Aços

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Já repararam que nos vivemos no mundo do aço? Muitaaaas coisas a nossa volta ? Os jetsons já previão isso ahaha. A estrutura de uma casa, carro, elevador, utensílios, vixiii muita coisa.

Vamos entender porque este material é tão empregado em diversas situações.

Denominação

Os aços são ligas de ferro com até 2,0% de carbono, podendo conter outros elementos de como Cr, Mn, Si, Mo, V, Nb, W, Ti, Ni e muitoo mais a adição destes elementos vai depender das propriedades que você pretender obter dos aços. Por exemplo: um material que você queira que seja resistente a corrosão, pode- se adicionar cromo na composição.

O aço é muito usado para a produção de elementos mecânicos como por exemplo: engrenagens, eixos, ferramentas (martelos, serras,) ou estruturas (pontes, prédios). O principal motivo do ferro ser o elemento mais consumido mundialmente é por ser utilizado na fabricação de a��os (e também dos ferros fundidos). Hááá além do minério deste material ser abundante no planeta.

E sabe porque desta aplicação toda?

Devido ao baixo custo de obtenção, grande versatilidade de propriedades devido a mudanças na composição química, tratamentos térmicos e/ou no processamento e, principalmente da elevada ductilidade e elevada dureza.

Classificação

Para classificar alguma coisa é preciso ter um critério. Podemos classificar um objeto de acordo com o critério cor (rosa/branco/roxo) ou peso (leve/pesado).

A classificação pode depender da composição química, processamento, microestrutura, propriedades ou aplicações.

Olhem alguns exemplos de classificações:

  • Classificação Genérica
  • Nessa classificação, os aços são classificados conforme o teor de carbono:

    Aço extra-doce:

    Aço meio-doce: 0,15%C até 0,30%C

    Aço meio-duro: 0,30%C até 0,60%C

    Aço duro: 0,60%C até 0,70%C

    Aço extra-duro: 0,70 até 2,00%C

  • Classificação Quanto às Propriedades
  • Aços de alta resistência e baixa liga;

    Aços de alta resistência;

    Aços inoxidáveis;

    Aços indeformáveis

    Aços para fins elétricos e magnéticos

  • Classificação Quanto às Aplicações
  • Aços estruturais

    Aços para molas

    Aços para beneficiamento

    Aços para cementação ou nitretação

    Aços ferramentas

    Aço carbono

    O aço carbono é uma liga metálica, com teor de carbono que varia de 0,008% a 2,11%. Estes açõs são classificados da seguinte maneira:

  • Baixo carbono (até 0,30% de carbono)
  • Apresenta baixa resistência, porém, é usinável e soldável. Baixa dureza e boa tenacidade e ductilidade. De forma geral,  não é tratado termicamente.  

  • Médio carbono (de 0,30% a 0,60%)
  • Tem uma boa resistência para o tratamento térmico, é um material duro, atenaz e ducti, e essas características é porque o aço não tem apresenta uma quantidade elevada de carbono. É um material com uma boa temperabilidade em água e é um dos tipos mais comuns de aço, além de encontrarmos facilmente.

  • Alto carbono  (acima de 0,60%)

Boa resistência ao desgaste e dureza. Massss o elevado teor de carbono reduz a ductilidade quando comparado aos outros aços. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte. 

Aço- Liga

Conhecido também como aço especial, é uma liga de ferro-carbono com elementos de adição (níquel, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, silício, cobalto e alumínio) para fornecer a este material características especiais, como: resistência à tração e à corrosão, elasticidade e dureza, entre outras, tornando-os melhores do que os aços-carbono comuns.

E pra que adicionar estes elementos?

Como eu te disse antes, ele promove mudanças microestruturais e consequentemente mudam as propriedades físicas e mecânicas.

Estes materiais costumam ser usados conforme os elementos que são adicionados, como, por exemplo, aço-níquel, aço-cromo e aço-cromo-vanádio.

É possível encotrarmos estes materiais em diferentes setores, tipo: industriais, construção civil naval, petrolífera, automobilística, aeronáutica e vários outros.

Este tipo de aço pode apresentar teores de elementos adicionados maiores que 5%. Exemplo destes materiais: aços temperados e revenidos, aços tratáveis termicamente e aços resistentes à corrosão e ao calor.

