UGIMA® 4509 Estirado Endurecido por Trabalho: Aço Inoxidável Ferrítico com Maquinabilidade Aprimorada e Resistência à Corrosão

O UGIMA® 4509 é um aço inoxidável ferrítico de maquinabilidade melhorada contendo aproximadamente 18% de cromo e estabilizado com nióbio e titânio.

Além de boa resistência à corrosão, este grau é caracterizado por sua alta adequação para diferentes métodos de trabalho, como usinagem, estampagem a frio e soldagem: Esta versão UGIMA® do 4509 permite alcançar produtividade de usinagem significativamente maior que a obtida com um 4509 padrão, graças a menor desgaste de ferramenta e melhor quebradiço de cavaco. A estabilização com nióbio elimina o risco de sensibilização durante a soldagem e o titânio limita o tamanho de grão nas áreas soldadas.

Possui excelentes propriedades de estampagem a frio.

Para algumas aplicações, é uma substituição econômica para certos graus austeníticos como 1.4307 ou 1.4305. Sua estrutura ferrítica garante excelentes propriedades ferromagnéticas, boa resistência à oxidação (em particular a ciclos térmicos) e coeficiente de expansão similar ao do aço carbono.

A estrutura do UGIMA® 4509 é inteiramente ferrítica na condição de entrega. Os principais precipitados são carbonitretos de Nb, nitretos de Ti e sulfetos de Ti ou carbossulfetos de Ti.

Propriedades

Gerais

Propriedade	Valor
Densidade	7,7 g/cm³

Mecânicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Módulo de elasticidade	20 °C	220 GPa
	100 °C	215 GPa
	200 °C	210 GPa
	300 °C	205 GPa
	400 °C	195 GPa
Alongamento		8,0 - 15,0 %	mín., dependendo do tamanho
Resistência à tração		400,0 - 750,0 MPa	mín., dependendo do tamanho

Térmicas

Propriedade	Valor	Comentário
Coeficiente de expansão térmica	0,000010 1/K	20 a 100°C, 20 a 200°C
	0,0000105 1/K	20 a 300°C, 20 a 400°C
Calor específico	460 J/(kg·K)
Condutividade térmica	25 W/(m·K)

Elétricas

Propriedade	Valor
Resistividade elétrica	6e-07 Ω·m

Composição Química

Elemento	Valor	Comentário
Carbono	0,03	máx.
Cromo	17,5 - 18,5 %
Manganês	1,0	máx.
Nióbio	0,70	máx., mín: 0,30+(3xC)
Nitrogênio	0,03	máx.
Fósforo	0,03	máx.
Silício	1,0	máx.
Enxofre	0,015	máx.
Titânio	0,1 - 0,30 %

Propriedades Tecnológicas

Áreas de Aplicação

• Energia, processo (válvulas solenoides)
• Automotivo: suporte de sonda lambda, injeção, válvulas solenoides, aplicações magnéticas (solenoides)

Limitações de uso: aplicações criogênicas (resiliência insuficiente), aplicações requerendo propriedades não magnéticas.

Conformação a Frio

O UGIMA® 4509 pode ser facilmente usado para processos convencionais de trabalho a frio: estiramento a frio, conformação, moldagem, estampagem a frio, etc. Como é moderadamente endurecido por trabalho, há menos força nas ferramentas.

Propriedades de Corrosão

Corrosão por pites: Avaliamos este tipo de corrosão testando o potencial de pite: quanto maior seu mV/SCE, maior a resistência à corrosão por pites; um ambiente de pH neutro, levemente clorado (0,02 moles/litro de cloreto de sódio) de água potável municipal foi escolhido (a 23°C). A tabela a seguir dá os valores de potencial de pite medidos em amostras de barras torneadas na direção transversal:

O comportamento de resistência à corrosão por pites do UGIMA® 4509 é, portanto, similar ao do UGI 4509.

