BR112013032196B1

BR112013032196B1 - Ligas de aço resistentes ao choque endurecíveis ao ar, métodos de fazer as ligas e artigos incluindo as ligas

Info

Publication number: BR112013032196B1
Application number: BR112013032196-2A
Authority: BR
Inventors: Njall Stefansson; Bradley Hasek; Ronald E. Bailey; Thomas Parayil; Andrew Nichols
Original assignee: Ati Properties Llc
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2019-05-14
Also published as: AU2016238855B2; IL229698A0; ZA201309363B; KR101953408B1; RU2014101026A; MX2013014952A; CN103608480A; HUE036779T2; BR112013032196A2; AU2012316696A1; JP2014522907A; CA2837596C; SI2721189T1; US9657363B2; PT2721189T; EP2721189A2; IL229698B; CA2837596A1; PL2721189T3; WO2013048587A3

Abstract

ligas de aço resistentes ao choque endurecíveis ao ar, métodos de fazer as ligas e artigos incluindo as ligas é revelada uma liga de aço endurecível ao ar compreendendo, em percentagem em peso: 0,18 a 0,26 de carbono; 3,50 a 4,00 de níquel; 1,60 a 2,00 de cromo; 5 de 0 a 0,50 de molibdênio; 0,80 a 1,20 de manganês; 0,25 a 0,45 de silício; 0 a menos do que 0,005 de titânio; 0 a menos do que 0,020 de fósforo; 0 a 0,005 de boro; 0 a 0,003 de enxofre; ferro; e impurezas. a liga de aço endurecível ao ar tem uma dureza brinell em uma faixa de 352 hbw a 460 hbw. a liga de aço endurecível ao ar combina elevada resistência, dureza mé10 dia e tenacidade, em comparação com certas ligas de aço endurecíveis ao ar, conhecidas, e encontra aplicação, por exemplo, em qualquer uma de blindagem de aço, casco de proteção contra explosão, casco no formato de v de proteção contra explosão, bojo de veículo de proteção contra explosão, e encerramento de proteção contra explosão.

Description

“LIGAS DE AÇO RESISTENTES AO CHOQUE ENDURECÍVEIS AO AR, MÉTODOS DE FAZER AS LIGAS E ARTIGOS INCLUINDO AS LIGAS”

FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA

CAMPO DA TECNOLOGIA

A presente revelação se refere ao campo de ligas de aço resistentes ao choque, endurecíveis ao ar e artigos incluindo tais ligas.

DESCRIÇÃO DOS FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA

A presente revelação se refere às ligas de aço endurecíveis ao ar, novéis que apresentam resistência, dureza e tenacidade, favoráveis. As ligas de aço endurecíveis ao ar de 10 acordo com a presente revelação podem ser usadas, por exemplo, para prover proteção contra choque e/ou explosão para estruturas e veículos, e também podem ser incluídas em vários outros produtos industriais. A presente revelação se refere ainda aos métodos de processar certas ligas de aço que aperfeiçoam a resistência à deformação residual e dinâmica e fragmentação associada aos eventos de explosão.

Materiais atuais usados para proteção contra explosão ou choque são predominantemente os aços Class 2 Rolled Homogeneous Armor (RHA) sob a Especificação Militar dos Estados Unidos MIL-DTL-12506J, e outros aços brandos destinados a uso em áreas onde resistência máxima a taxas elevadas de carga de choque são exigidas e onde resistência à penetração por munição de perfuração de blindagem é de importância secundária. Os aços 20 RHA da Classe 2 são resfriados à água e revenidos até uma dureza máxima de 302 HBW (Número de Dureza Brinell) para transmitir maleabilidade e resistência ao impacto. Essa classe de aços RHA, portanto, se destina principalmente a uso como proteção contra minas terrestres antitanque, granadas de mão, projéteis de explosão, e outras armas causadoras de explosão. Os aços RHA de Classe 2 especificados de acordo com MIL-DTL-12560J, e 25 outros aços moderados, contudo, tipicamente não têm elevada resistência e dureza para resistir significativamente à deformação residual e dinâmica e fragmentação associada aos eventos de explosão.

Os aços RAH de tipo 2 são tipicamente aços carbono de liga inferior que obtém suas propriedades por intermédio de tratamento térmico (austenitização), resfriamento à água, 30 e revenimento. Resfriamento à água pode ser desvantajoso porque pode resultar em distorção excessiva de, e geração de tensão residual no aço. Os aços resfriados à água também podem exibir grandes áreas afetadas pelo calor (HAZ) após soldagem. Além disso, os aços resfriados à água requerem um tratamento térmico adicional após formação a calor, seguido por resfriamento à água e revenimento, para restaurar as propriedades mecânicas deseja35 das.

Consequentemente seria vantajoso prover uma liga de aço que exibisse elevada resistência, e elevada maleabilidade e tenacidade, em comparação com os aços carbono de

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2/16 liga inferior RHA de classe 2 que possam obter as propriedades mecânicas exigidas para reduzir a deformação dinâmica e residual ocorrendo em um evento de explosão, e que elimina ou reduz os problemas associados ao resfriamento à água dos materiais RHA de Classe 2.

SUMÁRIO

De acordo com um aspecto não limitador da presente revelação, uma liga de aço endurecível ao ar, compreende, em percentagem em peso: 0,18 a 0,26 de carbono; 3,50 a 4,00 de níquel; 1,60 a 2,00 de cromo; 0 a 0,50 de molibdênio; 0,80 a 1,20 de manganês; 0,25 a 0,45 de silício; 0 a menos do que 0,005 de titânio; 0 a menos do que 0,020 de fósforo;

0 até 0,005 de boro; 0 até 0,003 de enxofre; ferro; e impurezas incidentais. A liga de aço que pode ser endurecida ao ar tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 460 HBW.

De acordo com outro aspecto não limitador da presente revelação, um produto industrial compreende uma liga de aço que pode ser endurecida ao ar de acordo com essa revelação. Tal produto industrial pode ser selecionado a partir de, ou pode incluir, um artigo 15 selecionado a partir de, por exemplo, uma blindagem de aço, um casco de proteção contra explosão, um casco no formato de V de proteção contra explosão, um bojo de veículo de proteção contra explosão e um encerramento de proteção contra explosão.

