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Aco Alta Liga
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12/03/2014
1
AOS FUNDIDOS
DE ALTA LIGA
Guido Warmling
Abril 2014
AOS DE ALTA LIGA
12/03/2014
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AOS FUNDIDOS DE ALTA LIGA
PARTE 01
CARACTERIZAO
AOS FUNDIDOS DE ALTA LIGA
Somatrio dos elementos de liga > 8%
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AOS RESISTENTES:
1. CORROSO (Inoxidveis):
Ferrticos;
Martensticos;
Duplex.
2. AO CALOR (Refratrios);
3. A BAIXA TEMPERATURA (Criognicos);
4. AO DESGASTE (Ferramenta).
So utilizados aos liga sempre que os materiais forem
expostos a condies extremas de meio (corrosivo, alta
temperatura, baixa temperatura, abraso, eroso) e
normalmente a propriedade assegurada pelo elemento de
liga que caracteriza o ao, por exemplo cromo, Cr-Mo, Mn
(Hadfield).
NOMENCLATURA -ASTM
Primeira letra: Indica para que tipo
de trabalho utilizado:
C Corroso
H Alta temperatura
Segunda letra: Indica o teor de
Cromo-Nquel (A Z)
O nmero que segue as duas letras indica o teor de CARBONO
da liga.
Letras adicionais no final podem indicar a presena de
elementos de liga adicionados.
Ex.: CF-8M Resistente corroso com 19Cr-9Ni 0,08%C + Mo
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AOS INOXIDVEIS
So ligas ferrosas que contem um mnimo de
12% de Cromo para conferir resistncia a
corroso.
Outros elementos podem ser adicionados
para produzir uma microestrutura especfica,
maior resistncia a corroso ou propriedades
mecnicas para trabalhos em servios especficos.
O Cromo favorece maior estabilidade estrutural,
pois evita formao de Carboneto de Ferro
(muito instvel), alm de formar xidos estveis
que aderem Superfcie.
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AOS INOXIDVEIS
Passividade Formao de xido protetor (Cr2O3).
Quanto maior o teor de Cromo mais estvel o xido que se forma na
superfcie do material.
AOS INOXIDVEIS
Diagrama de SCHAEFFLER
Aplicvel soldagem, mas d uma ideia das estruturas formadas em funo
dos teores de Creq e Nieq. Permite separar os campos onde podem ser
formados defeitos.
Austentico: Trincas a
quente;
Martenstico: Trincas
a frio;
Ferrtico: Perda de
tenacidade (possvel
formao de fase sigma).
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AOS INOXIDVEIS
Diagrama de fases binrio Fe-Cr.
10,5% at 12 % de cromo
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AOS INOXIDVEIS
Mo
Cr Ti
Mn
AOS INOXIDVEIS
6%Cr 12%Cr 18%Cr
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1. RESISTENTES A CORROSO (ASTM/ACI)
Liga
Fundida Liga
Trabalhada Microestrutura
Composio (%)
Cr Ni Mo Si Mn P S C Outros
Aos ao Cromo
CA-15 410 Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.50 1.50 1.00 0.04 0.04 0.15
CA-15M ---- Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.15-1.00 0.65 1.00 0.04 0.04 0.15
CA-40 420 Martenstica 11.5-14.0 1.00 0.50 1.50 1.00 0.04 0.04 0.20-0.40
CB-30 431,442 Ferrita+Carbonetos 18.0-21.0 2.00 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.30
CC-50 446 Ferrita+Carbonetos 26.0-30.0 4.00 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.50
Aos Cromo-Nquel
CA-6NM --- Martenstica 11.5-14.0 3.50-4.50 0.40-1.00 1.00 1.00 0.04 0.03 0.06
CB-7Cu 17-4PH Martenstica-AH 15.5-17.0 3.60-4.60 --- 1.50 1.00 0.04 0.04 0.07 2.30-3.30 Cu
CD-4MCu --- Austenita em ferrita - AH 25.0-26.5 4.75-6.00 1.75-2.25 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 2.75-3.25 Cu
CE-30 --- Ferrita em Austenita 26.0-30.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.30
CF-3 304L Ferrita em Austenita 17.0-21.0 8.00-12.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.03
CF-8 304 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.08
CF-20 302 Austenita 18.0-21.0 8.00-11.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.20
CF-3M 316L Ferrita em Austenita 17.0-21.0 9.00-13.0 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.03
CF-8M 316 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-12.0 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.08
CF-12M --- Ferrita em Austenitaou Austentica 18.0-21.0 9.00-12.0 2.00-3.00 2.00 1.50 0.04 0.04 0.12
CF-8C 347 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-12.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.08 Nb=8xC 1.0 mx.
