UGIMA® 4509 Recozido – Superior Maquinabilidade 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 da boa resistência à corrosão, este grau caracteriza-se pela sua alta adequação para diferentes métodos de trabalho, como usinagem, estampagem a frio e soldagem: Esta versão UGIMA® do 4509 permite atingir produtividade de usinagem significativamente maior que a obtida com um 4509 padrão, graças ao menor desgaste de ferramenta e melhor quebra de cavaco. A estabilização com nióbio elimina o risco de sensibilização durante a soldagem e o titânio limita o tamanho do grão nas zonas 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 fornecimento. Os principais precipitados são carbonitretos de Nb, nitretos de Ti e sulfetos de Ti ou carbonossulfetos de Ti.

Propriedades

Gerais

Propriedade	Valor
Densidade	7,7 g/cm³

Mecânicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Módulo de elasticidade	20 °C	220 GPa
Módulo de elasticidade	100 °C	215 GPa
Módulo de elasticidade	200 °C	210 GPa
Módulo de elasticidade	300 °C	205 GPa
Módulo de elasticidade	400 °C	195 GPa
Alongamento		18 %	mín.
Dureza Brinell		200,0	máx.
Resistência à tração		420,0 - 620,0 MPa

Térmicas

Propriedade	Valor	Comentário
Coeficiente de expansão térmica	0,000010 1/K	20 a 100°C, 20 a 200°C
Coeficiente de expansão térmica	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 utilizado para processos convencionais de trabalho a frio: trefilação, conformação, estampagem, cabeçote 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 mol/litro de cloreto de sódio) de água potável municipal foi escolhido (a 23°C). A tabela a seguir fornece os valores de potencial de pite medidos em amostras de barras torneadas na direção transversal:

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

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

Teste de nevoeiro salino neutro segundo norma 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 na 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 ao nevoeiro salino do UGIMA® 4509 é idêntica à do UGI 4509.

Resistência à oxidação em alta temperatura: Um teste de oxidação cíclica foi realizado em ar a 900°C mantido por 20 minutos, seguido de 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 proporciona aumentos significativos de produtividade na usinagem, graças ao menor desgaste de ferramenta e, sobretudo, melhor quebra de cavaco nas mesmas condições de corte.

Torneamento: Testes padrão VB15/0,15 foram realizados a seco em torno com comando 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 melhor quebra de cavaco, reduzindo o risco de parada de máquina (para remover bolas de cavaco que poderiam 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 0,15 mm de desgaste de flanco é notado em 15 minutos de usinagem real; (2) CBZ: varredura frontal (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.

Usinagem de precisão (torno automático): Testes foram realizados em torno 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 ótimas de corte para diferentes operações para produzir 1000 componentes sem ter que trocar de ferramenta.

Torneamento (desbaste e acabamento): A tabela abaixo mostra as condições de corte que podem ser atingidas para produzir 1000 componentes sem trocar de ferramenta para cada grau conforme as operações (desbaste e acabamento) e ferramentas usadas. Os resultados de um teste padrão VB15/0,25 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 ultrapassa o 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, impossibilitando a diferenciação entre os dois graus; (4) VB15/0,25: velocidade de corte na qual 0,25 mm de desgaste de flanco é notado em 15 minutos de usinagem real; (5) nestas condições extremas de corte para 1.4509 padrão, má rugosidade superficial devido a desgaste excessivo da ferramenta.

Corte transversal (parting-off): A tabela abaixo mostra, para uma operação de corte transversal, as condições de corte que podem ser atingidas para produzir 1000 componentes sem trocar de ferramenta para cada grau. No corte transversal, 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 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 forjamento ou laminação entre 800°C e 1150°C. A temperatura de aquecimento não deve exceder 1150°C para evitar crescimento excessivo de grão.

Outros - Produtos Disponíveis

Produto	Forma	Acabamento	Tolerância	Dimensão
Barras	Redondas	Laminadas descascadas	k13 – k12	Ø 22 a 71
		Torneadas	10 + 11	Ø 22 a 70
		Retificadas	7+8+9+opções	Ø 2 a 70
		Trefiladas	9	Ø 2 a 30
		Negras	± 1% Ø	Ø 23 a 73

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Soldagem

Graças à sua bi-estabilização com 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 adição, eletrodos revestidos, plasma, etc.), a laser, por resistência (ponto ou costura), atrito ou feixe de elétrons, etc. Nenhum tratamento térmico deve ser realizado antes ou depois da soldagem para evitar crescimento de grão ferrítico no grau.

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