Classificação e Propriedades dos Aços e Ligas Ferrosas

1. Classificação dos Aços por Composição Química

Os aços são ligas ferrosas de baixo teor em carbono, contendo ainda impurezas e, eventualmente, elementos adicionados como liga. Consideram-se usualmente três tipos principais de aços, de acordo com a composição química:

• Aços ao carbono: caracterizados como ligas do sistema Fe-C, contendo até 2,14% C, em peso, além de certos elementos residuais advindos do processo de fabricação;
• Aços de baixa-liga: caracterizados como ligas do sistema Fe-C contendo elementos adicionados intencionalmente e/ou apresentando elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais. Neste caso, apresentam um somatório de elementos de liga inferior a 5%;
• Aços de alta-liga: diferenciam-se dos aços de baixa-liga pela quantidade de elementos de liga, apresentando um somatório de elementos de liga superior a 5%.

1. A liga do sistema Fe-C com 0,76% C, em peso (eutetoide), é um aço carbono.
2. Ligas do sistema Fe-C com somatório de elementos de liga inferior a 5% são considerados aços de baixa-liga.
3. Ligas do sistema Fe-C com somatório de elementos de liga acima de 5% são considerados aços de alta-liga.
4. A liga do sistema Fe-C com 0,20% C, em peso, é um aço carbono.

a) IV e I estão corretos     b) II e III estão erradas     c) I, II e III estão corretas     d) IV e II estão corretos     e) I, II, III e IV estão corretas

2. Objetivos da Adição de Elementos nos Aços de Baixa-Liga

Nos aços de baixa-liga, a adição de elementos de liga tem por finalidade atender aos seguintes objetivos:

• A busca da homogeneização das propriedades mecânicas ao longo de toda a seção transversal do componente mecânico;
• O aumento da temperabilidade do material. Quanto maior a temperabilidade, maior será a profundidade de endurecimento após a realização de um tratamento térmico de têmpera; e, por fim,
• A redução de peso morto, pelo aumento de resistência mecânica, quando do projeto de um determinado componente mecânico.

Assim, podemos afirmar:

1. É importante que a seção transversal do componente mecânico esteja homogeneizada.
2. Aços de baixa-liga possuem concentração de carbono maior que o aço carbono, por isso têm maior temperabilidade.
3. A temperabilidade de aço baixa-liga é diretamente proporcional à profundidade de endurecimento após a realização de um tratamento térmico de têmpera.
4. Ter a mesma resistência mecânica com menor emprego de material.

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3. O Papel do Enxofre e do Manganês na Fragilização

O enxofre (S) tende a causar a fragilização a quente nos aços devido à formação de um constituinte eutético de baixo ponto de fusão com o Fe (988 ºC). Como o enxofre está presente como contaminante, o efeito negativo que ele causaria ao se combinar com o Fe tem que ser evitado. Isto é conseguido através da adição do Manganês (Mn) na composição da liga enquanto líquida. O Mn une-se preferencialmente ao S, formando o sulfeto de manganês (MnS), por ser uma fase termodinamicamente mais estável que o sulfeto de ferro (FeS). A fase MnS apresenta elevado ponto de fusão e alta ductilidade.

1. O Mn também é utilizado para eliminar o efeito nocivo de fragilização que o S causa ao se combinar com o Fe.
2. O sulfeto de manganês (MnS), por ser uma fase termodinamicamente mais estável que a fase de sulfeto de ferro (FeS), faz com que o Mn se una preferencialmente ao S.
3. O S aumenta a fragilidade nos aços, mas aumenta a temperabilidade.
4. A fase MnS tem alta ductilidade.

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4. Processo de Refino: Aços Acalmados e Superacalmados

O silício (Si) é adicionado ao banho da liga durante o refino para se combinar com o oxigênio, resultando no óxido de silício (SiO2), removido pela escória. Aços com Si são chamados de aços acalmados, pois a retirada do oxigênio interrompe o borbulhamento (formação de CO e CO2). Quando se utiliza o Alumínio (Al), formam-se óxidos de alumínio (Al2O3), e esses aços são chamados de aços superacalmados.

1. O Si aumenta a concentração de O ao banho da liga durante o processo de refino do aço.
2. O Si é um “sequestrante” de O do banho da liga; combinados (SiO2), são eliminados através da retirada da escória.
3. Aços acalmados e aços superacalmados utilizam Si e Al, respectivamente.
4. Para retirar o O do banho da liga durante o processo de refino do aço, podem ser utilizados Al e Si.

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5. Elementos de Liga e Microestruturas

Nos aços de baixa-liga, elementos como Cr, Ni, Mo, Si, Mn e B são adicionados para aumentar a temperabilidade e otimizar propriedades via tratamentos térmicos. A escolha correta do tratamento possibilita a obtenção de microestruturas específicas, responsáveis pelas propriedades mecânicas finais.

1. Nos aços de baixa-liga, os elementos adicionados têm por finalidade aumentar a temperabilidade do material.
2. Nos aços de baixa-liga, os elementos adicionados têm por finalidade possibilitar a otimização de suas propriedades através de tratamentos térmicos específicos.
3. As microestruturas específicas são as responsáveis pelo conjunto de propriedades mecânicas que o aço apresentará.
4. A especificação do material não é importante na etapa de projeto de um componente mecânico.

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6. Aços Inoxidáveis Austeníticos e Sensitização

Entre os aços de alta-liga, os aços inoxidáveis austeníticos (Fe-Cr-Ni) possuem o carbono como elemento indesejável. O baixo teor de carbono visa evitar a sensitização sob altas temperaturas (como na soldagem), que consiste na precipitação do carboneto Cr23C6 nos contornos de grão, empobrecendo a matriz de Cromo (Cr).

1. A soldagem pode causar a sensitização nos aços inoxidáveis austeníticos; por isso, recomenda-se baixo teor de carbono.
2. A sensitização consiste na precipitação do carboneto Cr23C6 junto aos contornos de grão, empobrecendo a matriz de Cr.
3. Mesmo sendo um aço de alta-liga, o aço inoxidável do tipo austenítico contém carbono em sua liga.
4. A liga Fe-Cr-Ni é típica de todos os aços de alta-liga, sem os quais predomina o carbono.

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