Aço (definição)

Introdução

O presente trabalho irá abordar acerca do Aço, como ver-se-á, aço  não será nada mais que a liga de dois elementos químicos; o ferro e o carbono. Esse último elemento varia, pois para obtermos diferentes tipos de aço podemos misturar o ferro com outros elementos, como: Magnésio, Vanádio, Tungsténio, etc. Porém, o mais aplicado é o Carbono e para variar a resistência desse também teremos que variar a sua percentagem.

O aço é largamente aplicado na área de construção civil, entre os ferreiros, como na canalização e até nas indústrias de fábricos de automóveis, etc.

Na construção podemos observar sua aplicação em estruturas de matérias pré-fabricados para a construção de um prédio/torre, asnas metálicas, dobradiças, Varão para o armamento de estruturas para pilares/vigas.

Neste presente trabalho abordaremos sobres: tipos de aço, o seu fabrico, propriedades físicas e a sua classificação.

Definição: O aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono acima de 2,11%. O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o uso de outros elementos como: magnésio, cromo, vanádio e tungstênio. O carbono e outros elementos químicos agem com o agente de resistência, prevenindo o deslocamento em que um átomo de ferro em uma estrutura cristalina passa para outro.

1.     Tipos de aço 

Aço carbono

 A principal característica deste aço está, como o próprio nome indica, na quantidade de carbono na liga, que normalmente pode variar de 0,6% a 1% , para os aços apropriados à cutelaria (e possuem baixíssima concentração de outros elementos). Existem vários tipos de aço, com diferentes percentagens de carbono e outros elementos, e a tabela SAE (Society of Automotive Engenieers) é a mais utilizada para classificá-los.

 É uma "família" de aços mais tradicional, preferidos por cuteleiros e por muitos colecionadores, pois é mais simples de se tratar (forjar, temperar, etc.), permite uma vasta gama de acabamentos, indo do mais rústico, ao espelhado (e até misturas), também é mais "maleável" que favorece ao uso pesado (ex: facões), além de ser mais fácil de afiar. Em compensação, demanda maiores cuidados em sua manutenção, para evitar a oxidação.

 Aço inoxidável

 "Inoxidável" foi um termo "infeliz", adotado pela língua portuguesa, para definir essa "família" de aços. O termo vem do inglês "STAINLESS STEEL" que pode ser traduzido como "aço que mancha menos". Ou seja, todo tipo de aço está sujeito à oxidação (ferrugem), porém devido a suas características, o "Inox" possui maior resistência à oxidação, que o aço carbono e exige menores cuidados no uso diário.

A característica dessa "família" de aços, está na quantidade elevada de Níquel/Cromo em sua liga, que forma uma espécie de "película" mais resistente à oxidação. Normalmente é um aço menos "maleável" e mais sujeito a quebrar, que o aço carbono. Também, por ter mais Cromo/Níquel em sua composição, tende a perder o fio mais rapidamente e, normalmente, são mais difíceis de afiar (alguns tipos podem ser mais fáceis de afiar). Ainda assim, têm uma boa aceitação para tarefas cotidianas, que não envolvam uso pesado, afinal requer um menor cuidado.

 Aço damasco

 Esse aço talvez é o preferido por 90% dos colecionadores, trata-se de uma "família" de aços nobre, de alto valor agregado e de grande beleza. Vamos usar a «Wikipédia» para o definir: "O Aço damasco é a união de dois ou mais aços de características diferentes, unidos pelo método de caldeamento. Uma barra de damasco pode ter várias camadas, que podem variar de 50 a 600. A grande vantagem do damasco, além da beleza da lâmina, é a flexibilidade que ele proporciona, pois geralmente o cuteleiro que forja damasco mistura um aço de alto teor de carbono com um de médio a baixo teor de carbono. É de difícil obtenção, o que faz encarecer o produto, porém é muito valorizado por colecionadores. Espadas samurais continham até 1000 camadas".

Aço rápido

High Speed Steel (HSS), em inglês, Liga de aço composta por 0,67 a 1,3% C, 5 a 12% Co, 3,75 a 4,5% Cr, 0,3% Mn, 4 a 9% Mo, 2 a 20% W, 1 a 5% V e apropriado tratamento térmico.

