Origem e Tipos de Aço

A ORIGEM E OS TIPOS DE AÇO

INTRODUÇÃO

Desde os primórdios da Humanidade em que o Homem começou a forjar o ferro, tanto para ferramentas como para outras aplicações, que os avanços na forma de lidar com esse material tem ditado o avanço tecnológico das civilizações ao longo de toda a História.

Data de mais de 4000 anos os primeiros vestígios da Humanidade a utilizar os primeiros utensílios de ferro e desde então, forjar um bom ferro tem sido um factor preponderante na dominância de certas culturas relativamente a outras. O domínio na forja do ferro ditava quem era o mais poderoso.

Com o avançar dos tempos, o ferro, e consequentemente o aço, tem sido pedra basilar na evolução tecnológica de toda a humanidade. A revolução industrial demonstrou que tal não seria possível se este material não fosse dominado ao ponto de poder ser aplicado em praticamente tudo o que nos rodeia, podendo a humanidade afirmar que o ferro foi o mais importante que aconteceu na história depois da invenção da roda.


A ORIGEM DO AÇO


A fabricação de ferro teve início na Anatólia, cerca de 2000 a.C. tendo sido a Idade do Ferro plenamente estabelecida por volta de 1000 a.C.. Neste período a tecnologia da fabricação do ferro espalhou-se pelo mundo. Em aproximadamente 500 a.C., chegou às fronteiras orientais da Europa e por volta de 400 a.C. chegou à China. Os minérios de ferro eram encontrados em abundância na natureza, assim como o carvão. Atualmente a maior quantidade de matéria prima para produção de aço é a sucata proveniente dos resíduos de fabricação industrial. A forma de produção era em pequenos fornos na forma de torrões ou pedaços sólidos denominados tarugos. Em seguida, eram forjados a quente na forma de barras de ferro trabalhado, possuindo maleabilidade e contendo pedaços de escória e carvão. O teor de carbono dos primeiros aços fabricados variava de 0,07% até 0,8% sendo este último considerado um aço de verdade. Os egípcios por volta de 900 a.C. já dominavam processos relativos a tratamentos térmicos nos aços para fabricação de espadas e facas. Assim, o aço resulta de uma liga entre o ferro e o carbono, ambos originalmente extraídos da natureza em forma de minério de ferro. O minério de ferro é conduzido para um alto-forno onde lhe é acrescentado coque e calcário. Pode também ser obtido através da utilização de sucata de ferro em substituição do minério de ferro ou ambos. Do processo resultante da mistura que se realiza no alto-forno entre minério de ferro ou sucata, coque e calcário, resulta o ferro gusa, que será a base para a criação do aço, dependendo da percentagem mais elevada ou não de carbono e permite ainda a eliminação de várias impurezas, chamadas de escória. O ferro gusa que sai do alto-forno é um ferro que contém mais de 4,7% de carbono. A partir daí a percentagem de carbono vai sendo reduzida, passando pelo ferro fundido, situação em que a percentagem de carbono se encontra os 2,1% e os 4,7% de carbono. É objetivo, portanto, que essa percentagem de carbono possa ser reduzida até menos de 2,1% de carbono para que possamos ter aço. Ao processo de redução do carbono chama-se refino e faz-se através da injeção de oxigénio, que aumenta a libertação do carbono.


TIPOS DE AÇO


QUANTO À COMPOSIÇÃO Aços carbono Esse tipo de aço é formado pela liga de ferro com carbono, onde o teor de carbono nesse caso é inferior a 2,11%. São chamados de aço carbono todos os produtos derivados apenas da junção do ferro com o carbono — podendo o teor do elemento variar — sem quantidades significativas de outros elementos na composição. Nesse tipo de aço existem elementos residuais, como manganês, fósforo ou silício, mas as quantidades não são suficientes para alterar suas propriedades. Os aços carbono são amplamente utilizados em diversas aplicações. Abaixo pode ser analisada uma relação com a variação do teor de carbono nesse tipo de aço. Os aços carbono são os mais produzidos, constituindo cerca de 90% da produção mundial. Podem ser divididos ainda em: Aço de alto carbono – acima de 0,50% até o limite de 2,11%; Aço de médio carbono – entre 0,20% e 0,49%; Aço de baixo carbono – entre 0,05% e 0,20%; Aço de carbono extra baixo – entre 0,015% e 0,05%; Aço de carbono ultrabaixo – abaixo de 0,015%. Aços Liga As ligas de metal são constituídas essencialmente por ferro e carbono e têm como principal objetivo operar mudanças nas suas propriedades físicas e mecânicas, para que estes possam desempenhar diferentes tipos de funções. O grau e qualidade dos aços liga variam consoante a quantidade de carbono do mesmo, tratamento térmico, bem como a adição de diferentes materiais como o molibdênio, níquel, manganês, silício, boro cromo e vanádio: Baixo teor em liga: - Presença acima do normal de elementos residuais - Existência de novos elementos liga, cujo teor não ultrapasse normalmente os 5% A estrutura deste de tipo de aços não é alterada de forma substancial pela quantidade de elementos de liga ou tratamentos térmicos. Alto teor em liga: - O total dos elementos de liga é de 10 a 12% Este tipo de aços liga poderá ter a sua estrutura alterada de forma substancial devido aos elementos adicionados, bem como os próprios tratamentos térmicos, através de cuidados especiais e operações múltiplas. Teor médio em liga. Considerados como um grupo intermediário entre os aços de baixo e alto teor em liga.