Ufaaa muita informação né? Vamos exercitar? :D

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Cite as classificações genéricas dos aços ordenados de acordo com o teor de carbono.

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Passo 1

  • Aço extra-doce:
  • Aço meio-doce: 0,15%C até 0,30%C
  • Aço meio-duro: 0,30%C até 0,60%C
  • Aço duro: 0,60%C até 0,70%C
  • Aço extra-duro: 0,70 até 2,00%C
  • Resposta

  • Aço extra-doce:
  • Aço meio-doce: 0,15%C até 0,30%C
  • Aço meio-duro: 0,30%C até 0,60%C
  • Aço duro: 0,60%C até 0,70%C
  • Aço extra-duro: 0,70 até 2,00%C

Resposta

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Explique como é feita a classificação dos Aços por Designação Normativa.

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Passo 1

Essa designação normativa estabelece uma chave alfanumérica para a identificação dos aços, que segue o seguinte critério:

yyAxxB

Em que:

yy = tipo de aço (ao carbono, ao manganês, ao cromo)

A = acréscimo de elementos de liga especiais (acrescentar quando aplicável)

  • Aços ao boro – xyBxx: B denota aço ao Boro
  • Aços ao chumbo – xxLxx : L denota aço ao Chumbo
  • Aços ao vanádio – xxVxx: V denota aço ao Vanádio
  • Xx= percentual de carbono contido no aço x 100

    B= requisitos adicionais de qualidade (temperabilidade)

    Exemplo:

    Aço manganês Mn 1.75% 13xx

    Aço níquel Ni 3.50% 23xx

    Resposta

    yyAxxB

    Em que:

    yy = tipo de aço (ao carbono, ao manganês, ao cromo)

    A = acréscimo de elementos de liga especiais (acrescentar quando aplicável)

  • Aços ao boro – xyBxx: B denota aço ao Boro
  • Aços ao chumbo – xxLxx : L denota aço ao Chumbo
  • Aços ao vanádio – xxVxx: V denota aço ao Vanádio

Xx= percentual de carbono contido no aço x 100

B= requisitos adicionais de qualidade (temperabilidade)

Resposta

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sobre os aços carbono determine a opção correta.

  1. Baixo carbono: São aplicados em situações que exigem baixa ductilidade
  2. Aços de médio carbono são aplicados em produtos forjados pois possuem ductilidade a quente (para forjamento) associado à média resistência a frio no estado forjado.
  3. Aços de alto teor de C são utilizados em casos que se exige baixos limites de escoamento. O baixo limite de escoamento é obtido mediante encruamento ou, se no presença de elementos de liga, mediante têmpera e revenido.
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Passo 1

Baixo carbono (abaixo de 0,3%) São aplicados em situações que exigem ductilidade elevada

Passo 2

Aços de médio carbono (entre 0,3 e 0,5%C) Aços de médio carbono são aplicados em produtos forjados pois possuem ductilidade a quente (para forjamento) associado à média resistência a frio no estado forjado (ferríticoperlítico).

Passo 3

Aços de alto teor de C (acima de 0,5%C) São utilizados em casos que se exige elevados limites de escoamento, tais como molas e vergalhões de concreto. O alto limite de escoamento é obtido mediante encruamento ou, se no presença de elementos de liga, mediante têmpera e revenido.

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Explique a vantagem do uso do elemento de liga na produção de aço ligado.

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Passo 1

Aumentar temperabilidade, a resistência ao revenido. Introduzir propriedades especiais tais como: resistência à corrosão em aços inoxidáveis, resistência ao desgaste em aços, resistência à quente em aços ferramenta,

Resposta

Aumentar temperabilidade, a resistência ao revenido. Introduzir propriedades especiais tais como: resistência à corrosão em aços inoxidáveis, resistência ao desgaste em aços, resistência à quente em aços ferramenta,

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Explique a diferença das classificações dos aços ligados.

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Passo 1

Aços de baixa liga: Aços cuja quantidade dos elementos de liga é inferior a 5% e têm a finalidade de aumentar a temperabilidade e a resistência ao revenido. Os elementos típicos são: Cr, Mo, Ni, Mn e Si

Passo 2

Aços de média liga (5 e 10%): são os que têm a somatória dos elementos de liga entre 5% e 10%. São aplicados em situações que envolvem elevada resistência mecânica em temperaturas elevadas (500° C) tais como aços para trabalho a quente (matrizes)

Passo 3

Aços de alta liga ( > 10%): podem ser aplicados em diversas finalidades, tais como: Elevada resistência à oxidação (aços inoxidáveis, %Cr>12%). Elevada resistência mecânica e ao desgaste sendo aplicáveis em matrizes para forjamento e estampagem. Capacidade de corte e etc.