De acordo ainda com outro aspecto da presente revelação, um método de tratar termicamente uma liga de aço que pode ser endurecida ao ar, resfriada a ar e austenitizada 20 compreende: prover uma liga de aço endurecível ao ar resfriada a ar e austenitizada; temperar mediante tratamento térmico a liga de aço endurecível ao ar, resfriada a ar e austenitizada por um tempo de têmpora em uma faixa de 4 horas a 12 horas em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C); e resfriar a ar a liga de aço endurecível ao ar, revenida até temperatura ambiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Certas características e vantagens de modalidades não limitadoras dos métodos aqui descritos podem ser mais bem entendidas mediante referência aos desenhos anexos nos quais:

A Figura 1 é um fluxograma de uma modalidade não limitadora de acordo com a 30 presente revelação de um método de tratar termicamente uma liga de aço endurecível ao ar, resfriada a ar e austenitizada.

A Figura 2 é um gráfico de dureza Brinell como uma função do teor de carbono para certas modalidades não limitadoras de ligas de aço de acordo com a presente revelação.

A Figura 3 é um gráfico de dureza Brinell como uma função de teor de carbono e 35 tratamento térmico de revenimento para certas modalidades não limitadoras de ligas de aço de acordo com a presente revelação.

A Figura 4 é um gráfico de dureza Brinell como uma função de teor de carbono para

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3/16 certas modalidades não limitadoras de ligas de aço de acordo com a presente revelação, incluindo amostras de lingote em escala de laboratório.

A Figura 5 é um gráfico de dureza Brinell como uma função de teor de carbono e tratamento térmico de revenimento para certas modalidades não limitadoras de ligas de aço de acordo com a presente revelação, incluindo amostras de lingote em escala de laboratório.

A Figura 6 é um gráfico de várias propriedades de tensão como uma função do teor de carbono para certas modalidades não limitadoras de ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente revelação e para uma amostra de uma chapa de liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL®; e

A FIGURA 7 é um gráfico de valores de resistência de entalhe-v Charpy determinados a -40°C como uma função de teor de carbono para certas modalidades de ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente revelação e para uma amostra de uma chapa de liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL®.

O leitor considerará os detalhes precedentes, assim como outros, mediante consideração da descrição detalhada seguinte de certas modalidades não limitadoras de ligas, produtos industriais, e métodos de acordo com a presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CERTAS MODALIDADES NÃO LIMITADORAS

Deve-se entender que certas descrições das modalidades aqui reveladas foram simplificadas para ilustrar apenas esses elementos, características, e aspectos que são relevantes para um entendimento claro das modalidades reveladas, enquanto eliminando, com o propósito de clareza, outros elementos, características e aspectos. Aqueles de conhecimento comum na técnica, ao considerar a presente revelação das modalidades reveladas, reconhecerão que outros elementos e/ou características podem ser desejáveis em uma implementação ou aplicação específica das modalidades reveladas. Contudo, como tais outros elementos e/ou características podem ser prontamente averiguados e implementados por aqueles de conhecimento comum na técnica a partir da consideração da presente descrição das modalidades reveladas e não são, portanto necessárias para um completo entendimento das modalidades reveladas, uma descrição de tais elementos e/ou características não é aqui provida. Como tal, deve-se entender que a descrição aqui apresentada é exemplar e ilustrativa, apenas, das modalidades reveladas, e não pretende limitar o escopo da invenção conforme definido apenas pelas reivindicações.

Além disso, qualquer faixa numérica aqui citada pretende incluir todas as sub-faixas aqui incluídas. Por exemplo, uma faixa de “1 a 10” pretende incluir todas as sub-faixas entre (e incluindo) o valor mínimo citado de 1 e o valor máximo citado de 10, isto é, tendo um valor mínimo igual ou maior do que 1 e um valor máximo igual ou menor do que 10. Qualquer limitação numérica máxima aqui citada pretende incluir todas as limitações numéricas inferiores

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4/16 aqui agrupadas e qualquer limitação numérica mínima aqui citada deve incluir todas as limitações numéricas superiores aqui agrupadas. Consequentemente, os requerentes se reservam ao direito de emendar a presente revelação, incluindo as reivindicações, para expressamente citar qualquer subfaixa agrupada dentro das faixas aqui expressamente citadas. Todas as tais faixas devem ser inerentemente aqui reveladas de tal modo que correção para expressamente citar quaisquer tais subfaixas estaria de acordo com as exigências de 35 U.S.C. §112, primeiro parágrafo, e 35 U.S.C. §132(a).

Os artigos gramaticais “um”, “uma”, “o”, conforme aqui usados pretendem incluir “ao menos um” ou “um ou mais”, a menos que de outro modo indicado. Assim, os artigos são aqui usados se referindo a um ou mais do que um (isto é, ao menos um) dos objetos gramaticais do artigo. Como exemplo, “um componente” significa um ou mais componentes e, assim, possivelmente, mais do que um componente é considerado e pode ser empregado ou usado em uma implementação das modalidades descritas.

Qualquer patente, publicação, ou outro material de revelação que seja considerado como incorporado, integralmente ou em parte, mediante referência feita aqui, é incorporada apenas até o ponto em que o material incorporado não entre em conflito com as definições existentes, declarações, ou outro material de revelação apresentado nessa revelação. Como tal, e na amplitude necessária, a revelação conforme aqui apresentada substitui qualquer material conflitante aqui incorporado mediante referência. Qualquer material, ou uma sua porção, que é dito como incorporado aqui mediante referência, mas o qual conflita com as definições existentes, declarações ou outro material de revelação aqui apresentado, é incorporado apenas até o ponto em que nenhum conflito surja entre esse material incorporado e o material de revelação existente.

A presente revelação inclui descrições de várias modalidades. Deve-se entender que todas as modalidades aqui descritas são exemplares, ilustrativas e não limitadoras. Assim, a invenção não é limitada pela descrição das várias modalidades exemplares, ilustrativas, e não limitadoras. Mais propriamente, a invenção é definida apenas pelas reivindicações, as quais podem ser emendadas para citar quaisquer características expressamente ou inerentemente descritas ou de outro modo expressamente ou inerentemente suportada pela presente revelação.

