e propriedades do ferro fundido.

As propriedades mecânicas do ferro fundido são inferiores às do aço, mas o ferro fundido com uma composição próxima à eutética tem um ponto de fusão baixo e boa fluidez, por isso tem excelentes propriedades de fundição, boa resistência ao desgaste, amortecimento de vibrações e usinabilidade. Além disso, o processo de produção e os equipamentos são simples e o custo é baixo, o que torna o ferro fundido um dos materiais metálicos mais amplamente utilizados.

1. Classificação do ferro fundido

De acordo com as diferentes formas de carbono no ferro fundido, o ferro fundido pode ser dividido nas três categorias a seguir:

(1) Ferro fundido cinza

O carbono está total ou principalmente na forma de grafite, sem estrutura de ledeburita, e sua superfície de fratura é cinza escuro. A maior parte do ferro fundido usado na indústria é desse tipo.

(2) Ferro fundido branco

O processo de grafitização desse tipo de ferro fundido é completamente suprimido. Exceto por uma pequena quantidade de carbono dissolvido na ferrita, todo o carbono existe na forma de Fe₃C. Sua superfície de fratura é branca prateada, dura e quebradiça, o que dificulta a usinagem. Portanto, raramente é usado diretamente na indústria. Atualmente, o ferro fundido branco é usado principalmente como matéria-prima para a fabricação de aço e para a produção de peças em bruto de ferro fundido maleável.

(3) Ferro fundido com manchas

O processo de grafitização desse tipo de ferro fundido é realizado apenas parcialmente. Parte do carbono existe na forma de grafite, e a outra parte existe na forma de Fe₃C. Sua superfície de fratura é manchada de preto e branco, além de ser muito dura e quebradiça, o que dificulta a usinagem. Por isso, raramente é usado na indústria.

O ferro fundido cinzento é comumente usado na indústria. Seu desempenho está relacionado não apenas à sua composição e estrutura de matriz, mas também à forma e ao tamanho do grafite. De acordo com as diferentes formas de grafite no ferro fundido, o ferro fundido pode ser dividido nos quatro tipos a seguir:

1) Ferro fundido cinza

Seu grafite é em forma de flocos, com propriedades mecânicas ruins, mas seu processo de produção é simples, o custo é baixo e o desempenho de fundição é excelente, tornando-o amplamente utilizado na indústria.

2) Ferro fundido maleável

Seu grafite está na forma de aglomerados, com melhores propriedades mecânicas do que o ferro fundido cinzento, mas o ciclo de produção é longo e o custo é alto. Geralmente é usado para fabricar algumas pequenas peças fundidas importantes.

3) Ferro fundido dúctil

Seu grafite é esférico, com as mais altas propriedades mecânicas, e sua resistência é próxima à do aço não ligado. O processo de produção é mais simples do que o do ferro fundido maleável. O ferro fundido dúctil pode substituir alguns aços não ligados e aços ligados na fabricação de certas peças importantes.

4) Ferro fundido vermicular

Seu grafite é vermicular, com propriedades mecânicas entre o ferro fundido cinzento e o ferro fundido dúctil. É um novo tipo de ferro fundido com um histórico de desenvolvimento relativamente curto.

2. Ferro fundido cinza

(1) Estrutura e propriedades do ferro fundido cinzento

A microestrutura do ferro fundido cinzento é caracterizada por flocos de grafite distribuídos em várias estruturas de matriz. De acordo com as diferentes estruturas de matriz, ele é dividido em:

Ferro fundido cinzento ferrítico (grafite em flocos distribuído em uma matriz ferrítica).
Ferro fundido cinzento ferrítico + perlítico (grafite em flocos distribuído em uma matriz ferrítica e perlítica).
Ferro fundido cinzento perlítico (grafite em flocos distribuído em uma matriz perlítica).

A estrutura do ferro fundido cinzento é equivalente a flocos de grafite distribuídos em uma matriz de aço. Como a resistência, a plasticidade e a tenacidade do grafite são extremamente baixas, ele age como rachaduras e vazios no ferro fundido, destruindo a continuidade do metal da matriz e causando concentração de tensão nas pontas dos flocos de grafite.

