Qual o efeito do teor de C nas características mecânicas dos metais e como tal teor influencia na classificação dos aços?

Passo 1

O enunciado pergunta qual é o efeito do teor de carbono no aço sobre suas características mecânicas e como esse teor serve de base para classificar os aços. O conteúdo envolve a microestrutura do sistema ferro–carbono, os constituintes (ferrita, perlita, cementita) e a relação entre composição e propriedades como resistência, dureza, ductilidade e soldabilidade.

Passo 2

O carbono no ferro sólido forma solução sólida e, em teores mais altos, favorece a formação de perlita e cementita à custa da ferrita. Em teores baixos de carbono predomina a ferrita (estrutura macia e dúctil). À medida que o teor de carbono cresce, aumenta a fração de perlita (mistura de ferrit a+cementita em lâminas) e de cementita (F e_{3}C, fase dura e frágil), refinando a microestrutura mas reduzindo a fração de ferrita.

Passo 3

Do ponto de vista mecânico, o aumento de C - eleva o limite de escoamento \sigma_y e a resistência à tração \sigma_u, pois as fases duras (perlita/cementita) impedem o movimento de discordâncias;
  • aumenta a dureza, medida pela resistência local ao risco ou penetração;
  • porém reduz a ductilidade e a tenacidade (absorção de energia antes da fratura), e piora a soldabilidade, já que o excesso de cementita favorece trincas a quente e a frio.

Passo 4

Com base no teor de carbono, os aços carbono puros são classificados grosso modo em:
– Aços de muito baixo carbono (ultra
baixo): C < 0,1\%. Extremamente dúcteis, muito soldáveis, usados em estampagem profunda;
– Aços de baixo carbono: 0,1\%\le C <0,3\%. Aços estruturais leves, boa soldabilidade e conformabilidade;
– Aços de médio carbono: 0,3\%\le C <0,6\%. Maior resistência e dureza, usados em peças automotivas e eixos;
– Aços de alto carbono: 0,6\%\le C <1,2\%. Alta dureza e resistência ao desgaste, porém menos dúcteis; aplicados em ferramentas de corte, molas, lâminas;
– Aços hiperalto carbono: C \ge 1,2\%. Muito duros e frágeis, usados em aço para ferramentas e rolamentos especiais.

Passo 5

Na prática, ao selecionar um aço para uma aplicação, equilibra-se a necessidade de resistência/dureza (favorecidas pelo aumento de C) contra a ductilidade e soldabilidade (afetadas negativamente). Adicionalmente, tratamentos térmicos (têmpera, revenimento) exploram o teor de carbono para obter microestruturas martensíticas ou bainíticas, ajustando ainda mais a combinação de propriedades.

Resposta

O aumento do teor de carbono em um aço:
• Eleva o limite de escoamento e a resistência à tração, aumenta a dureza;
• Reduz ductilidade, tenacidade e soldabilidade.
Com isso, aços são classificados pelo teor de C:
• Muito baixo carbono <0,1\%,
• Baixo carbono 0,1\% 0,3\%,
• Médio carbono 0,3\% 0,6\%,
• Alto carbono 0,6\% 1,2\%,
• Hiperalto carbono \ge1,2\%.

Exercícios relacionados