O que é que distingue o aço-carbono do aço inoxidável e porque é que isso é importante? Neste artigo, vamos explorar as principais distinções entre estes dois tipos de aço, centrando-nos na sua composição, propriedades e utilizações. Ficará a saber como as suas características únicas afectam o desempenho em várias aplicações, desde a construção até aos utensílios culinários. Mergulhe para compreender qual o tipo de aço mais adequado para as suas necessidades específicas e por que razão é crucial escolher o tipo certo.
Aço
O aço é um termo coletivo para ligas de ferro com um teor de carbono que varia entre 0,02% e 2,04% em massa. A composição química do aço pode variar significativamente. O aço que contém apenas carbono é designado por aço-carbono ou aço simples.
No entanto, na produção atual, o aço incorpora frequentemente diferentes elementos de liga com base na sua utilização prevista, como o manganês, o níquel e o vanádio.
Com base no desempenho e na utilização, dividem-se ainda em aço estrutural, aço para ferramentas e aço de desempenho especial.
Carbono
Presente em todos os aços, o carbono é o elemento endurecedor mais importante. Ajuda a aumentar a resistência do aço. O aço para ferramentas é normalmente desejado para ter mais de 0,6% de carbono, também conhecido como aço com elevado teor de carbono.
Crómio
O crómio aumenta a resistência ao desgaste, a dureza e, mais importante ainda, a resistência à corrosão. Se um aço tiver mais de 13% de crómio, é considerado um aço inoxidável. No entanto, todos os aços podem enferrujar se não forem objeto de uma manutenção adequada.
Manganês
O manganês é um elemento crucial que ajuda na formação da estrutura do grão, aumentando a tenacidade, a força e a resistência ao desgaste. É utilizado para desoxidar o aço durante o tratamento térmico e os processos de laminagem.
O manganês está presente na maioria dos tipos de aço utilizado para facas e tesouras, exceto para A-2, L-6 e CPM 420V.
Molibdénio
Como formador de carbonetos, o molibdénio evita que o aço se torne frágil e mantém a resistência do aço a altas temperaturas. Encontra-se em muitos aços.
Os aços endurecíveis ao ar (como o A-2, ATS-34) contêm sempre 1% ou mais de molibdénio, o que lhes permite endurecer ao ar.
Níquel
O níquel mantém a força, a resistência à corrosão e a tenacidade. Está presente em L-6, AUS-6 e AUS-8.
Silício
O silício ajuda a aumentar a resistência. Tal como o manganês, é utilizado no processo de produção do aço para manter a sua resistência.
Tungsténio
O tungsténio aumenta a resistência ao desgaste. É misturado com uma proporção adequada de crómio ou manganês para produzir aço rápido. O aço rápido M-2 contém uma quantidade significativa de tungsténio.
Vanádio
O vanádio aumenta a resistência ao desgaste e a ductilidade. Um carboneto de vanádio é utilizado no fabrico de barras de aço. Muitos tipos de aço contêm vanádio, incluindo o M-2, o Vascowear, o CPM T440V e o 420VA, que têm um elevado teor de vanádio.
A principal diferença entre o BG-42 e o ATS-34 é o teor de vanádio do primeiro.
a. Aço estrutural de carbono:
(a) Q195;
(b) Q215 (A, B);
(c) Q235 (A, B, C);
(d) Q255 (A, B);
(e) Q275.
b. Aço estrutural de baixa liga
c. Aço estrutural comum para fins específicos
a. Aço estrutural:
(a) Aço-carbono de alta qualidade para a construção civil;
(b) Ligas de aço para construção;
(c) Aço mola;
(d) Aço de corte livre;
(e) Aço para rolamentos;
(f) Aço de construção de alta qualidade para fins específicos.
b. Aço-ferramenta:
(a) Aço-carbono para ferramentas;
(b) Liga de aço para ferramentas;
(c) Aço-ferramenta de alta velocidade.
c. Aço de desempenho especial:
(a) Aço inoxidável resistente a ácidos;
(b) Aço resistente ao calor;
(c) Aquecimento elétrico liga de aço;
(d) Aço elétrico;
(e) Aço resistente ao desgaste com elevado teor de manganês.
O principal propriedades mecânicas do aço dependem do seu teor de carbono. O aço que não contém uma grande quantidade de elementos de liga é por vezes designado por aço-carbono simples ou aço-carbono.
O aço-carbono, também conhecido como aço-carbono simples, refere-se a ligas de ferro-carbono com um teor de carbono (WC) inferior a 2%.
