Classes de resistência à tração de parafusos e porcas de aço inoxidável

A resistência à tração do aço e do aço inoxidável é um parâmetro crítico no que diz respeito à capacidade de carga e segurança das juntas roscadas. É composto por dois parâmetros chave para parafusos de aço, com base nos quais a resistência à tração e a resistência ao rendimento podem ser facilmente determinadas. No entanto, a partir de um determinado tamanho, os parafusos e porcas de aço inoxidável são marcados com uma combinação de números por letra (por exemplo, A4-80). A combinação letra-número disposta em frente ao hífen atribui o parafuso assim marcado a um grupo de material e grupo de aço e, assim, fornece informações sobre as propriedades básicas do material do parafuso. O número 80 à direita do hífen indica a classe de resistência. Este artigo mostra como usar a classe de resistência dos parafusos de aço inoxidável para determinar os seus limites de utilização e fornecer uma visão geral da capacidade de carga das classes de resistência típicas.

O que é a resistência à tração?

A resistência à tensão descreve o valor máximo de tensão mecânica que um material pode tolerar antes de falhar. Isto é normalmente expresso em megapascal (MPa) ou em Newtons por milímetro quadrado (N/mm²). Para fixadores, a resistência à tração é particularmente importante porque determina a carga máxima que o elemento pode absorver sem falhar.

Fórmula para calcular a resistência à tração

Não existe uma fórmula de resistência à tração universal para calcular a resistência à tração, uma vez que depende de diferentes condições (material, composição e processamento de ligas). Como regra, a resistência à tração é determinada empiricamente por testes de material e, em seguida, resumida em tabelas de resistência à tração para parafusos e aço inoxidável em folhas de dados ou padrões de material. No entanto, é possível calcular a tensão que um material experimenta quando é sujeito a uma carga de tração. A fórmula geral para tensão (σ) em um material sob carga de tração é:

onde:

• σ = a tensão em Pascal (Pa)
• F = a força de tração que atua sobre o material em Newton (N)
• A = a área da seção transversal do material submetido à força tênsil em metros quadrados (m²).

Para determinar a resistência à tração de, por exemplo, aço e aço inoxidável, a força de tração máxima (F) e a menor área de secção transversal (A) na qual o material foi testado pode ser usado. A resistência à tração é normalmente expressa em Megapascal (MPa).

Visão geral das classes de aço inoxidável

O aço inoxidável é um termo genérico para aproximadamente 120 tipos diferentes de aço resistente à corrosão. As ligas individuais servem diferentes finalidades e casos de utilização. No entanto, todos contêm crómio e, possivelmente, também níquel, que são responsáveis pela resistência à corrosão. Os elementos reagem com o oxigénio do ar para formar uma fina camada protetora de óxido na superfície do aço. Esta camada de óxido é chamada de camada passiva e evita que mais oxigénio entre em contacto com o ferro subjacente, evitando assim a corrosão e a ferrugem. Em comparação com aços de liga baixa ou aços estruturais, a resistência à tração do aço inoxidável é relativamente elevada. Por exemplo, o aço inoxidável 1.4301 tem uma resistência à tração de 500 - 700 N/mm² (comparação: para aço estrutural convencional, a resistência à tração é de 300 - 590 N/mm²). As normas DIN 17440 e DIN EN ISO 3506 aplicam-se a aços inoxidáveis. As principais categorias de aços inoxidáveis são as seguintes.

Aços inoxidáveis austeníticos

Estes aços inoxidáveis caracterizam-se pelo seu elevado teor de crómio e níquel, normalmente acima de 16% de crómio e acima de 8% de níquel. São não magnéticos e têm excelente resistência à corrosão e soldabilidade. A letra A no nome de um aço inoxidável, como V2A, indica que se trata de um aço inoxidável austenítico.

Aços inoxidáveis ferríticos

Os aços inoxidáveis ferríticos contêm uma quantidade elevada de crómio, mas pouco ou nenhum níquel. São magnéticos e oferecem uma boa resistência à corrosão em ambientes não agressivos. A letra F é utilizada em nome de aços inoxidáveis para indicar que são aços inoxidáveis férricos.

Aços inoxidáveis martensíticos

Os aços inoxidáveis martensíticos caracterizam-se pelo seu elevado teor de carbono e pelo elevado teor de crómio. São magnéticos e têm uma excelente dureza e resistência ao desgaste. Os aços inoxidáveis martensíticos são frequentemente utilizados em facas e ferramentas. A letra C no nome do aço inoxidável martensítico indica o teor de carbono.