Os aspectos da presente revelação incluem modalidades não limitadoras de ligas de aço de elevada resistência endurecíveis ao ar, de dureza média e de tenacidade média, em comparação com certas ligas de aço endurecíveis ao ar, conhecidas, e artigos fabricados a partir de, ou incluindo as ligas de aço. Um aspecto das modalidades das ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente revelação é que, embora as ligas sejam de autotemperamento, foi determinado que ao se conduzir uma etapa de revenimento de tratamento térmico adicional em uma faixa de temperatura de aproximadamente 300°F (149°C)

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5/16 a 450°F (232°C), após austenitização e resfriamento a ar, se proporcionaria às ligas maior carga limite sem reduzir a maleabilidade das ligas ou resistência à fratura. A observação de que a carga limite da liga aumentou sem afetar negativamente a maleabilidade ou a resistência à fratura foi surpreendente, inesperada e não intuitiva dado que as ligas de aço resfri5 adas e revenidas convencionais incluindo teor de carbono comparável tipicamente apresentam resistência reduzida em conjunto com maior maleabilidade e resistência à fratura a partir da revenimento.

Exemplos de artigos industriais que poderiam se beneficiar de serem formados de, ou incluindo modalidades de ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente re10 velação incluem chapas resistentes à explosão de blindagem de aço para veículos ou estruturas. Outros produtos industriais que se beneficiariam de serem formados de ou incluindo modalidades de ligas de acordo com a presente revelação serão evidentes a partir de uma consideração da descrição adicional seguinte das modalidades.

Conforme usado aqui, uma “liga de aço endurecível ao ar” e um “aço endurecível 15 ao ar” se referem a uma liga de aço que não requer resfriamento brusco em um líquido para obter a dureza alvo. Mais propriamente, o endurecimento pode ser obtido em uma liga de aço endurecida ao ar mediante resfriamento a partir de elevada temperatura apenas em ar. Como aqui usado, “endurecimento ao ar” se refere ao resfriamento de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação, em ar para obter a dureza alvo. A du20 reza alvo em uma faixa de aproximadamente 350 HBW a aproximadamente 460 HBW pode ser obtida mediante endurecimento ao ar de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação. Como as ligas e aço endurecíveis ao ar não requerem resfriamento brusco com líquido para obter a dureza alvo, artigos incluindo as ligas de aço endurecíveis ao ar, tal como, por exemplo, chapas de liga de aço endurecíveis ao ar, não estão 25 sujeitas ao grau de distorção e empenamento que podem ocorrer ao resfriar bruscamente mediante líquido as ligas para reduzir rapidamente a sua temperatura. As ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente revelação podem ser processadas utilizando técnicas de tratamento térmico, convencionais, tal como austenitização, e então resfriadas ao ar, e opcionalmente revenidas, para formar uma chapa de blindagem de aço homogênea ou 30 outro artigo, em a necessidade de tratamento térmico adicional e/ou resfriamento por líquido do artigo para obter a dureza alvo.

Como usado aqui, “austenitizar” se refere ao aquecimento de um ácido até uma temperatura acima da faixa de transformação de modo que a fase de ferro do aço consiste essencialmente na microestrutura de austenita. Tipicamente uma “temperatura de austeniti35 zação” para uma liga de aço é uma temperatura acima de 1.200°F (648,9°C). Conforme usado aqui, “autotemperamento” se refere à tendência das ligas de aço endurecíveis ao ar da presente revelação em parcialmente precipitar o carbono a partir das porções da fase

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6/16 martensítica formada durante resfriamento ao ar, formando uma dispersão fina de carbonetos de ferro em uma matriz de α-ferro, e os quais aumentam a resistência da liga de aço. Conforme aqui usado “temperar” e “tratamento térmico de revenimento” se refere ao aquecimento de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação após 5 austenitização e resfriamento ao ar da liga, e que resulta em um aumento na carga limite sem reduzir a maleabilidade e resistência à fratura da liga. Como usado aqui, “homogeneização” se refere a um tratamento térmico da liga, aplicado para tornar substancialmente consistentes, em toda a liga, a química e a microestrutura da liga.

De acordo com uma modalidade não limitadora, uma liga de aço endurecível ao ar 10 de acordo com a presente revelação compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em, em percentagem em peso: 0,18 a 0,26 de carbono; 3,50 a 4,00 de níquel; 1,60 a 2,00 de cromo; 0 a 0,50 de molibdênio; 0,80 a 1,20 de manganês; 0,25 a 0,45 de silício; 0 a menos do que 0,005 de titânio; 0 a menos do que 0,020 de fósforo; 0 a 0,005 de boro; 0 a 0,003 de enxofre; ferro e impurezas casuais. Em certas modalidades não limitadoras de uma 15 liga de acordo com a presente revelação, as impurezas casuais consistem em elementos residuais satisfazendo às exigências da Especificação Militar dos Estados Unidos MIL-DTL12506J, que é aqui incorporada integralmente mediante referência. Em certas modalidades não limitadoras das ligas de aço de acordo com a presente revelação, limites máximos para certas purezas secundárias incluem, em percentagem em peso: 0,25 de cobre; 0,03 de ni20 trogênio; 0,10 de zircônio; 0,10 de alumínio; 0,01 de chumbo; 0,02 de estanho; 0,02 de antimônio e 0,02 de arsênico. Em outra modalidade não limitadora de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação, o nível de molibdênio está em uma faixa de 0,40 a 0,50% em peso. Observou-se que adições de molibdênio podem aumentar a dureza e a resistência à corrosão de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com essa revela25 ção.

Em uma modalidade não limitadora, após austenitização e resfriamento ao ar, uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação exibe uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 460 HBW conforme avaliado de acordo com ASTM E10-10, “Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials”, ASTM International, West 30 Conshohocken, PA. Todos os valores de dureza Brinell reportados na presente revelação foram determinados utilizando-se a técnica descrita na especificação ASTM E10-10.

Em ainda outra modalidade não limitadora, após austenitização e resfriamento ao ar, uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 460 HBW; uma resistência à tração final em uma faixa 35 de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.1641 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 15%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 31 ft-lb (42 J)

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7/16 a 53 ft-lb (72 J).

Teste de tensão reportado na presente descrição foi conduzido de acordo com ASTM E8/E8M-09, “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials”. Teste de entalhe-v de Charpy foi conduzido de acordo com ASTM E2248-09, “Standard Test Method for Impact Testing of Miniaturized Charpy V-Notch Specimens”. Como é sabido na técnica, o teste de impacto de entalhe-v de Charpy é um teste de impacto de taxa de tensão, rápido que mede a capacidade da liga em absorver energia, desse modo proporcionando uma medida da dureza da liga.