Para aumentar a vida útil do aço rápido as ferragens são as vezes revestidas por uma camada de outro metal. Um exemplo é o TiN (Nitreto de Titânio). A maioria  dos revestimentos geralmente a dureza torna a ferragem mais lisa. O revestimento permite a ponta da ferragem cortar facilmente o material sem que partes fiquem incrustadas (presas) à ferramenta. O revestimento  também ajuda a diminuir a temperatura associada ao processo de corte e aumenta a vida da ferragem.

O uso principal do aço rápido continua a ser na fabricação de varias ferramentas de corte: broca, fresas, serras, bits de usinagem, discos para cortar engrenagens, plainas, etc, embora também seja usado em prensa ultimamente.

Aço de alto teor de carbono continuam sendo uma boa escolha para uso em baixas velocidades onde uma boa precisão é necessária, como em plainas manuais, entalhadeiras, formões, etc.  

2.   Processo de fabricação de aço

 De modo geral existem dois processos para a fabricação do aço. O processo mais utilizado consiste na produção de ferro fundido no alto-forno e após refinamento, em que o ferro fundido se transforma em aço no conversor de oxigênio. Outro processo utilizado consiste em fundir sucata de ferro em um forno elétrico cuja energia é fornecida por arcos voltaicos (espaço preenchido por gás no meio de dois eletrodos condutivos, que frequentemente são feitos de carbono, gerando uma temperatura muito alta, capaz de fundir ou vaporizar virtualmente qualquer coisa).

Para que seja fabricado o aço especificado, a diferença está no refinamento do ferro fundido, etapa esta em que são adicionados elementos de liga. A adição de elementos de liga é feita em pequenas percentagens, para que o aço produzido obtenha as características exigidas na especificação.

Alto-forno: Forno de tamanho variável, externamente revestido por metal e internamente por material refratário onde os metais ferrosos são obtidos por redução dos minérios de ferro nos altos-fornos. Pela parte superior do alto-forno, são carregados minério, calcários (fundentes) e coque (carvão). Pela parte inferior o ar insuflado efetua a reação de redução e eleva a temperatura até o ponto de fusão do ferro gusa e das escórias formadas pela reação do calcário com a sílica que normalmente acompanha o minério. Em intervalos, o ferro e a escória fundidos, acumulados no ponto mais baixo do alto-forno, são retirados, levando-se o ferro em estado de fusão para a aciaria ou lançado em formas para se solidificar em lingotes de ferro gusa. A escória, menos densa que o ferro, sai por último, sendo retirada e podendo ser aproveitada para constituir cimento de alto forno.

Conversor de Oxigênio: Aqui é feito o refinamento do ferro fundido em aço, que consiste em remover o excesso de carbono e diminuir a quantidade de impurezas para limites prefixados. O conversor de oxigênio baseia-se na injeção de oxigênio dentro da massa líquida de ferro fundido. O ar injetado queima o carbono na forma de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO₂) em um processo que dura aproximadamente 20 minutos. Elementos como manganês, silício e fósforo são oxidados e combinados com cal e óxido de ferro, formando a escória que sobrenada o aço liquefeito. Em intervalos, o ferro e a escória fundidos, acumulados no ponto mais baixo do alto-forno, são retirados, levando-se o ferro em estado de fusão para a aciaria ou lançado em formas para se solidificar em lingotes de ferro gusa. A escória, menos densa que o ferro, sai por último, sendo retirada e podendo ser aproveitada para constituir cimento de alto forno.

Tratamento do aço na panela: O aço líquido superaquecido absorve gases da atmosfera e oxigênio da escória. O gás é expelido lentamente com o resfriamento da massa líquida, porém, ao se aproximar da temperatura de solidificação, o aço ferve e os gases escapam rapidamente, formando grandes vazios no aço. Para que isso não ocorra, são adicionados elementos como alumínio e silício na panela, em um processo conhecido como desgaseificação.

Após a desgaseificação, grande parte dos óxidos insolúveis formados deve ser removida para não prejudicar as características mecânicas do aço. Este processo é conhecido como refinamento.

Tratamento térmico: Utilizado para melhorar as propriedades dos aços, dividem-se em dois grupos: O primeiro destinado principalmente a reduzir tensões internas provocadas por laminação, etc. O segundo destinados a modificar a estrutura cristalina, com alteração da resistência e de outras propriedades.

3.   Propriedades do Aço

As principais propriedades do aço são grande maleabilidade e durabilidade, elasticidade, boa resistência e boa condutividade térmica. Além dessas propriedades importantes, propriedade mais característica do aço inoxidável é a sua resistência à corrosão.

