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Aço
 

O aço é uma liga de Ferro-Carbono, produzido nas siderúrgicas por diferentes processos, na maioria das vezes pelo refino do gusa (obtido em altos fornos pela transformação do minério de ferro), pela refusão da sucata e em menor quantidade, por redução direta do minério.

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Comercialmente todo aço produzido pode ser dividido em 2 grupos:

Aços Não Ligados: que são aqueles que não possuem nenhum elementos de liga (p.ex. Cromo (Cr), Níquel (Ni), Molibdênio (Mo), etc ), isto é, em sua composição química constam predominantemente Ferro (Fe), além de Manganês (Mn), Silício (Si), Fósforo (P) e Enxofre (S) e principalmente o Carbono (C), que conforme o seu teor percentual irá aumentar ou diminuir a resistência do aço; e Aços Ligados: os acréscimos de elementos de liga específicos ( Cromo (Cr), Níquel (Ni), Molibdênio (Mo), Tungstênio (W), Vanádio (V), etc ), conferem ao aço, conforme a sua aplicação, diversas propriedades sejam elas de resistência, elasticidade, temperabilidade, resistência a corrosão, tenacidade, etc.

Portanto, a estrutura e as propriedades dos aços dependem do teor de Carbono ou da presença ou não de elementos de liga ( aços ligados ).

Os tratamentos térmicos ( têmpera, revenimento, recozimento, normalização, etc ) alteram ainda mais as propriedades mecânicas e a estrutura dos aços, adequando-os especificamente a diferentes aplicações.

Quanto a sua forma sabe-se que os aços também podem ser divididos em 2 grupos: Planos e Não Planos ou Longos. 

Aços Planos são as chapas finas, grossas, tiras, placas.

Aços Não Planos ou Longos são os diversos perfis, quais sejam, perfis estruturais tipo I, U, T, cantoneiras, barras redondas, quadradas, chatas, tubos, arames, etc.

Para fabricação do aço nas siderúrgicas, são necessários diversos processos metalúrgicos até a obtenção do produto final que será comercializado sejam ele uma chapa, um tubo, uma barra redonda, um perfil, etc. Após o refino do Gusa por processos como o Bessemer, Siemens-Martin ou em Fornos Elétricos ( Refusão da Sucata ), são acrescidas as quantidades adequadas de elementos que irão formar a liga final. Uma vez acertada a liga do aço nas devidas proporções, o metal líquido é vazado em lingoteiras convencionais ou pelo método seqüencial ( mais moderno ) conhecido como Iingotamento contínuo.

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Os lingotes assim obtidos passam em seguida, por conformações mecânicas a quente ( laminação, forjamento, etc ) que, por final, resultam em materiais de diversas formas ou perfis como cantoneiras, chapas, bobinas, vergalhões redondos, quadrados, tubos e demais formas de acordo com o produto que a Siderúrgica é especializada. Após a conformação a quente ( que organizou as fibras do material e sua estrutura interna e por isso conferiu ao aço a devida resistência ), o produto ainda poderá sofrer outros processos, como conformações a frio ( trefilação, laminação a frio ) conforme a necessidade e o tipo de produto final que está sendo fabricado.

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Os aços também podem ser processados e utilizados no estado fundido sejam em lingotes ou em formas previamente projetadas em moldes de areia ou metálicos ( peças fundidas em aço ).

 

Convém destacar também o processo de metalurgia de pó para a fabricação de peças de aço, que vem se estendendo rapidamente nos últimos anos, principalmente pela possibilidade que esta técnica permite de se obter propriedades mecânicas superiores ao dos aços obtidos por processos convencionais, além de tolerâncias dimensionais bem mais estreitas.

APLICAÇÕES

Diversas aplicações podem ser descritas e divididas nas principais classes abaixo:

A – AÇOS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA

B – AÇOS ESTRUTURAIS E CHAPAS

C – AÇOS PARA FERRAMENTAS E MATRIZES

D – AÇOS INOXIDÁVEIS

E – TUBOS

F – AÇOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

ALGUMAS APLICAÇÕES DOS AÇOS

A – AÇOS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA

Os aços para construção mecânica, possuem uma aplicação especificamente voltada para as indústrias mecânicas em geral. Indústrias de usinagem, de parafusos, de molas, forjarias, indústria naval, petrolífera, mineração, implementos agrícolas, e todas aquelas que produzem, por exemplo, peças como eixos, engrenagens, peças automotivas , peças para máquinas em geral, ferramentas, ou seja, indústrias que servem de apoio para atenderem outras maiores que adquirem os mais variados tipos de peças usinadas sejam para compor produtos de suas linhas de produção ou para manutenção de suas próprias máquinas.