Em ainda outra modalidade não limitadora, após austenitização e resfriamento ao ar, uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação para prover a liga com uma dureza Brinell na faixa de 352 HBW a 460 HBW, a liga é revenida em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C) para um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas (tempo em forno), resultando em um aumento da dureza Brinell da liga de aço para a faixa de 360 HBW a 467 HBW.

Após austenitização e resfriamento ao ar uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação para prover dureza na faixa de 352 HBW a 460 HBW e então temperando a liga por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), certas modalidades da liga de aço, endurecível ao ar, tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 467 HBW; uma resistência à tração final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.641 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 175 ksi (1.207 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 31 ft-lb (42 J) a 53 ft-lb (72 J).

Um aspecto surpreendente e inesperado, de acordo com a presente revelação, é a observação de que quando certas ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com essa revelação que foram austenitizadas, resfriadas ao ar, e autorevenidas são adicionalmente submetidas a um tratamento térmico de revenimento por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a carga limite das ligas aumenta em tanto quanto 20%, sem reduzir o alongamento percentual e dureza de impacto de entalhe-v de Charpy determinado em 40°C das ligas. Conforme explicado acima, essa característica observada foi surpreendente e inesperada ao menos pelo motivo de que as ligas de aço revenidas e resfriadas à água, tradicionais incluindo teor de carbono similar, apresentam resistência diminuída e maleabilidade e resistência à fratura, aumentadas a partir da revenimento.

De acordo com outra modalidade não limitadora, uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em, em percentagem em peso: 0,18 a 0,24 de carbono; 3,50 a 4,00 de níquel; 1,60 a 2,00

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8/16 de cromo; 0 a 0,50 de molibdênio; 0,80 a 1,20 de manganês; 0,25 a 0,45 de silício; 0 a menos do que 0,005 de titânio; 0 a menos do que 0,020 de fósforo; 0 a 0, 005 de boro; 0 a 0,003 de enxofre; ferro e impurezas casuais. Em certas modalidades não limitadoras de uma liga de acordo com a presente revelação, as impurezas casuais consistem em elementos residuais satisfazendo às exigências da Especificação Militar dos Estados Unidos MIL-DTL12506J. Em certas modalidades não limitadoras das ligas de aço de acordo com a presente revelação, limites máximos para certas impurezas casuais incluem, em percentagem em peso: 0,25 de cobre; 0,03 de nitrogênio; 0,10 de zircônio; 0,10 de alumínio; 0,01 de chumbo; 0,02 de estanho; 0,02 de antimônio; e 0,02 de arsênico. Em outra modalidade não limitadora de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação, o nível de molibdênio está em uma faixa de 0,40 a 0,50% em peso. Foi observado que adições de molibdênio podem aumentar a dureza e resistência à corrosão de um aço endurecível ao ar de acordo com essa revelação.

Nessa modalidade não limitadora, após a austenitização e resfriamento ao ar, a liga de aço endurecível ao ar tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 459 HBW; uma resistência à tração final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 37 ft-lb (50 J) a 53 ft-lb (72 J).

Após austenitização e resfriamento ao ar uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação para prover dureza na faixa de 352 HBW a 459 HBW e então temperando a liga para um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), certas modalidades da liga de aço, endurecível ao ar, tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 459 HBW; uma resistência à tração final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 158 ksi (1.089 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 15% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 37 ft-lb (50 J) a 53 ft-lb (72 J).

Um aspecto inesperado e surpreendente de certas ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com a presente revelação é a observação de que quando as ligas de autotemperamento, endurecíveis ao ar, resfriadas ao ar, e austenitizadas de acordo com essa revelação são submetidas adicionalmente a um tratamento térmico de revenimento por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a carga limite das ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com essa revelação, em uma modalidade não limitadora, aumenta em até 8% e o alongamento percentual e resistência ao impacto de entalhe-v de Charpy em 40°C não diminui. Como explicado acima, essa característica observada foi surpreendente e

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9/16 inesperada dado que as ligas de aço revenidas e resfriadas à água, tradicionais incluindo teor de carbono similar exibem resistência diminuída e maleabilidade aumentada e resistência à fratura a partir da revenimento.

De acordo com outra modalidade não limitadora, uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação compreende, consiste essencialmente em, ou consiste em, em percentagem em peso: 0,18 a 0,21 de carbono; 3,50 a 4,00 de níquel; 1,60 a 2,00 de cromo; 0 a 0,50 de molibdênio; 0,80 a 1,20 de manganês; 0,25 a 0,45 de silício; 0 a menos do que 0,005 de titânio; 0 a menos do que 0,020 de fósforo; 0 a 0, 005 de boro; 0 a 0,003 de enxofre; ferro e impurezas casuais. Em certas modalidades não limitadoras de uma liga de acordo com a presente revelação, as impurezas casuais consistem em elementos residuais satisfazendo às exigências da Especificação Militar dos Estados Unidos MIL-DTL12506J. Em certas modalidades não limitadoras de ligas de aço de acordo com a presente revelação, limites para certas impurezas casuais incluem, em percentagem em peso: 0,25 de cobre; 0,03 de nitrogênio; 0,10 de zircônio; 0,10 de alumínio; 0,01 de chumbo; 0,02 de estanho; 0,02 de antimônio e 0,02 de arsênico. Em outra modalidade não limitadora de uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação, o nível de molibdênio está em uma faixa de 0,40 a 0,50% em peso. Foi observado que adições de molibdênio podem aumentar a dureza e a resistência à corrosão de um aço endurecível ao ar de acordo com esta revelação.

Nesta modalidade não limitadora, a liga de aço endurecível ao ar exibe uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 433 HBW; uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 208 ksi (1.434 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 142 ksi (979 MPa); um alongamento percentual em uma faixa e 16% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 44 ft-lb (60 J) a 53 ft-lb (72 J).

Após austenitização e resfriamento ao ar uma liga de aço endurecível ao ar de acordo com a presente revelação para prover dureza na faixa de 352 HBW a 433 HBW e então temperando a liga para um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), certas modalidades da liga de aço, endurecível ao ar, têm uma dureza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 433 HBW; uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 15% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 44 ft-lb (60 J) a 53 ft-lb (72 J).

