22 de maio de 2023
Editoria Serrametal – Esse conteúdo é apenas informativo, pois se trata do universo dos nossos clientes. Nós somos fornecedores de aços especiais.
Sumário
Um dos principais materiais do nosso cotidiano, o aço, apresenta diversas características únicas, que promovem uma versatilidade incrível de uso. Neste texto vamos abordar algumas características importantes do aço e seus diversos componentes químicos.
O aparecimento do aço remonta há 4.000 anos, até o início da Idade do Ferro. Provando ser mais duro e forte que o bronze, que antes era o metal mais usado, o ferro começou a substituir o bronze em armas e ferramentas.
Nos milhares de anos seguintes, entretanto, a qualidade do ferro produzido dependeria tanto do minério disponível quanto dos métodos de produção.
No século XVII, as propriedades do ferro eram bem compreendidas, mas a crescente urbanização na Europa exigia um metal estrutural mais versátil. E no século 19, a quantidade de ferro consumida pela expansão das ferrovias forneceu aos metalúrgicos o incentivo financeiro para encontrar uma solução para a fragilidade do ferro e processos de produção ineficientes.
Sem dúvida, porém, o maior avanço na história do aço ocorreu em 1856, quando Henry Bessemer desenvolveu uma maneira eficaz de usar oxigênio para reduzir o teor de carbono no ferro: nasceu a moderna indústria siderúrgica.
O ferro é feito removendo oxigênio e outras impurezas do minério de ferro. Quando o ferro é combinado com carbono, aço reciclado e pequenas quantidades de outros elementos, torna-se aço.
O aço é uma liga de ferro e carbono contendo menos de 2% de carbono e 1% de manganês e pequenas quantidades de silício, fósforo, enxofre e oxigênio.
Segundo o dicionário, liga é uma substância metálica composta de dois ou mais elementos, seja como um composto ou uma solução. Os componentes das ligas são normalmente metais, embora o carbono, um não-metal, seja um constituinte essencial do aço.
As ligas são geralmente produzidas por fusão da mistura de componentes químicos. O valor das ligas foi descoberto em tempos muito antigos; latão (cobre e zinco) e bronze (cobre e estanho) foram especialmente importantes.
Hoje, os mais importantes são os aços-liga, amplamente definidos como aços contendo quantidades significativas de outros elementos além de ferro e carbono. Os principais elementos de liga do aço são cromo, níquel, manganês, molibdênio, silício, tungstênio, vanádio e boro.
As ligas de aço têm uma ampla gama de propriedades especiais, como dureza, tenacidade, resistência à corrosão, magnetização e ductilidade. Ligas não ferrosas, principalmente ligas de cobre-níquel, bronze e alumínio, são muito usadas na cunhagem. A distinção entre um metal de liga e uma impureza às vezes é sutil.
No alumínio, por exemplo, o silício pode ser considerado uma impureza ou um componente valioso, dependendo da aplicação, porque o silício aumenta a resistência, embora reduza a resistência à corrosão.
O aço é o material de engenharia e construção mais importante do mundo. É usado em todos os aspectos de nossas vidas; em automóveis e produtos de construção, refrigeradores e máquinas de lavar, navios cargueiros e bisturis cirúrgicos.
O aço é notavelmente complicado devido às suas muitas propriedades e aplicações. Dois sistemas de classificação abrangentes foram desenvolvidos para categorizar com precisão um determinado tipo, mesmo dentro de subgrupos. Esses sistemas são padronizados em todos os setores para que a integridade do material possa ser assegurada. Os dois sistemas de classificação são:
Você pode encontrar aço em todos os lugares, materializado em diferentes formas para atender a várias necessidades. É um componente essencial de muitos materiais de construção, eletrodomésticos e até ferramentas usadas para fazer outras ferramentas. Ao combinar os elementos certos, uma combinação exata de aço está disponível para quase todas as aplicações.
Ferro e carbono são metais comprovadamente versáteis que são os blocos de construção de muito do que vemos nas cidades modernas de hoje, incluindo redes de transporte e infraestrutura de telecomunicações. O uso do aço tem uma longa história e continuará no futuro, à medida que novas formas de combinar elementos forem descobertas.
