Este artigo explora o fascinante mundo dos metais ferrosos e não ferrosos, revelando as suas propriedades e classificações únicas. No final, compreenderá as diferenças essenciais e as aplicações destes materiais cruciais na vida quotidiana.
Comecemos por introduzir brevemente os conceitos básicos de metais ferrosos, aço e metais não ferrosos antes de nos debruçarmos sobre a classificação do aço.
O ferro-gusa, produzido pela fundição de minério de ferro num alto-forno, é um intermediário crucial para a produção de aço e aplicações de fundição.
O ferro fundido é derivado da fusão do ferro-gusa num forno e, subsequentemente, do derrame do metal líquido em moldes para criar componentes fundidos. Este processo produz peças com excelentes propriedades de resistência ao desgaste e amortecimento de vibrações.
As ligas de ferro são ligas à base de ferro que contêm elementos como o silício, o manganês, o crómio e o titânio. Estas ligas desempenham um papel vital na produção de aço como desoxidantes e aditivos de liga, permitindo um controlo preciso da composição e das propriedades do aço.
Estes elementos de liga são cruciais para melhorar as propriedades dos metais. Por exemplo, o tungsténio, o titânio e o molibdénio são frequentemente utilizados na produção de ligas duras para ferramentas de corte, melhorando significativamente a resistência ao desgaste e o desempenho a altas temperaturas.
Os metais não ferrosos acima mencionados são coletivamente referidos como metais industriais. Além disso, a categoria inclui metais preciosos como a platina, o ouro e a prata, bem como metais raros como o urânio e o rádio, que têm aplicações especializadas em vários sectores de alta tecnologia e energia.
O aço é uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono que varia entre 0,04% e 2,3%. Para garantir a sua tenacidade e plasticidade, o teor de carbono não excede geralmente 1,7%.
Para além do ferro e do carbono, os principais elementos do aço incluem o silício, o manganês, o enxofre e o fósforo. Existem vários métodos para classificar o aço, sendo os sete seguintes os principais:
1. Classificação por qualidade:
(1) Aço comum (P≤0.045%, S≤0.050%)
(2) Aço de alta qualidade (P, S ambos ≤0,035%)
(3) Aço avançado de alta qualidade (P≤0.035%, S≤0.030%)
2. Classificação por composição química:
(1) Aço-carbono:
(2) Liga de aço:
3. Classificação por método de conformação:
(1) Aço forjado;
(2) Aço fundido;
(3) Aço laminado a quente;
(4) Aço estirado a frio.
4. Classificação por estrutura metalográfica:
(1) Estado recozido:
(2) Estado normalizado:
(3) Não transformados ou parcialmente transformados.
5. Classificação por utilização:
(1) Aço para construção e engenharia:
(2) Aço estrutural:
a. Aço para fabrico mecânico:
b. Aço mola
c. Aço para rolamentos
(3) Aço para ferramentas:
(4) Aço com propriedades especiais:
(5) Aço profissional: como o aço para pontes, o aço marítimo e o aço para caldeiras, aço para recipientes sob pressãoaço para máquinas agrícolas, etc.
6. Classificação exaustiva:
(1) Aço comum:
a. Aço estrutural de carbono:
b. Aço estrutural de baixa liga
c. Aços comuns de construção para fins específicos
(2) Aço de qualidade (incluindo aço de qualidade superior)
a. Aço estrutural:
b. Aço-ferramenta:
c. Aço de desempenho especial:
7. Classificação por métodos de fundição
(1) Categorizados por tipos de fornos
a. Aço de soleira aberta:
b. Aço de conversão:
ou
c. Aço para fornos eléctricos:
(2) Categorizados por grau de desoxidação e sistema de fundição
Os materiais de aço podem ser divididos em quatro categorias principais com base na forma: perfis, chapas, tubos e produtos metálicos. Para facilitar a aquisição, a encomenda e a gestão, atualmente, a China classifica o aço em dezasseis tipos principais:
| Categoria | Tipo de produto | Declaração |
| Barra perfilada | Carris pesados | Carris de aço com um peso superior a 30 quilogramas por metro (incluindo carris para gruas) |
| Metro ligeiro | Carris de aço com um peso igual ou inferior a 30 quilogramas por metro. | |
| Aço de grande secção | O aço corrente inclui aço redondo, quadrado, plano, hexagonal, viga I, canal, igual e ângulo desigual aço, bem como aço roscado. De acordo com o tamanho, estes podem ser classificados como grandes, médios e pequenos. | |
| Aço de secção média | ||
| Aço de secção pequena | ||
| Fio-máquina | Barras redondas de aço e discos com diâmetros de 5-10 milímetros. | |
| Aço formado a frio | Secção de aço formada por encurvamento a frio de aço ou de tiras de aço. | |
| Perfis de alta qualidade | Aço redondo de alta qualidade, aço quadrado, aço plano, aço hexagonal e muito mais. | |
| Outros materiais de aço | Incluindo componentes de carris pesados, blocos de eixos, anéis de pneus, entre outros. | |
| Chapas metálicas | Chapa de aço fina | Chapas de aço de espessura igual ou inferior a 4 milímetros. |
| Chapa de aço espessa | Chapas de aço com espessuras superiores a 4 milímetros. | |
| Pode ser classificada em placas médias (espessura superior a 4 mm e inferior a 20 mm), placas grossas (espessura superior a 20 mm e inferior a 60 mm) e placas extra-grossas (espessura superior a 60 mm). | ||
| Fita de aço | Também conhecido como aço em banda, é na realidade uma fina chapa de aço que é longo, estreito e fornecido em rolos. | |
| Chapas de aço silício elétrico | Também designada por chapa de aço silício. | |
| Material da tubagem | Tubos de aço sem costura | Tubos de aço sem costura produzidos por métodos como a laminagem a quente, a laminagem a quente-estiramento a frio ou a extrusão. |
| Tubos de aço soldados | Os tubos de aço são formados por chapas ou tiras de aço enroladas e moldadas, sendo depois soldadas. | |
| Produtos metálicos | Produtos metálicos | Isto inclui fios de aço, cabos de aço e cordões de aço. |
O aço-carbono, também conhecido como aço-carbono simples, é uma liga fundamental de ferro-carbono que contém até 2% de carbono (wc) em peso. Este material versátil constitui a espinha dorsal de numerosas aplicações industriais devido às suas propriedades mecânicas equilibradas e à sua relação custo-eficácia.