Um aspecto inesperado e surpreendente de certas ligas de aço endurecíveis ao ar dessa revelação é a observação de que quando as ligas de autotemperamento, endurecíveis ao ar, resfriadas ao ar e austenitizadas de acordo com essa revelação são adicionalPetição 870190028853, de 26/03/2019, pág. 25/45

10/16 mente submetidas a um tratamento térmico de revenimento por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a carga limite das ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com essa revelação, em uma modalidade não limitadora, aumenta em até 3% e o 5 alongamento percentual e resistência ao impacto de entalhe-v de Charpy em -40°C não diminui. Conforme explicado acima, essa observação é contrária ao que é observado com as ligas e aço revenidas, e resfriadas em água, tradicionais com teor de carbono semelhante, que mostram uma diminuição em resistência e um aumento em maleabilidade e resistência à fratura a partir da revenimento.

Outro aspecto de acordo com a presente revelação se refere aos produtos industriais formados a partir de, ou compreendendo uma liga de acordo com a presente revelação. Devido ao fato de que as ligas de aço endurecíveis ao ar, aqui reveladas, combinam elevada resistência, dureza e tenacidade, médias, em comparação com certas ligas de aço endurecíveis ao ar, conhecidas, as ligas de acordo com a presente revelação são particularmente 15 bem adequadas para inclusão em artigos tais como estruturas e veículos destinados à proteção contra explosão e/ou choque. Produtos industriais que podem ser formados a partir de, ou incluem ligas de acordo com a presente revelação, incluem, mas não são limitados a uma blindagem de aço, um casco de proteção contra explosão, um casco no formato de V de proteção contra explosão, um bojo de veículo de proteção contra explosão, e um encer20 ramento de proteção contra explosão.

Ainda outro aspecto da presente revelação se refere a um método de tratar termicamente uma liga endurecível ao ar, resfriada ao ar e austenitizada. Com referência ao diagrama de fluxo da Figura 1, uma modalidade não limitadora de um método (10) de acordo com a presente revelação inclui: prover (12) uma liga de aço endurecível ao ar, resfriada ao 25 ar e austenitizada; tratar termicamente de revenimento (14) a liga de aço endurecível ao ar, resfriada ao ar e austenitizada em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C) por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 12 horas (ou 4 horas a 10 horas); e resfriar ao ar (16) a liga de aço endurecível ao ar, revenida até temperatura ambiente. Um tratamento de austenitização é uma técnica conhecida daqueles 30 de conhecimento comum em metalurgia e não precisa ser aqui discutida em detalhe. Condições de austenitização típicas incluem, por exemplo, aquecer a liga de aço até uma temperatura na faixa de 1.400°F (760°C) a 1.700°F (927°C) e manter a liga em temperatura por um período de tempo na faixa de aproximadamente 0,25 hora a aproximadamente 1 hora.

Os exemplos a seguir pretendem descrever adicionalmente certas modalidades não 35 limitadoras de acordo com a presente revelação, sem limitar o escopo da presente revelação. Aqueles de conhecimento comum na técnica considerarão que variações dos exemplos a seguir são possíveis dentro do escopo da invenção, que é definido apenas pelas reivindiPetição 870190028853, de 26/03/2019, pág. 26/45

11/16 cações.

EXEMPLO 1

Um lingote experimental afilado de 4” x 4” x 10” (10,2 cm x 10,2 cm 25,4 cm) pesando aproximadamente 50 lb (22,7 kg) foi fabricado mediante fusão de indução a vácuo. A Tabela 1 relaciona a química efetiva e o objetivo do lingote experimental e a química efetiva de um lingote de estoque de liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500MIL®. A liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL® é uma liga de aço especial acabada comercialmente disponível que tem uma dureza na faixa de 477 HBW a 534 HBW, é usada em aplicações de chapa de blindagem, e é disponível a partir da ATI Defense, Washington, PA, USA.

Tabela 1: Química de Lingote Experimental e Lingote de Estoque de Liga ATI 500-MIL®
	Química Alvo de Lingote Experimental (% em peso)	Química Efetiva de Lingote Experimental (% em peso)	Química Efetiva de Lingote de Liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL® (% em peso)
C	0,18	0,1827	0,29
Ni	3,75	3,72	3,72
Cr	1,75	1,69	1,82
Mo	0,40	0,39	0,30
Si	0,35	0,40	0,27
Mn	1,00	0,99	0,98
Al		não detectado	0,002
Ti	<0,005	<0,005	0,002
V		não detectado	0,01
Co		não detectado	0,08
Cu		não detectado	0,18
S	<0,0006	0,002	0,0002
N		não detectado	0,0053
W		não detectado	0,026
Sn		não detectado	0,009
P	<0,020	0,005	0,019
Fe	Bal	Bal	Bal

Após fusão a calor experimental mostrado na Tabela 1, o topo quente foi removido e o material restante foi homogeneizado mediante aquecimento da liga em 2.050°F (1.121°C) por 4 horas (aproximadamente 1 hora por polegada (2,54 cm) de espessura.

EXEMPLO 2

O lingote experimental e o lingote da liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL® a partir do Exemplo 1 foi cortado em pequenos pedaços para fusão em um forno de resfriamento brusco. Diferentes proporções dos dois metais foram combinadas no forno para criar aquecimentos de “botão” de 2,5” de altura x 1,25” de diâmetro (6,35 cm de altura x 3,18 cm de diâmetro). Cinco botões foram feitos deste modo.

Os botões foram homogeneizados a 2.050°F (1.121°C) por 1 hora e, então, forjados

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12/16 diretamente a partir de amostras planas de 1,25” (3,18 cm) de diâmetro a 0,25” (0,635 cm) de espessura, o que ajudou a eliminar a micro estrutura fundida e formou um produto acabado. As amostras foram resfriadas ao ar após forjamento. Porções foram cortadas a partir de cada botão para verificar a química. Químicas medidas são relacionadas na Tabela 2.

Tabela 2: Química de Amostra de Lingote e Botão (% em peso)

	C	S	Cr	Mn	Si	Ni	Mo	P	Ti	Fe
Amostra 1	0,22	0,002	1,80	1,00	0,34	3,79	0,38	0,015	<0,005	Bal
Amostra 2	0,24	0,003	1,80	1,00	0,34	3,80	0,38	0,016	<0,005	Bal
Amostra 3	0,23	0,002	1,81	0,99	0,33	3,78	0,38	0,017	<0,005	Bal
Amostra 4	0,23	0,002	1,81	1,00	0,34	3,79	0,38	0,017	<0,005	Bal
Amostra 5	0,20	0,002	1,79	0,99	0,36	3,76	0,40	0,017	<0,005	Bal
Amostra 6	0,18	0,003	1,78	0,99	0,37	3,78	0,42	0,010	<0,005	Bal

Após serem cortadas as porções de química, as porções restantes de cada um dos botões foram austenitizadas a 1.600°F (871°C) por 15 minutos e deixadas esfriar ao ar.