Vamos ver algumas características do aço.
A densidade é determinada de acordo com a norma EN 23 369 (ISO 3369). É uma propriedade física de um material que se refere à sua massa por unidade de volume. A densidade de um material é muitas vezes expressa em quilogramas por metro cúbico (kg/m³) ou gramas por centímetro cúbico (g/cm³).
Em comparação com muitos outros metais, o aço é um material extremamente denso. O titânio, por exemplo, tem uma densidade de cerca de metade da densidade do aço, e o alumínio tem cerca de um terço da densidade.
A densidade do aço comum é de cerca de 490 libras por pé cúbico, que também pode ser expressa como 7,85 g/cm3. A densidade do aço carbono é de cerca de 7,84 g/cm3, a densidade do ferro puro é de cerca de 7,86 g/cm3 e a do aço inoxidável é de cerca de 8,03 g/cm3. O grau particular e a composição química do aço fazem com que sua densidade varie ligeiramente.
Podemos comparar a densidade do aço com outros materiais muito utilizados na indústria. Por exemplo, o aço rápido tem aplicações onde um outro material é utilizado, como o metal duro.
O carboneto de tungstênio é um tipo de metal duro, e tem uma densidade de 15,7 g/cm3 e geralmente não é o melhor condutor elétrico; no entanto, ele conduz o calor muito mais rápido que o aço para ferramentas. Por outro lado, sua densidade é muito maior que a do aço, tornando uma mesma ferramenta de metal duro, mais pesada que a de aço.
Essa comparação é entendida como o volume de duas peças sendo igual, porem como a densidade do metal duro é maior, seu peso também será maior, quase o dobro. Existem, também, outros materiais que podem ser considerados metal duro.
A grande variação nas densidades dos constituintes do metal duro (isto é, WC=15,7 g/cm3, Co=8,9 g/cm3, TaC=13,2 g/cm3 e TiC=4,9 g/cm3) resulta em grandes variações na densidade de carbonetos de acordo com sua composição.
Normalmente, a densidade dos carbonetos pode ser 50 a 100% maior que a do aço. Esta é uma consideração importante quando o peso é um fator importante no projeto do componente. Essa diferença pode ser avaliada devido às certas situações no material:
A aleatoriedade do empacotamento, ou seja, a regularidade da rede cristalina, influencia diretamente na densidade. Quanto mais aleatório, menor será a densidade, onde um material amorfo apresenta menor densidade que um material cristalino. A ligação metálica promove um maior empacotamento, e por consequência, materiais metálicos apresentam maior densidade.
Ligação metálica é a força que mantém os átomos juntos em uma substância metálica, formando, por exemplo, no estado sólido, átomos compactados. Na maioria dos casos, a camada eletrônica mais externa de cada um dos átomos metálicos se sobrepõe a um grande número de átomos vizinhos. Como consequência, os elétrons de valência movem-se continuamente de um átomo para outro e não estão associados a nenhum par específico de átomos.
Resumindo, os elétrons de valência nos metais, ao contrário daqueles em substâncias com ligações covalentes, são não localizados, capazes de vagar relativamente livremente por todo o cristal. Isso promove a característica condutora elétrica dos metais. Os átomos que os elétrons deixam para trás tornam-se íons positivos, e a interação entre esses íons e os elétrons de valência dá origem à força coesiva ou de ligação que mantém o cristal metálico unido.
Muitas das propriedades características dos metais são atribuíveis ao caráter não localizado ou de elétrons livres dos elétrons de valência. Quando um metal é moldado ou estirado, ele não se fratura, porque os íons em sua estrutura cristalina são facilmente deslocados uns em relação aos outros. Além disso, os elétrons de valência não localizados atuam como um amortecedor entre os íons de carga semelhante e, assim, impedem que eles se unam e gerem fortes forças repulsivas que podem causar a fratura do cristal.
