O mercado brasileiro de geradores eólicos, em franca expansão em nosso país atualmente, utiliza-se de parafusos e fixadores fabricados em quatro tipos básicos de aços, a saber (Tabela 1).

As diferenças de composição quí­mica, bem como o efeito dos diferentes elementos de liga de cada tipo de aço, definem as propriedades mecânica obtidas no tratamento térmico, em particular no que ser refere à tempera­bilidade. Assim a profundidade na qual é possível a obtenção de Martensita bem como a máxima dureza mudam de aço para aço, e também para diferentes bitolas.

Igualmente, as diferenças de temperabilidade vão interferir nos valores dos demais ensaios utilizados neste tipo de peça, tais como ensaios de impacto e ensaios de tração.

Importante observar que as espe­cificações do mercado de Geradores Eólicos é similar ao mercado de Óleo e Gás, e os dados do presente trabalho poderão ser utilizados igualmente nos dois mercados, ressalvadas as diferenças especificadas em norma. A Fig. 1 ilustra um parafuso de bitola M64 típico.

 

 Requisitos deste Mercado para Tratamentos Térmicos - Normas

Os grandes players deste mercado terceirizam a fabricação de parafu­sos, porcas e fixadores em geral com diversas empresas, tendo em comum as especificações:

  1. Todas devem atender aos requisi­tos da ISO 898-1_2009E, Mechanical Properties of fasteners made of carbon steels and alloy steels – Part 1, Interna­tional Standard 2009, 4ª edição. Esta norma estabelece as condições físico, químico e mecânicas de parafusos, porcas e fixadores, fabricados em aço Carbono e baixa Liga para uso na faixa de temperaturas de 10 a 35ºC, com bitolas variando de M1,5 a M39, rosca grossa e fina de M8 x 1 a M39 x 3;
  2. Não há até o momento uma es­pecificação comum a todos os players, mas quando há algum requisito espe­cial, há uma negociação à parte com desvio em relação à ISO 898;
  3. O mercado de geradores eólicos ainda não especifica esta necessidade, mas para componentes similares, a indústria do óleo e Gás, exige fornos que atendam às especificações da API 6A, particularmente no que se refere à avaliação de acuracidade e uniformida­de de temperatura;
  4. Apesar do mercado não exigir diretamente a API 6A, há uma exigên­cia tácita dos equipamentos de tempera atenderem aos requisitos gerais da norma AMS2750E, que regulamenta os procedimentos e requisitos de fornos em termos de pirometria;
  5. Para as situações em que as bito­las superam as cobertas pela ISO 898, em particular a preparação de corpos de prova para ensaios mecânicos, há uma negociação entre as partes para adaptações que permitam atendimento da norma;
  6. A norma 898-1 cobre uma ampla faixa de requisitos mecânicos, mas em princípio, o mercado tem trabalhado invariavelmente na faixa do 10.9 (1000 Mpa nominal no valor de Limite de Resistencia);
  7. De acordo com os principais fabricantes, o consumidor final exige um relatório, a cada lote, executado em empresa certificada, contendo os resultados de ensaios mecânicos e metalográficos - ensaio de tração (limite de resistência, limite de escoa­mento, alongamento, redução de área), impacto (Ensaio Charpy V-notch), dureza (superfície, núcleo e microdure­za superficial), composição química, e microestrutura.

 

Características dos Aços

Temperabilidade: o principal requisito para os aços utilizados neste mercado é a temperabilidade. A Norma ISO 898 – 1 exige valores da ordem de 32 a 39 HRC, para a classe 10.9. Enten­da-se o termo temperabilidade como a “capacidade de um aço, no processo de tempera, permitir transformação mar­tensítica, a uma dada profundidade” [3].

A temperabilidade de um aço depende essencialmente da composi­ção química, sendo o C o elemento de liga mais importante. De fato, o teor de C define a temperabilidade de um aço, interferindo, inclusive, na dureza máxima obtida conforme a Fig. 2, mas deve-se considerar também o efeito dos elementos de liga, que em geral con tribuem positivamente para a temperabilidade do aço. Uma forma muito prática e simples de avaliar a temperabilidade de um aço, é o Ensaio Jominy [5], que correlaciona a dureza obtida em função da velocidade de resfriamento na tempera. A grande maioria dos aços carbono e baixa liga tem os dados de ensaio disponíveis na literatura, e são conhecidos como CURVAS JOMINY. As Figs. 3 e 4 ilustram algumas da curvas Jominy disponíveis.

 

Avaliação dos Aços Utilizados no Mercado Eólico

A observação das composições químicas dos aços na tabela 1, de imediato nos traz a variação no teor de C, de 0,36% a 0,45%, indicando que os aços AISI 4340 e 4142 Mod., tem a temperabilidade substancialmente mais elevada. Some-se a isso teores elevados de Molibdenio (que tem grande efeito na temperabilidade) e temos os principais candidatos para melhor seleção de aço para este tipo de aplicação, vale dizer aqueles que vão atingir melhores propriedades mecânicas tratados nas mesmas condições. A comparação entre os aços AISI 4340 e AISI 4140, pela curvas Jominy, mostra também a nítida vantagem no uso do AISI 4340 em termos de obtenção de propriedades mecânicas. A linha vermelha indicada nos gráficos, corresponde à barra de bitola 60 mm, dureza tomada no centro, na condição temperada em óleo, ambos materiais austenitizados a 845ºC. O AISI 4340 apresenta dureza na faixa de 48/58 HRC enquanto que o AISI 4140 vai de 36/54 HRC.

 

Conclusão

Esta parte do trabalho tem a intenção somente de alinhar as informações disponíveis no mercado eólico, no que se refere aos tipos de aços utilizados, e as normas que regem suas propriedades e especificações. A segunda parte do trabalho, deverá discutir os resultados com diferentes bitolas, dos 4 tipos de aços usados, e tentar estabelecer uma “tabela” que oriente o projetista quanto ao tipo de aço a ser utilizado em função da bitola e da dureza especificadas, considerando que cada um dos aços tem preços diferentes, impactando nos custos industriais.

 

 Referências

  1. Atlas of isothermal Transformation and Coolling Transformation Diagrams, ASM, 1977, USA
  2. INTERNATIONAL STANDARD, ISO 898-1, Mechanical Properties of fasteners, made for carbono steels and low alloy steels; 4th ed., 2009, Switzerland
  3. MEI, Paulo, COSTA E SILVA, André Luiz da, AÇOS E LIGAS ESPE­CIAIS, Eletrometal, 2ª. Ed, 1988
  4. METALS HANDBOOK, vol. 1, 10ª. Ed., ASM International, Ohio Park, USA, 1990.
  5. CANALE, Lauralice, TEMPERABILIDADE, notas de aula, https://www.edisciplinas.usp.br/pluginfilePHP/3629506/mod_resource/con­tent/1/aula%2012%20Temperabilidade%20laura.pdf

PARA MAIS INFORMAÇÕES:

Contate Shun Yoshida, engenheiro metalurgista, responsável por Engenharia e Desenvolvimento na Combustol Tratamento de Metais Ltda; e-mail: engenharia.tratamento@combustol.com.br; web: www.combustol.com.br.