Um segmento de 1” x 3” x 4” (2,54 cm x 7,62 cm x 10,2 cm) foi cortado a partir da peça restante de 3” x 4” x 7” (7,62 cm x 10,2 cm x 17,8 cm) do lingote experimental. Este segmento foi aquecido a 2.050°F (1.121°C) por 1 hora e então forjado diretamente a partir da chapa grossa de 4” (10,2 cm) de espessura para uma chapa de 2” (5,08 cm) de espessura. A chapa foi aquecida até 1.900°F (1.038°C), mantida em temperatura por 1 hora, laminada com acabamento até uma placa de 1” (2,54 cm) de espessura, e deixada esfriar ao ar. Uma amostra de química foi tirada a partir da chapa resfriada (Amostra 6) (química mostrada na Tabela 2), e a placa foi, então, austenitizada em 1.600°F (871°C) por 1 hora e deixada esfriar ao ar.

EXEMPLO 3

Uma única medição de dureza Brinell e três medições de dureza de Rockwell C foram feitas a partir de 0,025” (0,0635 cm) abaixo da superfície para cada uma das cinco amostras de 0,25 polegadas de espessura preparadas a partir dos aquecimentos de botão do Exemplo 2 e para a chapa de 1” (2,54 cm) de espessura preparada a partir do material experimental no Exemplo 2. Medições de dureza Brinell foram conduzidas de acordo com ASTM E10-10, “Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials”, ASTM International, West Conshohocken, PA. A dureza de Rockwell C foi medida de acordo com ASTM E18-08b, “Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials”. Valores de dureza de Rockwell C foram convertidos em valores de dureza Brinell de acordo com ASTM E140-07 “Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickes Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness e Scleroscope Hardness”.

Os valores de dureza foram traçados na Figura 2. A Figura 2 também inclui valores típicos de dureza para liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL®.

A Figura 2 mostra que as amostras contendo mais do que 0,24% em peso de carPetição 870190028853, de 26/03/2019, pág. 28/45

13/16 bono geralmente exibiram valores de dureza maiores do que os botões 1 a 5, e o lingote experimental, que continha carbono em uma faixa de 0,18 a 0,24% em peso.

EXEMPLO 4

Uma fatia de 0,25” (0,635 cm) da chapa grossa de 1” (2,54 cm) preparada no Exemplo 1 foi colhida. Como tal, a espessura da fatia preparada foi a mesma que a espessura das amostras de 0,25” de espessura preparadas a partir dos aquecimentos de botão do Exemplo 2, proporcionando seis amostras de espessura idêntica. Duas porções de 1,5” (3,81 cm) x 0,75” (1,91 cm) x 0,25” (0,635 cm) de espessura foram preparadas a partir de cada uma das seis amostras, proporcionando doze porções no total. Uma porção derivada de cada amostra foi revenida a 300°F (149°C) por 4 horas. A outra porção derivada de cada amostra foi revenida em 400°F (204°C) por 4 horas. Uma única medição de dureza Brinell e três medições de dureza Rockwell C foram realizadas a partir de 0,025” (0,0635 cm) abaixo da superfície para cada uma das doze porções. A Figura 3 inclui os valores de dureza a partir desse teste, em conjunto com os resultados a partir do teste de revenimento conduzido entre outras temperaturas de revenimento.

Os dados traçados na Figura 3 indicam que o tratamento térmico de revenimento adicional não afeta significativamente a dureza medida das ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com modalidades não limitadoras dessa revelação.

EXEMPLO 5

Dois lingotes experimentais afilados de 4” x 4” x 10” (10,2 cm x 10,2 x 25,4 cm) no tamanho de laboratório foram produzidos em um forno de indução a vácuo. As químicas incluíam u aquecimento de baixo teor de carbono e um aquecimento de alto teor de carbono. As químicas alvo dos lingotes são realizadas na Tabela 3.

Tabela 3: Química Alvo de Lingotes Afilados em Tamanho de Laboratório (% em peso)
	Aquecimento de Baixo Teor de Carbono	Aquecimento de Alto Teor de Carbono
C	0,21	0,26
Ni	3,75	3,74
Cr	1,77	1,78
Mo	0,42	0,41
Si	0,36	0,36
Mn	0,98	1,00
Ti	<0,005	<0,005
S	0,003	0,003
P	0,007	0,013
Fe	Bal	Bal

Após fusão, o topo quente foi removido a partir de cada lingote. Os lingotes foram carregados em um forno por 17 horas em 1.000°F (538°C), e foram posteriormente aquecidos para elevar a temperatura dos lingotes até 2.050°F (1.121°C) e homogeneizados por 2

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14/16 horas em vez das 4 horas pretendidas. Os lingotes foram forjados a partir de 4” (10,2 cm) para 2,75” (6,99 cm) de espessura em incrementos de 0,25” (0,635 cm), seguidos por um reaquecimento de 25 minutos, e então, forjados para espessura de 2” (5,08 cm) em incrementos de 0,25” (0,635 cm).

Após forjamento, cada amostra foi cortada pela metade e carregada em um forno de 1.900°F (1.038°C) para um estado encharcado de uma hora em temperatura. As amostras foram então laminadas transversalmente para 1,5” (3,81 cm) de espessura, submetidas a um reaquecimento de 20 minutos, e laminadas de forma final para amostras de chapa de 1” (2,54 cm) de espessura x 8” (20,3 cm) de largura x 10” (25,4 cm) de comprimento. Cada 10 um dos dois lingotes produziu duas amostras de chapa dessas dimensões. Após rolamento, as amostras de chapa foram austenitizadas em 1.600°F (871°C) por 1 hora e resfriadas ao ar em ar moderado.

