O Que Torna a Barra de Aço 1045 Ideal para a Fabricação de Parafusos de Alta Resistência?

As propriedades mecânicas da barra de aço 1045 que permitem o desempenho de parafusos classe 8.8+ (resistências à tração e ao escoamento): conformidade com as especificações da norma ISO 898-1 para parafusos destinados a aplicações estruturais

barras de aço 1045, quando temperadas e revenidas de forma ideal, podem atingir resistências à tração superiores a 800 MPa e resistências ao escoamento superiores a 640 MPa, o que é mais do que suficiente para superar os requisitos da classe 8.8 para parafusos conforme a norma ISO 898-1. A microestrutura homogênea do aço permite uma distribuição uniforme das tensões em toda a seção transversal do parafuso, incluindo as roscas e a cabeça do fixador. Essa distribuição uniforme é fundamental para manter e sustentar a força de aperto no fixador quando há cargas cortantes repetitivas e condições dinâmicas de aperto causadas por vibrações ou oscilações nas estruturas e equipamentos industriais montados. A falha de um parafuso em estruturas e conjuntos de máquinas e equipamentos industriais representa riscos graves de segurança e gera perdas produtivas onerosas devido à paralisação. Assim, a confiabilidade dos parafusos é crucial. Sinergia entre dureza e ductilidade: preservação da integridade das roscas e da confiabilidade das juntas

Devido ao teor de carbono, aproximadamente entre 0,43 e 0,50 por cento, os materiais atingem uma dureza de 25 a 32 na escala Rockwell, após tratamento térmico. Esse nível de dureza é suficiente para evitar o desgaste das roscas durante a instalação dos componentes e ainda permite uma alongação de aproximadamente 10 a 15 por cento antes da fratura. O material mantém sua ductilidade e é flexível o suficiente para evitar trincas, o que é de grande importância para componentes de equipamentos agrícolas ou máquinas de construção submetidos a impactos ou cargas repetidas. Durante a montagem, aplica-se a força de contração ou o torque, e o metal alonga-se mais ao longo do comprimento do parafuso, sem que as roscas ou o raio dos furos fiquem mais suscetíveis à falha. O resultado prático é um aprimoramento no tratamento de juntas soltas e na redução dessas falhas irritantes.

ISO 898-1: Propriedades mecânicas de elementos de fixação fabricados em aço carbono e aço-liga

Composição química da barra de aço 1045: equilíbrio preciso entre resistência e usinabilidade

Parafusos estruturais exigem uma proporção específica de carbono e manganês. Uma composição total de carbono inferior a 0,43% resulta em baixa resistência, enquanto valores inferiores a 0,5% tornam-nos excessivamente frágeis. Embora o aço de baixo teor de carbono seja frágil, o aço de alto teor de carbono (frágil e pouco resistente) também apresenta baixo teor de carbono. O carbono no aço é responsável pela resistência, especialmente após tratamento térmico, elevando a resistência à tração acima de 620 MPa. O manganês confere ao aço uma estrutura cristalina homogênea (antitóxica) e melhora sua fluidez (quando aquecido), resultando em uma estrutura cristalina mais fraca (reduzindo a probabilidade de pontos de tensão no produto final, antitóxica).

A formulação dos parafusos é o que a torna ideal. Ela produz consistentemente uma relação de tração entre 0,6 e 0,8, que é o exigido pela norma ISO 898-1 para fixadores da classe 8.8. É também vantajoso que não haja ligas exóticas na composição (sem cromo nem molibdênio), permitindo que os fabricantes a produzam em grande escala e a baixo custo.

A razão para a versatilidade do tratamento térmico do metal: alcance eficaz das classes de resistência-alvo no tratamento térmico da barra de aço 1045

1045 móvel: têmpera e revenimento versus 1045 AN-CD: perda de resistência à tração (MPa) e alongamento

O processo de têmpera e revenimento do aço 1045 transforma-o em martensita revenida. Esse processo torna-o resistente o suficiente para a fabricação de parafusos classe 8.8. Esses parafusos apresentam uma tensão de escoamento de aproximadamente 580 MPa e uma tensão de tração de cerca de 670 MPa. Esse processo de têmpera e revenimento do aço 1045, contudo, possui uma desvantagem: a porcentagem de alongamento diminui. Trata-se de um contraste acentuado em comparação com o alongamento de 20% encontrado na sua versão recozida (AN). No entanto, essa importância é justificada quando se trata de juntas sujeitas a cargas.