Para além do carbono, o aço-carbono contém normalmente pequenas mas significativas quantidades de elementos de liga, incluindo silício (para desoxidação), manganês (para resistência e temperabilidade), enxofre (para maquinabilidade) e fósforo (para resistência em baixas concentrações). O controlo preciso destes elementos é crucial para obter as caraterísticas desejadas do material.
O aço-carbono pode ser classificado em três categorias principais com base na sua utilização prevista:
Com base no teor de carbono, o aço-carbono é ainda classificado em:
Além disso, o aço-carbono é classificado de acordo com o seu teor de fósforo e enxofre:
É fundamental compreender que, à medida que o teor de carbono no aço-carbono aumenta, a sua dureza e resistência melhoram significativamente. No entanto, isto acontece à custa de uma redução da plasticidade e da soldabilidade. Esta relação inversa entre resistência e ductilidade exige uma seleção cuidadosa do material com base nos requisitos específicos da aplicação, considerando factores como a capacidade de carga, a formabilidade e os métodos de fabrico.
As propriedades mecânicas do aço-carbono reflectem-se principalmente na sua designação de grau, que normalmente começa com a letra "Q" seguida de números. O "Q" indica o limite de elasticidade, enquanto os números subsequentes representam o valor mínimo do limite de elasticidade em megapascal (MPa). Por exemplo, Q275 indica um tipo de aço com um limite de elasticidade mínimo de 275 MPa.
As letras adicionais A, B, C ou D a seguir ao número do grau significam diferentes níveis de qualidade, com teores decrescentes de enxofre (S) e fósforo (P), por esta ordem. Esta progressão corresponde a um aumento global da qualidade do aço, sendo que D representa a qualidade mais elevada entre estas designações.
A presença de "F" após o grau indica um aço com rebordo, enquanto que "b" indica um aço semimorto. A ausência de "F" ou "b" implica um aço abatido. Por exemplo, o Q235-A-F representa o aço com rebordo de grau A com um limite de elasticidade mínimo de 235 MPa, enquanto o Q235-C indica o aço abatido de grau C com o mesmo limite de elasticidade.
O aço estrutural ao carbono é geralmente utilizado no estado em que é fornecido, sem tratamento térmico adicional, o que o torna rentável para várias aplicações.
Os tipos de aço com baixo teor de carbono, como o Q195, Q215 e Q235, apresentam uma excelente soldabilidade, formabilidade e tenacidade, combinadas com uma resistência moderada. Estas qualidades são amplamente utilizadas na produção de chapas finas, barras de reforço, tubos de aço soldados e vários componentes estruturais. Também são adequados para o fabrico de elementos de fixação padrão, como rebites, parafusos e porcas, devido às suas propriedades equilibradas.
Os tipos de aço com um teor de carbono ligeiramente superior, como o Q255 e o Q275, oferecem uma maior resistência, mantendo uma boa plasticidade e tenacidade. Estas qualidades permanecem soldáveis, o que as torna versáteis para aplicações estruturais. São frequentemente utilizados no fabrico de elementos estruturais de suporte de carga, bielas, engrenagens, acoplamentos e componentes para máquinas menos complexas, onde é necessário um equilíbrio entre resistência e maleabilidade.
O aço-carbono deve cumprir requisitos específicos em termos de composição química e de propriedades mecânicas. A designação do grau do aço-carbono utiliza um sistema de dois dígitos, representando 10000 vezes a fração média da massa de carbono no aço (wc × 10000). Por exemplo, o aço 45 contém uma fração média de massa de carbono de 0,45%, enquanto o aço 08 tem 0,08%.
O aço de carbono estrutural de alta qualidade é utilizado principalmente no fabrico de componentes de máquinas. É frequentemente submetido a processos de tratamento térmico para melhorar as suas propriedades mecânicas, adaptando-as a aplicações específicas.
O teor de carbono influencia significativamente as propriedades e aplicações do aço:
Os aços com baixo teor de carbono (08, 08F, 10, 10F) apresentam elevada plasticidade e tenacidade, destacando-se na conformação a frio e na soldadura. Estas qualidades são frequentemente laminadas a frio em chapas finas para peças estampadas a frio em instrumentos, automóveis e máquinas agrícolas. Os exemplos incluem painéis de carroçaria de automóveis e cabinas de tractores, onde a formabilidade e a soldabilidade são cruciais.
Os aços de médio-baixo carbono (15, 20, 25) são ideais para peças cementadas que requerem superfícies resistentes ao desgaste, mas com menor resistência do núcleo. Estas qualidades são normalmente utilizadas em componentes pequenos e pouco carregados, tais como pinos de pistão e placas de amostra. O processo de cementação cria uma superfície dura e resistente ao desgaste, mantendo um núcleo resistente.