Conforme observado, as amostras foram homogeneizadas apenas por 2 horas em vez das 4 horas pretendidas. Portanto, as amostras de chapa austenitizadas foram carrega15 das em um forno por um período adicional de homogeneização. Durante o tempo em que a amostras de chapa foram aquecidas até a temperatura de homogeneização, foi decidido que o tratamento de homogeneização destruiría a micro estrutura forjada e laminada. Portanto, as amostras de chapa foram removidas do forno. Nesse momento, as amostras de chapa atingiram 1.180°F (638°C) e estiveram no forno por um total de 2 horas. Foi determinado 20 então que esse período adicional de tratamento térmico efetivamente temperou as amostras de chapa. Portanto, as chapas foram austenitizadas outra vez em 1.600°F (871°C) por 1 hora e resfriadas ao ar em ar moderado. Oito cubos de 1” (2,54 cm) foram cortados a partir de cada um do material de baixo teor de carbono e do material de alto teor de carbono (com as químicas alvo, mostradas na Tabela 3) por ensaios de revenimento. A Tabela 4 mostra 25 as condições de revenimento usadas e a dureza medida para cada uma das amostras revenidas. Três medições HRc foram feitas em 0,020 polegada abaixo da superfície de cada amostra, e os valores de dureza mostrados na Tabela 4 são uma média das três medições, convertidas para HBW a partir de HRc.

Tabela 4: Resultados de Dureza Convertida Média (HBW)
Chapa de baixo teor de carbono (C=0,21%, dureza original de 352 HBW)
	4 Horas	6 Horas	8 Horas	10 Horas
350°F	-	390		365
400°F	375	360	387	-
450°F	376	-	371	-
Chapa de baixo teor de carbono (C=0,26%, dureza original de 392 HBW)
	4 Horas	6 Horas	8 Horas	10 Horas

Petição 870190028853, de 26/03/2019, pág. 30/45

15/16

350°F	-	365	-	391
400°F	415	398	401	-
450°F	410	-	405	-

Os valores listados na Tabela 4 foram significativamente inferiores ao esperado. Portanto, as amostras foram outra vez testadas para dureza Brinell a 0,020” (0,0508 cm) abaixo da superfície. A Figura 4 mostra os valores de dureza sem revenimento com comparação com os valores de dureza medidos previamente a partir de outras amostras. A Figura 5 mostra os valores de dureza com revenimento, com amostras de baixo teor de carbono e alto teor de carbono identificadas como as “Amostras PES”. Os dados traçados na Figura 4 e na Figura 5 indicam que tratamento térmico de revenimento adicional não afeta significativamente a dureza medida das ligas de aço endurecíveis ao ar de acordo com modalidades não limitadoras dessa revelação.

EXEMPLO 6

Com base nos resultados em escala de laboratório discutidos aqui e os dados de dureza a partir das amostras de cubo de 1 polegada, revenidas, com aquecimentos experimentais de baixo teor de carbono (0,21% de carbono em peso) e elevado teor de carbono (0,26% de carbono em peso) mostrados na Tabela 3, várias das amostras de baixo teor de carbono não foram revenidas, e para finalidade de comparação várias amostras adicionais foram revenidas em 400°F (204°C) por 6 horas. Duas amostras de tensão longitudinal arredondadas foram testadas; duas amostras de Entalhe-V TL Charpy e duas amostras de Entalhe-V LT Charpy foram testadas em -40°C; e em uma das amostras Charpy a partir de cada chapa, duas medições de dureza Brinell foram realizadas. Os resultados do teste de entalhe-v Charpy e de tensão são apresentadas na Tabela 5.

Tabela 5: Propriedades Mecânicas com Revenimento e sem

Revenimento

Material com baixo teor de carbono

Material com elevado teor de carbono (0,21% em peso de carbono) (0,26% em peso de carbono)

		400°F		400°F
	Sem	(204°C)	Sem	(204°C)
	Reve-	/6h	Reveni-	/6h
	nimento		mento
YS 1 (ksi)	141,2	147,8	142,4	171,4
YS 1 (MPa)	973	1019	981	1181
YS 2 (ksi)	141,3	148,8	148,6	174,1
YS 2 (MPa)	974	1025	1024	1200
UTS 1 (ksi)	207,8	206,7	234,5	231,8
UTS 1 (MPa)	1432	1425	1616	1598
UTS 2 (ksi)	208,5	206,7	233	230,8
UTS 2 (MPa)	1437	1425	1606	1591
Alongamento 1 (%)	15,5	14,7	13,2	14,7
Alongamento 2 (%)	15	15,1	13,1	13,8
edução de Área 1 (%)	53,3	58,5	45,5	50,6

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16/16

Redução de Area 2 (%)	54,8	58,3	46,5	51,8
Dureza 1 (HBW)	420	426	456	470
Dureza 2 (HBW)	414	420	463	447
TL CVN @ -40°C 1	40	44,5	32	31
(ft-lb)
TL CVN @ -40°C 2	40	42	29,5	29,5
(ft-lb)
LT CVN @ -40°C 1	47,5	48,5	30,5	32,5
(ft-lb)
LT CVN @ -40°C 2 (ft-	46	48	31,5	34

lb)

EXEMPLO 7

As propriedades de dureza de Charpy e Brinell para as amostras do Exemplo 6 foram comparadas com o trabalho feito em chapa de 2,54 cm de espessura de liga de Blindagem de Aço Especial de Elevada Dureza ATI 500-MIL®. A chapa de liga de Blindagem de

Aço ATI 500-MIL® tinha a química efetiva relacionada na Tabela 6.

Tabela 6: Química de Chapa de Liga de Blindagem de Aço ATI 500-MIL®
	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo	Fe
(% em peso)	0,29	0,98	0,014	0,0003	0,34	1,86	3,76	0,30	Balanço

Para propriedades mecânicas, a chapa de liga de blindagem de aço ATI 500-MIL® foi comparada com as amostras inventivas do Exemplo 6 na forma não revenida e também com uma revenimento a 300°F (149°C)/8 horas, porque nenhuma revenimento foi feita para a chapa de liga de blindagem de aço ATI 500-MIL® em 400°F. Nenhum teste de Charpy foi feito no material revenido de chapa de liga de blindagem de aço ATI 500-MIL®, de modo que isso não pôde ser comparado. A Figura 6 reflete os resultados de teste de tensão nos materiais revenidos de alto teor de carbono e de baixo teor de carbono, assim como a chapa de liga de blindagem de aço ATI 500-MIL®. A Figura 7 inclui os resultados de entalhe-v de Charpy em -40°C para as várias amostras assim como a chapa de liga de blindagem de aço ATI 500-MIL^®.