Resposta

Aços de baixa liga: Aços cuja quantidade dos elementos de liga é inferior a 5% e têm a finalidade de aumentar a temperabilidade e a resistência ao revenido. Os elementos típicos são: Cr, Mo, Ni, Mn e Si. Aços de média liga (5 e 10%): são os que têm a somatória dos elementos de liga entre 5% e 10%. São aplicados em situações que envolvem elevada resistência mecânica em temperaturas elevadas (500° C) tais como aços para trabalho a quente (matrizes). Aços de alta liga ( > 10%): podem ser aplicados em diversas finalidades, tais como: Elevada resistência à oxidação (aços inoxidáveis, %Cr>12%). Elevada resistência mecânica e ao desgaste sendo aplicáveis em matrizes para forjamento e estampagem. Capacidade de corte e etc.

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Sobre os aços inoxidáveis determine a opção correta.

  1. Contém um mínimo de 7% de Cromo como principal elemento de liga. São aços onde não ocorre oxidação em ambientes normais
  2. Suas características de resistência são obtidas graças à formação de um óxido protetor que impede o contato do metal base com a atmosfera agressiva.
  3. Os aços inoxidáveis são divididos em três classificações: martensíticos, ferríticos, austeníticos
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Passo 1

Contém um mínimo de 10,5% de Cromo como principal elemento de liga. São aços onde não ocorre oxidação em ambientes normais

Passo 2

Suas características de resistência são obtidas graças à formação de um óxido protetor que impede o contato do metal base com a atmosfera agressiva.

Passo 3

Os aços inoxidáveis são divididos em cinco categorias: martensíticos, ferríticos, austeníticos, dúplex e endurecíveis por precipitação

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Diferencie os aços Martensíticos dos Ferríticos.

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Passo 1

Martensíticos: possuem uma estrutura cristalina martensítica na condição endurecida. São ferromagnéticos, endurecíveis por tratamento térmico e resistentes à corrosão somente em meios de média agressividade. O conteúdo de cromo é, geralmente, situado entre 10,5 e 18% e o conteúdo de carbono não pode ser superior a 1,2%. Os conteúdos de carbono e cromo são balanceados para garantir uma estrutura martensítica. Alguns elementos como nióbio, silício, tungstênio e vanádio são, às vezes, adicionados para modificar o comportamento do aço durante o revenimento.

Passo 2

Ferríticos: estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). Seu conteúdo de cromo se situa na faixa de 11 a 30%.. São ferromagnéticos, podem possuir boas ductilidade e conformabilidade mas suas características de resistência em altas temperaturas são ruins. Sua tenacidade também pode ser limitada a baixas temperaturas e em seções pesadas. Não são endurecíveis por tratamento térmico e dificilmente por trabalho a frio.

Resposta

Martensíticos: endurecíveis por tratamento térmico e resistentes à corrosão somente em meios de média agressividade. O conteúdo de cromo é, geralmente, situado entre 10,5 e 18% e o conteúdo de carbono não pode ser superior a 1,2%. Os conteúdos de carbono e cromo são balanceados para garantir uma estrutura martensítica. Alguns elementos como nióbio, silício, tungstênio e vanádio são, às vezes, adicionados para modificar o comportamento do aço durante o revenimento.

Ferríticos: estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). Seu conteúdo de cromo se situa na faixa de 11 a 30%. São ferromagnéticos, podem possuir boas ductilidade e conformabilidade mas suas características de resistência em altas temperaturas são ruins. Sua tenacidade também pode ser limitada a baixas temperaturas e em seções pesadas. Não são endurecíveis por tratamento térmico e dificilmente por trabalho a frio.

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Diferencie os aços Austeníticos dos Endurecíveis por precipitação.

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Passo 1

Austeníticos: Constituem a maior família de aços inoxidáveis, tanto em número de diferentes tipos quanto em utilização. A exemplo dos ferríticos, não são endurecíveis por tratamento térmico. São não magnéticos na condição recozida e são endurecíveis apenas por trabalho a frio. Normalmente, possuem excelentes propriedades criogênicas e excelentes resistências mecânica e à corrosão em altas temperaturas.