As ligas e os tratamentos térmicos utilizados na produção de aço resultam em valores de propriedade e forças diferentes e os testes deverão ser realizados para determinar as propriedades finais do aço e para assegurar o cumprimento das respectivas normas.

As propriedades físicas do aço referem-se a física do material, tal como densidade, condutividade térmica, módulo de elasticidade e coeficiente Poison, etc. Alguns valores típicos para as propriedades físicas do aço são:

• Densidade ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3]
• Módulo de elasticidade E=190÷210 [GPa]
• Coeficiente de Poison ν = 0.27 ÷ 0.30
• Condutividade térmica κ = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]
• Expansão térmica α = 9 ÷27 [10-6 / K]

4.    Classes de aço

A classificação dos vários tipos de aço pela sua composição e propriedade foram desenvolvidas ao longo de muitos anos por uma série de organizações de desenvolvimento de normas (SDOs), como a europeia EN, a americana ASTM, aços AISI pela JIS japonesa, a chinesa GB, a internacional como ISO, etc. 

De modo geral, os tipos de aço podem ser distinguidos com base em:

• Composição, por exemplo carbono, baixa liga ou de aço inoxidável;
• Métodos de fabricação; tais como temperas, processos de oxigenação, ou métodos de alto forno;
• Processos de acabamento; tais como tipos de aço laminados a quente ou de produtos laminados a frio;
• Tipo de produto; por exemplo chapa barras, chapas, tiras, tubos ou forma estrutural;
• Práticas de desoxidação, como decapação, semi decapação, dessulfuração para determinada classe de material;
• Microestrutura; tais como ferrítica, perlítica e aços martensíticos;
• Nível de esforço necessário; por exemplo aços da classe A240 Classe C especificados nas normas ASTM tem o valor de tensão de tração entre 515 e 655 MPa;
• O tratamento térmico realizado; tais como o recozimento, têmpera e revenimento e processos termomecânico.

Com base no teor de carbono, os aços são geralmente divididos em três grupos principais:

• baixo teor de carbono do aço, como a AISI1005, AISI 1026, IF, HSLA, TRIP e aços TWIP,
• aços com teor médio de carbono, por exemplo, AISI 1029 e AISI 1053, e
• a classe dos aços com carbono elevado, como a AISI1055 AISI1095.

Por outro lado, segundo a classificação europeia, aços são divididos nos seguintes grupos:

• classes dos aços que não tem nenhuma liga, como EN DC01-DC06, S235, S275, etc,
• aços de liga, como 2CrMo4 e 25CrMo4,
• tipos de aço inoxidável,
• aços ferramenta, por exemplo PT 1,1545; AISI / SAE W110; PT 1,2436, AISI / SAE D6,
• classe para os aços de chapas e tiras, e
• tipos de aço para chapas e tiras com condutividade elétrica, como EN 1,0890 e EN 1,0803.

Às vezes, uma determinada classe pode ter propriedades diferentes definidas por várias normas. Por exemplo, 34CrMo4, a classe do aço é especificada por duas normas DIN e EN. Segundo a EN há 6 especificações diferentes (subgrupos), enquanto a norma DIN têm 10 diferentes especificações. Estas especificações de aço relatam uma variação das propriedades de tração em até três vezes, devido aos vários tratamentos termomecânicos.

Conclusão

Para concluir, assim como vimos mostra-se claramente que o aço é de estrema importância. Pois esse tem muita importância porque muitos matérias que usamos atualmente, que são metálicos provem dele e sem ele nos seria difícil termos um material com uma qualidade a que temos hoje.

O presente trabalho me ajudou bastante a compreender melhor acerca do processo do seu fabrico algo que passa por despercebido de muitos.

Referencia Bibliográfica

• www.pt.wikipedia.org/wiki/Aço, Aço (Definição), visitado em 05 de Fevereiro de 2017.www.acutelaria.com/tipos-de-aco, Tipo de aço. Visto em 06.02.2017. 

•  www.infoescola.com/industria-de-aco/ , Processo de fabricação de aço. Artigo lido no dia 04 de Fevereiro de 2017. 

•  www.totalmaterial.com/page.aspx?ID=propriedadedoaco&LN=PT, Propriedade físicas do aço. Pagina olhada no dia 05 de fevereiro de 2017. 

•  www.totalmaterial.com/page.aspx?ID=ClassesdeAco&LN=PT, Calasse dos aços. Consulta feita 05.02.2017.