Portanto, as propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento são significativamente menores do que as do aço não ligado. É um material frágil, não adequado para forjamento e estampagem, e tem baixa soldabilidade. No entanto, a resistência à compressão do ferro fundido cinzento é menos afetada pelo grafite, e sua resistência à compressão é próxima à do aço, o que o torna adequado para a fabricação de peças de compressão, mas não de tensão.

A presença de grafite proporciona ao ferro fundido cinzento melhor capacidade de fundição, resistência ao desgaste, amortecimento de vibrações e usinabilidade do que o aço não ligado, com menor sensibilidade ao entalhe, tornando-o amplamente utilizado na indústria.

(2) Classes e usos do ferro fundido cinzento

O grau do ferro fundido cinzento consiste em "HT + número". "HT" é a abreviação de "ferro cinzento" em pinyin chinês, e o número representa o valor mínimo de resistência à tração (MPa) de uma única barra de teste fundida com diâmetro de Φ30 mm. As classes comuns, as propriedades mecânicas e os usos do ferro fundido cinzento são mostrados na Tabela 7.

Tabela 7 Classes, propriedades mecânicas e usos do ferro fundido cinzento (extraído de GB/T 9439-2010)

Categoria de ferro fundido	Grau	Espessura da parede de fundição/mm	Resistência à tração R_m /MPa	Dureza HBW	Microestrutura		Exemplo de uso
Categoria de ferro fundido	Grau	Espessura da parede de fundição/mm	Resistência à tração R_m /MPa	Dureza HBW	Matriz	Grafite	Exemplo de uso
Ferro fundido cinzento ferrítico	HT100	5~40	≥100	≤170	F+P (pequeno)	Flocos grossos	Peças de baixa carga e sem importância, como tampas, carcaças, volantes, suportes, contrapesos, etc.
Ferro fundido cinzento ferrítico-pearlítico	HT150	5~300	≥150	125~205	F+P	Flocos mais grossos	Peças sujeitas a tensão moderada, como colunas, bases, caixas de engrenagens, mesas de trabalho, porta-ferramentas, tampas de extremidade, corpos de válvulas, conexões de tubos e peças com requisitos gerais de condição de trabalho
Ferro fundido cinzento perlítico	HT200	5~300	≥200	150~230	P	Médio Escamoso	Peças sujeitas a maior tensão e peças mais importantes, como blocos de cilindros, engrenagens, bases de máquinas, volantes, camas, camisas de cilindros, pistões, rodas de freio, acoplamentos, caixas de engrenagens, assentos de rolamentos, cilindros hidráulicos, etc.
Ferro fundido cinzento perlítico	HT250	5~300	≥250	180~250	P	Mais fino Escamoso
Ferro fundido inoculado	HT300	10~300	≥300	200~275	Sorbita Ou troostita	Bom Escamoso	Peças importantes sujeitas a altas tensões de flexão e tração, como engrenagens, cames e mandris de torno, tosquia corpos de máquinas e prensas, leitos, cilindros hidráulicos de alta pressão, carcaças de válvulas deslizantes, etc.
Ferro fundido inoculado	HT350	10~300	≥350	220~290	Sorbita Ou troostita	Bom Escamoso

(3) Tratamento de inoculação de ferro fundido cinzento

O tratamento de inoculação refere-se ao método de adição de uma pequena quantidade de inoculante (como ferrossilício, liga de cálcio-silício etc.) ao ferro fundido durante o vazamento para alterar as condições de cristalização do ferro fundido, de modo a obter grafite em flocos fino e uniformemente distribuído e uma estrutura perlítica fina.

O tratamento de inoculação torna a estrutura e o desempenho de cada seção da fundição uniformes e consistentes, melhora a resistência, a plasticidade e a tenacidade do ferro fundido e também reduz a sensibilidade da seção do ferro fundido cinzento. O ferro fundido após o tratamento de inoculação é chamado de ferro fundido inoculado, e o HT300 e o HT350 na Tabela 7 pertencem ao ferro fundido inoculado.

(4) Tratamento térmico de ferro fundido cinzento

Como o tratamento térmico só pode alterar a estrutura da matriz do ferro fundido cinzento e não pode alterar a forma e a distribuição do grafite, ele tem pouco efeito na melhoria das propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento.

Portanto, o tratamento térmico do ferro fundido cinzento é usado principalmente para eliminar o estresse interno nas peças fundidas, melhorar sua usinabilidade e aumentar a dureza da superfície e a resistência ao desgaste das peças fundidas. Os métodos comuns de tratamento térmico incluem o recozimento para alívio de tensões (tratamento de envelhecimento), o recozimento de amolecimento (recozimento de grafitização) e a têmpera superficial.