QUANTO À APLICAÇÃO Aços estruturais São muito importantes na indústria da construção por terem alta resistência mecânica e suportarem grandes carregamentos. Os aços estruturais normalmente são aços carbono ou com pequenas quantidades de elementos de liga. Nesse grupo, encontra-se o aço ASTM A36 que é largamente empregado por muitas construtoras. A maior utilização desses tipos de aço é nas estruturas de cimento armado. Como o cimento tem alta resistência à compressão, o aço inserido dentro da estrutura atua como boa resistência à tração. Além de ter boa aderência com o cimento, o aço ainda tem deformações compatíveis como o material. Os aços estruturais mais utilizados são o CA-50 e o CA-60, cujas resistências de escoamento são 50 kgf/mm² e 60 kgf/mm², respectivamente. Aços para molas Os aços utilizados para fabricação de molas têm elevado limite elástico, ou seja, suportam forças e tensões sem que sua deformação seja permanente. A maioria dos aços para mola são aços carbono, sendo as ligas necessárias somente em situações especiais. Aços para fundição É o material utilizado para produção de peças em aço fundido. Nesse processo, o aço líquido é vazado em moldes e adquire a forma da cavidade quando se solidifica. Podem ser aço carbono ou aço liga, contanto que apresentem boa resistência. Aços para construção mecânica Esse tipo de aço é usado para construção mecânica, ou seja, são usados para fabricar peças forjadas, rolamentos, eixos, engrenagens, entre outros. Os aços para construção mecânica são aços carbono ou com baixo teor de liga e abrangem uma ampla gama de produtos. Além dessas aplicações, existem diversas classes, como os aços para maquinagem, para carris ferroviários, para fins elétricos e outros.


QUANTO À ESTRUTURA GEOMÉTRICA Semiacabados Uma das últimas etapas da produção do aço antes do acabamento é chamada de lingotamento. No lingotamento, o aço líquido proveniente do alto-forno é distribuído para moldes, dentro dos quais ele se solidifica. Ao final do lingotamento, são produzidos os chamados produtos semiacabados, que podem ser blocos, tarugos ou placas. Produtos planos Para a fabricação dos produtos planos, eles passam por um processo chamado laminação, quando o material semiacabado que acabou de sair pelo processo de lingotamento tem que passar por dois cilindros. Os cilindros giram aplicando ao material uma força de compressão. O resultado final dessa força é uma placa final que pode vir a se tornar uma chapa ou bobina de aço. As chapas e bobinas podem ser feitas de aços carbono puros ou revestidos — pintados, zincados, galvanizados etc. —, aços inoxidáveis ou outros tipos de aço liga. Alguns dos principais produtos planos são: - bobina fria ou quente; - chapa fina quente ou fria; - bobina e chapa galvanizada; - bobina pré-pintada; - tubos; - perfis dobrados; - telhas; - lambris. Produtos longos Os produtos longos também podem ser obtidos na laminação. No entanto, sua característica principal é que o comprimento é muito superior à sua largura e à sua altura. Normalmente, são vendidos na forma de barras, fios, tubos, vergalhões, perfis e cantoneiras. Conheça alguns dos tipos mais comuns: - barra chata, quadrada ou redonda; - telas e treliças; - vergalhão CA 50 e CA 60.


