UGI® 4545 AIR Recozido – Aço Inoxidável de Endurecimento por Precipitação Premium para Aeronáutica

Visão Geral

O UGI® 15-5PH AIR ou UGI® 4545 AIR é um aço inoxidável martensítico de endurecimento por precipitação (PH) de qualidade premium, projetado principalmente para fins aeroespaciais. É usado para peças que exigem combinação de alta resistência e alta tenacidade. Este grau também apresenta boa resistência à falha por fadiga. É um material refinado por escória eletro (conforme AMS 5659 tipo 2) usando a tecnologia mais avançada neste campo. Essa elaboração permite boa homogeneidade e isotropia da estrutura e altas propriedades mecânicas tanto na direção longitudinal quanto transversal. (Ferromagnético)

A microestrutura observada em microscopia óptica é composta de martensita homogênea com precipitados de carbonitreto de nióbio (partículas brancas visíveis em MEV), e austenita retida cuja fração depende da condição metalúrgica. A precipitação nano-métrica de fase rica em Cu pode ser observada em MET. O UGI® 15-5PH AIR apresenta fração de ferrita-delta inferior a 1% (menor que UGI® 17-4PH AIR) conforme AMS 2315, e tamanho de grão de austenita anterior mais fino ou igual a 6.

O UGI® 15-5PH AIR é produzido por ESR consumível. As inclusões remanescentes são muito pequenas e uniformemente distribuídas na seção. A seguinte micro-limpeza, conforme ASTM E45/A, é garantida: A,B,C,D (Finas) < 1,5 – A,B,C,D (Grossas) < 1.

Propriedades

Gerais

Propriedade	Valor
Densidade	7,8 g/cm³

Mecânicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Módulo de elasticidade	20 °C	200 GPa	–
	100 °C	195 GPa	–
	200 °C	185 GPa	–
	300 °C	170 GPa	–
Módulo de elasticidade (outra fonte)	300 °C	175 GPa	–
Dureza Brinell	–	363	máx.
Dureza Rockwell C	–	38	máx.

Térmicas

Propriedade	Valor	Condição
Coeficiente de expansão térmica	0,0000105 1/K	20 a 100°C
Coeficiente de expansão térmica	0,0000111 1/K	20 a 200°C
Coeficiente de expansão térmica	0,0000115 1/K	20 a 300°C
Coeficiente de expansão térmica	0,0000119 1/K	20 a 400°C
Calor específico	500 J/(kg·K)	–
Condutividade térmica	16 W/(m·K)	–

Elétricas

Propriedade	Valor
Resistividade elétrica	7,1×10⁻⁷ Ω·m

Composição Química

Elemento	Valor	Comentário
Carbono	0,07	máx.
Cromo	14,5 – 15,3 %	–
Cobre	2,5 – 4,0 %	–
Manganês	1,0	máx.
Molibdênio	0,5	máx.
Níquel	4,5 – 5,5 %	–
Nióbio	0,45	máx., mín: 5×C
Fósforo	0,025	máx.
Silício	0,6	máx.
Enxofre	0,005	máx.

Propriedades Tecnológicas

Áreas de Aplicação

O UGI® 15-5PH AIR é adequado para:

• Aeroespacial como qualidade premium Aircraft Quality
• Fabricação de sensores, ex: sensores de pressão
• Ancilares médicos
• Eixos, engrenagens
• Conexões
• Peças estruturais…

Propriedades de Corrosão

O UGI® 15-5PH AIR oferece boa resistência à corrosão, às vezes similar à dos aços austeníticos tipo 18 Cr-8Ni em alguns casos.

Comportamento em Diferentes Ambientes

Ambiente	Comportamento
Ácido nítrico	Bom
Ácido fosfórico	Uso restrito
Ácido sulfúrico	Uso restrito
Ácido acético	Médio
Carbonato de sódio	Médio
NaCl (teste de neblina)	Bom
Umidade	Excelente
Água do mar	Uso restrito
Óleo/gás	Uso restrito

Corrosão por pites: O UGI® 15-5PH AIR é muito mais resistente à corrosão por pites que o aço inoxidável martensítico clássico de 12% Cr. O nível de potencial de pite é comparável ao supermartensítico 1.4418 e ao austenítico 1.4301 (AISI 304).

Corrosão intergranular: O baixo teor de carbono deste aço (parte dele ligada ao Nb) o torna insensível à corrosão intergranular quando tratado termicamente adequadamente conforme recomendações anteriores.