3. Ferro dúctil

O ferro fundido dúctil é um tipo de ferro fundido no qual um agente esferoidizante e um inoculante são adicionados antes de o ferro fundido ser derramado, fazendo com que o grafite no ferro fundido seja distribuído em uma forma esférica, total ou principalmente.

(1) Estrutura e propriedades do ferro dúctil

Dependendo da composição química, da taxa de resfriamento e do método de tratamento térmico, o ferro dúctil pode ter diferentes microestruturas, incluindo principalmente estruturas de matriz de ferrita, ferrita + perlita e perlita. O ferro dúctil ferrítico tem boa plasticidade e tenacidade, enquanto o ferro dúctil perlítico tem alta resistência à tração e dureza (mais de 50% acima do ferro dúctil ferrítico). As propriedades do ferro dúctil com uma matriz de ferrita + perlita são intermediárias entre as duas.

A substituição do aço não ligado por ferro dúctil em peças sujeitas a cargas estáticas é segura e confiável. Atualmente, a aplicação do ferro dúctil na produção industrial e agrícola está se tornando cada vez mais difundida.

(2) Classes e usos do ferro dúctil

O grau do ferro dúctil é composto por "QT + números-números". "QT" é a abreviação de "ferro dúctil" em pinyin chinês, o primeiro conjunto de números representa seu valor de resistência à tração (MPa) e o segundo conjunto de números representa o valor de alongamento após a fratura. As classes comuns, as propriedades mecânicas e os usos do ferro dúctil são mostrados na Tabela 8.

Tabela 8 Classes, propriedades mecânicas e usos do ferro dúctil (extraído de GB/T 1348-2009)

Grau	Estrutura básica	Propriedades mecânicas				Exemplos de usos
		R_m/MPa	R_p0.2/MP₈	A(%)	Dureza HBW
		Não inferior a			Dureza HBW
QT400-8	Ferrite	400	250	18	120~175	Peças sujeitas a impacto e vibração, como cubos, carcaças de eixos de tração, carcaças de diferenciais, garfos de câmbio de automóveis e tratores, peças de máquinas agrícolas, válvulas de média e baixa pressão, tubulações de água e gás, cilindros de alta e baixa pressão em compressores, carcaças de motores, caixas de engrenagens, carcaças de volantes, etc.
QT400-5		400	250	15	120~180
QT450-10		450	310	10	160~210
QT500-7	Ferrite +Pearlite	500	320	7	170~230	Bases de máquinas, eixos de transmissão, volantes, engrenagens de bombas de óleo de motores de combustão interna, rolamentos de eixo de locomotivas ferroviárias etc.
QT600-3	Pearlita +Ferrita	600	370	3	190~270	Peças com grandes cargas e forças complexas, como virabrequins, bielas, eixos de comando de válvulas, camisas de cilindros de automóveis e tratores, eixos principais de algumas retíficas, fresadoras, tornos, sem-fins de máquinas-ferramenta, engrenagens sem-fim, rolos de laminadores, engrenagens grandes, eixos principais de pequenas hidroturbinas, blocos de cilindros, rolos de pontes rolantes etc.
QT700-2	Pearlita	700	420	2	225~305
QT800-2	Pearlita ou Estrutura temperada	800	480	2	245~335
QT900-2	Bainita ou Martensita temperada	900	600	2	280~360	Engrenagens de alta resistência, como engrenagens hipóides de eixos traseiros de automóveis, grandes engrenagens de redutores, virabrequins, eixos de comando de válvulas de motores de combustão interna, etc.

(3) Tratamento térmico de ferro dúctil

Como o grafite esferoidal tem um pequeno efeito de divisão na matriz, as propriedades mecânicas do ferro dúctil dependem principalmente da estrutura da matriz. Portanto, o aprimoramento da estrutura da matriz por meio de tratamento térmico pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas do ferro dúctil. Os métodos de tratamento térmico são basicamente os mesmos do aço, incluindo principalmente recozimento, normalização, têmpera e revenimento e têmpera isotérmica.