A trefilação a frio é excepcional para atingir as dimensões desejadas e a qualidade superficial, mas acarreta custos. Mais notavelmente, reduz a resistência ao impacto. Por essa razão, costumamos restringir componentes trefilados a frio a aplicações nas quais as forças de tração não serão elevadas. A tabela a seguir ilustra uma comparação das propriedades mecânicas em diferentes condições.

Evitando a superendurecimento: preservando a tenacidade para aplicações com cargas dinâmicas

Obter o controle térmico correto é de grande relevância para as propriedades do material. Se a austenitização não for realizada acima de 820 graus Celsius, teremos zonas frágeis no material. Por outro lado, a têmpera acima de 600 graus resultará em uma dureza inferior a 25 HRC, o que tornará o material suscetível a forças de cisalhamento. A região "ideal" situa-se entre 400 e 550 graus Celsius, onde o centro do material é suficientemente tenaz para suportar impactos (aproximadamente 27 joules nos ensaios Charpy), ao mesmo tempo em que atinge o nível de dureza exigido acima da classe 8.8. Também são necessárias taxas de resfriamento mais lentas para a formação de zonas frágeis. Demonstrou-se que manter as taxas de resfriamento abaixo de trinta graus por segundo evita a formação desses carbetos indesejáveis ao longo dos contornos de grão. Esta etapa reduzirá significativamente a corrosão sob tensão e a fadiga que ocorrem quando os componentes são submetidos a vibrações ou ciclos repetidos de aquecimento.

Liderança em Custo-Desempenho: Barra de Aço 1045 vs. Alternativas Comuns de Aço para Parafusos

Na fabricação de parafusos classe 8.8+, a barra de aço 1045 é uma das melhores opções para equilibrar desempenho e custo. Em comparação com alternativas de baixo teor de carbono, como o aço 1018, o 1045 oferece 30 a 50 por cento mais resistência à tração, com apenas 15 a 20 por cento a mais de custo material. Trata-se de uma consideração importante, pois o aço 1018 não consegue atender às exigências mínimas de resistência em muitas aplicações. Por outro lado, o aço de alta liga 4140 exige um tratamento térmico complexo e dispendioso, com um custo adicional de 50 a 70 por cento no material e maior consumo de tempo devido ao elevado consumo energético. A liga de aço 1045 é desejável porque alcança níveis elevados de resistência mediante um processo de tratamento térmico mais simples e menos custoso — têmpera e revenimento —, reduzindo os custos totais de produção em aproximadamente 25 por cento em comparação com ligas especiais, mantendo, contudo, desempenho adequado em conexões estruturais exigentes, onde qualquer falha é inaceitável.

Seção de Perguntas Frequentes

Quais características mecânicas o aço 1045 possui que o tornam adequado para parafusos classe 8.8?
o aço 1045 apresenta boa ductilidade, alta resistência à tração e à deformação plástica (escoamento), além de elevados níveis de dureza — todas características adequadas para parafusos classe 8.8, pois lhes conferem a capacidade de suportar níveis extremos de tensão e vibração.

Qual é a importância da composição química do aço 1045?
A composição química do aço 1045 é fundamental, pois a combinação de carbono e manganês determina sua resistência e usinabilidade, ao mesmo tempo que evita excessiva fragilidade, além de estar em conformidade com as normas ISO.

Quais são os efeitos do tratamento térmico nas propriedades do aço 1045?
Os efeitos do tratamento térmico sobre o aço 1045 variam conforme o tipo de tratamento aplicado. Por exemplo, a têmpera seguida de revenimento aumenta sua resistência, tornando-o adequado para aplicações sujeitas a altas cargas, enquanto a recozimento e a trefilação a frio proporcionam diferentes graus de alongamento e resistência à tração.
Quais são as vantagens do aço 1045 em comparação com outras alternativas de aço para parafusos?
Em comparação com aços de menor teor de carbono, como o 1018, o aço 1045 é mais econômico e oferece maior resistência à tração, além de ser menos caro do que alternativas de alta liga, como o 4140.