Gancho de elevação forjado: propriedades mecânicas e ensaio de carga

A GB/T 10051.3-2010 é a Parte 3 da série de normas para ganchos de elevação, dedicada especificamente às propriedades mecânicas dos materiais e ao método de ensaio de carga estática para ganchos forjados. O gancho é o dispositivo de carga mais crítico do guindaste — o desempenho do material e a capacidade de carga estão diretamente relacionados com a segurança das operações de içamento e transporte. Este artigo apresenta uma análise detalhada do conteúdo principal da norma.

Posicionamento da norma e classificação dos ganchos

A GB/T 10051.3-2010 é a Parte 3 da série GB/T 10051 «Ganchos de elevação», usada em conjunto com a GB/T 10051.1 (especificações técnicas gerais para ganchos) e a GB/T 10051.2 (especificação técnica para ganchos forjados). A norma define dois tipos estruturais de ganchos forjados: gancho de haste reta (fixado à viga do gancho através de uma porca de gancho) e gancho de olhal (ligado através de um olhal de elevação). Quanto à forma da secção transversal do corpo, os ganchos classificam-se em gancho simples e gancho duplo (Gancho em C). Quanto à forma da secção crítica do corpo, podem ser de secção trapezoidal ou em T. A gama de especificações cobre cargas de 0,25t a 320t, divididas em 15 graus de capacidade de elevação. A principal vantagem dos ganchos forjados reside no facto de a linha de fluxo do metal se distribuir continuamente ao longo do contorno do gancho, conferindo excelente resistência à fadiga e tenacidade, sem o problema de separação entre camadas típico dos ganchos laminados.

Requisitos técnicos

A norma impõe requisitos técnicos rigorosos quanto ao material, às propriedades mecânicas e ao processo de fabrico dos ganchos forjados:

Material — Os ganchos forjados devem ser fabricados em aço estrutural de carbono de alta qualidade ou em aço de liga estrutural, sendo as qualidades mais comuns a DG20 (aço 20 dedicado a ganchos) e a DG34CrMo (aço de liga dedicado a ganchos). O material deve apresentar boa plasticidade e tenacidade a baixa temperatura, com teor de carbono ≤0,25% (para garantir soldabilidade e tenacidade), e teores de P e S ambos ≤0,025%. Cada peça deve ser submetida a análise de composição química e verificação das propriedades mecânicas.

Processo de forjamento — Os ganchos devem ser produzidos por forjamento em matriz, com taxa de forjamento não inferior a 3:1 (razão entre a área inicial e a área final de forjamento), garantindo que a linha de fluxo do metal se distribui continuamente ao longo do contorno do corpo do gancho (não sendo permitido o corte da linha de fluxo na secção crítica). Gama de temperaturas de forjamento: temperatura inicial de 1150~1200°C e temperatura final ≥850°C. Após o forjamento, deve ser aplicado tratamento térmico de normalização (850~900°C, arrefecimento ao ar) seguido de revenimento (550~650°C, arrefecimento ao ar ou em forno), para eliminar tensões de forjamento e refinar a granulação.

Propriedades mecânicas — Cada gancho acabado deve ser submetido a ensaio de propriedades mecânicas: Limite de Escoamento ≥335MPa (DG20) ou ≥685MPa (DG34CrMo); Resistência à Tração ≥470MPa ou ≥785MPa; alongamento δ≥22% ou ≥14%; estricção ψ≥45% ou ≥40%; energia de impacto KV₂ (-20°C) ≥34J. Dureza: superfície do corpo do gancho com dureza HB 140~187 (DG20) ou HB 210~270 (DG34CrMo).