CF-16F 303 Austentica 18.0-21.0 9.00-12.0 1.50 2.00 1.50 0.17 0.04 0.16 0.20-0.35 Se
CG-8M 317 Ferrita em Austenita 18.0-21.0 9.00-13.0 3.00-4.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.08
CH-20 309 Austentica 22.0-26.0 12.0-15.0 --- 2.00 1.50 0.04 0.04 0.20
CK-20 310 Austentica 23.0-27.0 19.0-22.0 --- 1.75 1.50 0.04 0.04 0.20
Aos Nquel-Cromo
CN-7M 320 Austentica 19.0-22.0 27.5-30.5 2.00-3.00 1.50 1.50 0.04 0.04 0.07 3.4-4.0 Cu
1. RESISTENTES A CORROSO
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1. RESISTENTES A CORROSO
MARTENSTICOS
Boa resistncia a corroso atmosfrica e em meios pouco
agressivos;
Teor de Cromo necessrio para evitar corroso.
AUSTENTICOS
Excelente resistncia a corroso;
Manipulao de cido sulfrico;
Alto teor de Cromo e Carbono
FERRTICOS
No endurecveis por tratamento trmico;
Boa resistncia a corroso localizada em vrios meios.
AUSTENTICOS-FERRTICOS
5 40% de Ferrita, depende da sua composio.
1. RESISTENTES A CORROSO
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RESISTENTES A CORROSO AOS INOXIDVEIS
1. RESISTENTES A CORROSO
1. RESISTENTES A CORROSO
DUPLEX
Excelente resistncia a trincamento (corroso sob tenso);
40 50% de Ferrita;
Baixo teor de Nquel.
Segunda gerao:
Presena de 0,15 0,25% Nitrognio;
Produzidos por refino eletrnico, vcuo e argnio-oxignio
decarburizao ou fuso em forno induo a vcuo;
Excelente resistncia a corroso localizada;
Excelente resistncia a corroso galvnica;
Boa resistncia a cloretos;
Boa Tenacidade.
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1. RESISTENTES A CORROSO
1. RESISTENTES A CORROSO
ENDURECIDOS POR PRECIPITAO
CB-7Cu e CD-4MCu.
Baixo Carbono para menores percentuais de Austenita retida
ou Ferrita;
O Cobre precipita na martensita quando sofre tratamento
trmico.
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2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
Devem resistir a temperaturas acima de
650C (1200 F) que envolvem a
aplicao de meios agressivos como: ar,
gases fludos ou gases de processos
produtivos.
Aos carbono e baixa liga tambm tem
propriedades mecnicas e resistncia a
corroso a elevadas temperaturas mas,
somente os aos de alta liga, mantm
estas propriedades por longos perodos
sem excessiva ou imprevisvel
degradao.
Tipos:
Ligas de Ferro-Cromo
Ligas de Ferro-Cromo-Nquel
Ligas de Ferro-Nquel-Cromo
2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
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Composies Bsicas
Liga Equivalncia
Composio (%)
C Mn Si P S Cr Ni Mo
HA ---- 0.20 0.35-0.65 1.00 0.04 0.04 8.0-10.0 --- 0.90-1.20
HC 446 0.50 1.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 4.00 0.50a
HD 327 0.50 1.50 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 4.0-7.0 0.50a
HE --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 8.0-11.0 0.50a
HF 302B 0.20-0.40 2.00 2.00 0.04 0.04 18.0-23.0 8.0-12.0 0.50a
HH 309 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 24.0-28.0 11.0-14.0 0.50a
HI --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 26.0-30.0 14.0-18.0 0.50a
HK 310 0.20-0.60 2.00 2.00 0.04 0.04 24.0-28.0 18.0-22.0 0.50a
HL --- 0.20-0.60 2.00 2.00 0.04 0.04 28.0-32.0 18.0-22.0 0.50a
HN --- 0.20-0.50 2.00 2.00 0.04 0.04 19.0-23.0 23.0-27.0 0.50a
HP --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 24.0-28.0 33.0-37.0 0.50a
HT 330 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 15.0-19.0 33.0-37.0 0.50a
HU --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 17.0-21.0 37.0-41.0 0.50a
HW --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 10.0-14.0 58.0-62.0 0.50a
HX --- 0.35-0.75 2.00 2.50 0.04 0.04 15.0-19.0 64.0-68.0 0.50a
a) Molibdnio no foi adicionado intencionalmente
2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
Ligas de Ferro-Cromo (HA, HC, HD) Ferrticos;
Baixa ductilidade a temperatura ambiente;
8 30% Cromo; pouco ou nenhum Nquel.