A humanidade aprendeu a trabalhar com ferro pela primeira vez há cerca de 6.000 anos, mas só alguns milhares de anos depois, quando o elemento muito comum, o carbono, foi aplicado em sua função mais importante: a produção de aço. O aço é usado em aplicações mecânicas e elétricas, equipamentos de construção pesada, utensílios de cozinha e ferramentas. Com tanta variedade, pode ser confuso decidir o tipo de usar.
O aço é uma liga de ferro, o que significa que é composto principalmente de ferro e combinado com um ou mais metais de liga para produzir novos materiais com propriedades únicas. Existem quatro classificações principais, mas também existem vários subgrupos que atendem a propósitos diferentes. Suas propriedades mudam dependendo dos elementos com os quais o ferro é combinado, bem como dos métodos usados para aquecer e resfriar o metal.
Abaixo, explicamos os diferentes tipos de aço e a finalidade de cada tipo. Esperamos que essas informações possam ajudá-lo a tomar decisões sobre qual tipo usar com clareza e confiança.
O aço é classificado por sua composição: o ferro é fundido com carbono e qualquer número de outros elementos para atingir um fim específico. Os quatro tipos principais são:
Todo aço contém carbono, mas o aço carbono é único pela notável ausência de outros elementos em sua composição. Embora contenha apenas 2% de carbono ou menos em peso, sua natureza elementar torna o aço carbono um material forte e durável, ideal para vários usos.
O aço carbono às vezes é confundido com ferro fundido, embora deva conter menos de 2% de carbono. O ferro fundido contém 2% a 3,5% de carbono, dando-lhe uma textura áspera e uma natureza mais quebradiça.
Embora o aço carbono seja composto por metais ligados, não possui classificação de liga devido à ausência de outros elementos de liga em sua composição. Essa simplicidade contribui para a popularidade do aço carbono – ele representa cerca de 90% de toda a produção de aço.
Abaixo do limite de 2% de carbono, o aço carbono pode ser agrupado em três categorias: baixo, médio e alto carbono. Cada tipo retém a força inerente do carbono, mas sua finalidade útil mudará à medida que o teor de carbono aumentar.
A adaptabilidade relativa e o baixo custo do aço carbono o tornam a escolha ideal para uma variedade de projetos de construção, tanto em grande quanto em pequena escala.
Esse tipo é comumente conhecido por seu papel na fabricação de equipamentos e eletrodomésticos médicos, mas sua gama de uso é muito maior do que apenas o fogão a gás em sua cozinha. O cromo é a liga que diferencia o aço inoxidável, conferindo ao material seu brilho distinto.
No entanto, o cromo é mais do que uma adição puramente cosmética: o elemento é resistente à oxidação e aumentará a longevidade do metal, impedindo-o de enferrujar. Normalmente, o aço inoxidável tem um teor de cromo superior a 10,5% e às vezes contém até 30% em certas aplicações.
Maior teor de cromo se traduz diretamente em maior brilho quando polido e tem maior resistência à corrosão. O aço inoxidável é diferente do cromo quando o cromo é galvanizado em outro metal para produzir um revestimento resistente e polido. O brilho em aplicações de aço inoxidável com alto teor de cromo é menos espelhado devido à adição de outros elementos.
Aplicações de cozinha, médicas e automotivas são comuns, mas o aço inoxidável também é altamente valorizado para outros usos. É agrupado em quatro subcategorias, cada uma com uma finalidade diferente.
As variantes de aço inoxidável, quando usadas na indústria da construção, são valorizadas por sua resistência e resistência à corrosão. Eles são adequados para uma variedade de aplicações de construção, bem como para funções de armazenamento de materiais de construção perigosos.
O tipo de liga é o ferro fundido com um dos vários outros elementos, cada um contribuindo com seus próprios atributos exclusivos para o produto final. É verdade que todos os aços são ligas, mas o carbono e o cromo são ligas específicas com nomes atribuídos ao tipo de metal que formam.
As ligas de aço como um grupo incluem uma gama diversificada de ligas com uma gama igualmente diversificada de propriedades. Os contêineres de transporte usam uma liga complexa que combina vários elementos para produzir um produto durável e duradouro. O silício nem sempre é considerado um componente do aço, mas suas propriedades magnéticas o tornam um componente perfeito para a maioria das grandes máquinas. O alumínio é versátil e usado em materiais de construção revolucionários que são leves e extremamente duráveis.