Dimensões estruturais e parâmetros de projeto

A norma padroniza as dimensões estruturais críticas dos ganchos forjados: tamanho de abertura do gancho (largura da boca) — a título de exemplo, para um gancho de 5t, a abertura é de aproximadamente 60mm; raio de curvatura do gancho — o raio de curvatura interno da zona de engate não deve ser inferior a 2,5 vezes o diâmetro do cabo de aço; área da secção crítica do corpo — dimensionada para uma carga de trabalho segura de 4 a 5 vezes a Capacidade Nominal do gancho. O diâmetro do pescoço do gancho (parte da haste reta) é dimensionado para uma carga de trabalho segura de 3 a 4 vezes a Capacidade Nominal. Porca de gancho e dispositivo de fixação — o gancho deve possuir um sistema de fixação da porca com proteção contra afrouxamento (Contrapino ou calço de retenção), com altura da porca não inferior a 0,8 vezes o diâmetro da rosca do gancho. A ponta do gancho deve estar equipada com Trava de gancho (lingueta ou mola de retenção) para evitar o desprendimento acidental da carga.

Ensaios e inspeção

A norma exige que cada gancho forjado seja submetido aos seguintes ensaios e inspeções:

Análise de composição química — Análise individual dos teores de C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo e outros elementos.

Ensaio de propriedades mecânicas — Extração de uma amostra de ganchos do mesmo lote (mesmo número de fusão) e da mesma especificação para ensaio de tração e ensaio de impacto.

Ensaio de Carga Estática — Cada gancho acabado deve ser submetido a um ensaio de carga estática, com carga de teste de 2 vezes a Capacidade Nominal (ganchos de uso geral) ou 2,5 vezes (ganchos para içamento de cargas perigosas), mantida durante ≥5min. Após o ensaio, deve ser medida a deformação residual do tamanho de abertura do gancho (o aumento da abertura não deve exceder 0,25% da abertura original). O Ensaio de Carga Estática é o método mais direto para avaliar a capacidade de carga do gancho.

Ensaio não destrutivo — A superfície do gancho deve ser submetida a Ensaio por Partículas Magnéticas (MT) para deteção de defeitos superficiais como trincas de forjamento, dobras e fissuras capilares. As zonas de transição nas extremidades do corpo do gancho devem ser submetidas a Ensaio Ultrassônico (UT) para deteção de inclusões internas e trincas. Critérios de Aceitação para MT: não são permitidas trincas ou indicações lineares. Critérios de Aceitação para UT: ausência de sinais de defeito superiores a Φ2mm de equivalente de bloco de fundo plano.

Teste de dureza — Cada gancho é submetido a detecção de dureza Brinell (HB) na superfície do corpo, com medição em três pontos distribuídos ao longo de três seções transversais distintas. Os valores devem situar-se dentro do intervalo especificado, não podendo a diferença entre os três pontos exceder 30 HB.

Critérios de Sucateamento para Ganchos de Elevação

As normas estabelecem critérios claros de rejeição para ganchos em serviço. Um gancho deve ser imediatamente sucateado e substituído se apresentar qualquer uma das seguintes condições: 1) Trincas — qualquer trinca superficial ou interna (detetada visualmente ou por END); 2) Deformação da abertura — aumento permanente do tamanho de abertura do gancho superior a 5% da dimensão original (medido com paquímetro); 3) Deformação torcional — ângulo de torção do corpo do gancho superior a 10° (medido com goniômetro); 4) Desgaste — quantidade de desgaste na seção crítica (ponto mais fino do corpo do gancho) superior a 5% da dimensão original; 5) Corrosão — corrosão superficial severa com picagens ou perda de seção transversal superior a 5%; 6) Dano térmico — descoloração superficial causada por queimaduras de arco elétrico ou aquecimento por chama; 7) Deformação plástica — empeno ou torção visível do gancho. O sucateamento do gancho é definitivo — o componente não é reparável e deve ser substituído assim que qualquer defeito for detetado. É rigorosamente proibido realizar reparações como soldadura de enchimento no gancho.

Tabela Comparativa de Propriedades Mecânicas de Ganchos de Elevação Forjados

A tabela comparativa seguinte apresenta os parâmetros essenciais das propriedades mecânicas de ganchos de elevação forjados, servindo de referência para a seleção e configuração em aplicações de elevação.

Perguntas frequentes