Para além do carbono, o aço-carbono contém geralmente pequenas quantidades de silício, manganês, enxofre e fósforo.
O aço-carbono pode ser classificado em três tipos com base na sua aplicação: aço-carbono para estruturas, aço-carbono para ferramentas e aço-carbono para estruturas de corte livre. O aço-carbono para estruturas pode ainda ser dividido em aço estrutural para edifícios e aço estrutural para máquinas.
De acordo com o método de fundição, o aço-carbono pode ser dividido em aço de forno aberto, aço de conversor e aço de forno elétrico.
De acordo com o método de desoxidação, o aço-carbono pode ser classificado como aço em ebulição (F), aço morto (Z), aço semi-morto (b) e aço morto especial (TZ).
Com base em teor de carbonoO aço-carbono pode ser classificado em aço de baixo teor de carbono (WC ≤ 0,25%), aço de médio teor de carbono (WC 0,25%-0,6%) e aço de alto teor de carbono (WC > 0,6%).
Com base no teor de fósforo e enxofre, o aço-carbono pode ser dividido em aço-carbono normal (teor de fósforo e enxofre mais elevado), aço-carbono de alta qualidade (teor de fósforo e enxofre mais baixo), aço de alta qualidade superior (teor de fósforo e enxofre ainda mais baixo) e aço especial de alta qualidade.
Geralmente, à medida que o teor de carbono aumenta no aço-carbono, a dureza e a resistência também aumentam, mas a ductilidade diminui.
O aço inoxidável, também conhecido como aço resistente aos ácidos, é composto por dois componentes principais: o aço inoxidável e o aço resistente aos ácidos. Em termos simples, o aço que pode resistir à corrosão atmosférica é designado por aço inoxidável, enquanto o aço que pode resistir à corrosão por meios químicos é designado por aço resistente a ácidos. O aço inoxidável é um aço de alta liga com mais de 60% de ferro como base, incorporando elementos de liga como o crómio, o níquel e o molibdénio.
Quando o aço contém mais de 12% de crómio, é resistente à corrosão e à ferrugem na atmosfera e no ácido nítrico diluído. Isto deve-se ao facto de o crómio poder formar uma película de óxido de crómio bem aderente à superfície do aço, protegendo-o eficazmente da corrosão. O teor de crómio no aço inoxidável é geralmente superior a 14%, mas o aço inoxidável não é totalmente imune à ferrugem.
Nas zonas costeiras ou em locais com poluição atmosférica grave, quando o ar contém uma grande quantidade de iões cloreto, a superfície exposta do aço inoxidável pode desenvolver alguns pontos de ferrugem. No entanto, estes pontos de ferrugem limitam-se à superfície e não corroem a matriz interna do aço inoxidável.
Em geral, os aços com um teor de crómio (Wcr) superior a 12% apresentam a características do aço inoxidável. O aço inoxidável pode ainda ser classificado em cinco categorias com base na sua microestrutura após tratamento térmico: aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensíticoO aço inoxidável austenítico, o aço inoxidável austenítico-ferrítico (duplex) e o aço inoxidável de endurecimento por precipitação.
Aço inoxidável ferrítico: Contém crómio 12% a 30%. A sua resistência à corrosão, tenacidade e soldabilidade melhoram com o aumento do teor de crómio. Apresenta melhor resistência à fissuração por corrosão sob tensão por cloretos do que outros tipos de aço inoxidável.
Aço inoxidável austenítico: Contém mais de 18% de crómio, juntamente com aproximadamente 8% de níquel e pequenas quantidades de molibdénio, titânionitrogénio e outros elementos. Tem excelentes propriedades abrangentes e pode resistir à corrosão em vários meios.
Aço inoxidável austenítico-ferrítico (Duplex): Combina as vantagens dos materiais austeníticos e aço inoxidável ferríticoe apresenta superplasticidade.
Aço inoxidável martensítico: Tem elevada resistência, mas fraca ductilidade e soldabilidade.
Cor: O aço inoxidável contém mais crómio e níquel, o que resulta num aspeto prateado. O aço-carbono é constituído principalmente por carbono e ferro, com menos elementos metálicos, conferindo-lhe uma cor predominantemente férrea e mais escura.
Textura da superfície: O aço inoxidável, com o seu teor mais elevado de outros elementos metálicos, tem uma superfície lisa. O aço-carbono, que contém mais ferro e carbono, tem uma superfície mais rugosa e não tem a suavidade do aço inoxidável.
