Welding Steel 101: Por que o aço de baixo carbono é soldável e o aço de alto carbono não?

De acordo com a composição química, o aço pode ser classificado em dois tipos principais: aço-carbono e aço-liga.

Os aços carbono também são classificados em:

(i) Aço de baixo carbono: teor de carbono < 0,25%
(ii) Aço de médio carbono: teor de carbono 0,25 - 0,60%
(iii) Aço com alto teor de carbono: teor de carbono > 0,60%

O aço de baixo carbono, geralmente chamado de aço doce, contém menos de 0,25% de carbono. Ele se caracteriza por resistência, dureza e ductilidade relativamente baixas. Essa categoria engloba a maioria dos aços estruturais de carbono comuns e alguns aços estruturais de carbono de alta qualidade. O aço doce é comumente usado para componentes estruturais de engenharia que não requerem tratamento térmico e para peças mecânicas em que a resistência ao desgaste é necessária, o que pode ser obtido por meio de carburação ou outros tratamentos de endurecimento de superfície.

O aço de médio carbono, com teor de carbono de 0,25% a 0,60%, oferece boa usinabilidade e trabalho a quente, mas apresenta baixa soldabilidade. Ele 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 usado diretamente em formas laminadas ou estiradas a frio, ou após tratamento térmico sem processamento adicional.

Quando devidamente temperado e revenido, o aço de médio carbono apresenta excelentes propriedades mecânicas gerais. Ele pode atingir uma dureza máxima de aproximadamente HRC55 (equivalente a HB538) e resistências à tração que variam de 600 a 1100 MPa. Essas características fazem do aço médio carbono o material mais amplamente utilizado em aplicações de média resistência. Ele é amplamente utilizado na construção e na fabricação de vários componentes mecânicos.

O aço com alto teor de carbono, contendo de 0,60% a 1,70%, também é conhecido como aço ferramenta. Ele é adequado para têmpera e revenimento, mas apresenta baixa soldabilidade. O teor de carbono é adaptado a aplicações específicas:

• Aço carbono 0.75%: Usado para ferramentas de impacto, como martelos e pés-de-cabra
• Aço carbono de 0,90% a 1,00%: Empregado em ferramentas de corte, como brocas, machos e alargadores

Cada tipo de aço carbono oferece propriedades exclusivas e é selecionado com base nos requisitos específicos da aplicação, equilibrando fatores como resistência, dureza, ductilidade e usinabilidade.

Comparação de propriedades de soldagem de aço de baixo carbono e aço de alto carbono

Comparação das propriedades de soldagem do aço de baixo carbono e do aço de alto carbono

A soldabilidade do aço é regida principalmente por sua composição química, sendo o teor de carbono o fator mais crítico. Embora outros elementos de liga possam influenciar a soldabilidade, seu impacto é geralmente menos significativo em comparação com o carbono.

O aço com baixo teor de carbono (normalmente <0,25% C) apresenta excelente soldabilidade e geralmente não requer precauções especiais. No entanto, ao soldar em ambientes de baixa temperatura, com chapas grossas ou para aplicações de alto desempenho, pode ser necessário o uso de eletrodos básicos e pré-aquecimento. Se o teor de carbono e enxofre se aproximar do limite superior do aço com baixo teor de carbono, medidas adicionais devem ser implementadas para evitar rachaduras térmicas. Isso inclui o uso de consumíveis de soldagem de alta qualidade com baixo teor de hidrogênio, a aplicação de tratamentos térmicos pré e pós-soldagem e a otimização do projeto da junta.

O aço de médio carbono (0,25-0,60% C) é mais suscetível a trincas induzidas por soldagem, principalmente à medida que o teor de carbono aumenta. Isso se deve à maior temperabilidade da zona afetada pelo calor (HAZ), que aumenta o risco de trincas a frio e reduz a soldabilidade geral. Além disso, o teor de carbono do metal de solda aumenta proporcionalmente ao material de base, agravando ainda mais o risco de trincas.

A presença de enxofre no aço de médio carbono pode aumentar significativamente a probabilidade de trincas a quente durante a soldagem. Para reduzir esses riscos, é fundamental selecionar eletrodos básicos com propriedades superiores de resistência a trincas. A implementação de tratamentos térmicos adequados antes e depois da soldagem também pode reduzir efetivamente as tendências de trincas, gerenciando as tensões térmicas e as alterações microestruturais.

O aço com alto teor de carbono (>0,60% C) apresenta as características de soldagem mais desafiadoras devido ao seu elevado teor de carbono. Isso resulta em altas tensões de soldagem e um risco substancialmente maior de trincas a quente e a frio na ZTA. As soldas em aço com alto teor de carbono são particularmente propensas a trincas a quente em comparação com suas contrapartes de médio teor de carbono. Consequentemente, o aço com alto teor de carbono raramente é usado na fabricação de soldas em geral e se limita principalmente a aplicações especializadas, como soldagem de reparos ou revestimento duro de componentes resistentes ao desgaste.

O tratamento térmico pós-soldagem, especialmente a têmpera, é essencial para todas as soldas de aço carbono, especialmente aquelas em aços de médio e alto carbono. Esse processo serve para aliviar as tensões residuais, estabilizar a microestrutura e reduzir significativamente o risco de trincas tardias. O revenimento adequado pode melhorar consideravelmente as propriedades mecânicas, a resistência e o desempenho geral da junta soldada.

Para garantir resultados ideais na soldagem de aços carbono, é fundamental considerar fatores como temperaturas de pré-aquecimento e interpasse, controle do aporte térmico, seleção adequada do metal de adição e parâmetros de tratamento térmico pós-soldagem. Essas variáveis devem ser cuidadosamente adaptadas ao teor de carbono específico e aos requisitos da aplicação para obter soldas de alta qualidade e sem defeitos com as propriedades mecânicas desejadas.