Os aços padrão são a espinha dorsal da manufatura de precisão moderna. De componentes automotivos e conexões aeroespaciais a dispositivos médicos e máquinas industriais, os aços padrão são os materiais de engenharia mais amplamente utilizados do planeta. Se você está adquirindo peças de aço usinadas em CNC, entender as diferentes famílias de aços padrão — suas propriedades, seus sistemas de numeração e como são usinadas — é essencial para escolher o material certo para o seu projeto.

Neste guia, detalhamos o que são os aços padrão, como são classificados e como parceiros líderes de usinagem de precisão OEM, como Shengmaisi Hardware transformar aços padrão em componentes de tolerância apertada e prontos para uso.

Aços padrão são o termo genérico para uma grande família de ligas ferro-carbono que são maleáveis dentro de uma certa faixa de temperatura imediatamente após a solidificação a partir do estado fundido. Eles são produzidos pelo refino de ferro-gusa e sucata de ferro e aço em um forno, removendo elementos indesejáveis e, em seguida, adicionando elementos desejáveis em quantidades predeterminadas.

As principais matérias-primas utilizadas na fabricação do aço são minério de ferro, carvão e calcário. Esses materiais são convertidos em um alto-forno em ferro-gusa, que contém quantidades consideráveis de carbono, manganês, enxofre, fósforo e silício. O ferro-gusa é duro e quebradiço e não é adequado para processamento direto em formas forjadas. A fabricação do aço refina o ferro-gusa — bem como a sucata de ferro e aço — removendo elementos indesejados do fundido e adicionando por liga os elementos que proporcionam as propriedades que os projetistas necessitam.

Uma reação primária na maioria da produção de aço é a combinação de carbono dissolvido com oxigênio para formar um gás. Se o oxigênio dissolvido não for removido do banho antes ou durante o vazamento, produtos gasosos continuam a evoluir durante a solidificação. O grau de desoxidação afeta diretamente as propriedades do aço acabado e como ele se comporta durante a usinagem:

— fortemente desoxidado; nenhum gás é liberado durante a solidificação, e o aço permanece estável no molde. Os aços acalmados são homogêneos, uniformes e preferidos para componentes tratados termicamente e altamente solicitados.

— parcialmente desoxidado; uma quantidade limitada de gás é liberada durante a solidificação.

— um grau de transição com evolução controlada de gás após um período inicial de estabilidade.

— levemente desoxidado; evolução significativa de gás produz uma superfície rimmed ou em camadas. Os aços rimmed têm uma pele externa dúctil e limpa, mas são menos uniformes ao longo da seção transversal.

Para aplicações críticas de usinagem CNC, práticas especiais de desoxidação e tratamentos a vácuo podem ser especificados para reduzir o hidrogênio e o nitrogênio dissolvidos, que de outra forma causam porosidade, trincas ou inconsistência em peças usinadas de precisão.

O teor de carbono dos aços comuns varia de alguns centésimos de por cento a cerca de 1 por cento. Todos os aços também contêm quantidades variáveis de outros elementos — principalmente manganês, que atua como desoxidante e facilita a conformação a quente. Silício, fósforo e enxofre também estão sempre presentes, ainda que apenas em quantidades residuais.

Outros elementos podem aparecer como resíduos trazidos das matérias-primas e da prática de fabricação de aço, ou como elementos de liga intencionais adicionados para alterar dureza, resistência, microestrutura, resistência à corrosão, conformabilidade e usinabilidade.

Os aços forjados são classificados sistematicamente com base na composição química, prática de desoxidação, método de acabamento ou forma do produto. A composição química é a base mais comum para atribuir designações padrão. Os aços padrão dividem-se em três grandes famílias: aços carbono, aços liga e aços inoxidáveis.

Um aço é qualificado como aço carbono quando seu teor de manganês é limitado a no máximo 1,65%, silício a no máximo 0,60% e cobre a no máximo 0,60%. Além dos desoxidantes e, quando especificado, do boro, nenhum outro elemento de liga é adicionado intencionalmente — embora residuais possam estar presentes. Se elementos incidentais forem prejudiciais para uma aplicação especial, limites máximos aceitáveis podem ser especificados no desenho ou na ordem de compra.