Grau	Potencial de pite (mV/SCE)	Desvio padrão
UGI 4509	484	3
UGIMA® 4509	447	8
UGIMA® 4511	360	20

Teste de névoa salina neutra segundo ISO 9227: Embora, em aços inoxidáveis, este teste dependa muito da condição de superfície testada (presença de arranhões, etc.), foi realizado em barras de 15 mm de diâmetro em sua direção longitudinal, após polimento mecânico com papel SIC 1200. Após ambos os graus UGIMA® 4509 e UGI 4509 serem testados por 500 horas, 90% de suas superfícies estavam livres de pites de corrosão. Neste aspecto também, a resistência à névoa salina do UGIMA® 4509 é idêntica à do UGI 4509.

Resistência à oxidação a alta temperatura: Um teste de oxidação cíclica foi realizado em ar a 900°C mantido por 20 minutos, seguido por resfriamento ao ar por 300 ciclos; a tabela a seguir mostra que as espessuras das camadas de óxido formadas (finas e aderentes) são similares para ambos os graus UGIMA® 4509 e UGI 4509.

Grau	Espessura das camadas de óxido em mg/cm² após 300 x 20 min ciclos a 900°C
UGI® 4509	1,9
UGIMA® 4509	1,7
UGIMA® 4511	1,2

Maquinabilidade Geral

Comparado a um 1.4509 padrão, o UGIMA® 4509 fornece aumentos significativos de produtividade em usinagem, graças a menor desgaste de ferramenta e, acima de tudo, melhor quebradiço de cavaco para as mesmas condições de corte.

Torneamento: Testes padrão VB15/0,15 foram realizados a seco em torno com controle numérico e Zonas de Quebra de Cavaco (CBZ) foram determinadas. Para desgaste de ferramenta equivalente, revelaram (ver tabela abaixo) um aumento potencial de produtividade de aproximadamente 6% com UGIMA® 4509, comparado a um 1.4509 padrão, bem como quebradiço de cavaco melhorado, reduzindo o risco de parada de máquina (para remover bolas de cavacos que possam se formar e quebrar ferramentas ou arranhar peças usinadas).

Operações	Ferramentas	1.4509 padrão	UGIMA® 4509
Torneamento VB15/0,15 (1) (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	Vc = 390 m/min	Vc = 415 m/min
Torneamento CBZ (2) (Vc = 150 m/min)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	38 condições corretas de quebra de cavaco em 56 testadas	43 condições corretas de quebra de cavaco em 56 testadas

(1) VB15/0,15: velocidade de corte na qual desgaste de flanco de 0,15 mm é notado em 15 minutos de usinagem efetiva; (2) CBZ: varredura direta (0,1 a 0,4 mm/rev em incrementos de 0,05 mm/rev) e profundidade de corte (0,5 a 4 mm em incrementos de 0,5 mm) a velocidade de corte constante, para determinar o número de condições corretas de quebra de cavaco em 7 x 8 = 56 testadas.

Torneamento automático: Testes foram realizados em uma máquina de torneamento automático industrial TORNOS SIGMA 32 para comparar UGIMA® 4509 com um 1.4509 padrão e quantificar as diferenças de maquinabilidade. Para cada grau, o teste consistiu em definir as condições de corte ótimas para diferentes operações para produzir 1000 componentes sem ter que trocar a ferramenta.

Torneamento (desbaste e acabamento): A tabela abaixo mostra as condições de corte que podem ser alcançadas para produzir 1000 componentes sem trocar ferramenta para cada grau de acordo com as operações (desbaste e acabamento) e ferramentas usadas. Os resultados de um teste VB15/0,25 padrão foram adicionados a esta tabela. Para as três operações de torneamento, aumentos potenciais de produtividade de até 30% foram revelados com UGIMA® 4509 comparado a um 1.4509 padrão.

