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Matéria de metalurgia: teor de carbono, classificações de aço e aços de liga

A classificação de aço é importante para entender quais tipos são usados ​​em determinadas aplicações e que são usados ​​para outros. Por exemplo, a maioria dos aços comerciais são classificados em um dos três grupos: carbono simples, de baixa liga e alta liga. Os sistemas de classificação de aço são configurados e atualizados com freqüência para esse tipo de informação.

Geralmente, o carbono é a liga de aço comercial mais importante. Aumentar o teor de carbono aumenta a dureza e força e melhora a capacidade de endurecimento. Mas o carbono também aumenta a fragilidade e reduz a soldabilidade devido à sua tendência de formar martensite. Isso significa que o conteúdo de carbono pode ser tanto uma benção quanto uma maldição quando se trata de aço comercial.

E enquanto existem aços que têm até 2 por cento de conteúdo de carbono, são a exceção. A maioria do aço contém menos de 0,35 por cento de carbono. Para colocar isso em perspectiva, tenha em mente que é 35/100 de 1 por cento.

Agora, qualquer aço na faixa de conteúdo de carbono de 0,35 a 1,86 por cento pode ser endurecido usando um ciclo de temperatura de aquecimento. A maioria dos aços comerciais são classificados em um dos três grupos:

  1. Aços de carbono simples
  2. Aços de baixa liga
  3. Aços de alta liga

Aços de carbono simples

Estes aços geralmente são de ferro com menos de 1 por cento de carbono, além de pequenas quantidades de manganês, fósforo, enxofre e silício. A solubilidade e outras características destes aços são principalmente um produto do teor de carbono, embora a liga e os elementos residuais tenham menor influência.

Os aços de carbono simples são subdivididos em quatro grupos:

  1. Baixo
  2. Médio
  3. Alto
  4. Muito alto

Baixo . Muitas vezes chamados de aços leves, os aços com baixo teor de carbono possuem menos de 0,30 por cento de carbono e são os mais utilizados. Máquinas e solda bem e são mais dúcteis do que os aços com alto teor de carbono.

Médio . Os aços de carbono médio possuem de 0,30 a 0,45 por cento de carbono. Aumento do carbono significa aumento da dureza e resistência à tração, diminuição da ductilidade e usinagem mais difícil.

Alto . Com 0,45 a 0,75 por cento de carbono, estes aços podem ser difíceis de soldar. O pré-aquecimento, o pós-aquecimento (para controlar a taxa de resfriamento) e, às vezes, o aquecimento durante a soldagem tornam-se necessários para produzir soldas aceitáveis ​​e para controlar as propriedades mecânicas do aço após a soldagem.

Muito alto . Com um teor de carbono de até 1,50 por cento, os aços de alto teor de carbono são usados ​​para produtos de aço duro, como ferramentas de corte de metais e molas de caminhão. Como os aços com alto teor de carbono, eles exigem tratamento térmico antes, durante e após a soldagem para manter suas propriedades mecânicas.

Aços de baixa liga

Quando estes aços são projetados para aplicações soldadas, seu conteúdo de carbono geralmente está abaixo de 0,25 por cento e muitas vezes abaixo de 0,15 por cento. As ligas típicas incluem níquel, cromo, molibdênio, manganês e silício, que aumentam a resistência à temperatura ambiente e aumentam a dureza do entalhe de baixa temperatura.

Essas ligas podem, na combinação correta, melhorar a resistência à corrosão e influenciar a resposta do aço ao tratamento térmico. Mas as ligas adicionadas também podem influenciar negativamente a susceptibilidade à fissura, por isso é uma boa idéia usar processos de soldagem com baixo teor de hidrogênio com eles. O pré-aquecimento também pode ser necessário. Isso pode ser determinado usando a fórmula equivalente de carbono, que abordaremos em um problema posterior.