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Basicamente, esses aços são divididos em 2 classes:

Aços ao Carbono, i. e., aqueles sem acréscimo de elementos de liga

Aços Ligados que possuem uma variedade bem grande de tipos de ligas diferentes conforme a aplicação ao qual se deseja. Os aços ligados ainda podem ser subdivididos em aços para beneficiamento, aços para cementação, aços de usinagem fácil, etc.

B – AÇOS ESTRUTURAIS E CHAPAS

São aços geralmente sem elementos de liga que combinam boa resistência mecânica, soldabilidade, e baixo custo e possuem uma extensa aplicação em todos os campos da engenharia como estruturas em geral, pontes, prédios, indústria ferroviária, indústria naval, indústria automobilística, serralheria, etc. Os principais produtos fabricados nesta linha são chapas finas, chapas grossas, cantoneiras, barras chatas, perfis “U” , perfis “I” , perfis “T”, barras redondas, quadradas, etc

C – AÇOS PARA FERRAMENTAS E MATRIZES 

São aços utilizados na confecção de ferramentas em geral, devendo sempre apresentar propriedades mecânicas e metalográficas bem adequadas. Uma ferramenta de corte ( trabalho a frio ), por exemplo, deverá ter uma resistência ao desgaste grande. Uma matriz de forjamento ( trabalho a quente ) deverá possuir uma grande resistência mecânica e a corrosão a altas temperaturas. Uma ferramenta para britadeira deverá resistir ao choque. 

Por necessitar dessas diversas propriedades específicas, os aços para ferramentas exigem maiores cuidados em sua fabricação, desde a sua fundição, sua transformação mecânica até o tratamento térmico final considerando-se sempre os tipos de condições de serviços a que se destinam.

Quanto as suas aplicações eles são divididos principalmente em:

Aços para trabalho a frio e aços resistentes ao choque;

Aços para trabalho a quente;

Aços rápidos, que são os conhecidos aços utilizados em ferramentas para usinagem, e por isso, com elevada resistência a abrasão.

Quanto a composição química esses aços podem ser denominados como de baixa, média ou alta liga.

Os tratamentos térmicos, como foi dito anteriormente, são de importância fundamental para obtenção das propriedades adequadas nas ferramentas e matrizes.

D – AÇOS INOXIDÁVEIS

São todos os aços que contém pelo menos 11% de Cromo em sua liga e que tem como sua principal qualidade a resistência a corrosão. A proteção contra a corrosão se dá por causa de uma película protetora ( camada passiva ) que se cria espontaneamente sobre a superfície do aço. Uma combinação instantânea do cromo com o oxigênio do ar permite a formação desta camada bem fina, estável e não porosa bloqueando assim a ação da corrosão atmosférica e de diversos meios agressivos.

Os aços inoxidáveis podem ser classificados em quatro grupos:

Austeníticos - que compreendem basicamente as ligas de Ferro, Cromo, Níquel e Carbono ( ≤ 0,08% ) e não são endurecíveis;

Martensíticos ( ou endurecíveis ) - ligas basicamente nas faixas de 0,10 a 0,95% de C e 12 a 16% de Cr, reúnem boa resistência mecânica e a corrosão após o tratamento térmico, não contendo níquel em sua liga.

Austeníticos Ferríticos ou Duplex - são considerados também não endurecíveis possuindo elevada resistência a corrosão de produtos químicos. São utilizados geralmente na indústria petroquímica.

Endurecíveis por precipitação – combinam elevada resistência mecânica e a corrosão com grande estabilidade dimensional e são utilizados em peças para aeronaves, equipamentos de campos de petróleo, molas, instrumentos cirúrgicos, etc.

Um vasto campo de aplicações pode ser descrito para os aços inoxidáveis, nos mais variados setores da economia. Por possuírem principalmente facilidades na limpeza e na manutenção, além de diversos tipos de acabamentos superficiais suas aplicações mais típicas são decorações e “ornamentações” utensílios de domésticos ( pias, cozinhas industriais, talheres ) equipamentos para industria química, petrolífera, naval, indústria de alimentos, transportes, fins estruturais, fornos, indústria automotiva e demais peças que trabalham em meios corrosivos e que necessitam de uma maior durabilidade do que os fabricados em aço comum.

As formas encontradas mais comuns são chapas, bobinas, tubos, barras, tiras, arames.  

E – TUBOS

Os tubos de aço tem uma importância muito grande na indústria e na construção por possuírem um grande campo de aplicações: condução de água, líquidos, ar comprimido, indústria química e petrolífera, indústria mecânica, estruturas, eletrodutos e outros inúmeros empregos.

