UGI® 4545 AIR H1150 – Aço Inoxidável 15-5PH Premium Aeroespacial Endurecido por Precipitação

O UGI® 15-5PH AIR (também designado UGI® 4545 AIR) é um aço inoxidável martensítico de endurecimento por precipitação (PH) de qualidade premium, desenvolvido principalmente para aplicações aeroespaciais. Este material é utilizado em peças que exigem uma combinação de alta resistência mecânica e alta tenacidade, apresentando também boa resistência à fadiga.

Trata-se de um material refinado por remelting de escória eletrodo consumível (ESR - Electro-Slag Remelting), conforme especificação AMS 5659 tipo 2, utilizando a tecnologia mais avançada neste processo. Esta elaboração garante boa homogeneidade e isotropia da estrutura, com elevadas propriedades mecânicas tanto na direção longitudinal quanto transversal. (Ferromagnético)

Microestrutura

A microestrutura observada em microscopia óptica é composta por martensita homogênea com precipitados de carbonitreto de nióbio (partículas brancas visíveis em MEV), e austenita retida cuja fração depende da condição metalúrgica. A fase de precipitação nanométrica rica em Cu pode ser observada em MET.

O UGI® 15-5PH AIR apresenta fração de delta-ferrita inferior a 1% (inferior ao UGI® 17-4PH AIR) segundo AMS 2315, e tamanho de grão de austenita anterior fino ou igual a 6.

Limpeza Microestrutural

Produzido por ESR de eletrodo consumível, as inclusões remanescentes são muito pequenas e distribuídas uniformemente na seção. A seguinte limpeza microestrutural, segundo ASTM E45/A, é garantida: A,B,C,D (Finas) < 1,5 - A,B,C,D (Pesadas) < 1.

Propriedades

Gerais

Propriedade	Valor
Densidade	7,8 g/cm³

Mecânicas (Condição H1150)

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 (alt. 300°C)	300 °C	175 GPa
Alongamento		16 %	mín.
Dureza Brinell		277 HB	mín.
Dureza Rockwell C		28 HRC	mín.
Redução de área		50 %	mín.
Resistência à tração		930 MPa	mín.

Térmicas

Propriedade	Valor	Comentário
Coeficiente de expansão térmica	0,0000105 1/K	20 a 100°C
	0,0000111 1/K	20 a 200°C
	0,0000115 1/K	20 a 300°C
	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 (peso %)

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: 5xC
Fósforo	0,025	máx.
Silício	0,60	máx.
Enxofre	0,005	máx.

Propriedades Tecnológicas

Áreas de Aplicação

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

Propriedades de Corrosão

O UGI® 15-5PH AIR oferece boa resistência à corrosão, por vezes semelhante à dos aços austeníticos tipo 18 Cr-8Ni.

Ambiente	Comportamento
Ácido nítrico	Bom
Ácido fosfórico	Uso restrito
Ácido sulfúrico	Uso restrito
Ácido acético	Médio
Carbonato de sódio	Médio
NaCl (nevoeiro salino)	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 os aços martensíticos clássicos de 12% Cr. O potencial de pitting é comparável ao supermartensítico 1.4418 e ao austenítico 1.4301 (AISI 304).

Corrosão intergranular: O baixo teor de carbono (parte ligada ao Nb) torna o material insensível à corrosão intergranular quando tratado termicamente corretamente.

Outros mecanismos: Resistente à corrosão-fadiga e corrosão sob tensão em certos ambientes e condições. Boa resistência à corrosão-erosão devido à combinação de altas propriedades mecânicas e resistência à corrosão.

Usinabilidade

Devido ao baixo teor de enxofre e excelente limpeza microestrutural, o UGI® 15-5PH AIR apresenta baixa quebrabilidade de cavaco, o que pode dificultar a usinagem, especialmente em furação e torneamento de acabamento. Recomenda-se realizar a maioria das operações de usinagem na condição A (recocido de solução) para evitar desgaste excessivo de ferramenta. A usinagem após tratamento de endurecimento por precipitação não é recomendada, pois quanto maiores as características mecânicas, maior o desgaste da ferramenta.

Em condição A, testes de torneamento bruto (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev) em barras trefiladas mostraram que a velocidade de corte para desgaste de flanco de 0,15 mm em 15 min com ferramenta STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 é ~145 m/min, enquanto o UGIMA® 4542 (17-4 PH com usinabilidade melhorada) atinge ~160 m/min. A produtividade de usinagem do UGI® 15-5PH AIR é 10 a 30% menor que a do UGIMA® 4542.

