15-5PH – UNS S15500 (XM-12)
Aço inoxidável martensítico endurecível por precipitação (Cr-Ni-Cu)
Versão do 17-4PH com menos Cr e ferrita delta praticamente nula, o que dá melhor tenacidade transversal e em seções grandes. Endurece por precipitação de cobre num único envelhecimento entre 480 e 620 °C, com corrosão comparável à do 304 em muitos meios.
Designações e equivalências
| Sistema | Designação |
|---|---|
| UNS | S15500 |
| W.Nr./EN | 1.4545 (X5CrNiCu15-5) |
| DIN | X5CrNiCu15-5 |
| Comercial | 15-5PH (marca registrada ATI), XM-12 |
| Outras | AMS 5659 (barra/forjado VAR/ESR) |
Normas por forma de produto
| Forma | Norma |
|---|---|
| Barra | ASTM A564 XM-12; AMS 5659 |
| Forjado | ASTM A705 XM-12; AMS 5659 |
| Chapa | ASTM A693 XM-12; AMS 5862 |
| Fundido equivalente | ASTM A747 CB7Cu-2 |
Composição química (%)
ASTM A564 XM-12
| Elemento | Faixa (%) |
|---|---|
| C | ≤ 0,07 |
| Mn | ≤ 1,00 |
| Si | ≤ 1,00 |
| P | ≤ 0,040 |
| S | ≤ 0,030 |
| Cr | 14,0 – 15,5 |
| Ni | 3,5 – 5,5 |
| Cu | 2,5 – 4,5 |
| Nb + Ta | 0,15 – 0,45 |
| Fe | balanço |
Propriedades mecânicas
Envelhecido – mínimos ASTM A564 (barra, longitudinal); demais condições na tabela de envelhecimento
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| H900 – Rp0,2 / Rm | ≥ 1.170 / ≥ 1.310 MPa; A ≥ 10%; ≥ 40 HRC |
| H1025 – Rp0,2 / Rm | ≥ 1.000 / ≥ 1.070 MPa; A ≥ 12%; ≥ 35 HRC |
| H1075 – Rp0,2 / Rm | ≥ 860 / ≥ 1.000 MPa; A ≥ 13%; ≥ 32 HRC |
| H1150 – Rp0,2 / Rm | ≥ 725 / ≥ 930 MPa; A ≥ 16%; ≥ 28 HRC |
| H1150M – Rp0,2 / Rm | ≥ 515 / ≥ 795 MPa; A ≥ 18% |
| Condição A (solubilizado) | ≤ 38 HRC / 363 HB |
Propriedades físicas típicas
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade | 7,78 g/cm³ (A) / 7,81 g/cm³ (H900) |
| Faixa de fusão | 1.400 – 1.440 °C |
| Módulo de elasticidade | 196 GPa |
| Condutividade térmica (100 °C) | 17,8 W/m·K |
| Expansão térmica (20–100 °C) | 10,8 µm/m·K |
Condições de envelhecimento
| Condição | Envelhecimento | Rp0,2 mín. | Rm mín. | A mín. | Dureza mín. |
|---|---|---|---|---|---|
| A (solubilizado) | 1.040 ± 15 °C, resfriar < 30 °C | – | – | – | ≤ 363 HB / 38 HRC máx. |
| H900 | 482 °C / 1 h / ar | 1.170 MPa | 1.310 MPa | 10% | 388 HB / 40 HRC |
| H925 | 496 °C / 4 h / ar | 1.070 MPa | 1.170 MPa | 10% | 375 HB / 38 HRC |
| H1025 | 552 °C / 4 h / ar | 1.000 MPa | 1.070 MPa | 12% | 331 HB / 35 HRC |
| H1075 | 579 °C / 4 h / ar | 860 MPa | 1.000 MPa | 13% | 311 HB / 32 HRC |
| H1100 | 593 °C / 4 h / ar | 795 MPa | 965 MPa | 14% | 302 HB / 31 HRC |
| H1150 | 621 °C / 4 h / ar | 725 MPa | 930 MPa | 16% | 277 HB / 28 HRC |
| H1150M | 760 °C / 2 h / ar + 621 °C / 4 h / ar | 515 MPa | 795 MPa | 18% | ≈ 255 HB (típico) |
Tratamento térmico, soldagem e usinagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Temperatura de serviço | Até ≈ 315 °C; exposição prolongada acima disso causa fragilização (envelhecimento a 475 °C). |
| Tratamento térmico | Solubilização (condição A) a 1.040 ± 15 °C, resfriamento ao ar ou óleo até < 30 °C; usinar em A e envelhecer depois. Envelhecimento (ASTM A564, mínimos de barra): H900 482 °C/1 h → Rp0,2 1.170 / Rm 1.310 MPa, 40 HRC; H925 496 °C/4 h → 1.070/1.170 MPa, 38 HRC; H1025 552 °C/4 h → 1.000/1.070 MPa, 35 HRC; H1075 579 °C/4 h → 860/1.000 MPa, 32 HRC; H1100 593 °C/4 h → 795/965 MPa, 31 HRC; H1150 621 °C/4 h → 725/930 MPa, 28 HRC; H1150M 760 °C/2 h + 621 °C/4 h → 515/795 MPa (≈ 255 HB). Mesmos ciclos e mínimos do 17-4PH (A564 trata 630 e XM-12 juntos). |
| Soldagem | Boa: soldar na condição A ou H1150, sem preaquecimento; reenvelhecer (ou solubilizar + envelhecer) após soldagem. Consumível AWS ER630 (17-4PH) para resistência; ER308L/ER309L quando a junta não precisa da resistência do metal-base. |
| Usinagem | Boa na condição A ou H1150; acabamento após envelhecimento com contração de ≈ 0,05% (H900) a considerar. |
Metal de adição para soldar
A composição do arame normalmente não é idêntica à do material: cada página explica o motivo.