Os aços de médio carbono (30, 35, 40, 45, 50) atingem um excelente equilíbrio de propriedades mecânicas através da têmpera e do revenido a alta temperatura. A sua combinação de resistência, plasticidade e tenacidade torna-os adequados para componentes críticos como cambotas, bielas, fusos de máquinas-ferramentas e engrenagens. O processo de tratamento térmico pode ser optimizado para obter o perfil de propriedades desejado para aplicações específicas.
Os aços com elevado teor de carbono (55, 60, 65) desenvolvem um limite elástico elevado após a têmpera e o revenido a média temperatura. Esta caraterística torna-os ideais para o fabrico de molas pequenas e pouco carregadas (com secções transversais inferiores a 12-15mm). As aplicações incluem molas reguladoras de pressão, molas de controlo de velocidade, molas de êmbolo e molas enroladas a frio, onde a elevada força elástica e a resistência à fadiga são essenciais.
O aço-carbono para ferramentas é uma liga de aço de elevado teor de carbono que contém um mínimo de elementos de liga, com um teor de carbono que varia normalmente entre 0,60% e 1,50%. Esta composição confere-lhe propriedades únicas que o tornam adequado para aplicações industriais específicas.
O aço-carbono para ferramentas é amplamente utilizado na indústria transformadora devido à sua relação custo-eficácia, matérias-primas facilmente disponíveis, excelente maquinabilidade e capacidade de atingir elevada dureza e resistência ao desgaste através de tratamento térmico. Estas caraterísticas fazem dele a escolha ideal para a produção de várias ferramentas de corte, matrizes, moldes e instrumentos de medição de precisão.
No entanto, o aço-carbono para ferramentas apresenta uma dureza vermelha fraca, uma limitação significativa em aplicações de alta temperatura. Quando a temperatura de funcionamento excede aproximadamente 200°C (392°F), o material sofre um rápido declínio na dureza e na resistência ao desgaste, comprometendo a sua integridade funcional. Isto restringe a sua utilização na maquinagem a alta velocidade ou em aplicações que envolvam temperaturas elevadas sustentadas.
Além disso, o aço-carbono para ferramentas apresenta desafios no tratamento térmico, particularmente para componentes maiores. A limitada temperabilidade pode resultar numa distribuição não uniforme da dureza ao longo da secção transversal de secções espessas. Esta caraterística, associada ao elevado teor de carbono, aumenta o risco de distorção e fissuração durante a têmpera, o que exige um controlo cuidadoso das taxas de aquecimento e arrefecimento durante os processos de tratamento térmico.
Apesar destas limitações, o aço-carbono para ferramentas continua a ser um material valioso em muitos cenários de fabrico em que os seus pontos fortes podem ser aproveitados e os seus pontos fracos podem ser atenuados através de considerações adequadas de conceção e processamento.
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O aço estrutural de corte livre foi concebido para uma maquinabilidade melhorada através da incorporação de elementos específicos que promovem a formação de aparas e a quebra durante as operações de corte. Esta conceção melhora a eficiência de corte e prolonga a vida útil da ferramenta, tornando-a ideal para a produção de grandes volumes.
O enxofre é o principal elemento utilizado para aumentar a fragilidade do aço e melhorar a sua maquinabilidade. Para além do enxofre, elementos como o chumbo, o telúrio e o bismuto são normalmente adicionados aos aços estruturais de corte livre de baixa liga para melhorar ainda mais as suas caraterísticas de maquinagem.
O teor de enxofre (ws) no aço de corte livre varia tipicamente entre 0,08% e 0,30%, enquanto o teor de manganês (wMn) é controlado entre 0,60% e 1,55%. Estes elementos combinam-se para formar inclusões de sulfureto de manganês (MnS) na matriz do aço. As inclusões de MnS são altamente frágeis e possuem propriedades lubrificantes inerentes, que servem duas funções críticas:
Esta combinação de propriedades resulta num melhor controlo das aparas, em forças de corte reduzidas e numa melhor qualidade de acabamento da superfície dos componentes maquinados. Além disso, a presença de inclusões de MnS ajuda a minimizar a formação de arestas postiças nas ferramentas de corte, contribuindo ainda mais para melhorar a vida útil da ferramenta e a qualidade consistente das peças em ambientes de produção de grande volume.
O aço, para além da sua composição básica de ferro e carbono, pode incorporar um conjunto diversificado de elementos de liga para melhorar propriedades específicas. Estes elementos incluem o silício, o manganês, o molibdénio, o níquel, o crómio, o vanádio, o titânio, o nióbio, o boro, o chumbo e os metais de terras raras. A adição intencional destes elementos em proporções variáveis resulta no que é conhecido como aço-liga.
O desenvolvimento de sistemas de ligas de aço varia globalmente, influenciado pelos recursos naturais, capacidades industriais e exigências do mercado de cada país. Por exemplo, os países ocidentais têm-se concentrado historicamente em sistemas de ligas à base de níquel e crómio, tirando partido dos seus recursos abundantes nestes elementos. Em contraste, a China foi pioneira em sistemas de ligas de aço que utilizam silício, manganês, vanádio, titânio, nióbio, boro e elementos de terras raras, alinhando-se com a sua disponibilidade de recursos internos e forças tecnológicas.
É de salientar que o aço ligado constitui aproximadamente 10-15% da produção global de aço, um valor que tem vindo a aumentar gradualmente devido à crescente procura de materiais de elevado desempenho em várias indústrias.