Ao contrário da maioria dos aços-liga, os aços-carbono são mais frequentemente utilizados sem tratamento térmico final. No entanto, podem ser recozidos, normalizados, cementados ou temperados e revenidos para melhorar o desempenho de fabricação ou as propriedades mecânicas. Os aços-carbono podem ser acalmados, semiacalmados, tampados ou efervescentes, e o método de desoxidação pode ser especificado quando necessário.

Os graus comuns de aço-carbono usinados em CNC incluem AISI 1018, 1020, 1045 e 12L14 (de usinagem livre). Esses graus são econômicos, facilmente disponíveis e respondem bem ao torneamento, fresamento, perfuração e roscamento em centros de usinagem CNC de 3 e 4 eixos.

Os aços-liga incluem todos os graus que excedem os limites de teor de elementos do aço-carbono, bem como os graus aos quais outros elementos são deliberadamente adicionados dentro de faixas específicas ou teores mínimos para melhorar as propriedades mecânicas, as características de fabricação ou qualquer outro atributo do aço. Por essa definição ampla, os aços-liga abrangem todos os aços que não sejam aços-carbono; por convenção, no entanto, os aços contendo mais de 3,99% de cromo são tratados como "tipos especiais" — que incluem os aços inoxidáveis e muitos aços-ferramenta.

Em um sentido prático, o termo aço-liga refere-se a graus que contêm uma quantidade moderada de elementos de liga (aproximadamente 1–4%) que geralmente dependem de tratamento térmico para desenvolver suas propriedades mecânicas específicas. Os aços-liga típicos usados na usinagem CNC de precisão incluem 4140, 4340, 8620 e 6150. Os aços-liga são sempre acalmados, e práticas especiais de desoxidação ou fusão — incluindo fusão a vácuo — podem ser especificadas para aplicações críticas. Como os aços-liga são mais sensíveis a operações térmicas e mecânicas, eles exigem cuidado extra durante toda a fabricação, e é por isso que trabalhar com um parceiro experiente em usinagem CNC é importante.

Os aços inoxidáveis são aços de alta liga valorizados pela sua resistência superior à corrosão em comparação com os aços carbono e os aços de baixa liga convencionais. Essa resistência à corrosão provém principalmente do crómio. Os aços inoxidáveis contêm geralmente pelo menos 10% de crómio; na prática dos Estados Unidos, os graus com apenas 4% de crómio também são incluídos na família dos aços inoxidáveis e resistentes ao calor. Poucos aços inoxidáveis excedem 30% de crómio ou descem abaixo de 50% de ferro.

Os aços inoxidáveis padrão são divididos em três grupos com base na sua microestrutura:

Os graus austeníticos são não magnéticos na condição recozida (embora alguns se tornem ligeiramente magnéticos após trabalho a frio). Eles podem ser endurecidos apenas por trabalho a frio, não por tratamento térmico, e combinam excelente resistência à corrosão e ao calor com boas propriedades mecânicas em uma ampla faixa de temperatura. O grau mais amplamente utilizado é o 18-8 (Cr-Ni), mais conhecido como aço inoxidável 304 — o grau austenítico de uso geral. Mais de 20 modificações derivam dele, incluindo:

Os graus ferríticos são sempre magnéticos e contêm cromo, mas não níquel. Eles podem ser endurecidos até certo ponto por trabalho a frio, mas não por tratamento térmico, e combinam resistência à corrosão e ao calor com propriedades mecânicas moderadas e acabamento decorativo. O grau ferrítico básico contém 17% de cromo (por exemplo, aço inoxidável 430). Os graus ferríticos são geralmente restritos a uma faixa mais estreita de ambientes corrosivos do que os graus austeníticos.