Quanto a sua fabricação podem ser divididos em dois tipos básicos: Tubos sem Costura – produzidos por conformação a quente a partir de tarugos de aço por processos de mandrilagem ou extrusão e Tubos com Costura – obtidos a partir de tiras de aço que são dobradas (perfiladas) na forma cilíndrica por meio de uma matriz e em seguida soldadas as extremidades em todo o seu comprimento até se constituir um tubo.

Alguns tipos ainda passam por outros processos de conformação como a trefilação que irá conferir aos tubos mais precisão dimensional e resistência mecânica ou processos para proteção dos tubos contra a corrosão como a galvanização.

F – AÇOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

Vulgarmente conhecidos como ferros de construção, são aqueles utilizados em obras para armaduras de concreto podendo ser nervurados ou corrugados, ou lisos. Conforme a sua resistência são classificados basicamente nos tipos CA-25, CA-50 e CA-60. Além dos vergalhões, podemos destacar as telas soldadas para construção de lajes e pré-moldados de concreto, telas para tubos de concreto e os arames,  empregados principalmente nas amarrações de armaduras para concreto armado, e como matéria prima para fabricação de pregos.

Influência do Elementos Químicos no Aço

Al - Alumínio

Alumínio – ponto de fusão 650º C. É um poderoso desoxidante dos aços. Combina com o nitrogênio, reduzindo sua suscetibilidade do aço ao envelhecimento pela deformação. Em pequenas adições, impede o crescimento dos grãos dos aços. Endurece a ferrita.

B - Boro

Boro - ponto de fusão 2040º C. Aumenta a profundidade da camada temperada e a dureza do núcleo nos aços temperados. Nos aços inoxidáveis austeníticos, aumenta o limite elástico, diminuindo a resistência à corrosão.

C - Carbono

Carbono - ponto de fusão 3737º C. É o principal elemento de liga no aço. Por definição, “Aço é a liga ferro-carbono, contendo geralmente entre 0,008 até 2,0% do peso em carbono.” O carbono encontra-se combinado com o ferro, formando a cementita, cuja fórmula é Fe3C. Enquanto que o ferro puro é bem maleável, a cementita é bem dura. Portanto, pode-se dizer que a principal propriedade conferida ao aço pelo carbono é a dureza. Aumenta, também, o limite de resistência à tração e a temperabilidade, mas diminui a tenacidade e soldabilidade.

Co - Cobalto

Cobalto - ponto de fusão 1492º C. Aumenta a resistência ao revenimento, a condutividade térmica e aumenta consideravelmente o magnetismo residual, aumentando também o limite de resistência à tração a quente. Não é elemento formador de carbonetos.

Cr - Cromo

Cromo - ponto de fusão 1920º C. Elemento que favorece a formação de carbonetos em um aço. Por conseguinte, aumenta a dureza e a resistência à tração do aço. Aumenta, também, a temperabilidade e em grandes quantidades a resistência à corrosão, mas diminui um pouco a tenacidade e bastante a soldabilidade. Em média, o limite de resistência à tração aumenta 8 a 10 kg/mm2 com a adição de 1% de Cr, mas a resistência ao impacto diminui.

Cu - Cobre

Cobre - ponto de fusão 1084º C. Melhora os limites de resistência à tração e o limite de escoamento dos aços, mas diminui as propriedades de elasticidade. Em pequenas quantidades, torna o aço resistente à ferrugem.

H - Hidrogênio

Hidrogênio - ponto de fusão 262º C. Elemento indesejável, porque fragiliza o aço, diminui a elasticidade sem aumentar o limite de escoamento ou o limite de resistência à tração. Pode causar o defeito chamado “flocos”.

Mb - Molibdênio

Molibdênio - ponto de fusão 2610º C. Aumenta a resistência a quente e, em presença do níquel e do cromo, aumenta o limite de resistência à tração e o limite de escoamento. O molibdênio dificulta o forjamento, melhora a temperabilidade, a resistência à fadiga e propriedades magnéticas. Exerce notável influência nas propriedades da solda. É elemento formador de carbonetos. Em ações rápidas, aumenta a tenacidade, mantendo as propriedades de dureza a quente e retenção de corte. Nos aços rápidos substitui o tungstênio para a formação de carbonetos, na proporção de1% de molibdênio para 2% de tungstênio.

Mn - Manganês

Manganês - ponto de fusão 1244º C. Aumenta a temperabilidade, a soldabilidade e o limite de resistência à tração, como diminuição insignificante na tenacidade. O manganês combina-se em primeiro lugar com o enxofre, para formar o sulfeto respectivo (MnS), o excedente liga-se em parte com o carbono, dando o respectivo carboneto (Mn3C), composto análogo à cementita (Fe3C), à qual se associa, e , em parte, se difunde na ferrita. A cementita contém teores variáveis de Mn3C. Em grandes quantidades e em presença de carbono aumenta muito a resistência à abrasão. O manganês é poderoso desoxidante.

