Porque é que o aço com baixo teor de carbono pode ser soldado facilmente enquanto o aço com alto teor de carbono coloca desafios? Este artigo explora a soldabilidade de diferentes tipos de aço-carbono, destacando o impacto que a variação do teor de carbono tem no processo. Descobrirá as propriedades específicas que tornam o aço com baixo teor de carbono ideal para a soldadura e porque é que o aço com alto teor de carbono requer técnicas especiais para evitar a fissuração. Saiba quais os factores a considerar para garantir resultados de soldadura bem sucedidos com diferentes aços ao carbono.
De acordo com a composição química, o aço pode ser classificado em dois tipos principais: aço-carbono e aço-liga.
Os aços ao carbono são ainda classificados em:
(i) Aço de baixo teor de carbono: teor de carbono < 0,25%
(ii) Aço de médio carbono: teor de carbono 0,25 - 0,60%
(iii) Aço com elevado teor de carbono: teor de carbono > 0,60%
O aço de baixo carbono, frequentemente designado por aço macio, contém menos de 0,25% de carbono. Caracteriza-se por uma resistência, dureza e ductilidade relativamente baixas. Esta categoria engloba a maioria dos aços estruturais de carbono comuns e alguns aços estruturais de carbono de alta qualidade. O aço macio é normalmente utilizado para componentes estruturais de engenharia que não requerem tratamento térmico e para peças mecânicas onde é necessária resistência ao desgaste, que pode ser obtida através de cementação ou outros tratamentos de endurecimento de superfícies.
O aço de médio carbono, com um teor de carbono de 0,25% a 0,60%, oferece um bom trabalho a quente e maquinabilidade, mas apresenta uma fraca soldabilidade. Possui maior resistência e dureza em comparação com o aço de baixo carbono, mas menor plasticidade e tenacidade. O aço de médio carbono pode ser utilizado diretamente em formas laminadas a frio ou estiradas a frio, ou após tratamento térmico sem processamento adicional.
Quando corretamente temperado e revenido, o aço de médio carbono apresenta excelentes propriedades mecânicas globais. Pode atingir uma dureza máxima de aproximadamente HRC55 (equivalente a HB538) e resistências à tração que variam entre 600 e 1100 MPa. Estas características fazem do aço de médio carbono o material mais utilizado nas aplicações de média resistência. É amplamente utilizado na construção e no fabrico de vários componentes mecânicos.
O aço com alto teor de carbono, contendo entre 0,60% e 1,70% de carbono, é também conhecido como aço ferramenta. É adequado para têmpera e revenido, mas apresenta uma fraca soldabilidade. O teor de carbono é adaptado a aplicações específicas:
Cada tipo de aço-carbono oferece propriedades únicas e é selecionado com base nos requisitos específicos da aplicação, equilibrando factores como a resistência, a dureza, a ductilidade e a maquinabilidade.
Comparação das propriedades de soldadura do aço de baixo carbono e do aço de alto carbono
A soldabilidade do aço é regida principalmente pela sua composição química, sendo o teor de carbono o fator mais crítico. Embora outros elementos de liga possam influenciar a soldabilidade, o seu impacto é geralmente menos significativo em comparação com o carbono.
O aço com baixo teor de carbono (tipicamente <0,25% C) apresenta uma excelente soldabilidade e frequentemente não requer precauções especiais. No entanto, ao soldar em ambientes de baixa temperatura, com chapas grossas, ou para aplicações de alto desempenho, pode ser necessária a utilização de eléctrodos básicos e pré-aquecimento. Se o teor de carbono e enxofre se aproximar do limite superior para o aço com baixo teor de carbono, devem ser implementadas medidas adicionais para evitar a fissuração térmica. Estas incluem a utilização de consumíveis de soldadura de alta qualidade com baixo teor de hidrogénio, a aplicação de tratamentos térmicos pré e pós-soldadura e a otimização do design da junta.
O aço de médio teor de carbono (0,25-0,60% C) é mais suscetível à fissuração induzida por soldadura, particularmente à medida que o teor de carbono aumenta. Isto deve-se à maior temperabilidade da zona afetada pelo calor (ZTA), que aumenta o risco de fissuração a frio e reduz a soldabilidade global. Além disso, o teor de carbono do metal de solda aumenta proporcionalmente com o material de base, exacerbando ainda mais o risco de fissuração.
A presença de enxofre no aço de médio carbono pode aumentar significativamente a probabilidade de fissuração a quente durante a soldadura. Para mitigar estes riscos, é crucial selecionar eléctrodos básicos com propriedades superiores de resistência à fissuração. A implementação de tratamentos térmicos adequados antes e depois da soldadura também pode reduzir eficazmente as tendências de fissuração, gerindo as tensões térmicas e as alterações microestruturais.
O aço com elevado teor de carbono (>0.60% C) apresenta as características de soldadura mais difíceis devido ao seu elevado teor de carbono. Isto resulta em tensões de soldadura elevadas e num risco substancialmente maior de fissuração a quente e a frio na ZTA. As soldaduras em aço com elevado teor de carbono são particularmente propensas à fissuração a quente em comparação com os seus homólogos de médio teor de carbono. Consequentemente, o aço com elevado teor de carbono raramente é utilizado no fabrico geral de soldadura e limita-se principalmente a aplicações especializadas, como a soldadura de reparação ou o revestimento duro de componentes resistentes ao desgaste.
O tratamento térmico pós-soldadura, em particular a têmpera, é essencial para todas as soldaduras de aço-carbono, especialmente as dos aços de médio e elevado teor de carbono. Este processo serve para aliviar as tensões residuais, estabilizar a microestrutura e reduzir significativamente o risco de fissuração retardada. A têmpera adequada pode melhorar drasticamente as propriedades mecânicas, a tenacidade e o desempenho geral da junta soldada.
Para garantir resultados óptimos na soldadura de aços ao carbono, é crucial considerar factores como as temperaturas de pré-aquecimento e de interpasse, o controlo da entrada de calor, a seleção adequada do metal de adição e os parâmetros de tratamento térmico pós-soldadura. Estas variáveis devem ser cuidadosamente adaptadas ao teor de carbono específico e aos requisitos da aplicação para obter soldaduras de alta qualidade e sem defeitos com as propriedades mecânicas desejadas.
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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