Tratamento Térmico

Os tratamentos térmicos no UGI® 15-5PH AIR compreendem duas etapas:

1. Austenitização: Colocar elementos de liga, especialmente Cu, em martensita supersaturada.
2. Envelhecimento: Precipitar fases ricas em Cu (endurecimento por precipitação) e, em alguns casos, formar austenita revertida para aumentar a tenacidade. As propriedades mecânicas (equilíbrio resistência/tenacidade) são ajustadas pela temperatura de envelhecimento.

Austenitização: Recocido de solução a 1030-1050°C, interrompido por têmpera em óleo ou, para seções pequenas, resfriamento ao ar. Nesta condição (condição A), a dureza é intermediária pois o endurecimento por precipitação de Cu não é efetivo. A condição A é frequentemente escolhida para usinagem ou conformação a frio. Recomenda-se alívio de tensões a 300°C por 1 hora após a austenitização para estabilizar o material e evitar trincas de têmpera.

Envelhecimento: Realizado após o tratamento de solução para precipitar fases ricas em Cu e ajustar propriedades. Após envelhecimento, o material está na condição solução+envelhecimento (condição H). Temperaturas entre 480°C (H900) e 620°C (H1150). A condição H900 corresponde ao pico de endurecimento. Para temperaturas maiores, a dureza/resistência diminui com o aumento da temperatura de envelhecimento, devido ao crescimento dos precipitados. Acima de 580°C forma-se austenita revertida, aumentando a tenacidade mas reduzindo a resistência. A condição H1025 é frequentemente escolhida por oferecer equilíbrio ótimo entre resistência e tenacidade.

Amolecimento: A menor resistência/dureza é obtida após o ciclo térmico H1150M: recocido de solução + revenimento a 760°C por 2h + envelhecimento a 620°C por 4h. Propriedades resultantes: Rm = 780 MPa, Rp0,2 = 710 MPa, HRC < 32.

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

Conformação a Quente

Adequado para forjamento. Reaquecimento entre 1150-1200°C, forjamento entre 1200-950°C. Resfriamento após forjamento ao ar ou em óleo. As peças obtidas devem ser tratadas termicamente (recocido de solução e eventual envelhecimento).

Outras Informações

Inspeção por partículas magnéticas e macrográfico: Conforme AMS 2300: classificação Frequência/Severidade 0/0. Macroestrutura conforme AMS 5659: classes 1 a 4 geralmente severidade A segundo ASTM A604.

Produtos disponíveis (Barras redondas):

Acabamento Superficial	Tolerância	Dimensão (mm)
Torneado liso	k12 - k13	22 - 115
Descascado e polido	h11 - h10 - h9	22 - 115
Retificado sem centros	h9 - h8 - h7	5 - 115
Trefilado a frio	h9	5 - 21

Outros produtos: consultar o fornecedor.

Tratamento de Superfície

Decapagem: Igual ao aço grau 630.

Descontaminação (remoção de partículas de ferro):

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

Nota: A resistência à corrosão depende de múltiplos fatores (concentração de cloretos, agentes oxidantes, temperatura, pH, agitação, preparação da superfície, acabamento). Precauções necessárias em testes como nevoeiro salino (ISO 9227): evitar etiquetas que causem escorrimento corrosivo.

Soldagem

Pode ser soldado sem pré-aquecimento, usando a maioria das técnicas: GMAW, GTAW (com/sem metal de adição), LASER, resistência, feixe de elétrons. Se a zona de solda deve ter propriedades iguais ao metal base: usar metal de adição homogêneo (AWS E/ER 630) e realizar tratamento de endurecimento por precipitação pós-soldagem. Se não: usar metal de adição ER308LSi (19 9 L Si).

Se não houver tratamento de endurecimento por precipitação pós-soldagem, alívio de tensões a 250-300°C pode aumentar a tenacidade da ZTA e evitar trincas a frio. O projeto de soldagem deve considerar o cuidado requerido para aços de alto limite de escoamento: evitar entalhes e mudanças bruscas de seção. Para GMAW, gás de proteção Ar+1%CO₂ ou 1-2%O₂; evitar gases com H₂ e N₂ em GMAW e GTAW.