Ligas de Ferro-Cromo-Nquel (HE, HF, HH, HI, HK, HL) Austenticos e alguns contm um pouco de Ferrita;
Melhor resistncia e ductilidade a alta temperatura que o anterior;
Moderada resistncia a ciclos trmicos;
18% Cromo e 8% de Nquel.
Ligas de Ferro-Nquel-Cromo (HN, HP, HT, HU, HW, HX) Austentico;
Alta resistncia a elevadas temperaturas;
Considervel resistncia a ciclos e gradientes trmicos;
10% Cromo e +23% de Nquel.
2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
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FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
FERRITA EM AOS INOXIDVEIS:
- No pode ser endurecido por tratamento trmico;
- So magnticos;
- Excelente ductilidade e resistncia a corroso e oxidao;
- Nvel de Cromo entre 10,5% e 40% (Tpico 12% ou mais);
- Carbono em percentuais menores que 0,20%.
03 MOTIVOS PRINCIPAIS:
- Aumentar a resistncia mecnica,
- Melhorar a soldabilidade e
- Maximizar a resistncia a corroso
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FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
Caracterstica e Efeito da Ferrita Delta
As caractersticas da ferrita delta principalmente magntica e
resistente a corroso; geralmente indesejvel em aos
inoxidveis austenticos. Sua presena na zona de fuso em
pea soldadas tem ponto positivo. Teores de min. 4% e mx
6% em volume apresenta como partculas isoladas; valores
maiores que 10% em volume forma rede contnua.
O seu efeito positivo em peas soldadas, que tem maior
capacidade, comparado com a austenita, de dissolver
elementos formadores de eutticos de baixo ponto de fuso,
tais como Nb, Si, P e S, tendo assim maior capacidade de
acomodar tenses trmicas provenientes do resfriamento.
Minimiza o surgimento de trincas a quente:
Se deve menor segregao de P, S e outros elementos de
baixo ponto de fuso;
Maior tendncia a homogeneizao da composio qumica
durante a solidificao comparando-se austenita.
Caracterstica e efeito da ferrita delta
FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
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FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
Importante:
Balanceamento Ferrita x
Austenita (Duplex)
Austentico : problemas de
soldabilidade (microfissuras
e trincas a quente).
Duplex:
- Melhora resistncia das
ligas CF a corroso por
Cloretos.
- Melhora resistncia ao
ataque intergranular.
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FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
CONTROLE DA FERRITA
Ferrita Austenita
Cromo
Silcio
Molibdnio
Nibio
Nquel
Carbono
Nitrognio
Mangans
Depende de:
- Variao da Composio Qumica;
- Histrico de fundiao da liga;
- Tamanho da pea, orientao da ferrita,
segregao de elementos e outros fatores.
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FERRITA EM AOS INOXIDVEIS
ESQUEMA DE UM CORTE VERTICAL
DO DIAGRAMA Fe-Cr-Ni PARA UM
TEOR DE CROMO CONSTANTE.
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AOS DE ALTA LIGA
PARTE 02
PROPRIEDADES
MECNICAS
1. RESISTENTES A CORROSO
Martenstico
Ferrtco
Austentico
Austentico
Austentico
Ferrtco
Austentico
Martenstico
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2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
Liga Temperatura: 650C Temperatura: 870C Temperatura: 1095C
Trao Escoam. Along. Trao Escoam. Along
.
Trao Escoam. Along
.