Passo 2

Endurecíveis por precipitação: ligas cromo-níquel que podem ser endurecidas por tratamento de envelhecimento. Podem ser austeníticos, semi-austeníticos ou martensíticos, sendo que a classificação é feita de acordo com a sua microestrutura na condição recozida. Para viabiliazr a reação de envelhecimento, muitas vezes se utiliza o trabalho a frio, e a adição de elementos de liga como alumínio, titânio, nióbio e cobre.

Resposta

Austeníticos: Constituem a maior família de aços inoxidáveis, tanto em número de diferentes tipos quanto em utilização. A exemplo dos ferríticos, não são endurecíveis por tratamento térmico. São não magnéticos na condição recozida e são endurecíveis apenas por trabalho a frio. Normalmente, possuem excelentes propriedades criogênicas e excelentes resistências mecânica e à corrosão em altas temperaturas.

Endurecíveis por precipitação: ligas cromo-níquel que podem ser endurecidas por tratamento de envelhecimento. Podem ser austeníticos, semi-austeníticos ou martensíticos, sendo que a classificação é feita de acordo com a sua microestrutura na condição recozida. Para viabiliazr a reação de envelhecimento, muitas vezes se utiliza o trabalho a frio, e a adição de elementos de liga como alumínio, titânio, nióbio e cobre.

Exercício Resolvido #9

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, adaptado

Para cada classificação dos aços, descreva sucintamente as propriedades e aplicações típicas.

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Passo 1

Fala ai! Os aços são classificados como aço de baixo, médio, alto carbono e aço de alta liga. Vamos então analisar as propriedades de cada um deles!

Passo 2

Aços de baixo carbono: não respondem a tratamentos térmicos; relativamente macio e fraco; usinável e soldável. Aplicações: perfis estruturais, tubulações, edifícios, pontes e etc.

Aços de Médio Carbono: podem ser submetidos a tratamentos térmicos, boas propriedades mecânicas. Aplicações: rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins, etc.

Aços com alto teor de carbono: duro por isso relativamente quebradiço. Aplicações: martelos, facas e lâminas de serra.

Aços de alta liga: duro e resistente ao desgaste; resistente à corrosão. Aplicações: ferramentas de corte, brocas, talheres, ferramentas cirúrgicas.

Resposta

Aços de baixo carbono: não respondem a tratamentos térmicos; relativamente macio e fraco; usinável e soldável. Aplicações: perfis estruturais, tubulações, edifícios, pontes e etc.

Aços de Médio Carbono: podem ser submetidos a tratamentos térmicos, boas propriedades mecânicas. Aplicações: rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins, etc.

Aços com alto teor de carbono: duro por isso relativamente quebradiço. Aplicações: martelos, facas e lâminas de serra.

Aços de alta liga: duro e resistente ao desgaste; resistente à corrosão. Aplicações: ferramentas de corte, brocas, talheres, ferramentas cirúrgicas.

Exercício Resolvido #10

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, adaptado

Cite três razões por que as ligas ferrosas são tão largamente usadas

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Passo 1

Fala aí! Pra responder essa questão a gente precisa saber que existe uma grande quantidade de minério de ferro na crosta terrestre, isso já é um ponto favorável pra utilização de ligas ferrosas.

Além disso (e talvez por causa disso), todo o processamento desde a extração à fabricação tem custo baixo então é viável pra produção de larga escala.

E também, as ligas ferrosas podem ser adaptadas para ter uma ampla gama de propriedades

Resposta

Grande quantidade de minério de ferro na crosta terrestre, custi viável da extração à fabricação e as ligas podem ser adaptadas para ter uma ampla gama de propriedades

Exercício Resolvido #11

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, adaptado

Cite três características das ligas ferrosas que limitam sua utilização.

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Passo 1

Fala ai! Pra gente responder essa questão a gente precisa saber que as ligar ferrosar são suscetíveis à corrosão, e esse é um fator importante pra aplicações industriais onde você vai ter que fazer uma manutenção constante e colocar até a sua segurança em risco.

Além disso, elas tem elevada densidade e baixa densidade, que faz com que elas não sejam aptas pra tooodo tipo de aplicação.

Resposta

Suscetíveis à corrosão, elevada densidade e baixa condutividades elétricas

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