4. Ferro fundido maleável

O ferro fundido maleável é o ferro fundido com grafite floculante obtido pelo recozimento de grafitização do ferro fundido branco. O processo de produção envolve primeiro a fundição do ferro fundido branco e, em seguida, a decomposição da cementita por meio do recozimento de grafitização em alta temperatura (também chamado de recozimento maleável) para obter grafite floculante.

(1) Estrutura e propriedades do ferro fundido maleável

O ferro fundido maleável é classificado em ferro fundido maleável de coração negro (também conhecido como ferro fundido maleável ferrítico), ferro fundido maleável perlítico e ferro fundido maleável de coração branco com base na estrutura da matriz obtida após o recozimento.

O grafite no ferro fundido maleável é floculento. Em comparação com o ferro fundido cinzento, o ferro fundido maleável tem melhor resistência e plasticidade, especialmente melhor desempenho de impacto em baixa temperatura. Em comparação com o ferro dúctil, ele tem as vantagens de menor custo, qualidade estável, tratamento simples do ferro fundido e adequação à produção organizada.

A resistência ao desgaste e o amortecimento de vibrações do ferro fundido maleável são superiores aos do aço comum sem liga, e sua usinabilidade é próxima à do ferro fundido cinzento. Ele é adequado para a fabricação de peças de paredes finas de formato complexo, de pequeno e médio porte, e peças que exigem alta resistência devido à vibração durante a operação. O ferro fundido maleável é conhecido por sua alta resistência, plasticidade e resistência ao impacto, mas não pode ser forjado.

(2) Classes e aplicações de ferro fundido maleável

Os graus comumente usados de ferro fundido maleável são compostos por "KTH+número-número", "KTZ+número-número" ou "KTB+número-número". "KT" é a abreviação do pinyin chinês para "ferro maleável". "KTH" significa ferro fundido maleável de coração negro, "KTZ" significa ferro fundido maleável perlítico e "KTB" significa ferro fundido maleável de coração branco. O primeiro conjunto de números após o símbolo indica o valor de resistência à tração (MPa), e o segundo conjunto de números indica o valor de alongamento após a fratura. Os graus, as propriedades mecânicas e as aplicações do ferro fundido maleável comumente usado são mostrados na Tabela 9.

Tabela 9 Classes, propriedades mecânicas e aplicações de ferro fundido maleável (extraído de GB/T 9440-2010)

Tipo	Grau	Diâmetro da amostra/mm	Propriedades mecânicas				Exemplos de aplicativos
			R_m/MPa	R_p0.2/MPa	A(%)	HBW
			Não inferior a			HBW
Ferro fundido maleável Blackheart	KTH300-06	12 ou 15	300		6	≤150	Cotovelos, conexões em T, válvulas de média e baixa pressão Portões, etc.
	KTH330-08		330		8		Chaves, lâminas de arado, colunas de arado, carcaças de rodas, etc.
	KTH350-10		350	200	10		Carcaças de rodas dianteiras e traseiras de automóveis e tratores, carcaças de diferenciais, carcaças de articulações de direção, freios e peças ferroviárias, etc.
	KTH370-12		370		12
Ferro fundido maleável perlítico	KTZ450-06	12 ou 15	450	270	6	150~200	Peças de alta carga e resistentes ao desgaste, como virabrequins, eixos de comando de válvulas, bielas, engrenagens, anéis de pistão, buchas, discos de grade, juntas universais, catracas e chaves, Correntes de acionamentoetc.
	KTZ550-04		550	340	4	180~230
	KTZ650-02		650	430	2	210~260
	KTZ700-02		750	530	2	240~290

5. Ferro grafite compactado

O ferro grafite compactado é um ferro fundido com grafite semelhante a um verme obtido pela adição de uma quantidade adequada de agente vermicularizante e inoculante ao ferro fundido de uma determinada composição. Seu método e procedimento de produção são basicamente os mesmos do ferro dúctil.

(1) Classes, propriedades e aplicações do ferro grafite compactado

Como a maior parte do grafite no ferro grafite compactado é do tipo sem-fim, sua estrutura e propriedades estão entre as do ferro dúctil e do ferro fundido cinzento com a mesma estrutura de matriz. Sua força, tenacidade, resistência à fadiga, resistência ao desgaste e resistência à fadiga térmica são maiores do que as do ferro fundido cinzento, e sua sensibilidade de seção também é pequena. No entanto, sua plasticidade e tenacidade são menores do que as do ferro dúctil. A capacidade de fundição, o amortecimento de vibrações, a condutividade térmica e a usinabilidade do ferro grafite compactado são melhores do que os do ferro dúctil, e sua resistência à tração é próxima à do ferro dúctil.