MPa MPa % MPa MPa % MPa MPa %
HD --- --- --- 159 --- 18 --- --- ---
HF 414 217 10 145 107 16 --- --- ---
HH I --- --- --- 127 93 30 --- --- ---
HHII 417 222 14 148 110 18 38 --- ---
HI --- --- --- 179 --- 12 --- --- ---
HK --- --- --- 161 101 16 39 34 55
HL --- --- --- 210 --- --- --- --- ---
HN --- --- --- 140 100 37 43 34 55
HP --- --- --- 179 121 27 52 43 69
HT 292 193 5 130 103 24 41 --- ---
HU --- --- --- 135 --- 20 --- --- ---
HW --- --- --- 131 103 --- --- --- ---
HX 303 138 8 141 121 48 --- --- ---
2. RESISTENTES EM ALTA TEMPERATURA
Resistncia a Fadiga Trmica
- Fluncia do material aumenta com a temperatura
- Projeto da pea ajuda a diminuir o efeito
- Nquel promove maior resistncia a fadiga a quente Ligas HH
Resistncia ao choque trmico
- Mudanas de temperaturas em ciclos trmicos ou rpida.
- Ligas com Nquel so mais resistentes
Resistncia a corroso por gs aquecido
- Variveis como tipo, velocidade, temperatura e natureza da
exposio.
- A melhor liga deve ser escolhida de acordo com a necessidade.
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AOS DE ALTA LIGA
PARTE 03
TRATAMENTO TRMICO
TRATAMENTO TRMICO
AOS FUNDIDOS (REGRA GERAL)
- HOMOGENEIZAO EM TEMPERATURAS ACIMA DE 1095C PARA
PROMOVER UNIFORMIDADE QUMICA E MICROESTRUTURAL.
- MATENSTICOS RECOZIMENTO PLENO RESULTA EM
RECRISTALIZAO E MNIMA DUREZA, MAS MENOS EFETIVO
PARA ELIMINAO DE SEGREGAO QUE A HOMOGENEIZAO.
- HOMOGENEIZAO PROCEDIMENTO COMUM PARA
TRATAMENTOS DE ENDURECIMENTO POR PRECIPITAO.
- IDNTICO AOS MTODOS DE TRATAMENTO DE AOS INOXIDVEIS
DE USINA.
- ATMOSFERA DO FORNO DEVE SER CONTROLADA PARA EVITAR
OXIDAO DO CROMO E COM ISSO DIMINUIR A RESISTNCIA A
CORROSO.
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TRATAMENTO TRMICO
TRATAMENTO TRMICO -
AUSTENTICOS
- NO PODEM SER ENDURECIDOS POR TRATAMENTO TRMICO;
- PODEM SER ENDURECIDOS POR TRABALHO A FRIO;
- APS SOLDA OU PROCESSAMENTO EM TEMPERATURA DEVEM SER
RECOZIDOS PARA OBTER RESISTNCIA A CORROSO E
DUCTILIDADE;
- DURANTE O RECOZIMENTO OS CARBONETOS DE CROMO
INTERGRANULARES, QUE DIMINUEM A RESISTNCA A
CORROSO, SO DISSOLVIDOS;
- CUIDAR COM ALVIO DE TENSES POIS PODE DIMINUIR A
RESISTNCIA A CORROSO.
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TRATAMENTO TRMICO -
FERRTICOS/AUSTENTICOS
- NO SO ENDURECVEIS POR TRATAMENTO TRMICO;
- PODEM SER USADOS AS-CAST SEM A MXIMA RESISTNCIA A CORROSO;
- RECOZIMENTO E ALVIO DE TENSES: AUMENTA A RESISTNCIA A CORROSO E
USINABILIDADE;
- ALTAS TEMPERATURAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO ADEQUADO EVITAM
A CORROSO INTERGRANULAR PROVOCADOS PELA PRESENA DE CARBONETOS
DE CROMO;
- NOS PARCIALMENTE FERRTICOS ESTES CARBONETOS TENDEM A PRECIPITAR EM
SUAS DESCONTINUIDADES, FRAGILIZANDO AOS ATAQUES;
- IDEAL SOLUBILIZAR ESTES CARBONETOS NA MATRIZ DURANTE O
RECOZIMENTO E MANT-LOS EM SOLUO SLIDA.
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TRATAMENTO TRMICO
RECOZIMENTO DE AOS FUNDIDOS FERRTICOS E AUSTENTICOS
AO TEMPERATURA
MNIMA (C)
TRATAMENTO RESISTNCIA A
TRAO (MPa)
FULL SOFTNESS
CB-30 790 RESFRIAMENTO NO
FORNO + AR
660
CC-50 790 AR 670
MAXIMUM CORROSION RESISTENCE
CE-30 1095 GUA, LEO, AR 670
CF-3 1040 GUA, LEO, AR 530
CF-3M 1040 GUA, LEO, AR 530
CF-8 1040 GUA, LEO, AR 530
CF-8C 1040 GUA, LEO, AR 530
CF-8M 1040 GUA, LEO, AR 550
CF-12M 1040 GUA, LEO, AR 550
CF-16F 1040 GUA, LEO, AR 530
CF-20 1040 GUA, LEO, AR 530
CH-20 1095 GUA, LEO, AR 610
CK-20 1095 GUA, LEO, AR 520
CN-7M 1120 GUA, LEO, AR 480
TRATAMENTO TRMICO -
MARTENSTICO
Recozimento Subcrtico ( 650 a 760 C)
- Atmosfera controlada ou banho de sal ou qualquer outra
compatvel com esta faixa de temperaturas.