Outros mecanismos de corrosão: O UGI® 15-5PH AIR é resistente à corrosão-fadiga e à corrosão sob tensão em alguns ambientes e condições definidas. Além disso, deve-se notar boa resistência à corrosão-erosão devido à associação de alto nível de propriedades mecânicas e resistência à corrosão.

Usinabilidade Geral

Devido ao seu baixo teor de enxofre e sua excelente micro-limpeza, o UGI® 15-5PH AIR tem má quebra de cavaco, o que pode induzir dificuldades durante a usinagem, especialmente em operações de furação ou torneamento de acabamento. Se possível, a maioria das operações de usinagem para obter as peças finais deve ser feita no estado A (recozido de solução) para evitar desgaste excessivo da ferramenta durante a usinagem. A usinagem após tratamento térmico de "endurecimento por precipitação" não é recomendada porque quanto maiores as características mecânicas das barras UGI® 15-5PH AIR a serem usinadas, maior o desgaste da ferramenta (e, portanto, menor a produtividade de usinagem). Em condição A, testes de torneamento bruto (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev) realizados em barras trefiladas mostraram que a velocidade de corte para ter desgaste de flanco de 0,15 mm em 15 min de corte efetivo com ferramenta STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 é ~ 145 m/min, enquanto a de UGIMA® 4542 (17-4 PH com usinabilidade melhorada) é ~ 160 m/min. Dependendo da operação de usinagem, a produtividade de usinagem do UGI® 15-5PH AIR é considerada 10 a 30% menor que a do UGIMA® 4542.

Tratamento Térmico

Os tratamentos térmicos realizados no UGI® 15-5PH AIR são compostos de duas etapas:

• Austenitização: cujo objetivo é colocar os elementos de liga, especialmente Cu, em martensita supersaturada.
• Envelhecimento: cujo objetivo é precipitar Cu (endurecimento por precipitação) e, em alguns casos, formar austenita revertida para aumentar a tenacidade. As propriedades mecânicas, compromisso entre resistência e tenacidade, são ajustadas pela temperatura de envelhecimento.

Austenitização: O recozimento de solução é realizado em torno de 1030-1050°C, e é interrompido por têmpera em óleo ou alternativamente por resfriamento ao ar para peças de seção pequena. Nesta condição (chamada condição A), a dureza é intermediária porque o endurecimento por precipitação de Cu não é efetivo. Portanto, a condição A é frequentemente escolhida para realizar operações de usinagem ou conformação a frio. Nesse caso, recomendamos realizar um tratamento de alívio de tensões a 300°C por 1 hora após a austenitização, a fim de estabilizar o material e evitar problemas de trinca por têmpera.

Envelhecimento: Os tratamentos de envelhecimento são realizados após o tratamento de solução para fazer precipitar as fases ricas em Cu e ajustar as propriedades mecânicas. Após o envelhecimento, o material está na condição de solução e envelhecido, também chamada condição H. Os tratamentos de envelhecimento podem ser realizados entre 480°C (condição H900) e 620°C (condição H1150). A condição H900 corresponde ao pico de endurecimento, para o qual os precipitados de Cu induzem dureza máxima. Para temperaturas mais altas, a dureza/resistência diminui ao aumentar a temperatura de envelhecimento, devido ao crescimento dos precipitados. Além de 580°C, alguma austenita revertida é formada durante o envelhecimento, resultando em aumento da tenacidade mas queda da resistência. A condição H1025 é frequentemente escolhida pelos clientes porque leva a um compromisso ótimo entre resistência e tenacidade.

Amolecimento: A menor resistência ou dureza é obtida após o ciclo térmico H1150M, consistindo em recozimento de solução seguido de têmpera a 760°C por 2 horas e envelhecimento a 620°C por 4 horas. Após este ciclo de tratamento térmico, as propriedades mecânicas são Rm = 780 MPa, Rp0.2 = 710 MPa, HRC < 32 HRC, significativamente menor que a condição A.

