Quais são os principais elementos de liga em aços de baixa liga e como eles afetam as propriedades do material?

Passo 1

O enunciado pergunta sobre aços de baixa liga, ou seja, aqueles em que o somatório de elementos de liga além de carbono é normalmente inferior a 5 % em massa. O objetivo é listar os principais elementos de liga usados nesse grupo e explicar como cada um modifica propriedades mecânicas, de usinagem, de soldabilidade e de resistência à corrosão ou ao desgaste.

Passo 2

Começamos pelo carbono \mathrm{C} e manganês \mathrm{Mn}, que são quase onipresentes em aços de baixa liga.
– O carbono em teores típicos de \approx0{,}05\% a 0{,}5\% aumenta a dureza e a resistência mecânica pela formação de cementita, mas reduz tenacidade e soldabilidade se em excesso.
– O manganês, em torno de \approx0{,}5\% a 1{,}5\%, é desoxidante e dessulfurante, melhora a resistência ao escoamento e a tenacidade, além de aumentar a hardenabilidade (facilita a formação de perlita fina e martensita).

Passo 3

Silício \mathrm{Si} e cobre \mathrm{Cu} também são comuns em quantidades moderadas \mathrm{Si}\sim0{,}2\%\!-\!0{,}5\%,\;\mathrm{Cu}\sim0{,}2\%\!-\!0{,}6\%.
– O silício atua como desoxidante, aumenta a resistência e elasticidade, mas em excesso prejudica a ductilidade e soldabilidade.
– O cobre em baixa liga confere maior resistência à corrosão atmosférica (aços “corten”), sem afetar muito a usinabilidade.

Passo 4

Entre os elementos de liga que aumentam significativamente a hardenabilidade e resistência a temperaturas elevadas destacam-se cromo \mathrm{Cr}, níquel \mathrm{Ni} e molibdênio \mathrm{Mo}.
– O cromo \sim0{,}5\%\!-\!1{,}0\% incrementa a resistência ao desgaste, à corrosão e à fissuração sob carga, além de elevar a temperatura de serviço.
– O níquel \sim0{,}5\%\!-\!1{,}0\% melhora a tenacidade, especialmente em baixas temperaturas, e aumenta a resistência à corrosão.
– O molibdênio \sim0{,}1\%\!-\!0{,}3\% favorece a resistência à fluência em alta temperatura, aumenta a hardenabilidade e reduz a sensibilidade ao revenido.

Passo 5

Nos aços micro-liga, traços de vanádio \mathrm{V}, nióbio \mathrm{Nb} e titânio \mathrm{Ti} ( <0{,}1\% cada) promovem refinamento de grão e precipitação de carbonetos ou nitretos muito finos. Isso resulta em aumento de resistência mecânica e tenacidade sem perda acentuada de ductilidade, além de melhor retenção de propriedades em temperatura elevada.

Passo 6

Resumindo, cada elemento de liga em aços de baixa liga tem um papel específico:
\mathrm{C},\mathrm{Mn}: base de resistência e tenacidade.
\mathrm{Si},\mathrm{Cu}: desoxidação e resistência à corrosão.
\mathrm{Cr},\mathrm{Ni},\mathrm{Mo}: hardenabilidade, resistência a desgaste, tenacidade a frio e temperatura de serviço.
\mathrm{V},\mathrm{Nb},\mathrm{Ti}: micro-ligas para refinamento de grão, aumentando resistência e tenacidade.

Resposta

Os principais elementos de liga em aços de baixa liga são:
(a) Carbono \mathrm{C} e manganês \mathrm{Mn}, que elevam dureza, resistência e tenacidade;
(b) Silício \mathrm{Si} e cobre \mathrm{Cu}, que atuam como desoxidantes e melhoram a resistência à corrosão atmosférica;
(c) Cromo \mathrm{Cr}, níquel \mathrm{Ni} e molibdênio \mathrm{Mo}, que aumentam a hardenabilidade, resistência ao desgaste e ao serviço em alta temperatura;
(d) Vanádio \mathrm{V}, nióbio \mathrm{Nb} e titânio \mathrm{Ti}, em traços, para refinamento de grão e micro-precipitados que elevam a resistência mecânica sem perder ductilidade.

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