Magnetismo: O aço-carbono tem propriedades magnéticas na sua superfície e pode ser atraído por um íman. O aço inoxidável é geralmente não magnético em condições normais e não é atraído por ímanes.
Teor de carbono: As propriedades mecânicas do aço-carbono dependem do seu teor de carbono, sendo que o aço contém menos de 2% de carbono e geralmente não adiciona uma quantidade significativa de elementos de liga. Em contrapartida, o aço inoxidável, para manter a sua resistência à corrosão, tem um teor de carbono relativamente baixo, normalmente não superior a 1,2%.
Conteúdo da liga: O aço-carbono contém uma pequena quantidade de elementos de liga, como o silício, o manganês, o enxofre e o fósforo. O aço inoxidável tem um teor mais elevado de elementos de liga, principalmente crómio e níquel, superior a 12%.
Resistência à corrosão: O aço carbono, com o seu baixo teor de liga, apresenta uma resistência à corrosão mais fraca. O aço inoxidável, com o seu teor mais elevado de crómio e níquel, possui uma maior resistência à corrosão.
A distinção entre o aço-carbono e o aço inoxidável reside principalmente na sua resistência à corrosão. No entanto, o aço inoxidável, com as suas propriedades superiores, serve funções que outros tipos de aço não podem substituir em aplicações práticas.
Por exemplo, alguns aços inoxidáveis resistentes ao calor e aços inoxidáveis com excelentes características de superfície são amplamente utilizados como materiais decorativos.
Além disso, as propriedades mecânicas excepcionais do aço inoxidável tornam-no indispensável em vários sectores de produção.
O aço comum, também conhecido como aço-carbono, é uma liga de ferro-carbono. É classificado em aço de baixo carbono, aço de médio carbono e ferro fundido com base no teor de carbono.
Geralmente, o aço com menos de 0,2% de carbono é chamado de aço de baixo carbono, também conhecido como ferro macio ou ferro puro; o aço com um teor de carbono entre 0,2-1,7% é chamado de aço; e o aço com mais de 1,7% de carbono é chamado de ferro-gusa.
1. Os aços com um teor de crómio superior a 12,5% possuem uma elevada resistência à corrosão provocada por meios externos (ácido, sal alcalino), sendo por isso designados por aços inoxidáveis.
Consoante a estrutura interna do aço, o aço inoxidável pode ser dividido em martensítico, ferrítico, austenítico, ferrítico-austenítico e endurecido por precipitação, com um total de 55 tipos especificados pela norma nacional GB3280-92.
Na vida quotidiana, encontramos frequentemente aço inoxidável austenítico (alguns chamam-lhe inoxidável níquel) e aço inoxidável martensítico (alguns referem-se a ele como "ferro inoxidável", o que é cientificamente incorreto e propenso a mal-entendidos).
Os tipos típicos de aço inoxidável austenítico incluem 0Cr18Ni9, ou "304", e 1Cr18Ni9Ti. O aço inoxidável martensítico, utilizado no fabrico de tesouras e facas, inclui principalmente as qualidades 2Cr13, 3Cr136Cr13, 7Cr17, etc.
2. As diferenças nas composições destes dois tipos de aço inoxidável resultam em diferentes microestruturas metálicas internas.
3. O aço inoxidável austenítico, devido ao elevado teor de crómio e de níquel (cerca de 18% de crómio e mais de 4% de níquel), apresenta uma estrutura interna austenítica.
Esta estrutura não é magnética e não pode ser atraída por um íman. É normalmente utilizada em materiais decorativos, como tubos de aço inoxidável, toalheiros, talheres, fogões, etc.
4. O aço inoxidável martensítico é utilizado no fabrico de facas e tesouras. Uma vez que as ferramentas de corte têm de ser afiadas, devem possuir uma certa dureza.
Este tipo de aço inoxidável deve ser submetido a um tratamento térmico para alterar a sua estrutura interna e aumentar a sua dureza para ser utilizado como ferramenta de corte.
Mas este tipo de aço inoxidável tem uma estrutura interna martensítica temperada e é magnético, o que significa que pode ser atraído por um íman.
Por conseguinte, não se pode simplesmente determinar se um material é aço inoxidável com base no seu magnetismo.
A distinção entre tubos sem costura de aço inoxidável e tubos sem costura de aço carbono reside principalmente nas diferentes regras de conceção para estes dois tipos de aço, o que significa que as suas regras de conceção não são permutáveis. As diferenças podem ser resumidas da seguinte forma:
Em primeiro lugar, o aço inoxidável endurece durante o trabalho a frio devido a um fenómeno chamado endurecimento por trabalho. Por exemplo, durante a flexão, apresenta anisotropia, com propriedades diferentes nas direcções transversal e longitudinal.