Os graus martensíticos são magnéticos e podem ser endurecidos por têmpera e revenimento. Contêm crómio e, com duas exceções, não contêm níquel. O grau martensítico básico contém cerca de 12% de crómio (por exemplo, aço inoxidável 410). Existem mais de 10 composições padrão na série martensítica — algumas modificadas para usinagem livre, outras com pequenas adições de níquel ou outros elementos para melhorar as propriedades mecânicas ou a resposta ao tratamento térmico. Ainda outras têm um teor de carbono bastante aumentado, situando-se na gama dos aços-ferramenta e podendo ser endurecidas até aos níveis mais elevados de todos os graus de aço inoxidável (por exemplo, 440C). Os aços inoxidáveis martensíticos destacam-se em ambientes pouco agressivos, como atmosfera, água doce, vapor e ácidos fracos, mas não são adequados para soluções severamente corrosivas.

Vários sistemas de numeração foram desenvolvidos por associações comerciais, sociedades de engenharia, organizações de normalização e grupos industriais. Os principais sistemas que o seu parceiro de usinagem CNC pode referenciar incluem:

— American Iron and Steel Institute

— Society of Automotive Engineers

— American Society for Testing and Materials

— American National Standards Institute

— American Society of Mechanical Engineers

— American Welding Society

O Sistema de Numeração Unificado (UNS) foi desenvolvido conjuntamente pela ASTM e pela SAE para correlacionar os diferentes sistemas de numeração e eliminar a confusão quando múltiplos identificadores se referem ao mesmo material — ou quando o mesmo número se refere a dois materiais completamente diferentes. Um número UNS não é uma especificação; é um código de identificação. Cada número UNS consiste em um prefixo de letra seguido por cinco dígitos. Por exemplo, o número UNS para o aço AISI 1020 é G10200. O prefixo de letra frequentemente indica a família do metal — A para alumínio, C para cobre e G para aços carbono e liga.

Quando você envia um desenho ou RFQ para um fornecedor de usinagem CNC, especificar o grau AISI/SAE (ou o número UNS) juntamente com a condição exigida — laminado a quente, trefilado a frio, recozido, normalizado, temperado e revenido — garante que suas peças sejam usinadas a partir do material correto todas as vezes.

Os aços forjados são os mais amplamente utilizados entre todos os materiais de engenharia, pois oferecem uma gama incomparável de formas, acabamentos, resistências e faixas de temperatura utilizáveis. Nenhum outro material oferece versatilidade comparável para o design de produtos. Especificamente para usinagem CNC, os aços padrão oferecem várias vantagens práticas:

— graus como 12L14, 1144, 303 e 416 são projetados para controle de cavacos e longa vida útil da ferramenta.

— química padronizada e resposta ao tratamento térmico significam que as peças funcionam conforme projetado, lote após lote.

— barras, chapas e placas de aço padrão estão disponíveis em todo o mundo, encurtando prazos de entrega e reduzindo o custo do material.

— para componentes estruturais e de suporte de carga, os aços padrão oferecem relações resistência-custo que poucos materiais conseguem igualar.

— os aços padrão aceitam galvanoplastia, anodização (em variantes de baixo carbono), pintura a pó, passivação e acabamentos de óxido negro.

A Shengmaisi Hardware é um fabricante líder de usinagem de precisão OEM dedicado a fornecer soluções de fabricação integradas para peças de aço padrão — de protótipos rápidos à produção em larga escala. Com mais de 20 unidades de centros de usinagem CNC de 3 eixos, 4 eixos e 5 eixos, além de equipamentos de retificação de precisão, produzimos componentes de aço personalizados em aço carbono, aço liga, aço inoxidável, titânio e alumínio com tolerâncias apertadas de até ±0,01 mm.

Como fabricante certificado pela ISO 9001, apoiamos clientes no exterior com:

Se o seu projeto exige buchas de aço carbono de usinagem livre, eixos de aço liga tratados termicamente ou conexões de aço inoxidável resistentes à corrosão, nossa equipe pode ajudá-lo a selecionar o grau de aço padrão correto e usiná-lo conforme o desenho. Solicite um orçamento gratuito hoje e descubra por que compradores globais confiam na Shengmaisi Hardware para peças de precisão em aço CNC.