Os graus do ferro grafite compactado são compostos por "RuT+número", em que "RuT" é a abreviação do pinyin chinês para "ferro compactado" e o número indica o valor da resistência à tração (MPa). Os graus, as propriedades mecânicas e as aplicações do ferro grafite compactado são mostrados na Tabela 10.

Tabela 10 Classes, propriedades mecânicas e aplicações do ferro fundido de grafite vermicular (extraído de GB/T 26655-2011)

Grau	Propriedades mecânicas				Exemplos de aplicativos
	R_m/MPa	R_p0.2/MPa	A(%)	HBW
	Não menos que			HBW
RuT300	300	210	2.0	140~210	Tubos de escapamento, carcaças de caixas de câmbio, cabeçotes de cilindros, peças hidráulicas, peças de máquinas têxteis, moldes de lingotes, etc.
RuT350	350	245	1.5	160~220	Peças de máquinas-ferramenta pesadas, carcaças de caixas de engrenagens grandes, tampas, bases, volantes, elevação tambores de máquina, etc.
RuT400	400	280	1.0	180~240	Anéis de pistão, camisas de cilindro, discos de freio, discos de moagem de esferas de aço, bomba de dragagem corpos, etc.
RuT450	450	315	1.0	200~250

(2) Tratamento térmico de ferro fundido com grafite vermicular

O tratamento térmico do ferro fundido de grafite vermicular tem como principal objetivo ajustar sua estrutura de matriz para atender a diferentes requisitos de propriedade mecânica. Os processos comuns de tratamento térmico incluem a normalização e o recozimento. O objetivo da normalização é aumentar a quantidade de perlita, melhorando assim a força e a resistência ao desgaste; o recozimento é obter uma matriz com mais de ferrita 85% ou eliminar a cementita livre em áreas de paredes finas.

6. Liga de ferro fundido

O ferro fundido com liga é aquele em que alguns elementos de liga são intencionalmente adicionados durante a fundição para melhorar suas propriedades físicas, químicas e mecânicas ou para obter determinadas propriedades especiais, como ferro fundido resistente ao desgaste, ferro fundido resistente ao calor e ferro fundido resistente à corrosão.

(1) Ferro fundido resistente ao desgaste

O ferro fundido resistente ao desgaste pode ser dividido em ferro fundido antifricção e ferro fundido resistente ao desgaste com base em suas condições de trabalho.

O ferro fundido antifricção requer baixo desgaste, baixo coeficiente de atrito, boa condutividade térmica e boa tecnologia de processamento durante a operação. Os ferros fundidos antifricção mais comuns incluem: ferro fundido cinzento com matriz perlítica (com boas propriedades antifricção) e ferro fundido com alto teor de fósforo (com resistência significativa ao desgaste, comumente usado em mesas de trabalho e bases de tornos, fresadoras e mandriladoras).

O ferro fundido antidesgaste é usado para peças fundidas que trabalham em condições de atrito seco sem lubrificação, exigindo uma estrutura com alta dureza uniforme. Os ferros fundidos antidesgaste comuns incluem: ferro fundido resfriado (que tem alta resistência e resistência ao desgaste e pode suportar certos impactos), ferro fundido branco antidesgaste (amplamente usado para fabricar peças resistentes ao desgaste, como rolos e rodas) e ferro dúctil com manganês médio (amplamente usado para fabricar peças que trabalham sob cargas de impacto e condições de desgaste, como arados, bolas de moagem para moinhos de bolas e placas de esteira de trator).

(2) Ferro fundido resistente ao calor

A resistência ao calor do ferro fundido refere-se principalmente à sua capacidade de resistir à oxidação e ao crescimento térmico em altas temperaturas. O chamado "crescimento térmico" refere-se à expansão irreversível do volume do ferro fundido em altas temperaturas, que pode se expandir em cerca de 10% em casos graves.

As principais razões são que os gases oxidantes penetram no ferro fundido para formar óxidos com baixa densidade e grande volume; os carbonetos se decompõem em altas temperaturas para produzir grafite com baixa densidade e grande volume; e ocorrem mudanças de fase na matriz do ferro fundido durante o aquecimento e o resfriamento. O resultado final do crescimento térmico pode levar à deformação, empenamento, rachaduras ou até mesmo à quebra das peças.