Alguns dos elementos que se combinam com ferro e carbono para produzir ligas também são encontrados em aços para ferramentas – cobalto, tungstênio e molibdênio, por exemplo, são metais ultraduros desejados por sua resistência ao impacto e capacidade de corte.
O potencial variado da liga de aço permite uma personalização intensa para aplicações específicas. No entanto, como os elementos secundários envolvidos nem sempre são fáceis de obter, como carbono ou cromo, certas ligas têm um preço exorbitante.
Algumas das ligas mais comuns incluem:
Sua versatilidade absoluta torna as ligas uma ocorrência comum em muitos projetos de construção. Variedades de ligas de cobre e alumínio são particularmente populares por seu baixo peso e propriedades de trabalho térmico.
Os aços ferramenta são usados para máquinas e para fabricação de ferramentas. A têmpera, o processo de alta temperatura, resfriamento rápido e aquecimento novamente (ou revenimento), cria um aço para ferramentas extremamente duro e resistente ao calor. Geralmente são usados em ambientes de alto impacto e muito abrasivos.
Diferentes tipos de ferramentas requerem diferentes tipos de aço para ferramentas na produção. O aço ferramenta é usado de várias maneiras para melhor atender aos requisitos de produção de uma ferramenta específica. Os elementos adicionados determinarão para quais aplicativos específicos ele é adequado.
Esses tipos podem ser ainda mais separados pela indústria em que são usados, bem como por sua dureza e tenacidade.
Como dito anteriormente, o aço não é um elemento químico, mas sim uma liga metálica, uma união do elemento Fe e C na maioria das vezes, mas muitas vezes também Fe com Cr e Ni, formando aço inoxidável. Mas todos os elementos químicos que estão presentes no aço podem ser encontrados na tabela periódica. Abaixo os principais elementos químicos que podem gerar a grande gama de tipos de aço:
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundância natural % |
|
54Fe |
53.940 |
5.845 |
|
56Fe |
55.935 |
91.754 |
|
57Fe |
56.935 |
2.119 |
|
58Fe |
57.933 |
0.282 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
12C |
12.000 |
98.93 |
|
13C |
13.003 |
1.07 |
|
14C |
14.003 |
– |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
55Mn |
54.938 |
100 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
50Cr |
49.946 |
4.345 |
|
52Cr |
51.941 |
83.789 |
|
53Cr |
52.941 |
9.501 |
|
54Cr |
53.939 |
2.365 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
31P |
30.974 |
100 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
32S |
31.972 |
94.99 |
|
33S |
32.971 |
0.75 |
|
34S |
33.968 |
4.25 |
|
36S |
35.967 |
0.01 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
58Ni |
57.935 |
68.077 |
|
60Ni |
59.931 |
26.223 |
|
61Ni |
60.931 |
1.1399 |
|
62Ni |
61.928 |
3.6346 |
|
64Ni |
63.928 |
0.9255 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
92Mo |
91.907 |
14.53 |
|
94Mo |
93.905 |
9.15 |
|
95Mo |
94.906 |
15.8 |
|
96Mo |
95.905 |
16.67 |
|
97Mo |
96.906 |
9.60 |
|
98Mo |
97.905 |
24.39 |
|
100Mo |
99.907 |
9.82 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
46Ti |
45.953 |
8.25 |
|
47Ti |
46.952 |
7.44 |
|
48Ti |
47.948 |
73.72 |
|
49Ti |
48.948 |
5.41 |
|
50Ti |
49.945 |
5.18 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
63Cu |
62.930 |
69.15 |
|
65Cu |
64.928 |
30.85 |
|
Isótopo |
Massa Atômica |
Abundancia natural % |
|
10B |
10.013 |
19.9 |
|
11B |
11.009 |
80.1 |
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North American Standard for Cold-Formed Steel Structural Framing, AISI S240-15, American Iron and Steel Institute, Washington, DC, 2015.