Tabela de Tratamentos Térmicos

Condição	Tratamento
Cond A	Recozimento 1030/1050°C
H900	Recozimento 1030/1050°C Resfriamento ar ou óleo + endurecimento 1 h a 480°C/Resfriamento ar
H925	Recozimento 1030/1050°C Resfriamento ar ou óleo + endurecimento 4 h a 495°C/Resfriamento ar
H1025	Recozimento 1030/1050°C/ Resfriamento ar ou óleo + Revenimento 4 h a 550°C, Resfriamento ar
H1075	Recozimento 1030/1050°C/ Resfriamento ar ou óleo + Revenimento 4 h a 580°C, Resfriamento ar
H1100	Recozimento 1030/1050°C/ Resfriamento ar ou óleo + Revenimento 4 h a 590°C, Resfriamento ar
H1150	Recozimento 1030/1050°C/ Resfriamento ar ou óleo + Revenimento 4 h a 620°C, Resfriamento ar

Conformação a Quente

O UGI® 15-5PH AIR é adequado para forjamento. O reaquecimento deve ser realizado a temperatura entre 1150 e 1200°C, forjamento entre 1200°C e 950°C. Resfriamento após forjamento deve ser realizado em ar ou óleo. As peças obtidas desta forma devem ser tratadas termicamente (recozimento de solução e eventual envelhecimento, ver seção anterior).

Outros

Inspeção por partículas magnéticas e macrográfico:

O UGI® 15-5PH AIR está em conformidade com AMS 2300: Classificação Frequência/Severidade 0/0.

A macroestrutura do UGI® 15-5PH AIR está em conformidade com AMS 5659: classes 1 a 4 são geralmente cotadas severidade A conforme ASTM A604.

Produtos Disponíveis:

Produto	Perfil	Acabamento Superficial	Tolerância	Tamanho (mm)
Barra	Redonda	Torneada lisa	k12 – k13	22 – 115
		Descascada e polida	h11 – h10 – h9	22 – 115
		Retificada sem centros	h9 – h8 – h7	5 – 115
		Trefilada a frio	h9	5 – 21

Outros produtos: contate o fornecedor.

Tratamento de Superfície

Procedimento de decapagem: O UGI® 15-5PH AIR é decapado da mesma forma que o aço grau 630.

Se necessário, o seguinte tratamento de descontaminação é recomendado, para remover partículas de ferro, por exemplo:

• 1/4 volume de ácido nítrico 52% (36° Baumé)
• 3/4 volume de água
• Temperatura ambiente
• Duração deve ser adaptada
• Lavar cuidadosamente quando o processo estiver concluído

Nota: a resistência à corrosão de um aço inoxidável depende de muitos fatores relacionados à composição da atmosfera corrosiva (concentração de cloretos, presença ou ausência de agentes oxidantes, temperatura, pH, agitação ou não, etc.), bem como à preparação do material (superfícies livres de partículas metálicas, acabamento superficial, como têmpera, polimento, etc.). Medidas de precaução devem ser tomadas para certos testes como o teste de neblina de cloreto de sódio (norma ISO 9227): por exemplo, etiquetas de marcação (que podem causar escorrimentos de corrosão e reduzir o tempo de resistência do teste) não devem ser usadas na amostra.

Soldagem

O UGI® 15-5PH AIR pode ser soldado sem pré-aquecimento, usando a maioria das técnicas de soldagem: GMAW ou GTAW (com ou sem arame de adição), LASER, resistência ou soldagem por feixe de elétrons, etc. Se as características mecânicas da zona de solda tiverem que estar no mesmo nível que as do metal de base, nenhum metal de adição ou metal de adição homogêneo (como AWS E/ER 630) deve ser usado e um tratamento térmico pós-soldagem de endurecimento por precipitação (ver os diferentes tratamentos PH na página 4) deve ser realizado na solda. Se as características mecânicas da zona de solda não precisam estar no mesmo nível que as do metal de base, um metal de adição como ER308LSi (19 9 L Si) pode ser usado.

Se nenhum tratamento térmico de endurecimento por precipitação for feito após a soldagem, um tratamento de alívio de tensões a 250/300°C poderia ser útil para aumentar a tenacidade da ZAC e evitar qualquer risco de trinca a frio devido às suas microestruturas martensíticas no estado soldado. Além disso, deve-se reiterar que o projeto de soldagem deve prever o cuidado necessário com todos os aços de alta resistência ao escoamento: evitando recortes e mudanças bruscas de seção transversal. Para GMAW, recomendamos o uso de gás de proteção composto por Ar+1%CO₂ ou 1-2%O₂; para GMAW bem como para GTAW, gases contendo H₂ e N₂ devem ser evitados.