Os graus, as composições, as temperaturas operacionais e as aplicações dos ferros fundidos resistentes ao calor comumente usados podem ser encontrados na norma nacional (GB/T 9437-2009).

(3) Ferro fundido resistente à corrosão

O ferro fundido resistente à corrosão não só tem certas propriedades mecânicas, mas também exige alta resistência à corrosão ao trabalhar em meios corrosivos.

O ferro fundido resistente à corrosão é amplamente utilizado em setores como o petroquímico e o de construção naval para fabricar peças como tubos, válvulas, bombas e contêineres que frequentemente trabalham em meios como atmosfera, água do mar, ácidos, álcalis e sais. No entanto, cada tipo de ferro fundido resistente à corrosão tem uma determinada faixa de aplicação, e é necessário fazer uma seleção razoável com base no meio corrosivo e nas condições de trabalho. As composições e as faixas de aplicação dos ferros fundidos resistentes à corrosão comumente usados podem ser encontradas nos manuais de materiais metálicos relevantes.

IV. Metais não ferrosos e suas ligas

Metais não ferrosos referem-se a todos os outros metais, exceto aço e ferro fundido, também conhecidos como metais não ferrosos. Há muitos tipos de metais não ferrosos, incluindo principalmente cobre (Cu), alumínio (Al), titânio (Ti), magnésio (Mg), tungstênio (W), molibdênio (Mo) e suas ligas. A fundição de metais não ferrosos é relativamente difícil e cara, e sua produção e uso são muito menores do que os dos materiais de aço.

Entretanto, os metais não ferrosos têm certas propriedades físicas e químicas especiais que os materiais de aço não possuem. Portanto, os metais não ferrosos se tornaram materiais indispensáveis na indústria moderna. A seguir, apresentamos uma breve introdução às ligas de alumínio e às ligas de cobre, que são amplamente usadas na produção industrial.

1. Alumínio e suas ligas

(1) Alumínio puro industrial (referido como alumínio puro)

Atualmente, o alumínio puro é o metal não ferroso mais amplamente utilizado na indústria. A pureza do alumínio puro industrial é de 98,8% a 99,7%. O alumínio puro tem baixa densidade, de apenas 2,72 g/cm³; tem alta condutividade elétrica e térmica, perdendo apenas para a prata, o cobre e o ouro, que ocupa a quarta posição.

O alumínio tem boa resistência à corrosão atmosférica na atmosfera, mas não resiste à corrosão por ácidos, álcalis e sais. O alumínio puro tem baixa resistência, alta plasticidade e não possui ferromagnetismo. Ele pode ser processado em vários perfis (como fios, hastes e tubos) por meio de deformação a frio e a quente, mas não pode ser usado como peças estruturais de suporte de carga.

(2) Ligas de alumínio

As ligas de alumínio são obtidas pela adição de quantidades apropriadas de elementos de liga, como Cu, Si, Mg, Zn e Mn, ao alumínio e pelo uso de métodos como o fortalecimento de solução sólida. As ligas de alumínio têm alta resistência e, ao mesmo tempo, mantêm a baixa densidade, a boa condutividade elétrica e a condutividade térmica do alumínio puro. Algumas ligas de alumínio também podem ser reforçadas ainda mais por meio de deformação a frio ou tratamento térmico, o que as torna adequadas para a fabricação de peças mecânicas que suportam determinadas cargas.

1) Classificação das ligas de alumínio

De acordo com a composição e as características de processamento, as ligas de alumínio comumente usadas podem ser divididas em ligas de alumínio forjado e ligas de alumínio fundido. As ligas de alumínio forjado têm boa plasticidade e são adequadas para o processamento sob pressão, enquanto as ligas de alumínio fundido têm boa plasticidade e são adequadas para o processamento sob pressão. alumínio fundido têm uma estrutura eutética, baixo ponto de fusão, boa fluidez e são adequadas para fundição.

