Aço DIN 1652-3 20CrS4 Trefilado/Descascado: Estrutura Ferrito-Perlítica para Alta Usinabilidade e Desgaste

Visão Geral

O aço 20CrS4 (1.7028) é a versão de livre usinagem do 20Cr4, contendo adição controlada de enxofre (0,02-0,035%) para formar inclusões de sulfeto de manganês (MnS) que atuam como quebra-cavacos. Este grau é destinado a peças de alta solicitação de desgaste que requerem excelente usinabilidade, tais como árvores de cames, pinos de pistão e engrenagens.

Fornecido na condição trefilado a frio e descascado (+SH) com estrutura ferrito-perlítica, oferece dureza Brinell de 145-192 HB, ideal para usinagem de alta velocidade. A faixa de temperatura de serviço estende-se até -25 °C, com dimensão nominal ótima de 5 a 10 mm para têmpera uniforme.

Diferença Principal: 20CrS4 vs 20Cr4

Característica	20Cr4 (1.7027)	20CrS4 (1.7028)
Enxofre (S)	≤ 0,035%	0,020 – 0,035%
Usinabilidade	Boa	Excelente (livre usinagem)
Quebra-cavacos	Convencional	Controlado por MnS
Acabamento superficial	Bom	Superior em altas velocidades
Tenacidade transversal	Alta	Levemente reduzida
Soldabilidade	Boa	Limitada (risco de trinca a quente)

Condição de Fornecimento

• Trefilado a frio (+C)
• Descascado (+SH): Superfície livre de defeitos, ideal para usinagem CNC de alta velocidade
• Estrutura ferrito-perlítica: 145-192 HB, usinabilidade otimizada
• Diâmetro nominal: 5-10 mm (ótimo para têmpera direta)

Composição Química (% em massa)

Elemento	Teor
Carbono (C)	0,17 – 0,23
Cromo (Cr)	0,90 – 1,20
Manganês (Mn)	0,60 – 0,90
Silício (Si)	≤ 0,40
Fósforo (P)	≤ 0,040
Enxofre (S)	0,020 – 0,035

Propriedades Físicas e Mecânicas

Propriedades Gerais

Propriedade	Temperatura	Valor
Densidade	20 °C	7,83 g/cm³

Propriedades Mecânicas (Estado Fornecimento: Ferrito-Perlítico)

Propriedade	Temperatura	Valor
Módulo de Elasticidade (E)	-100 °C	217 GPa
	20 °C	212 GPa
	100 °C	207 GPa
	200 °C	199 GPa
	300 °C	192 GPa
	400 °C	184 GPa
	500 °C	175 GPa
	600 °C	164 GPa
Dureza Brinell (HBW)	20 °C	145 – 192
Coeficiente de Poisson	20 °C	0,28

Propriedades Térmicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Coef. de Dilatação Térmica (10⁻⁶/K)	-100 °C	10,5
	20 °C	11,5
	100 °C	12,1
	200 °C	12,7
	300 °C	13,2
	400 °C	13,6
	500 °C	14,0
	600 °C	14,4
	Temp. Máx. Serviço Contínuo	-	-25 a 0 °C	Limite inferior de tenacidade
Ponto de Fusão	-	1382 – 1529 °C	Típico para aços ao cromo
Calor Específico (J/kg·K)	-100 °C	423
	20 °C	461
	100 °C	479
	200 °C	499
	300 °C	517
	400 °C	536
	500 °C	558
	600 °C	587
Condutividade Térmica (W/m·K)	20 °C	45,1
	100 °C	45,1
	200 °C	44,1
	300 °C	41,9
	400 °C	39,4
	500 °C	36,9
	600 °C	34,4
Difusividade Térmica (mm²/s)	20 °C	12,5
	100 °C	11,6
	200 °C	10,6
	300 °C	9,5
	400 °C	8,4
	500 °C	7,1
	600 °C	5,8

Propriedades Elétricas

Propriedade	Temperatura	Valor
Resistividade Elétrica (10⁻⁷ Ω·m)	20 °C	2,31
	100 °C	2,84
	200 °C	3,58
	300 °C	4,48
	400 °C	5,52
	500 °C	6,71
	600 °C	8,06

Vantagens na Usinagem

• Velocidades de corte 30-50% superiores comparado ao 20Cr4 padrão
• Vida útil da ferramenta aumentada em 2-3 vezes
• Quebra automática de cavacos – elimina problemas de "ninho de pássaro"
• Melhor acabamento superficial – Ra 0,8-1,6 µm atingíveis em torneamento
• Redução de forças de corte – menor desgaste de ferramenta e máquina

Aplicações Típicas

• Engrenagens de precisão de pequeno/médio porte (módulo 1-3)
• Árvores de cames com perfis complexos usinados em CNC
• Pinos de pistão produzidos em alta velocidade
• Componentes de sistemas de injeção (corpos, pistões, buchas)
• Peças cementadas em grandes séries (automotivo, motocicletas)
• Eixos e pinos com furações transversais profundas

Considerações Importantes

• Não recomendado para soldagem – risco de trincas a quente devido ao enxofre
• Tenacidade transversal reduzida – evitar solicitações transversais críticas
• Não adequado para têmpera de superfície por indução em seções finas (< 5 mm)
• Tratamento térmico final: Cementação a 900-950 °C + têmpera/revenimento