Quais as são as impurezas eventualmente presentes nos aços e quais os problemas associados a estas quando fora dos limites normais recomendados?
Passo 1
Olha só, o enunciado tá perguntando: “Quais são as impurezas que podem rolar num aço e quais pepinos elas causam quando passam dos limites normais?”. Isso é um tópico de Metalurgia/Química de Materiais, e pra resolver a gente vai precisar entender o que é cada impureza, como ela entra no aço e que malefício dá na propriedade mecânica (como ductilidade, resistência, etc.) quando tá em excesso.
Passo 2
Antes de cair nos casos específicos, vamos definir impureza:
Uma impureza é todo elemento químico ou composto que não faz parte da “receita” ideal de um aço. Elas aparecem por contaminação do forno, do refino ou do ambiente e, em geral, formam inclusões ou entram em solução sólida, alterando a microestrutura e as propriedades do material.
Uma impureza é todo elemento químico ou composto que não faz parte da “receita” ideal de um aço. Elas aparecem por contaminação do forno, do refino ou do ambiente e, em geral, formam inclusões ou entram em solução sólida, alterando a microestrutura e as propriedades do material.
Passo 3
Impureza: Enxofre (S)
Teoria aplicada: o S não é solúvel em ferro puro; ele forma inclusões do tipo MnS ou FeS.
Efeito quando excessivo:
Teoria aplicada: o S não é solúvel em ferro puro; ele forma inclusões do tipo MnS ou FeS.
Efeito quando excessivo:
- Hot shortness: na recristalização em altas temperaturas, o FeS derrete antes do ferro e gera fragilidade a quente (rachaduras durante laminação ou solda).
- Diminuição de ductilidade a frio: bolhas de sulfeto criam pontos de concentração de tensões.
Passo 4
Impureza: Fósforo §
Teoria aplicada: o P fica em solução sólida no ferrita, mas tende a segregação nos contornos de grão.
Efeito quando excessivo:
Teoria aplicada: o P fica em solução sólida no ferrita, mas tende a segregação nos contornos de grão.
Efeito quando excessivo:
- Cold shortness: o aço fica “quebradiço” a temperaturas baixas, reduzindo tenacidade.
- Aumento de fragilidade em baixas temperaturas (embrittlement), pois o P nos contornos impede o deslizamento dos grãos.
Passo 5
Impureza: Oxigênio (O)
Teoria aplicada: O pode dissolver-se no líquido ou formar óxidos (Al2O3, SiO2) como inclusões não metálicas.
Efeito quando excessivo:
Teoria aplicada: O pode dissolver-se no líquido ou formar óxidos (Al2O3, SiO2) como inclusões não metálicas.
Efeito quando excessivo:
- Inclusões de óxido pioram a resistência ao impacto e a fadiga (são pontos de início de trinca).
- Reduzem a maquinabilidade e a conformabilidade (dificultam o trabalho em quente/frio).
Passo 6
Impureza: Nitrogênio (N)
Teoria aplicada: N se dissolve no ferro formando solução sólida ou nitretos (Fe4N).
Efeito quando excessivo:
Teoria aplicada: N se dissolve no ferro formando solução sólida ou nitretos (Fe4N).
Efeito quando excessivo:
- Aumenta elasticidade aparente, mas reduz ductilidade (fica “rígido” demais).
- Pode causar envelhecimento anômalo (strain aging), gerando empenamentos ou trincas sob tensão.
Passo 7
Impureza: Hidrogênio (H)
Teoria aplicada: H é super pequeno e entra fácil na malha do ferro, mas mal sai.
Efeito quando excessivo:
Teoria aplicada: H é super pequeno e entra fácil na malha do ferro, mas mal sai.
Efeito quando excessivo:
- Hydrogen embrittlement: trincas retardadas a frio, até depois de usinado ou durante serviço.
- Blisters e sopros (bolhas no interior), prejudicando a tenacidade.
Resposta
As principais impurezas e seus problemas quando passamos dos limites são:
• Enxofre (S): hot shortness e baixa ductilidade a frio.
• Fósforo §: cold shortness e fragilidade a baixa temperatura.
• Oxigênio (O): inclusões de óxido que reduzem tenacidade e fadiga.
• Nitrogênio (N): perda de ductilidade e envelhecimento anômalo.
• Hidrogênio (H): fragilização retardada (hydrogen embrittlement) e formação de bolhas.
• Enxofre (S): hot shortness e baixa ductilidade a frio.
• Fósforo §: cold shortness e fragilidade a baixa temperatura.
• Oxigênio (O): inclusões de óxido que reduzem tenacidade e fadiga.
• Nitrogênio (N): perda de ductilidade e envelhecimento anômalo.
• Hidrogênio (H): fragilização retardada (hydrogen embrittlement) e formação de bolhas.