Os aços-liga produzidos através da tecnologia de forno de arco elétrico (FAE) podem ser classificados em oito classes principais com base nas aplicações a que se destinam:
O aço normal de baixa liga, também conhecido como aço de baixa liga de alta resistência (HSLA), é uma categoria de materiais ferrosos que contém pequenas quantidades de elementos de liga, normalmente entre 1% e 5% da composição total. Estes elementos de liga podem incluir o manganês, o silício, o níquel, o crómio, o molibdénio e o vanádio, entre outros.
Esta classe de aço apresenta propriedades mecânicas superiores às do aço-carbono, incluindo maior resistência, maior tenacidade e melhor resistência à corrosão. Os elementos de liga cuidadosamente selecionados contribuem para o seu excelente desempenho global, incluindo uma melhor resistência ao desgaste, tenacidade a baixas temperaturas e uma soldabilidade e maquinabilidade superiores.
Em aplicações em que a conservação de elementos de liga críticos como o níquel e o crómio é fundamental, o aço de baixa liga comum oferece vantagens significativas. Tipicamente, 1 tonelada deste material pode efetivamente substituir 1,2 a 1,5 toneladas de aço-carbono, dependendo do tipo específico e da aplicação. Esta substituição não só resulta numa redução de peso, como também prolonga a vida útil e alarga a gama de potenciais aplicações, particularmente nas indústrias estrutural e automóvel.
O fabrico de aço de baixa liga normal pode ser realizado através de vários processos de produção de aço, incluindo fornos básicos de oxigénio (BOF), fornos de arco elétrico (EAF) ou o método tradicional de forno aberto. São frequentemente utilizadas técnicas avançadas de metalurgia secundária, como a refinação em panela e a desgaseificação em vácuo, para obter composições químicas precisas e uma limpeza superior. Apesar da adição de elementos de liga, o custo de produção do aço HSLA permanece competitivo, muitas vezes apenas ligeiramente superior ao do aço-carbono, o que o torna uma opção economicamente viável para muitas aplicações de engenharia.
O aço estrutural para construção mecânica engloba uma gama diversificada de aços-liga especificamente concebidos para utilização em estruturas de engenharia e construção. Esta categoria inclui aços de baixa liga de alta resistência (HSLA), aços de reforço de ligas, aços de liga para caminhos-de-ferro, aços de liga para perfuração de petróleo, aços de liga para recipientes sob pressão e aços resistentes ao desgaste com elevado teor de manganês, entre outros.
Estes aços foram concebidos para proporcionar um desempenho ótimo em aplicações de suporte de carga, oferecendo um excelente equilíbrio entre resistência, ductilidade e soldabilidade. A sua principal função é servir como elementos estruturais críticos em vários projectos de engenharia e construção, desde arranha-céus e pontes a instalações industriais e plataformas offshore.
Embora o teor total de elementos de liga nestes aços seja relativamente baixo (normalmente inferior a 5% em peso), o seu impacto nas propriedades mecânicas é significativo. A adição cuidadosa de elementos como o manganês, o níquel, o crómio e o vanádio em quantidades precisas permite obter propriedades personalizadas para satisfazer requisitos de aplicação específicos. Esta otimização resulta em aços que apresentam relações força/peso superiores, melhor resistência à corrosão e melhor formabilidade em comparação com os aços ao carbono simples.
A adoção generalizada de aços estruturais de engenharia pode ser atribuída a vários factores:
O aço estrutural mecânico refere-se a uma classe de ligas de aço especificamente concebidas para o fabrico de máquinas e componentes críticos de máquinas. Estes aços são concebidos para satisfazer os requisitos exigentes dos sistemas mecânicos modernos.
Partindo de uma base de aço-carbono de alta qualidade, estas ligas incorporam um ou mais elementos de liga cuidadosamente selecionados para melhorar as propriedades principais:
Os aços estruturais mecânicos são normalmente submetidos a processos de tratamento térmico para otimizar as suas propriedades mecânicas. Os tratamentos mais comuns incluem:
As duas principais categorias de aço estrutural mecânico são:
Estas categorias englobam vários tipos especializados:
Com base na sua composição química, os aços estruturais mecânicos podem ser classificados em várias séries:
O aço estrutural ligado é caracterizado por um teor de carbono (wc) que varia tipicamente entre 0,15% e 0,50%, geralmente inferior ao do aço estrutural ao carbono. Incorpora um ou mais elementos de liga para além do carbono, incluindo silício, manganês, vanádio, titânio, boro, níquel, crómio e molibdénio. Estes elementos são cuidadosamente selecionados e doseados para conferir ao aço propriedades mecânicas e físicas específicas.
A caraterística distintiva do aço estrutural ligado é a sua maior temperabilidade e resistência superior à deformação e à fissuração sob tensão. Este facto torna-o particularmente adequado para processos de tratamento térmico, que podem melhorar significativamente as suas propriedades mecânicas. Através do controlo preciso das taxas de aquecimento e arrefecimento, os fabricantes podem otimizar a microestrutura do aço, resultando numa combinação ideal de resistência, tenacidade e ductilidade para aplicações específicas.
As ligas de aço estrutural são amplamente utilizadas em componentes críticos de várias indústrias. É normalmente utilizado na produção de peças de transmissão de alto desempenho, como engrenagens e veios, onde a força e a resistência ao desgaste são fundamentais. Nos sectores automóvel e agrícola, é utilizado para fixadores e componentes estruturais em automóveis e tractores, respetivamente. A indústria marítima utiliza este aço na construção naval para elementos estruturais críticos. Na produção de energia, o aço estrutural ligado é crucial para componentes de turbinas a vapor que têm de suportar temperaturas e pressões elevadas. As máquinas-ferramentas pesadas, que requerem materiais com excelente estabilidade dimensional e resistência ao desgaste, também beneficiam das propriedades do aço estrutural ligado.