Operações	Ferramentas	1.4509 padrão	UGIMA® 4509
Desbaste (ap = 2 mm; f = 0,30 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 150(1) m/min	Vc = 195 m/min
Acabamento (2) (ap = 0,5 mm; f = 0,10 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 275(3) m/min	Vc = 275(3) m/min
Torneamento VB15/0,25 (4) (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 220(5) m/min	Vc = 265 m/min

(1) para f = 0,3 mm/rev, os cavacos do 1.4509 padrão não são bem quebrados, induzindo muitas paradas de máquina; para f = 0,35 mm/rev e Vc = 130 m/min, 1000 peças são obtidas no 1.4509 padrão, seus cavacos são bem quebrados mas a rugosidade Ra das peças está acima do limite de 3,2 µm; (2) condições de corte garantindo rugosidade Ra < 1,6 µm nas 1000 peças usinadas, graças ao desgaste limitado da ferramenta; (3) velocidade de corte máxima da máquina TORNOS SIGMA 32, impedindo a diferenciação entre ambos os graus; (4) VB15/0,25: velocidade de corte na qual desgaste de flanco de 0,25 mm é notado em 15 minutos de usinagem efetiva; (5) nestas condições de corte extremas para 1.4509 padrão, rugosidade superficial ruim devido a desgaste excessivo da ferramenta.

Corte (parting-off): A tabela abaixo mostra, para uma operação de corte transversal, as condições de corte que podem ser alcançadas para produzir 1000 componentes sem ter que trocar ferramenta para cada grau. No corte, um aumento muito importante de produtividade (mais de 80%) foi notado com UGIMA® 4509 comparado a um 1.4509 padrão.

Operações	Ferramentas	1.4509 padrão	UGIMA® 4509
Corte transversal	SANDVIK QD-NG-0300-0001-CF 1105	Vc = 100 m/min f = 0,07 mm/rev	Vc = 130 m/min f = 0,10 mm/rev

Tratamento Térmico

Amolecimento: Para restaurar a ductilidade após deformação a frio, o Ugima® 4509 pode ser tratado a uma temperatura entre 750 e 900°C e resfriado ao ar.

Conformação a Quente

O UGIMA® 4509 tem excelente forjabilidade em todas as temperaturas, devido à sua estrutura inteiramente ferrítica. Pode ser conformado a quente por forja ou laminação entre 800°C e 1150°C. A temperatura de aquecimento não deve exceder 1150°C para prevenir crescimento excessivo de grão.

Produtos Disponíveis

Produto	Forma	Acabamento	Tolerância	Dimensão
Barras	Redonda	Laminada descascada	k13 – k12	Ø 22 a 71
		Torneada	10 + 11	Ø 22 a 70
		Retificada	7+8+9+opções	Ø 2 a 70
		Estirada	9	Ø 2 a 30
		Preta	± 1% Ø	Ø 23 a 73

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Soldagem

Graças à sua bi-estabilização nióbio e titânio, o UGIMA® 4509 pode ser soldado da mesma forma que um 1.4509 padrão pela maioria dos processos de soldagem a arco (MIG/TIG, com ou sem metal de enchimento, eletrodos revestidos, plasma, etc.) por laser, resistência (ponto ou costura), atrito ou soldagem por feixe de elétrons, etc. Nenhum tratamento térmico deve ser realizado antes ou depois da soldagem para prevenir crescimento de grão ferrítico no grau.

Se um material de enchimento de soldagem for usado, um metal de enchimento homogêneo (ferrítico estabilizado) como EXHAUST® F1 (18LNb) é preferido para garantir que a área soldada (zona de metal de solda [ZMS] e zona termicamente afetada [ZTA]) seja uma estrutura 100% ferrítica homogênea; para soldas espessas (≥ 3mm), um metal de enchimento austenítico como ER308L(Si) (1.4316) é preferido, a fim de eliminar o risco de enfraquecimento da ZMS através de crescimento excessivo de grão. Na MIG, como na TIG, o gás de proteção não deve conter hidrogênio ou nitrogênio. Na MIG, as soldas serão feitas sob Ar (+ possivelmente He) + 1 a 3% O₂ ou CO₂. Na TIG, as soldas serão feitas sob Ar (+ possivelmente He).