Aplicações típicas
- Estruturas e fixações aeronáuticas
- Eixos e hastes de válvulas
- Componentes de bombas e compressores
- Engrenagens e acoplamentos
- Peças de seção grande com tenacidade transversal
- Ferramentaria e moldes para plástico
Alternativas: 17-4PH quando a tenacidade transversal não é crítica (mais disponível); 13-8Mo (XM-13) para tenacidade e resistência maiores; 431 ou F6NM quando 900 MPa bastam e se busca custo menor.
15-5PH: guia completo
O que é o aço inox 15-5PH
O 15-5PH pertence à família dos aços inoxidáveis especiais, no grupo dos endurecíveis por precipitação (PH, de precipitation hardening). Foi desenvolvido como evolução do 17-4PH: com um pouco menos de cromo e mais níquel, e produzido por refusão a vácuo, elimina a ferrita delta em faixas que prejudica a tenacidade transversal do 17-4PH. A estrutura é martensítica de baixo carbono; a resistência vem de precipitados de cobre finíssimos formados no envelhecimento.
Composição química
Cromo de 14 a 15,5%, níquel de 3,5 a 5,5%, cobre de 2,5 a 4,5% e nióbio de 0,15 a 0,45%, com carbono até 0,07%.
Tratamento térmico
A solubilização é feita a 1.040 °C com resfriamento até abaixo de 32 °C, que completa a transformação em martensita; o envelhecimento vai de 482 °C (H900) a 621 °C (H1150) por 1 a 4 horas, e o H1150M soma um patamar prévio a 760 °C. A Dustre executa esses ciclos em fornos próprios dentro do serviço de tratamentos térmicos, com certificado da condição entregue.
Corrosão e limites de uso
A resistência à corrosão é semelhante à do 304 na maioria dos meios, com PREN de 14 a 16, e superior à dos martensíticos convencionais. Nas condições mais duras (H900) o aço é sensível a corrosão sob tensão e a fragilização por hidrogênio; para meios corrosivos usa-se H1025 ou acima, e para H2S o H1150D com dureza até 33 HRC. Em temperatura, o uso sob carga vai até cerca de 315 °C.
Aplicações
Componentes de trem de pouso, acessórios e fixadores aeronáuticos, eixos e hastes de válvulas de óleo e gás, componentes de bombas e compressores, peças de equipamentos médicos e de alimentos e componentes de alta resistência que exigem tenacidade em seções grossas.
Formas de fornecimento e serviços da Dustre
Barras redondas e blocos forjados em matriz aberta, cortados em serra fita na medida, com usinagem de desbaste ou acabamento, tratamento térmico (têmpera e revenido, recozimento, solubilização e envelhecimento) em fornos próprios e ensaios de dureza, tração e impacto. Todo o material é fornecido com certificado de inspeção 3.1 e rastreabilidade de corrida.
Perguntas frequentes
Qual a composição química do 15-5PH?
Pela ASTM A564 XM-12: C ≤ 0,07; Mn ≤ 1,00; Si ≤ 1,00; P ≤ 0,040; S ≤ 0,030; Cr 14,0 – 15,5.
Quais normas cobrem o 15-5PH?
Barra: ASTM A564 XM-12; AMS 5659. Forjado: ASTM A705 XM-12; AMS 5659. Chapa: ASTM A693 XM-12; AMS 5862. Fundido equivalente: ASTM A747 CB7Cu-2.
Até que temperatura o 15-5PH pode ser usado?
Até ≈ 315 °C; exposição prolongada acima disso causa fragilização (envelhecimento a 475 °C).
Quais materiais substituem o 15-5PH?
17-4PH quando a tenacidade transversal não é crítica (mais disponível); 13-8Mo (XM-13) para tenacidade e resistência maiores; 431 ou F6NM quando 900 MPa bastam e se busca custo menor.