A versatilidade da liga de aço estrutural é ainda demonstrada pelas suas variadas opções de tratamento térmico:
Estes processos de tratamento térmico podem ser ajustados para satisfazer requisitos de desempenho específicos, tornando o aço estrutural ligado um material altamente adaptável a diversas aplicações de engenharia.
Os aços de liga para ferramentas são aços sofisticados de médio a elevado teor de carbono, concebidos com adições precisas de elementos de liga como o silício, o crómio, o tungsténio, o molibdénio e o vanádio. Estes aços são conhecidos pela sua excecional temperabilidade, resistência à deformação sob carga e resistência superior à fissuração. Estas propriedades tornam-nos ideais para o fabrico de ferramentas de corte em grande escala e geometricamente complexas, matrizes de precisão e instrumentos de medição de alta precisão.
O teor de carbono nos aços de liga para ferramentas é cuidadosamente adaptado para se adequar a aplicações específicas, variando normalmente entre 0,5% e 1,5%. Os aços para ferramentas para trabalho a quente, concebidos para suportar temperaturas elevadas e tensões térmicas cíclicas, apresentam um teor de carbono inferior de 0,3% a 0,6%. Esta composição optimiza a sua resistência a quente e a resistência à fadiga térmica. Os aços para ferramentas de corte contêm geralmente cerca de 1% de carbono, equilibrando a dureza com a tenacidade para uma óptima retenção de arestas e resistência ao desgaste.
Os aços para trabalho a frio, que têm de suportar elevadas tensões de compressão e desgaste abrasivo à temperatura ambiente, incorporam níveis de carbono mais elevados. Por exemplo, o aço para moldes de grafite, utilizado na síntese de diamantes, contém 1,5% de carbono para atingir uma dureza e resistência ao desgaste extremas. Os aços para trabalho a frio com elevado teor de carbono e crómio (tipo D) podem exceder o teor de carbono de 2%, resultando numa microestrutura rica em carbonetos primários que conferem uma excecional resistência ao desgaste e estabilidade dimensional.
O controlo preciso dos elementos de liga nestes aços permite a formação de carbonetos complexos durante o tratamento térmico, melhorando significativamente as suas propriedades mecânicas e o desempenho em aplicações de ferramentas exigentes. Por exemplo, o vanádio forma carbonetos finos e dispersos que melhoram a resistência ao desgaste, enquanto o crómio contribui para a temperabilidade e a resistência à corrosão. O molibdénio e o tungsténio aumentam a resistência a altas temperaturas e a dureza a quente, essenciais para aplicações de trabalho a quente.
O aço-ferramenta de alta velocidade (HSS) é uma classe sofisticada de aço-ferramenta de alto carbono e alta liga, caracterizado por um teor de carbono que varia tipicamente entre 0,7% e 1,5%. Este material avançado obtém as suas propriedades excepcionais a partir de uma composição cuidadosamente concebida de elementos de liga, principalmente tungsténio, molibdénio, crómio, vanádio e, em algumas qualidades, cobalto. Estes elementos formam carbonetos complexos e altamente estáveis que contribuem para as caraterísticas de desempenho excepcionais do aço.
A caraterística distintiva do HSS é a sua notável dureza vermelha, que lhe permite manter a integridade estrutural e a eficiência de corte a temperaturas elevadas, muitas vezes superiores a 600°C (1112°F), durante operações de maquinagem a alta velocidade. Esta estabilidade térmica é crucial no fabrico moderno, onde as velocidades de corte e os avanços continuam a aumentar, gerando um calor significativo na interface ferramenta-peça.
O HSS apresenta uma excelente resistência ao desgaste, dureza e capacidade de suportar choques térmicos. Estas propriedades tornam-no um material ideal para uma vasta gama de ferramentas de corte, incluindo brocas, fresas de topo, machos e lâminas de serra, particularmente em aplicações que envolvem materiais difíceis de maquinar ou onde é necessária uma produção de grande volume.
A versatilidade do HSS é ainda reforçada pela sua reação ao tratamento térmico. Através do controlo preciso dos processos de austenitização, têmpera e revenido, os fabricantes podem otimizar o equilíbrio entre a dureza (normalmente 62-70 HRC) e a tenacidade para se adequarem a aplicações específicas. Tecnologias avançadas de revestimento, como TiN ou AlTiN, podem ser aplicadas a ferramentas HSS para melhorar ainda mais a resistência ao desgaste e reduzir o atrito, prolongando a vida útil da ferramenta e permitindo velocidades de corte ainda mais elevadas.
O aço para molas é concebido para aplicações que exigem uma resistência excecional contra impactos, vibrações e cargas cíclicas. Para se destacar nestes ambientes exigentes, o aço para molas deve possuir uma combinação de elevada resistência à tração, limite elástico elevado e resistência superior à fadiga.
Do ponto de vista metalúrgico, o aço para molas requer uma excelente temperabilidade para atingir propriedades mecânicas consistentes em toda a sua secção transversal. Deve também apresentar resistência à descarbonetação durante os processos de tratamento térmico e manter um acabamento superficial de alta qualidade para minimizar os pontos de concentração de tensões.