N - Nitrogênio

Nitrogênio - ponto de fusão 210º C. Prejudicial ao aço de baixa liga porque diminui a tenacidade, além de causar corrosão intergranular. Em aços inoxidáveis austeníticos, o nitrogênio estabiliza a estrutura, aumenta a dureza e o limite de escoamento.Influência.

Nb - Nióbio

Nióbio - É um elemento muito interessante, quando se deseja elevada resistência mecânica e boa soldabilidade; teores baixíssimos deste elemento premitem aumentar o limite de resistência e limite de escoamento. Promove o refino de grão. É um componente quase que obrigatório nos aços de alta resistência e baixa liga: além de não prejudicar a soldabilidade, permite a redução dos teores de carbono e de manganês, melhorando, portanto, a soldabilidade e a tenacidade.

Ni - Níquel

Níquel - Ponto de fusão 1453º C. Confere ao aço maior penetração de têmpera, pois diminui consideravelmente a velocidade crítica de resfriamento. O níquel, quando ligado ao cromo, aumenta a tenacidade do aço beneficiado. Em grandes teores, junto ao cromo, torna o aço resistente à corrosão e ao calor. Influi diretamente para que o grão se torne mais fino. Não é elemento formador de carbonetos.

P - Fósforo

Fósforo - Ponto de fusão 44º C. É uma impureza indesejável, nocivo à qualidade do aço porque acentua a tendência à segregação. Porém, é encontrado em todos os aços, como conseqüência de contaminação da matéria-prima. Aços de qualidade têm sempre especificações quanto as porcentagens máximas admitidas de fósforo, que é em torno de 0,05%.

Pb - Chumbo

Chumbo - Ponto de fusão 327º C. Quando adicionado em teores de 0,15% a 0,50% em função de sua distribuição fina e homogênea no aço, resulta na formação de cavacos finos e curtos, melhorando a usinabilidade sem afetar as propriedades mecânicas.

S - Enxofre

Enxofre - Ponto de fusão 118º C. Existe em todos os aços como impureza, sendo permitidos teores de até 0,05%. Os aços resulfurados admitem altos teores de enxofre e manganês que, combinados na forma de sulfeto de manganês (um composto plástico), facilita a usinagem.

Se - Selênio

Selênio - ponto de fusão 217º C. É usado da mesma forma que o enxofre para melhorar a usinabilidade dos aços, tendo a vantagem de apresentar resultados mais eficazes, além de diminuir menos a resistência à corrosão em aços inoxidáveis.

Si - Silício

Silício - ponto de fusão 1410º C. Eleva os limites de escoamento de resistência dos aços. Prejudica o alongamento, a tenacidade, a condutividade térmica e a usinabilidade. Reduz a formação de carbonetos porque, de certa forma, auxilia a decomposição de cementita em ferrita. Praticamente é impossível ter-se um aço isento de silício, já que, além de se achar presente no minério de ferro, encontra-se também nos materiais refratários dos fornos, de onde é absorvido quando do processo de fusão. Um aço pode ser considerado aço ao silício somente quando o teor deste elemento for superior a 0,40%. Os aços ao silício apresentam boa capacidade de têmpera, por ter reduzida velocidade crítica de resfriamento.

Ti - Titânio

Titânio - Ponto de fusão 1812º C. Adicionado em pequenas quantidades tem a função de refinar o grão. Em certos aços inoxidáveis austeníticos, o titânio é adicionado em relações bem definidas com o carbono para estabilizar o aço contra a formação de carbonetos de cromo no contorno de grão.

V - Vanádio

Vanádio - Ponto de fusão 1730º C. Pequenas adições de vanádio aumentam a dureza a quente e diminuem o tamanho do grão. Em aço rápido o vanádio melhora a retenção do corte, aumenta o limite de resistência à tração e o limite de escoamento. Do ponto de vista de formação de carbonetos, substitui o molibdênio na proporção de 1% de vanádio para 2% de molibdênio e o tungstênio da proporção de 1% vanádio para 4% de tunsgstênio.

W - Tungstênio

Tungstênio - Ponto de fusão 3380º C. Aumenta o limite de resistência à tração, a resistência à abrasão e a dureza a quente, mas reduz a condutividade térmica do aço. Usado em aço rápido, o tungstêncio melhora a retenção do corte. É elemento formador de carbonetos.

Fonte: www.tenax.com.br
www.tenax.com.br

 
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