Processos de Transformação e Tratamento do Aço

Através de conversores (Processo Bessemer ou Thomas), a transformação do ferro gusa em aço é conseguida pelo insuflamento de ar, pouco a pouco e com pressão moderada, através dos orifícios existentes na parte inferior do conversor, ao tempo que se situa o conversor na posição vertical. O ar atravessa o ferro gusa líquido e o oxigênio presente vai reagindo com o
silício, manganês e a maior parte do carbono.

Bessemer: recipiente, tipo pêra, formado de chapas de aço e revestimento interno de material refratário ácido (silício alumínio).

Thomas: Quando o ferro gusa é rico em fósforo, este não pode ser tratado no conversor Bessemer porque o revestimento dele é ácido, impedindo que as reações exotérmicas permitam a passagem do fósforo para as escórias. O conversor Thomas é revestido internamente com material refratário básico. A escória obtida com o processo Thomas é um fosfato de cálcio (combinação do fósforo do metal com o cálcio da cal adicionado) e pode ser empregada como fertilizante na agricultura.

A aglomeração: visa o aproveitamento dos finos de minério, melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzindo-se o consumo de carvão. Principais processos:

• Sinterização: minério de ferro, carvão moído, calcário e água são misturados e aglomerados e, em seguida, colocados em uma grelha com um equipamento especial (1000°C a 1300°C). Unem-se e formam um bloco poroso. Quando quebrados em pedaços pequenos são chamados de Sinter, o qual é muito frágil e com possível degradação no transporte.
• Pelotização: processo de melhor qualidade, porém com custo mais elevado. É colocado em um tipo de tambor giratório no qual é alimentado com finos de minério e aglomerantes, recebendo jatos de água. Forma-se um aglomerado em forma de bolas (pelotas).

Obtenção Ferro Gusa: consiste em aquecer o minério de ferro em temperaturas acima de 1600°C na presença de uma substância redutora em um alto-forno. Etapas: os óxidos de ferro sofrem redução (perdem oxigênio) as impurezas reagem com o fundente formando escória e metal fundido o gusa se funde o ferro sofre carbonetação algumas impurezas são incorporadas ao ferro gusa.

Aço Hipo-eutetóide: abaixo de 727°C; com até 0,77% de C; Ferrita e Perlita; As quantidades de perlitas aumentam com o aumento de carbono, diminuindo a quantidade de ferrita.

Aço eutetóide: constituinte primário Perlita; Concentração de 0,77% de carbono encontram-se na matriz do aço somente grãos de perlitas.

Aço Hiper-Eutetóide: com carbono superior a 0,77% até 2%; Perlita e Cementita; Nos aços com teores acima de 0,77% de carbono se encontram grãos perlíticos e, no contorno de grão, a cementita, caracterizando fragilidade intergranular.

Ferrita: solução sólida de carbono em ferro alfa. Solubilidade é muito pequena (0,008% de C). Considerada Ferro Puro. Constituinte dos aços mais moles e dúcteis.

Cementita: é o carboneto de ferro de fórmula Fe₃C; Mais duro e frágil; É magnética até 2110°C.

Perlita: composto de 88% Ferrita e 11,5% Cementita. Cada grão de perlita está formado por lâminas ou placas alternadas de cementita e ferrita. A estrutura lamelar se observa na perlita quando ocorre resfriamento lento. Se o resfriamento é mais brusco, a estrutura é mais borrosa e chamada de perlita sorbítica.

Austenita: é uma solução sólida de carbono em Ferro Gama. Constituinte mais elástico dos aços. A quantidade de carbono dissolvido na estrutura cristalina varia entre 0 e 2,11%, sendo a concentração de 2,11% a máxima solubilidade à temperatura de 1.148°C. Estrutura CFC.

Martensita: solução sólida saturada de carbono em ferro alfa. Obtida por um resfriamento muito rápido dos aços, uma vez elevando-se à temperatura suficiente para conseguir uma constituição austenítica. O resfriamento rápido mantém a estrutura CCC do ferro alfa, a baixa temperatura. A dureza da martensita pode atribuir-se à tensão produzida entre os cristais deformados.