Os aços de carbono para molas são aços estruturais de carbono de elevado desempenho que contêm entre 0,6% e 0,9% de carbono. Estes aços são ainda classificados em variantes normais e com elevado teor de manganês, sendo que os últimos oferecem maior resistência e resistência ao desgaste. Os aços para molas de liga, principalmente à base de silício-manganês, apresentam normalmente um teor de carbono ligeiramente inferior (0,5% a 0,7%), mas incorporam níveis de silício mais elevados (1,3% a 2,8%) para melhorar as propriedades elásticas e a resistência à fadiga. Outras ligas de aço para molas incorporam crómio para maior temperabilidade, tungsténio para retenção de resistência a altas temperaturas e vanádio para refinamento do grão e endurecimento por precipitação.
Aproveitando os recursos nacionais e abordando os requisitos em evolução do design de máquinas automóveis e agrícolas, foi desenvolvida uma nova geração de aço para molas. Esta qualidade inovadora assenta na base de silício-manganês, incorporando adições precisas de boro para melhorar a temperabilidade, nióbio para refinar o grão e reforçar a precipitação, e molibdénio para melhorar a resistência à têmpera e o desempenho a temperaturas elevadas. Esta composição adaptada aumenta significativamente a vida útil das molas e eleva a qualidade geral dos componentes, satisfazendo as exigências das aplicações modernas e de elevado desempenho.
O aço para rolamentos é uma liga especializada concebida para a produção de componentes críticos em rolamentos de elementos rolantes, incluindo esferas, rolos e pistas. Estes componentes estão sujeitos a tensões cíclicas extremas, rotação a alta velocidade e fricção constante, necessitando de um material com propriedades mecânicas excepcionais.
Os principais atributos do aço para rolamentos de alta qualidade incluem
Os rigorosos requisitos de desempenho exigem um controlo rigoroso da composição e da microestrutura do aço. Os fabricantes impõem limites rigorosos para:
O tipo mais comum de aço para chumaceiras é o aço cromado com elevado teor de carbono, normalmente contendo:
Esta composição, frequentemente designada como AISI 52100 ou 100Cr6, proporciona um equilíbrio ótimo de temperabilidade, resistência ao desgaste e tenacidade após um tratamento térmico adequado.
Outros aços para rolamentos especializados incluem:
O aço-silício elétrico, também conhecido como aço elétrico ou aço de laminação, é um material ferromagnético especializado crucial na indústria de produção e distribuição de energia. É utilizado principalmente para produzir chapas de aço silício, que são componentes essenciais no fabrico de motores eléctricos, transformadores e outros dispositivos electromagnéticos.
O aço ao silício pode ser classificado em duas categorias principais com base na sua composição química e propriedades magnéticas:
1. Aço elétrico não orientado (NOES):
2. Aço elétrico de grão orientado (GOES):
O teor de carbono em ambos os tipos de aço ao silício é normalmente mantido entre ≤0,06% e 0,08% para minimizar os efeitos do envelhecimento e melhorar as propriedades magnéticas. Outros elementos de liga, como o alumínio, o manganês e o fósforo, podem ser adicionados em pequenas quantidades para melhorar caraterísticas específicas.
As principais propriedades do aço ao silício elétrico incluem:
Os processos de fabrico do aço ao silício elétrico envolvem um controlo preciso da composição, laminagem a quente, laminagem a frio e tratamentos térmicos especializados para obter a estrutura de grão e as propriedades magnéticas desejadas. São frequentemente utilizadas técnicas avançadas, tais como a gravação a laser e o refinamento de domínios, para reduzir ainda mais as perdas de núcleo em qualidades de elevado desempenho.
A procura global de aço-silício elétrico de alta eficiência continua a crescer, impulsionada pela regulamentação relativa à eficiência energética e pela crescente adoção de veículos eléctricos e sistemas de energias renováveis.
O aço para carris é concebido para suportar as pressões extremas e as cargas dinâmicas exercidas pelo material circulante, necessitando de um equilíbrio preciso entre resistência, dureza e tenacidade. Este componente crítico da infraestrutura exige materiais que possam manter a integridade estrutural sob cargas cíclicas constantes e tensões ambientais.
O material predominante para a produção de carris é o aço-carbono totalmente abatido, normalmente fabricado através de processos de forno básico de oxigénio (BOF) ou de forno de arco elétrico (EAF). O teor de carbono varia entre 0,6% e 0,8%, classificando-o como aço de médio a alto carbono. Esta composição proporciona a dureza e a resistência ao desgaste necessárias. O aço é ainda melhorado com um teor significativo de manganês de 0,6% a 1,1%, o que melhora a sua resistência e capacidade de endurecimento por trabalho.
Para satisfazer os requisitos de desempenho em constante evolução, a indústria ferroviária tem vindo a adotar cada vez mais composições de aço de baixa liga. Estas incluem:
Estas variantes de baixa liga oferecem uma resistência superior ao desgaste e à corrosão em comparação com o aço-carbono normal, prolongando significativamente a vida útil da infraestrutura ferroviária. A seleção de composições de liga específicas é frequentemente adaptada às condições operacionais da linha ferroviária, tendo em conta factores como a densidade do tráfego, as cargas por eixo e a exposição ambiental.
Os recentes avanços na metalurgia do aço ferroviário centraram-se na otimização das microestruturas através de processos de arrefecimento controlados e de tratamentos térmicos. Estas técnicas permitem o desenvolvimento de estruturas bainíticas e perlítico-martensíticas que melhoram ainda mais as propriedades mecânicas do aço e a sua resistência à fadiga por contacto com o rolamento.
O aço para construção naval é um tipo de aço especializado concebido para a construção de navios de mar e de grandes embarcações fluviais. O principal requisito para este aço é uma excelente soldabilidade, uma vez que a estrutura do casco é predominantemente fabricada através de processos de soldadura.
