17 de maio de 2022
Figura 1: Tabela periódica.
Os aços são constituídos principalmente por ferro e carbono, com uma pequena quantidade de elementos de liga. A grande diferença entre ferro fundido e aço está na quantidade de carbono. O ferro fundido é composto por uma quantidade de carbono que varia entre 1,7 a 4,5. O aço tipicamente possui entre 0,05 a 1,5 por cento de carbono [1].
A composição química determina o comportamento do material com relação às propriedades mecânicas, usinabilidade, a temperabilidade, a dureza à quente, a capacidade de corte, a resistência à corrosão, resistência ao desgaste, resistência à oxidação e características elétricas e magnéticas.
Elemento base – o Ferro (Fe): O elemento de maior quantidade no aço é o ferro, portanto grande parte das propriedades do ferro permanece no aço. Por exemplo, a alta força a tração e a resistência ao calor, essas propriedades são melhoradas com a adição dos elementos de liga e durante o processo de fabricação do aço. Sozinho já é um elemento extremamente versátil, resistente e barato, entretanto a sua maior desvantagem é a sua susceptibilidade à corrosão.
Para os aços ferramenta, como os vendidos na Serrametal, os elementos de liga que mais influenciam o comportamento são os seguintes:
Carbono (C): Depois do ferro o carbono é o elemento de mais importância no aço. O aumento da quantidade de carbono produz um material com maior dureza e menor ductilidade e tenacidade. [2,3]
Fósforo (P) e Enxofre (S): Geralmente ambos destes elementos são indesejáveis para a estrutura do aço. O enxofre em particular promove a segregação da matriz do aço. Ambos reduzem a ductilidade e a soldabilidade do material, por esse motivo, a presença desses materiais é limitada entre 0,3 e 1,5 %, entretanto, são adicionados por melhorarem a usinabilidade. [2, 3]
Silício (Si): O silício é um dos principais desoxidantes para o aço, ajuda a remover bolhas de oxigênio do aço no estado fundido. É o elemento mais comum usado para aço semi e totalmente acalmado (desoxidado). Aumenta a força de tração e a dureza, entretanto menos em relação ao manganês. Também melhora a resistência ao desgaste e a trabalhabilidade, e reduz a temperatura de endurecimento. E assim como o alumínio influencia diretamente na condutividade térmica do aço em relação aos outros elementos de liga. [2, 4]
Manganês (Mn): Possui propriedades semelhantes ao carbono. Aumenta a força de tração e resistência ao desgaste. É um elemento extremamente necessário para os processos de laminação a quente pela combinação de oxigênio e enxofre. [2]
Níquel (Ni): Produz um efeito favorável, aumenta a tração, a dureza e a tenacidade. Melhora o comportamento em baixas temperaturas ao aumentar a resistência à fratura. O níquel é comumente usado em combinação com outros elementos de liga, especialmente cromo e molibdênio. É o componente chave dos aços inoxidáveis, mas em pequenas quantidades pode ser encontrado em aços carbono [2, 3]
Cromo (Cr): É utilizado principalmente para a resistência à corrosão e por essa razão geralmente está presente em conjunto com o níquel e cobre. O cromo reage com o carbono para formar carbetos resistentes ao desgaste, previne a transformação de austenita para perlita durante o resfriamento das moldagens e afeta a estrutura do aço da matriz metálica do aço, reduzindo a região de ferro γ do diagrama de fase. [2,5]
Molibdênio (Mb): Possui um efeito similar ao manganês e ao vanádio, e é comumente usado em combinação com algum deles. Em particular, melhora a tração a altas temperaturas e a resistência à corrosão. [2, 3]
Tungstênio (W): É usado com cromo, vanádio, molibdênio, ou manganês para produzir aço rápido, que é usado em ferramentas de corte. O tungstênio: aumenta a tração e a tenacidade; aumenta a resistência à corrosão; resiste ao calor; promove grãos finos; e aumenta a dureza. [2, 3]
Vanádio (V): O vanádio melhora a usinabilidade e afeta o processo de solidificação das ligas reduzindo o intervalo de temperatura da cristalização. Os cristais de carbetos de V6C5 são formados durante a separação da austenita primária da solução, bloqueando o crescimento de dendritos de austenita. [5]
Nitrogênio (N): Todos os aços possuem traços de nitrogênio, que melhora as propriedades mecânicas e de corrosão do material, sua quantidade é mais significativa em aços inoxidáveis. Quando é adicionado em aços austeníticos pode simultaneamente melhorar a fadiga, a força a tração, a taxa de endurecimento, desgaste e resistência a corrosão localizada, bem como em aços martensíticos. [6] Em aços ferramenta é muito importante devido a sua presença em tratamentos superficiais de nitretação. [3]
Os elementos seguintes são menos relevantes para as propriedades do aço ferramenta:
Alumínio (Al): É um dos elementos mais importantes para a desoxidação em pequenas quantidades de material, e também ajuda a formar uma microestrutura cristalina com grãos mais finos e aumenta o grau de resistência. É geralmente usado em combinação com silício com a finalidade de se obter semi ou totalmente aço acalmado. [3]
Titânio (Ti): É usado para controlar o crescimento de grão, que aumenta a tenacidade. Também transforma inclusões de sulfetos na forma alongada, melhorando a força a tração, a resistência à corrosão e a ductilidade. Além de prevenir a formação de austenita em aços com alta quantidade de cromo. Reduz a dureza martensítica e temperabilidade em aços de cromo.
Nióbio (Nb): O nióbio é o elemento chave para o refinamento de grãos, bem como elementos que melhoram a força a tração. O nióbio é um forte formador de carbonetos, o que melhora a ductilidade, dureza, resistência ao desgaste e à corrosão. Entretanto pode ser substituído por vanádio ou tântalo. [3, 7]
Chumbo (Pb): O chumbo mesmo em poucas quantidades é capaz de melhorar a usinabilidade. Produz pouco efeito nas propriedades físicas do aço, e ao contrário da crença popular, não interfere na soldabilidade. [3]
Conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização. Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin
Referências
Influência dos elementos químicos nos aços Influência dos elementos químicos nos aços Influência dos elementos químicos nos aços