OS AÇOS MAIS PRODUZIDOS E A SUAS APLICAÇÕES De seguida, podemos analisar quais os aços mais produzidos nas indústrias e sua forma de produção. Aço laminado à quente e a frio As chapas de aço podem ser laminadas a quente ou a frio. Quando é feita a quente, as chapas são fabricadas em temperaturas altas superiores a 900°C, e o resultado são bobinas laminadas a quente. Depois desse processo, o produto passa pelo processo de desbobinamento, que é onde as chapas são cortadas transversalmente e já saem prontas. Esse tipo de aço é matériaprima para produção de tubos metálicos, peças para automóveis, rodas, entre outros. No caso das chapas laminadas a frio, a temperatura de produção é abaixo de 100°C. Estas são mais maleáveis, mas nem por isso perdem resistência e podem ter acabamento diferenciado. Por conta disso, são usadas em eletrodomésticos, automóveis, esquadrias para construção civil entre outros. A principal diferença entre os dois tipos está nos processos de fabricação, visto que o aço laminado a frio passa por mais etapas que o laminado a quente. Aço Galvanizado O aço galvanizado é o material que passa pelo processo de galvanização que faz com o que o material atinja resistências maiores. A galvanização consiste na imersão do aço em zinco fundido que garante ao produto uma resistência à corrosão. O principal uso desse material é na fabricação de canos, vigas de apoio, entre outras aplicações dentro da construção civil. Aço Galvalume O aço galvalume é um tipo de aço liga composto por zinco, silício e alumínio. Esse tipo de material é excelente em resistência a corrosão, e tem vida útil quatro vezes maior que o aço galvanizado. Por esse motivo o aço galvalume é muito utilizado em atmosferas agressivas, como nas indústrias e na marinha. Tem uma beleza estética maior, e tem grande aplicabilidade na construção civil, como telhas para cobertura metálica. Aço Inox Os aços inoxidáveis, ou simplesmente aço inox, é a produção do aço com adição de Crómio e Níquel, feitos em alto forno a partir do ferro-gusa. O aço inox, além de resistir à corrosão atmosférica, ele é resistente à diversos outros produtos químicos. Sendo assim, ele tem muita aplicabilidade, tanto na construção civil — uso em tubulações, componentes de equipamentos etc. — como em outros setores. O aço inox mantém o seu brilho atraente por muito tempo, sendo necessária apenas uma simples limpeza.


É um tipo de material que suporta altas temperaturas e tem resistência mecânica bastante elevada, podendo ser usado na produção de fornos, câmaras de combustão, máquinas de diversos tipos, entre outros. O aço possui inúmeros tipos, geometrias e as mais variadas aplicações. Ele é um dos materiais mais consumidos em todo omundo, movimentando a economia e garantindo milhares de empregos.


ELEMENTOS LIGA DOS AÇOS


ELEMENTOS LIGA, O QUE SÃO? Os elementos liga são elementos químicos adicionados a uma matriz com o objetivo de formar ligas metálicas. Os metais são geralmente utilizados na forma de ligas metálicas, ou seja, misturas de dois ou mais materiais dos quais pelo menos um é metal. Embora haja uma alteração na matriz, a liga mantém as propriedades metálicas. De todos, o carbono é o principal elemento das ligas do aço, cuja influência é decisiva para a resistência, a capacidade de forjamento, a soldabilidade e a capacidade do aço ser endurecido quando exposto ao calor (têmpera). A adição de elementos de liga tem o objetivo de promover mudanças na microestrutura do material, o que se reflete nas suas propriedades macroscópicas físicas e mecânicas, permitindo ao material desempenhar funções específicas. As ligas de aço contêm quantidades específicas de elementos diferentes dos utilizados normalmente nos aços comuns. As referidas quantidades são determinadas segundo um objetivo específico, para promover mudanças nas propriedades físicas e mecânicas do produto, o que vai permitir que o material final desempenhe funções específicas em diferentes áreas. No entanto, a soma de todos esses elementos, incluindo o carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre, não pode ultrapassar os 6% da composição final do material. No caso de elementos como silício, manganês e alumínio, sempre presentes nos aços carbono, os aços são considerados ligados quando os teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e 0,1%, respetivamente. Os aços-liga costumam ser designados de acordo com o elemento predominante. Por exemplo: aço-níquel, aço-crómio, açocrómio-vanádio. O objetivo final da introdução de outros elementos é o de alcançar efeitos específicos dos aços que os mesmos não adquirem com os processos normais de produção. As propriedades comumente pretendidas englobam-se na seguinte lista: - aumento da dureza e a resistência mecânica, - alcance de uma resistência uniforme através de toda a secção em peças de grandes dimensões - diminuir o peso dos materiais - resistência à corrosão - aumento da resistência ao calor (propriedades refratárias) - aumento da resistência ao desgaste - aumento da capacidade de corte - melhorar as propriedades elétricas e magnéticas.


CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS-CARBONO E DOS AÇOS-LIGA É muito difícil estabelecer-se uma classificação precisa e completa para todos os tipos de aços. Mesmo no caso dos aços-carbono comuns, os sistemas usuais de classificação – ABTN, SAE, AISI, etc. – cobrem apenas os aços até carbono médio equivalente a 1,00%. No caso de aços-liga, a elaboração de sistemas de classificação é mais difícil, devido ao constante acréscimo de novos tipos, não só com modificações nos teores de elementos de liga, em relação aos tipos já existentes, mas igualmente com a presença de novos elementos de liga. Ainda assim, para os tipos mais comuns e teores relativamente baixos de elementos de liga, tanto a SAE, a AISI e outras associações técnicas elaboram sistemas de classificação que atendem satisfatoriamente às necessidades do meio. Do mesmo modo, já se estabeleceram sistemas de classificação para alguns tipos de aços especiais – aços-ferramenta, aços inoxidáveis, aços resistentes ao calor, etc. – explicado posteriormente. Essas classificações especificam principalmente as composições químicas dos aços, subdivididos em inúmeros grupos, abrangendo dezenas de análises químicas diferentes. Assim, poder-se classificar os aços de três modos diferentes: - de acordo com a composição química; - de acordo com a estrutura; - de acordo com a aplicação.


Classificação de acordo com a composição química Considerada a composição química dos aços como base de classificação épossível considerar os seguintes subgrupos: - aços-carbono, ou seja, aqueles que estão presentes o carbono e os elementos residuais, manganês, silício, fósforo, enxofre e outros, nos teores considerados normais; - aços-liga de baixo teor em liga, ou seja, aqueles em que os elementos residuais estão presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de novos elementos de liga, cujo teor total não ultrapassa um valor determinado (normalmente até 5,0%). Nestes aços, a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos; - aços-liga, de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga é, no mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só as estruturas dos aços correspondentes podem ser profundamente alteradas, como igualmente os tratamentos térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e, freqüentemente, operações múltiplas; - aços-liga, de médio teor em liga, que poderiam ser consideradas como constituindo um grupo intermediário entre os dois anteriores.


Classificação de acordo com a estrutura Tomada a estrutura como base para classificação, os seguintes subgrupos poderiam ser considerados: - perlíticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente baixos (até o máximo de 5%);suas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono e de elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento térmico de têmpera e revenido; também em função do teor de carbono, sua usinabilidade pode ser considerada boa; - martensíticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza muito elevada e baixa usinabilidade; - austeníticos, caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse grupo; - ferríticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no estado recozido, caracterizam-se por representar uma estrutura predominante ferrítica, com eventualmente pequenas quantidades de cementita; - carbídicos, caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura compõe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico, martensítico ou austenítico, dependendo da composição química. São aços usados especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.


Classificação de acordo com a aplicação De acordo com esta classificação, podem ser considerados os seguintes subgrupos: - aços para fundição, caracterizados por apresentarem boa combinação de resistência, ductilidade e tenacidade; além disso, apresentam boa usinabilidade e adequada soldabilidade; muitos tipos são suscetíveis de tratamentos térmicos de têmpera e revenido; - aços estruturais, ao carbono ou com pequenos teores de elementos de liga, com boa ductilidade e soldabilidade e elevado valor de relação limite de resistência à tração para limite de escoamento; - aços para trilhos, cujas condições de serviços exigem característicos de boa resistência mecânica, boa resistência ao desgaste etc.; são tipicamente aços ao carbono; - aços para produtos planos, que devem apresentar excelente deformabilidade, boa soldabilidade, entre outras qualidades; - aços para tubos, com, em princípio, as mesmas qualidades dos aços para chapas; como os anteriores, são normalmente ao carbono, embora, nestes últimos, algumas aplicações podem exigir a presença de elementos de liga; - aços para barras, arames e fios, os quais, conforme aplicações, podem apresentar característicos de resistência à tração realmente notáveis; - aços para molas, caracterizados por elevado limite elástico; - aços de usinagem fácil, caracterizados pela sua elevada usinabilidade, teores acima dos normais dos elementos enxofre e fósforo, principalmente o primeiro, e, eventualmente, à presença de chumbo; - aços para cementação, normalmente de baixo carbono e baixos teores de elementos de liga, de modo a apresentarem os melhores característicos para enriquecimento superficial de carbono, além de um núcleo tenaz, depois da cementação e da têmpera; - aços para nitretação, simplesmente ao carbono ou com os elementos de liga cromo, molibdênio e alumínio; - aços para ferramentas e matrizes, caracterizados por alta dureza à temperatura ambiente, assim como, nos tipos mais sofisticados, alta dureza à temperatura elevada, satisfatória tenacidade e onde as propriedades comuns de resistência mecânica e principalmente de ductilidade, pouco significado apresentam. Os tipos mais sofisticados apresentam elementos de liga em teores muito elevados, sendo os mais importantes e famosos os “aços rápidos”, com elevado teor de tungstênio,