Para além da soldabilidade, o aço para construção naval deve possuir uma combinação de propriedades críticas:
Historicamente, o aço com baixo teor de carbono era o material de eleição para a construção naval. No entanto, a indústria evoluiu para utilizar predominantemente aços avançados de baixa liga. Os tipos de aço para construção naval contemporâneos incluem:
Estas qualidades são frequentemente designadas pelo seu teor de manganês, como por exemplo
Estes aços avançados oferecem:
Os modernos aços para a construção naval permitem a construção de navios com mais de 400 000 toneladas de porte bruto (TPB), como os navios de transporte de crude ultra-grandes (ULCC) e os navios porta-contentores. O desenvolvimento contínuo de aços de alta resistência e baixa liga (HSLA) continua a alargar as fronteiras da arquitetura naval e da engenharia naval.
As pontes ferroviárias e rodoviárias estão sujeitas a cargas dinâmicas do tráfego de veículos, o que exige a utilização de aço de elevado desempenho que possa suportar estas condições exigentes. O aço para pontes deve possuir uma combinação de propriedades mecânicas superiores, incluindo elevada resistência, excelente tenacidade e excecional resistência à fadiga. Além disso, são essenciais requisitos rigorosos de qualidade da superfície para garantir a integridade estrutural e a resistência à corrosão a longo prazo.
Tradicionalmente, os aços de corte básico totalmente abatidos têm sido amplamente utilizados na construção de pontes devido ao seu desempenho fiável e à sua relação custo-eficácia. No entanto, os projectos modernos de pontes utilizam cada vez mais aços avançados de baixa liga para satisfazer requisitos de engenharia mais rigorosos. Dois exemplos notáveis são:
Estes aços de baixa liga demonstraram um desempenho superior em aplicações de pontes, oferecendo melhores relações força/peso, melhor resistência à fadiga e maior durabilidade em várias condições ambientais. A seleção de tipos de aço específicos depende de factores como a conceção da ponte, os requisitos de carga, a exposição ambiental e as considerações de custo do ciclo de vida.
O aço para caldeiras engloba uma categoria especializada de materiais concebidos para componentes críticos em ambientes de alta temperatura e alta pressão, tais como superaquecedores, tubos de vapor principais e superfícies de aquecimento em câmaras de incêndio de caldeiras. Os requisitos de desempenho rigorosos para o aço para caldeiras incluem excelente soldabilidade, resistência superior a altas temperaturas, resistência à corrosão alcalina e excecional resistência à oxidação.
Os aços para caldeiras habitualmente utilizados são principalmente aços de baixo teor de carbono produzidos em fornos básicos de oxigénio (BOF) ou em fornos de arco elétrico (EAF). Estes aços apresentam normalmente um teor de carbono que varia entre 0,16% e 0,26%, cuidadosamente controlado para equilibrar a resistência e a formabilidade. O processo de maturação, normalmente efectuado com silício ou alumínio, assegura uma estrutura de grão fino e propriedades mecânicas melhoradas.
Para caldeiras de alta pressão que funcionam em condições extremas, são essenciais materiais mais avançados. Os aços perlíticos resistentes ao calor, como o P91 (9Cr-1Mo-V-Nb) ou o P22 (2,25Cr-1Mo), oferecem uma maior resistência à fluência e estabilidade térmica. Os aços austeníticos resistentes ao calor, como os aços inoxidáveis 304H ou 347H, oferecem uma resistência superior à corrosão e mantêm a força a temperaturas elevadas.
Para além destas ligas especializadas, alguns aços de baixa liga têm aplicação na construção de caldeiras, particularmente em ambientes menos severos ou em estruturas de suporte. Estes incluem:
A seleção do aço para caldeiras adequado depende de factores como a temperatura de funcionamento, a pressão, o ambiente corrosivo e a vida útil do projeto. O design moderno das caldeiras incorpora frequentemente uma combinação destes materiais, estrategicamente colocados para otimizar o desempenho, a longevidade e a relação custo-eficácia em diferentes zonas do sistema da caldeira.
Este aço especializado é concebido para o fabrico de consumíveis de soldadura, principalmente fios para soldadura por arco elétrico e eléctrodos de soldadura a gás. A composição química do aço para varetas de soldadura é adaptada para corresponder aos requisitos específicos dos materiais de base a unir, garantindo uma integridade e um desempenho de soldadura óptimos.
Os aços para barras de soldadura são geralmente classificados em três categorias principais:
A pureza metalúrgica dos aços para varões de soldadura é crítica, com controlos rigorosos dos níveis de impurezas. Nomeadamente, o teor máximo permitido de enxofre e fósforo está limitado a 0,03% cada, o que é significativamente inferior às tolerâncias para os aços estruturais padrão. Este elevado nível de pureza ajuda a minimizar o risco de defeitos de soldadura, tais como fissuração a quente e porosidade.
Ao contrário dos aços estruturais, os aços para varões de soldadura não são normalmente avaliados com base nas propriedades mecânicas, como o limite de elasticidade ou o alongamento. Em vez disso, o foco principal é o controlo preciso da composição química, que influencia diretamente as caraterísticas de soldadura, incluindo a estabilidade do arco, a taxa de deposição e as propriedades do metal de solda. São utilizadas análises espectrográficas rigorosas e outras técnicas analíticas avançadas para garantir o cumprimento rigoroso das especificações de composição.