O exame das Figuras, 6 e 7, demonstra que para as modalidades das ligas de aço endurecíveis ao ar, de acordo com a presente revelação, conseguirem uma etapa de revenimento de tratamento térmico em uma faixa de temperatura de aproximadamente 300°F (149°C) a 450°F (232°C), após austenitização e resfriamento ao ar, proporciona as ligas com um aumento em resistência ao escoamento de até 20%, e sem reduzir a maleabilidade da liga e a resistência à fratura. A observação de que a resistência ao escoamento da liga aumentou sem afetar negativamente a ductilidade ou a tenacidade da fratura foi inesperada e surpreendente dado que as ligas de aço convencionais, resfriadas e revenidas incluindo teor de carbono comparável exibem tipicamente resistência reduzida em conjunto com ductilidade elevada tenacidade de fratura mediante revenimento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Liga de aço revenido endurecível ao ar CARACTERIZADA pelo fato de que compreende em percentagem em peso:

0,18 a 0,26 de carbono;

3,50 a 4,00 de níquel;

1,60 a 2,00 de cromo;

0 a 0,50 de molibdênio;

0,80 a 1,20 de manganês;

0,25 a 0,45 de silício;

0 a menos do que 0,005 de titânio;

0 a menos do que 0,020 de fósforo;

0 a 0,005 de boro;

0 a 0,003 de enxofre;

sendo o restante, ferro e impurezas casuais;

em que a liga de aço revenido endurecível ao ar foi revenida pelo aquecimento do aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C).
2. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 460 HBW.
3. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.1641 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 15%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 31 ft-lb (42 J) a 53 ft-lb (72 J).
4. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 467 HBW.
5. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.641 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 175 ksi (1.207 MPa); um

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2/5 alongamento percentual em uma faixa de 14% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 31 ft-lb (42 J) a 53 ft-lb (72 J).
6. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar

5 por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), uma resistência ao escoamento da liga de aço aumenta em até 20% e um alongamento percentual e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C da liga de aço não diminuem.
7. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, 10 CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, em percentagem em peso, 0,18 a 0,24 de carbono.
8. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 459 HBW.

15
9. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 7,

CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 37

20 ft-lb (50 J) a 53 ft-lb (72 J).
10. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma du-

25 reza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 459 HBW.
11. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma re-

30 sistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 158 ksi (1.089 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 15% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 37 ft-lb (50 J) a 53 ft-lb (72 J).
12. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 7,

35 CARACTERIZADO pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C) uma resistência ao escoa

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3/5 mento da liga de aço aumenta em até 8% e um alongamento percentual e um valor de entalhe-ν de Charpy em -40°C da liga de aço não diminuem.
13. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende em percentagem em peso, 0,18 a 0,21%

5 de carbono.
14. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma dureza Brinell em uma faixa de 352 HBW a 433 HBW.
15. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 13, 10 CARACTERIZADA pelo fato de que a liga de aço tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 208 ksi (1.434 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 142 ksi (979 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de
16% a
17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 44 ft-lb (60 J) a 53 ft-lb (72 J).

15 16. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 13,

CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360 HBW a 433 HBW.

20 17. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 13,

CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), a liga de aço tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma

25 resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 15% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 44 ft-lb (60 J) a 53 ft-lb (72 J).
18. Liga de aço revenido endurecível ao ar, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar

30 por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C), uma resistência ao escoamento da liga de aço aumenta em até 3% e um alongamento percentual e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C da liga de aço não diminuem.
19. Artigo de manufatura CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a liga, 35 conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1, 7 e 13, em que o artigo é selecionado de uma blindagem de aço, um casco de proteção contra explosão, um casco no formato de V de proteção contra explosão, um bojo de veículo de proteção contra explosão e um

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4/5 encerramento de proteção contra explosão.
20. Método para tratar termicamente uma liga de aço endurecível ao ar, resfriada ao ar e austenitizada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

prover uma liga de aço endurecível ao ar resfriada ao ar e austenitizada, conforme 5 definida na reivindicação 1;

tratar termicamente por revenimento a liga de aço endurecível ao ar, resfriada ao ar e austenitizada por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C); e resfriar ao ar a liga de aço endurecível ao ar revenida até temperatura ambiente.

10
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que provê uma liga de aço endurecível ao ar, resfriada ao ar e austenitizada compreendendo ao menos uma de laminação, forjamento, extrusão, dobramento, usinagem e esmerilhamento.
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de 15 que a liga de aço revenido endurecível ao ar tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.641 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 175 ksi (1.207 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 14% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 31 ft-lb (42 J) a 53 ft-lb (72 J).

20
23. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que após o revenimento da liga de aço endurecível ao ar por um tempo de revenimento em uma faixa de 4 horas a 10 horas e em uma temperatura de revenimento em uma faixa de 300°F (149°C) a 450°F (232°C) uma resistência ao escoamento da liga de aço endurecível ao ar aumenta em até 20% e não diminui um alongamento percentual e um valor de entalhe25 v de Charpy em -40°C da liga de aço revenido endurecível ao ar.
24. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de aço endurecível ao ar resfriada ao ar e austenitizada compreende, em percentagem em peso, 0,18 a 0,24 de carbono.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de 30 que a liga de aço revenido endurecível ao ar tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360

HBW a 459 HBW conforme medida de acordo com a especificação ASTM E10-10.
26. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de aço revenida endurecível ao ar tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em

35 uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 158 ksi (1.089 MPa); um alongamento percentual em uma faixa de 15% a 17%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 37 ft-lb (50 J) a 53 ft-lb (72 J).

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27. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a resistência ao escoamento de uma liga de aço revenido endurecido ao ar aumenta em até 8% e um alongamento percentual e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C da liga de aço revenido endurecível ao ar não diminuem.

5
28. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de aço endurecível ao ar resfriada ao ar e austenitizada compreende, em percentagem em peso, 0,18 a 0,21 de carbono.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de aço revenido endurecível ao ar tem uma dureza Brinell em uma faixa de 360

10 HBW a 433 HBW conforme medida de acordo com a especificação ASTM E10-10.
30. Método, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de aço revenida endurecível ao ar tem uma resistência à tensão final em uma faixa de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); uma resistência ao escoamento em uma faixa de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); um alongamento percentual em uma

15 faixa de 15% a 16%; e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C em uma faixa de 44 ft-lb (60 J) a 53 ft-lb (72 J).
31. Método, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a resistência ao escoamento de uma liga de aço revenido endurecido ao ar aumenta em até 3% e um alongamento percentual e um valor de entalhe-v de Charpy em -40°C da liga

20 de aço revenido endurecível ao ar não diminuem.