Ferro Fundido: é uma liga binária de Ferro-carbono, tem teor mínimo de carbono o valor de 2,1%, à temperatura ambiente. Como o FoFo vem do ferro gusa que tem teores elevados de silício, pode-se denominar como uma liga ternária composta de: Ferro, Carbono (2 a 4,5%) e silício (1 a 3%). Na prática contém 4,3% de carbono, reduzindo a temperatura de solidificação. Tipos de FoFo: Cinzento, Nodular, Maleável e Branco.

Aços: Liga binária de ferro-carbono, tendo como teor mínimo de carbono 0,008%, à temperatura ambiente e, como teor máximo de carbono 2,1% à temperatura máxima de solubilidade (1148°C). Tipos de Aços: Eutético, hipo-eutético e hiper-eutético.

Recozimento: o material é geralmente aquecido a uma temperatura acima da zona crítica (zona de austenização), seguido de resfriamento lento, desligando o forno e mantendo-se as peças no seu interior. Objetivos principais: remover tensões devidas aos processos de fundição e conformação mecânicas a quente ou a frio, diminuir a dureza, melhorar a ductilidade, ajustar o tamanho dos grãos e eliminar defeitos de quaisquer naturezas provocados por processos mecânicos ou térmicos que o material tenha sido anteriormente submetido.

Normalização: mesmos objetivos do recozimento e se faz também com aquecimento até a zona de austenização. A diferença do processo é que o resfriamento na normalização é ao ar, fora do forno, portanto mais rápido que o recozimento, resultando em uma estrutura mais fina do que a produzida no recozimento e, consequentemente, propriedades mecânicas ligeiramente superiores.

Revenimento: Aplicado nos aços temperados, imediatamente após a têmpera, a temperaturas inferiores à da temperatura crítica. As temperaturas mais usuais do revenimento são 400 ºC, 500 ºC e 600 ºC. O revenimento melhora a ductilidade, reduz os valores de dureza e resistência à tração e diminui ou mesmo elimina as tensões internas. Dependendo da temperatura em que o revenido é processado, pode-se obter nos aços melhores condições de usinabilidade. A têmpera e o revenido estão sempre associados.

Têmpera: consiste em aquecer o aço em um forno com temperatura acima da zona crítica e resfriar rapidamente. A temperatura de aquecimento para um aço carbono varia de 750°C a 900°C, pois varia a composição de carbono presente, mas a quantidade de carbono (normalmente 0,3%) deve ser suficiente para a obtenção de martensita. O resfriamento rápido pode se dar em água ou em algum óleo especial para têmpera. As peças temperadas possuem aumento de dureza, da resistência ao desgaste e da resistência à tração, porém sofrem com a diminuição na ductilidade (pode ser corrigido pelo revenimento).

Austempera: tratamento isotérmico dos aços. Objetivo: obtenção de peças com alta tenacidade e resistência à fadiga (molas). Microestrutura metalográfica é a bainita. Etapas: aquecer até a Temp. de Austenitização resfriar bruscamente em banho de sal ou óleo quente, até a temp. de formação da bainita (250 a 400°C) manter a temp. até completar a transformação em bainita Resfriar até a temp. ambiente.

Martempera: Objetivo: reduz risco de empenamento das peças, diminui risco de trincas. Mesmas propriedades que a têmpera e o revenido, porém as tensões são mais facilmente eliminadas. Etapas: a peça é aquecida acima da zona crítica depois é mergulhada em banho de sal fundido ou óleo quente, com temp. um pouco acima de Mi manter temp. não cortando a primeira curva depois resfria-se ao ar, em temp. Amb.

Nitretação: endurece superficialmente o aço, introduzindo nitrogênio, sob a ação de um meio nitrogenoso, a uma determinada temp. (500 a 570°C, inferior à temp. crítica). Objetivos: Obter elevada dureza superficial; Maior resistência ao desgaste; Baixo coeficiente de atrito; Aumento de resistência à fadiga; Melhora da resistência à corrosão. Tipos: Nitretação a gás, líquida ou iônica.

Cementação: em altas temp. (800 a 950°C) quando o ferro apresenta-se estrutura CFC, ele absorve o carbono em processo de saturação na camada superficial dos aços de baixo carbono (0,1% a 0,2%C). Objetivo: elevar a dureza e a tenacidade da peça para depois sofrer têmpera, mantendo ao mesmo tempo dúctil. Pode ser realizado em um meio sólido, líquido e gasoso.