O desenvolvimento de aços para varetas de soldadura continua a evoluir, com a investigação em curso sobre sistemas de ligas avançadas que oferecem uma soldabilidade melhorada, uma geração reduzida de fumos e um melhor desempenho em ambientes de soldadura difíceis.
O aço inoxidável, englobando as variantes inoxidável e resistente a ácidos, é uma família de ligas resistentes à corrosão. Enquanto o aço inoxidável resiste principalmente à corrosão atmosférica, o aço resistente a ácidos resiste especificamente à corrosão em meios químicos, particularmente em ambientes ácidos. Esta distinção, no entanto, é muitas vezes ténue na utilização comum, sendo o "aço inoxidável" frequentemente utilizado como um termo genérico para ambos os tipos.
A caraterística que define o aço inoxidável é o seu teor de crómio. Geralmente, uma liga com um teor de crómio de 12% ou superior é classificada como aço inoxidável. Este crómio forma uma película de óxido fina, estável e rica em crómio na superfície do aço, proporcionando a sua caraterística resistência à corrosão.
Com base na microestrutura e na resposta ao tratamento térmico, os aços inoxidáveis são classificados em cinco tipos principais:
O aço resistente ao calor é uma liga especializada concebida para manter as suas propriedades mecânicas e integridade estrutural sob exposição prolongada a temperaturas elevadas. Apresenta uma excelente resistência à oxidação, uma resistência superior a altas temperaturas e uma estabilidade térmica notável em condições de funcionamento extremas.
O aço resistente ao calor pode ser classificado em dois tipos principais:
Os principais atributos do aço resistente ao calor incluem:
O aço resistente ao calor encontra aplicações extensivas em indústrias onde os componentes são sujeitos a uma exposição prolongada a altas temperaturas, tais como:
A seleção de tipos específicos de aço resistente ao calor depende de factores como a temperatura máxima de funcionamento, os níveis de tensão, as condições ambientais e os requisitos de vida útil. Os elementos de liga comuns utilizados para melhorar as propriedades a alta temperatura incluem o crómio, o níquel, o molibdénio e várias combinações de metais refractários.
As superligas são materiais metálicos avançados concebidos para manter uma resistência mecânica excecional, resistência à fluência térmica, resistência à fadiga e estabilidade química em condições de temperatura extremas, normalmente superiores a 600°C (1112°F). Estas ligas de elevado desempenho são cruciais para componentes em ambientes térmicos e mecânicos exigentes.
Caracterizadas pelas suas composições complexas, as superligas dividem-se geralmente em três categorias principais com base no seu constituinte principal:
As principais propriedades que distinguem as superligas incluem:
As aplicações das superligas abrangem várias indústrias de alta tecnologia, incluindo:
O desenvolvimento e a otimização das superligas continuam a ultrapassar os limites da ciência dos materiais, permitindo avanços na eficiência energética, no desempenho e na durabilidade em condições de funcionamento extremas.
As ligas de precisão são materiais metálicos especializados, concebidos para apresentarem propriedades físicas específicas e rigorosamente controladas. Estas ligas desempenham um papel crucial em várias indústrias de alta tecnologia, incluindo engenharia eléctrica e eletrónica, instrumentação de precisão e sistemas de automação avançados.
Com base nas suas caraterísticas físicas e aplicações distintas, as ligas de precisão podem ser classificadas em sete categorias principais:
A maioria das ligas de precisão são à base de ferro (ferrosas), aproveitando a versatilidade e a relação custo-eficácia do ferro como metal de base. No entanto, um número selecionado de ligas de precisão não são ferrosas, normalmente à base de níquel, cobre ou outros metais especiais para obter combinações de propriedades específicas que não podem ser obtidas com ligas ferrosas.
No contexto das ligas de precisão, o controlo rigoroso da composição é fundamental. Os principais elementos de liga são frequentemente especificados em fracções mássicas precisas, onde:
Estes controlos de composição, frequentemente especificados em partes por milhão, são fundamentais para alcançar as propriedades físicas desejadas e garantir um desempenho consistente em aplicações de alta precisão.
O aço é uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono que varia entre 0,04% e 2,3%. Para garantir a sua tenacidade e plasticidade, o teor de carbono do aço é normalmente não mais do que 1,7%.
O principal componentes do aço são o ferro e o carbono, juntamente com outros elementos como o silício, o manganês, o enxofre e o fósforo.
A classificação do aço é diversa, e os principais métodos incluem:
Classificação por qualidade.
Classificação por composição química.
(1) Aço-carbono
(2) Liga de aço
Classificação por método de conformação.
Classificação por estrutura metalográfica.
(1) Recozido
(2) Normalizado
(3) Sem mudança de fase ou com mudança parcial de fase.
Classificação por utilização.
(1) Aço para construção e engenharia
(2) Aço estrutural
a. Aço de construção mecânica
b. Aço para molas
c. Aço para rolamentos
(3) Aço para ferramentas
(4) Aço de desempenho especial
(5) Aço para uso específico
Por exemplo, aço para pontes, navios, caldeiras, recipientes sob pressão, máquinas agrícolas, etc.
Classificação exaustiva
(1) Aço comum
a. Aço estrutural de carbono.
b. Aço estrutural de baixa liga.
c. Aço para estruturas gerais com um objetivo específico.
(2) Aço de qualidade (incluindo aço de alta qualidade)
a. Aço estrutural
b. Aço para ferramentas
c. Aço de desempenho especial
Classificação por método de fundição.
(1) Classificação por tipos de fornos
a. Aço a céu aberto
b. Aço de conversão
OU
c. Aço para fornos de arco
(2) Classificação em função do grau de desoxidação e do sistema de telecarga.
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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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