Aços inoxidáveis duplex

Os aços inoxidáveis duplex têm uma mistura de estrutura austenítica e ferrítica na sua liga. Proporcionam boa resistência e resistência à corrosão e são particularmente úteis em ambientes com altas concentrações de cloreto, como na indústria química e em aplicações de água do mar.

Parafusos e porcas de aço inoxidável

Os parafusos e porcas de aço inoxidável são conhecidos pela sua resistência robusta à corrosão. No entanto, é possível que o aço inoxidável também possa começar a enferrujar, por exemplo, devido a ferrugem estranha devido ao contacto com metais enferrujados. A classe de resistência dos parafusos fornece informações sobre a quantidade de carga que podem absorver.

Resistência à tração em parafusos de aço inoxidável

A resistência à tração dos parafusos de aço inoxidável é especificada como uma classe de resistência. A classe de resistência é uma combinação da resistência à tração e da resistência ao rendimento da resistência à tração:

Abaixo da resistência de rendimento, o material retorna ao seu estado original após a deformação, acima da resistência de rendimento a deformação permanece. No entanto, a resistência ao rendimento de 0,2% é frequentemente especificada em vez da resistência ao rendimento, uma vez que a resistência ao rendimento nem sempre é claramente identificável pelo teste de tração. Descreve a tensão em que o alongamento permanente após alívio é igual a 0,2%. Existem tabelas para as classes de resistência dos parafusos como guia. No passado, era comum especificar a resistência à tração dos parafusos em kg em tabelas, mas hoje em dia, é principalmente expressa em Pascal (Megapascal) ou Newton (por milímetro quadrado).

A classe de resistência influencia diretamente o torque máximo que pode ser exercido no parafuso ou na porca. Ao selecionar o parafuso ou porca de aço inoxidável correto, deve-se determinar primeiro qual torque é necessário para uma instalação segura e se a classe de resistência permite esse torque.

Além da classe de resistência – 80 no exemplo aqui – a marcação A4 especifica o grupo de material e o tipo de aço do parafuso ou porca de aço inoxidável. Refere-se à composição química do aço inoxidável e às propriedades associadas de resistência à corrosão e resistência a ácidos. A2, por exemplo, indica um aço inoxidável austenítico com determinados componentes de crómio e níquel. O aço inoxidável com a etiqueta A4 também é resistente a ácido ou água do mar.

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Resistência à tração em porcas de aço inoxidável

A classificação das porcas é ligeiramente menos específica do que as dos parafusos, uma vez que são frequentemente utilizadas em combinação com os parafusos e, por conseguinte, devem corresponder principalmente ao parafuso. Em geral, as porcas de aço inoxidável são frequentemente projetadas para corresponder à mesma classe de resistência à tração ou superior que o parafuso associado.

As propriedades mecânicas das porcas de aço inoxidável, bem como das porcas de aço, são expressas pelas classes de resistência e pelas tensões de carga garantidas que correspondem à classificação de resistência do parafuso emparelhado.

Uma vez que as porcas de aço inoxidável são utilizadas com parafusos de aço inoxidável correspondentes, a espessura do material de uma porca de aço inoxidável é normalmente determinada pela espessura do material de um parafuso feito do mesmo material. Devido a este acordo, assume-se frequentemente que não haverá falha de corte nas roscas quando é utilizada uma combinação de parafusos e porcas de aço inoxidável. No entanto, é importante notar que as porcas de baixo perfil com apenas algumas roscas de interbloqueio devem ser utilizadas com cuidado para evitar a falha do corte nas roscas.

Tabela de resistência à tração em aço inoxidável

Consulte a tabela abaixo para obter uma visão geral da resistência à tração de vários tipos de aço inoxidável. Os valores indicados representam diretrizes gerais e podem variar ligeiramente dependendo do processo de fabrico, tratamento térmico e liga específica. É aconselhável consultar as fichas de dados do material e as especificações técnicas para obter informações detalhadas sobre os seus requisitos.

• O número da classe de resistência corresponde a 1/10 do valor nominal da resistência à tração mínima.
• Exemplo: A classe de resistência A2-50 para materiais austeníticos refere-se a um material com uma resistência à tração de 500 N/mm², uma resistência ao rendimento de 210 N/mm² e um alongamento na quebra de 0,6 d.
• Os aços inoxidáveis são classificados em tipos (austeníticos, martensíticos e ferríticos) e as classes de resistência para os aços martensíticos são determinadas com base nas diferenças no tratamento térmico.

Ligação para mais artigos de blogue sobre parafusos

Se pretender aprofundar o tópico dos parafusos, pode encontrar mais informações nos seguintes artigos do blogue:

• Cálculo das resistências ao corte e resistências à tração para parafusos