Aços de alta liga

Na maior parte, estamos falando aqui de aço inoxidável, o aço comercial de alta liga mais importante. Os aços inoxidáveis ​​são pelo menos 12 por cento de crómio e muitos têm alto teor de níquel. Os três tipos básicos de aço inoxidável são:

  1. Austenítico
  2. Ferritic
  3. Martensítico

Os aços inoxidáveis martensíticos compõem as notas de talheres. Eles têm a menor quantidade de cromo, oferecem alta dureza e requerem pré e pós-aquecimento durante a soldagem para evitar rachaduras na zona afectada pelo calor (HAZ).

Os aços inoxidáveis ferríticos têm cromo de 12 a 27 por cento com pequenas quantidades de ligas formadoras de austenite.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos oferecem excelente soldabilidade, mas a austenite não é estável à temperatura ambiente. Consequentemente, as ligas específicas devem ser adicionadas para estabilizar a austenite. O estabilizador de austenite mais importante é o níquel, e outros incluem carbono, manganês e nitrogênio.

As propriedades especiais, incluindo resistência à corrosão, resistência à oxidação e resistência a altas temperaturas, podem ser incorporadas nos aços inoxidáveis ​​austeníticos, adicionando certas ligas como cromo, níquel, molibdênio, nitrogênio, titânio e columbium. E enquanto o carbono pode adicionar força a altas temperaturas, também pode reduzir a resistência à corrosão formando um composto com crómio. É importante notar que as ligas austeníticas não podem ser endurecidas por tratamento térmico. Isso significa que eles não se endurecem na HAZ de soldagem.

* Aços inoxidáveis ​​sempre têm um alto teor de cromo, muitas vezes quantidades consideráveis ​​de níquel e às vezes contêm molibdênio e outros elementos. Os aços inoxidáveis ​​são identificados por um número de três dígitos que começa com 2, 3, 4 ou 5. 

Figura 1
Certifique-se de verificar as publicações AISI e SAE apropriadas para as revisões mais recentes.

Sistemas de Classificação de Aço

Antes de olhar para um par de sistemas comuns de classificação de aço, consideremos mais um metal de alto carbono, ferro fundido. O teor de carbono do ferro fundido é de 2,1% ou mais. Existem quatro tipos básicos de ferro fundido:

  1. Ferro cinzento , que é relativamente macio. É facilmente usinado e soldado, e você vai encontrá-lo usado para blocos de cilindros do motor, tubos e estruturas de máquinas-ferramenta.

  2. Ferro fundido branco , que é duro, quebradiço e não soldável. Tem uma resistência à compressão de mais de 200,000 libras por polegada quadrada (PSI), e quando é recozido, torna-se ferro fundido maleável.

  3. Ferro fundido maleável , que é ferro fundido branco recozido. Pode ser soldado, usinado, é dúctil e oferece boa resistência e resistência ao choque.

  4. Ferro fundido dúctil , que às vezes é chamado de ferro fundido de grafite nodular ou esferoidal. Obtém esse nome porque o carbono está na forma de pequenas esferas, não flocos. Isso torna dúctil e maleável. Também é soldável.

Agora vamos dar uma olhada em um sistema típico de classificação de aço (veja a Figura 1 ). Tanto a Society of Automotive Engineers (SAE) quanto o American Iron and Steel Institute (AISI) usam sistemas praticamente idênticos. Ambos são baseados em um sistema de quatro dígitos com o primeiro número que geralmente indica o tipo básico de aço e os dois primeiros números, indicando a série dentro do grupo de liga básica.

Tenha em mente que pode haver uma série de séries dentro de um grupo de liga básica, dependendo da quantidade de elementos de liga principal. Os últimos dois ou três números referem-se ao alcance aproximado permissível do teor de carbono em pontos (centésimos de por cento).

Esses sistemas de classificação podem se tornar bastante complexos, e a Figura 1 é apenas uma representação básica. Certifique-se de fazer referência às mais recentes publicações AISI e SAE para as revisões mais recentes.

Isso é um olhar sobre alguns conceitos básicos sobre o relacionamento ferro-carbono-aço e suas influências sobre soldagem e ligas de metais. Na próxima vez, veremos endurecimento e formas de tornar os metais mais fortes. Também consideraremos as influências de alguns elementos-chave de liga e os efeitos da soldagem na metalurgia.

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