mais cromo e vanádio e, eventualmente, molibdênio, cobalto e outros elementos de liga. Apresentam alta capacidade de corte. Outros tipos, alta capacidade de suportarem deformações; - aços resistentes ao desgaste, entre os quais o mais importante é o que apresenta manganês em quantidade muito acima do normal (entre 10 e 14%), além de alto carbono (entre 1,0 e 1,4%); - aços para mancais, empregados em mancais de esfera ou de rolete; - aços resistentes à corrosão ( também chamados “inoxidáveis”), com elevados teores de cromo ou cromo-níquel; - aços resistentes ao calor (também chamados “refratários”), caracterizados por apresentarem elevados teores de cromo e níquel e por possuírem elevada resistência à oxidação pelo calor e por manterem as propriedades mecânicas a temperaturas acima da ambiente, às vezes, relativamente elevadas;


- aços para fins elétricos, empregados na fabricação de motores, transformadores e outros tipos de máquinas e aparelhos elétricos, caracterizados por apresentarem silício em teores acima dos normais (até 4,75%), ou altos teores de cobalto (até 50%) ou altos teores de níquel; - aços para fins magnéticos, com alto teor de carbono, cromo médio, eventualmente tungstênio relativamente elevado, eventualmente molibdênio e (os melhores tipos) elevada quantidade de cobalto (até cerca de 40%); esses aços, quando temperados, apresentam o característico de imantação permanente representado pelo produto bastante elevado; - aços ultra-resistentes, desenvolvidos principalmente pela necessidade das aplicações da indústria aeronáutica, mas cuja utilização está se estendendo a outros setores da engenharia; nesses aços procura-se uma elevada relação resistência/peso; alguns podem apresentar limites de escoamento superiores a 150 kgf/mm2 (1470MPa). As excepcionais propriedades mecânicas são conseguidas mediante o emprego de tratamentos térmicos em composições contendo diversos elementos de liga em teores geralmente baixos. Um tipo especial de aço ultra-resistente é o aço “maraging”, em que os elementos de liga presentes estão em teores mais elevados (como níquel

até 18% ou mais), além de possuírem cobalto, molibdênio, titânio e baixo carbono. São obtidos através de um tratamento de endurecimento por precipitação que permite atingir valores de resistência à tração da ordem de 280 kgf/mm2 (2745MPa), além de excelente ductilidade. - aços criogênicos, caracterizados por sua resistência ao efeito de baixas temperaturas; - aços sinterizados, produtos da metalurgia do pó, incluindo ferro praticamente isento de carbono, aços comuns e alguns aços especiais, de aplicação crescente na indústria moderna.


CONCLUSÃO A indústria do aço, embora com vários séculos de existência, ainda tem a possibilidade de criar novas ligas de aço para além das que já existem. Consoante os tempos vão avançando, quanto mais a tecnologia abre portas para a inovqação, maior a exigência por parte desta indústria para satisfazer as necessidades e a importância de se manter ao corrente de novos processos, novas ideias e novas oportunidades de criar aços com cada vez mais características. A ciência do aço é muito vasta e parece que ainda se está no iníco das potencialidades que existem nesta àrea, para além de ser uma indústria com um extenso conhecimento. Com freuqência, as novas tecnologias permitem o que não era possível há décadas e começam a surgir novos materiais que vão expandir ainda mais o leque de oportunidades. Assim, as possibilidades de criar novos conceitos, novas ideias e novos projectos são inúmeras, o que vai permitir que comece a ser possível mostrar ao mundo o futuro com novos materiais.


BIBLIOGRAFIA https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas.php https://www.ebah.com.br/content/ABAAAgIQIAI/tipos-acos https://en.wikipedia.org/wiki/Alloy_steel https://pt.slideshare.net/FernandoMendona3/aco-liga-apresentacao

Origem e Tipos de Aço

Recommend Documents