Porque é que alguns aços se dobram e outros se partem? O segredo está nas suas estruturas cristalinas. Este artigo explora as diferenças fascinantes entre os aços austeníticos, ferríticos, cementita e martensíticos. Irá descobrir como os seus arranjos atómicos únicos influenciam a sua resistência, flexibilidade e dureza, oferecendo conhecimentos que podem transformar a sua compreensão da ciência e engenharia dos materiais. Prepare-se para mergulhar no mundo microscópico que molda as ferramentas e estruturas em que confiamos todos os dias.
A matéria sólida na natureza pode ser classificada em duas categorias: cristalina e amorfa.
Um cristal é um sólido com uma forma geométrica regular formado através do processo de cristalização. Num cristal, os átomos ou as moléculas estão dispostos periódica e repetidamente no espaço, de acordo com uma determinada regra.
Um sólido amorfo, por outro lado, corresponde a um cristal com átomos ou moléculas dispostas irregularmente, sem periodicidade ou simetria. O vidro é um exemplo de um sólido amorfo.
Os metais sólidos e as ligas são maioritariamente cristais. A estrutura cristalina dos metais e ligas é um dos factores fundamentais que determinam as suas propriedades físicas, químicas e mecânicas.
O ferro e o aço são sistemas de ligas com ferro e carbono como elementos básicos.
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No sistema Fe-C, quando o teor de carbono for inferior a 0,02%, o material é classificado como ferro puro. Se o teor de carbono for superior a 2,0%, é designado por ferro-gusa, enquanto o intervalo entre estes dois limites é classificado como aço.
O ferro puro, ou ferro forjado, é caracterizado por quatro estruturas cristalinas: α, β, γ e δ. Três destas estruturas, nomeadamente α, β e δ, apresentam estruturas de centro cúbico, enquanto a quarta, c, tem uma estrutura de centro de face cúbica.
O ferro elementar puro cristaliza a 1538 ℃ para formar uma estrutura de núcleo cúbico conhecida como ferro δ. À medida que arrefece até 1394 ℃, transforma-se numa estrutura cúbica de face centrada chamada ferro γ. O arrefecimento adicional até 912 ℃ resulta na formação de uma estrutura de núcleo cúbico conhecida como α-ferro.
O aço tem quatro fases principais: austeniteferrite, cementite e martensite.
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Austenite é um composto intersticial de carbono em γ-Fe. A proporção de átomos de Fe para átomos de C é 27: 1, o que significa que apenas um átomo de C está presente em cada 6-7 células cúbicas centradas na face. A concentração de carbono dissolvido em γ-Fe é 2.11% a 1148 ℃ e 0.77% a 727 ℃.
As características da austenite são as seguintes resistência e dureza são mais elevados em comparação com a ferrite, enquanto a sua plasticidade e tenacidade são melhores. Além disso, o seu grão tem uma forma poligonal e o seu limite de grão é mais reto do que o da ferrite.
A ferrite é uma solução sólida de carbono em α-Fe, com um teor de carbono próximo do ferro puro de aproximadamente 0,02%.
A ferrite possui características semelhantes às do ferro puro, incluindo baixa resistência e dureza, e boa plasticidade e tenacidade. A sua microestrutura é caracterizada por grãos poligonais brilhantes.
A cementita é um composto constituído por ferro e carbono numa proporção de 3:1, conhecido como Fe3C. Pertence ao sistema cristalino ortogonal e tem uma estrutura cristalina complexa. Cada célula da cementita é constituída por 12 átomos de Fe e 4 átomos de C.
As características da cementita incluem elevada dureza, fraca plasticidade e tenacidade. Os seus valores de δ e Akk são próximos de zero, e apresenta uma grande fragilidade.
Quando o aço austenítico é temperado a uma temperatura inferior a 150°C, transforma-se em martensite, que é extremamente dura. A martensite pode ser considerada como uma solução sólida supersaturada constituída por 1,6% de carbono em α-Fe, e tem uma estrutura cristalina tetragonal.
Existem dois tipos de martensite: a martensite com alto teor de carbono (martensite em ripas) e a martensite com baixo teor de carbono (martensite lamelar).
A martensite é caracterizada por ser dura e quebradiça, com baixa tenacidade, grande tensão internae com tendência para rachar.
A estabilidade das quatro fases varia. A ferrite e a cementite são formas cristalinas estáveis à temperatura ambiente, enquanto a austenite é estável a altas temperaturas.
Quando o aço-carbono é temperado, obtém principalmente martensite, que é uma forma cristalina instável. Os aços de liga com diferentes composições, como Mn, Ni e Cr, podem ser fabricados para diferentes fins.
Os não investigadores na indústria do aço inoxidável estão expostos principalmente à austenite, ferrite e martensite, sendo a cementite menos comum.
O aço inoxidável é uma liga típica com propriedades especiais que são obtidas através da adição de componentes de liga à fase básica.
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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