O aumento da resistência resultante do trabalho a frio pode ser utilizado para aumentar o fator de segurança, particularmente quando a área dobrada é pequena em comparação com a área total, tornando o aumento insignificante.
Em segundo lugar, a curva tensão-deformação do aço inoxidável é diferente da do aço-carbono. O limite elástico do aço inoxidável é aproximadamente 50% da sua tensão de cedência, o que, de acordo com as normas, é inferior à tensão de cedência do aço de carbono médio.
Por último, o aço inoxidável não tem um ponto de cedência definido. Em vez disso, a tensão de cedência é geralmente representada por σ0,2 e é considerada um valor equivalente.
Tratamento térmico é um processo que manipula as propriedades físicas de um metal utilizando o aquecimento e o arrefecimento. Através do tratamento térmico, a microestrutura do aço pode ser melhorada para satisfazer requisitos físicos específicos.
Algumas das características obtidas através deste processo incluem a tenacidade, a dureza e a resistência ao desgaste. Estas propriedades são obtidas através de técnicas de tratamento térmico como o endurecimento e a têmpera, recozimentoe endurecimento de superfícies.
EndurecimentoA dureza do metal, também conhecida como têmpera, consiste em aquecer uniformemente o metal a uma temperatura adequada e, em seguida, mergulhá-lo rapidamente em água ou óleo para um arrefecimento brusco, ou arrefecê-lo ao ar ou numa zona de congelação para obter a dureza desejada.
Têmpera é necessário após o endurecimento, uma vez que o aço se torna frágil e suscetível de fratura devido à tensão induzida pelo arrefecimento rápido.
Para eliminar esta fragilidade, a têmpera é efectuada através do reaquecimento do aço a uma temperatura ou cor adequadas, seguido de um arrefecimento rápido.
Embora este processo reduza ligeiramente a dureza do aço, aumenta a sua tenacidade e reduz a sua fragilidade.
Recozimento é um método utilizado para eliminar o tensão interna no aço e para o homogeneizar. O processo envolve aquecer o aço acima da sua temperatura crítica e depois colocá-lo em cinzas secas, cal, amianto, ou selá-lo dentro de um forno para permitir que arrefeça lentamente.
Dureza refere-se à capacidade de um material resistir à penetração de um objeto externo. Um método comum de teste dureza do aço é feita através da utilização de uma lima na aresta da peça de trabalho, em que a profundidade das marcas da lima indica o grau de dureza.
No entanto, este método não é muito exato. Os testes de dureza modernos são normalmente efectuados com um aparelho de teste de dureza. O teste de dureza Rockwell é um dos testes mais utilizados.
O aparelho de teste de dureza Rockwell mede a profundidade da penetração de um indentador de diamante no metal; quanto mais profunda for a penetração, mais baixa é a dureza. A profundidade da penetração pode ser lida com exatidão a partir de um mostrador, e esta leitura é referida como o número de dureza Rockwell.
Forjamento é um processo em que o metal é moldado por martelagem. Quando o aço é aquecido à temperatura de forjamento, pode ser forjado, dobrado, estirado e moldado. A maior parte do aço é fácil de forjar quando aquecido a uma cor vermelho-cereja brilhante. Um método comum para aumentar a dureza do aço é através do arrefecimento.
Fragilidade refere-se à tendência de um metal para se fraturar facilmente. O ferro fundido, por exemplo, é altamente frágil e pode mesmo rachar quando cai. Existe uma relação estreita entre fragilidade e dureza; normalmente, os materiais com elevada dureza têm também elevada fragilidade.
Ductilidade (também conhecido como maleabilidade) refere-se à capacidade de um metal se deformar permanentemente sem fraturar quando sujeito a forças externas. Os metais dúcteis podem ser estirados em fios finos.
Elasticidade refere-se à propriedade de um metal de se deformar sob forças externas e de regressar à sua forma original quando as forças são removidas. O aço para molas é um material altamente elástico.
Maleabilidade também conhecido como forjabilidadeA maleabilidade é a propriedade de um metal de se deformar sem se fraturar quando sujeito a martelagem ou laminagem. A maleabilidade é a propriedade de um metal se deformar sem fraturar quando sujeito a martelagem ou laminagem.
Dureza é a capacidade de um metal resistir a vibrações ou impactos. A tenacidade é o oposto da fragilidade.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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