- O encharque e tempo para amaciamento do ao dependem da
espessura do componente.
- O resfriamento pode ser realizado ao ar.
- Dureza: 170 195 HB.
Recozimento Isotrmico ( 830 a 885C)
- Resfriamento lento no forno em temperaturas de 705 a 720C,
mantendo-se o nesta faixa de temperaturas por um tempo
mnimo de 3 horas.
- O resfriamento subsequente ao ar
- Dureza: 146 167 HB.
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TRATAMENTO TRMICO -
MARTENSTICO
Recozimento Pleno ou de Esferoidizao
- Obteno de dureza mnima.
- Temperatura de 750 a 830C por 3 a 6 horas, na relao de 1pol/1h.
- Resfriamento posterior realizado no forno at 600C numa taxa
bastante lenta, menor ou igual 27C/hora. num total de 9 horas.
- A partir dos 600C o resfriamento ao ar.
- Dureza: 80 a 95 HRB.
- Peas grandes ou de formas complexas devem ser pr-aquecidas at
650 - 750C.
- Esse processo muito utilizado nas usinas produtoras de ao para
recozer as bobinas laminadas a quente, que podem atender
diretamento o mercado ou serem laminadas a frio para obteo de
espessuras menores.
TRATAMENTO TRMICO -
MARTENSTICO
Dureza em Funo da Temperatura de
Austenitizao para Aos com 13%Cr e Diferentes
Teores de C
0
10
20
30
40
50
60
70
700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Temperatura (C)
HR
C
0,07%C 0,15%C 0,25%C 0,38%C
Tmpera:
- Obteno da estrutura martenstica
com alta dureza.
- Os principais parmetros que
determinam o tipo da estrutura e a
dureza so: composio qumica,
temperatura e tempo de
austenitizao e taxa de
resfriamento.
- Como regra a dureza aumenta com
o contedo de carbono e passa por
um mximo para temperaturas de
austenitizao entre 1000 e 1100C.
- Atmosfera controlada.
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TRATAMENTO TRMICO - MARTENSTICO
Revenimento:
- obrigatrio fazer um revenimento para aliviar as tenso internas e e evitar
a fragilizao por martensita no revenida nas peas.
- As temperaturas de revenimento ficam entre 180 e 750C, de acordo com a
dureza final desejada na pea; mas temperaturas superiores a 450 C devem
ser evitadas pois ocorrem precipitaes de carbonetos de cromo e
diminuio da resistncia a corroso.
Martmpera:
- Um meio de evitar o trincamento de peas mais complexas devido tenses
trmicas.
Estabilizao (ou tratamento sub-zero):
- Transformar a austenita retida proveniente da tmpera em martensita atravs
de resfriamento em temperaturas da ordem de -76 a -195 C.
- O revenido deve ser executado imediatamente aps o tratamento subzero
para revenir a martensita formada a partir da austenita retida, evitando o
trincamento.
TRATAMENTO TRMICO
MARTENSTICO
Cr Ni Mo Si Mn P S C
11,5-14,0 3,50-4,50 0,40-1,00 1,00 1,00 0,04 0,03 0,06
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AOS DE ALTA LIGA
PARTE 04
APLICAO
APLICAO
Austentico (resistente corroso)
equipamentos para indstria qumica e petroqumica
equipamentos para indstria alimentcia e farmacutica
construo civil
baixelas e utenslios domsticos.
Ferrtico (resistente corroso, mais barato por no conter nquel)
electrodomsticos (foges, geladeiras, etc)
balces frigorficos
moedas
indstria automobilstica
talheres
sinalizao visual - Placas de sinalizao e fachadas
Martenstico (dureza elevada)
cutelaria
instrumentos cirrgicos como bisturi e pinas
facas de corte
discos de freio especiais
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