2) Tratamento térmico de ligas de alumínio

Os princípios do tratamento térmico para ligas de alumínio são diferentes daqueles para o aço porque as ligas de alumínio não têm transformações alotrópicas e não podem ser reforçadas por meio da transformação martensítica como o aço. As ligas de alumínio podem obter uma estrutura de solução sólida de fase única após o aquecimento, e há mudanças na solubilidade no estado sólido. Portanto, as ligas de alumínio podem ser reforçadas pelo tratamento de têmpera e envelhecimento (chamado de tratamento de envelhecimento em solução).

A resistência das ligas de alumínio não é alta após a têmpera e deve ser colocada em temperatura ambiente por um período de tempo antes que a resistência e a dureza aumentem significativamente. Esse fenômeno é chamado de endurecimento por envelhecimento. O envelhecimento à temperatura ambiente é chamado de envelhecimento natural, enquanto o envelhecimento sob condições de aquecimento (100~200°C) é chamado de envelhecimento artificial. O tratamento de têmpera e envelhecimento não é apenas a principal forma de fortalecer as ligas de alumínio, mas também um meio importante de fortalecer outros metais não ferrosos.

2. Cobre e suas ligas

(1) Cobre puro industrial

O cobre industrial puro, conhecido como cobre puro, tem um ponto de fusão de 1083℃. Ele tem boa condutividade elétrica e térmica (perdendo apenas para a prata), boa resistência à corrosão na atmosfera e em água doce e não é magnético.

O cobre puro tem baixa resistência e dureza, boa plasticidade, tenacidade e soldabilidade. Ele pode ser processado em vários perfis adequados para o setor elétrico (como fios, cabos e tubos de cobre), equipamentos de comunicação e instrumentos antimagnéticos e não magnéticos por meio de deformação a frio e a quente.

(2) Ligas de cobre

As ligas de cobre são obtidas pela adição de quantidades adequadas de elementos como silício, zinco e alumínio ao cobre e submetidas a um tratamento de liga. Essas ligas têm resistência e tenacidade que atendem aos requisitos de uso. De acordo com sua composição química, as ligas de cobre são divididas em latão, cuproníquel e bronze. De acordo com seus métodos de produção, as ligas de cobre são divididas em ligas de cobre forjadas e ligas de cobre fundidas. As mais usadas na indústria são o latão e o bronze.

1) Latão

O latão é uma liga de cobre com zinco (Zn) como o principal elemento de liga, nomeado por sua cor dourada. O latão é dividido em latão comum e latão especial com base em sua composição. O latão comum é uma liga binária composta de cobre e zinco.

Quando w_Zn <32%, à medida que a fração de massa de zinco aumenta, a resistência e a dureza do latão aumentam, e ele tem boa plasticidade, sendo comumente usado para processamento de deformação a frio;
Quando w_Zn está entre 30% e 32%, sua plasticidade é a mais alta;
Quando w_Zn está entre 32% e 45%, enquanto a resistência continua a aumentar, a plasticidade diminui um pouco, esse tipo de latão é adequado para o processamento de deformação a quente;
Quando w_Zn >45%, a resistência e a plasticidade do latão diminuem drasticamente, e ele não tem valor prático na produção.

O latão comum é dividido em latão processado e latão fundido de acordo com diferentes métodos de produção.

O latão especial é uma liga de cobre formada pela adição de elementos como chumbo (Pb), alumínio (Al), estanho (Sn) e silício (Si) ao latão comum e é chamado de latão de chumbo, latão de alumínio, latão de estanho, latão de silício etc.

A adição de chumbo pode melhorar a usinabilidade e a resistência ao desgaste;
A adição de alumínio pode aumentar a força, a dureza e a resistência à corrosão, além de reduzir a tendência do latão a rachar;
A adição de silício pode melhorar o desempenho da fundição e ajudar a aumentar sua força e resistência à corrosão;
O estanho pode melhorar a resistência à corrosão e reduzir a tendência de rachaduras por corrosão sob tensão;
Se o latão especial contiver menos elementos de liga e tiver maior plasticidade, ele será chamado de latão especial processado;
Se ele contiver mais elementos de liga e tiver melhor resistência e capacidade de fundição, será chamado de latão especial fundido.

2) Bronze

O bronze é uma liga de cobre diferente do latão e do cuproníquel (liga de cobre e níquel). De acordo com os diferentes métodos de produção, ele pode ser dividido em bronze processado e bronze fundido; de acordo com as diferentes composições, ele pode ser dividido em bronze comum e bronze especial.

Guia essencial para tipos e usos comuns de metais