Blogue sobre Propriedades, Usos e Tratamento Térmico do Aço Carbono Explicados

Desde os esqueletos dos arranha-céus até os motores dos automóveis e as lâminas afiadas das nossas cozinhas, muitos itens essenciais na nossa vida diária têm uma origem comum: o aço carbono.Este metal aparentemente comum afeta profundamente a sociedade moderna através de suas diversas propriedades e amplas aplicaçõesMas o que sabemos realmente sobre o aço carbono, suas variedades, características, usos e como escolher o tipo adequado para necessidades específicas?Este artigo explora o fascinante mundo do aço carbono.

Compreensão do aço carbono

O aço de carbono, também conhecido como aço não ligado, refere-se ao aço contendo entre 0,05% e 2,1% de carbono em peso.e dos sectores da engenhariaAo contrário dos aços ligados, o aço carbono consiste principalmente de ferro e carbono, com quantidades estritamente limitadas de outros elementos.O Instituto Americano do Ferro e do Aço (AISI) define o aço de carbono com requisitos específicos de composição:

• Nenhuma adição intencional de cromo, cobalto, molibdênio, níquel, nióbio, titânio, tungstênio, vanádio ou zircônio para fins de liga
• Com teor de cobre não superior a 0,40%
• Contido de manganês, silício e cobre limitado a 1,65%, 0,60% e 0,60% respectivamente

O paradoxo do teor de carbono: equilibrar dureza, resistência e soldabilidade

O teor de carbono serve como o principal determinante das propriedades mecânicas do aço de carbono.Assim como a dureza e a resistência do material, que podem ser melhoradas através de tratamento térmicoNo entanto, este ganho ocorre à custa de uma redução da ductilidade e da soldabilidade.

O teor de carbono também influencia o ponto de fusão do aço. Em geral, concentrações mais elevadas de carbono resultam em temperaturas de fusão mais baixas, um fator crucial nos processos de solda e tratamento térmico.

Classificação dos aços de carbono

Os aços de carbono são tipicamente classificados com base no seu teor de carbono para se adequar a várias aplicações:

Aço com baixo teor de carbono (aço leve)

Com um teor de carbono de 0,05% a 0,30%, o aço de baixo carbono é o tipo de aço mais utilizado devido à sua acessibilidade e excelente formabilidade.a sua resistência permanece relativamente baixaAplicações comuns incluem componentes automotivos, tubulações, estruturas de edifícios e recipientes de alimentos.

Aço de baixa liga de alta resistência (HSLA):Esta variante incorpora pequenas quantidades de elementos de liga (cromo, molibdênio, silício, manganês, níquel ou vanádio) no aço de baixo carbono para aumentar a resistência, resistência ao desgaste,e resistência à tração, mantendo um controlo rigoroso sobre impurezas como o fósforo e o enxofreExemplos notáveis incluem a série 41xx (4140, 4145 aço), 4340 aço, 300M aço, EN25 e EN26 aços.

Aço de carbono médio

Com um teor de carbono que varia entre 0,3% e 0,6%, o aço de carbono médio é capaz de alcançar um equilíbrio entre ductilidade e resistência, ao mesmo tempo que oferece uma boa resistência ao desgaste.Forja, e componentes automotivos.

Aço com elevado teor de carbono

Com um teor de carbono de 0,6% a 1,0%, o aço de alto carbono oferece uma resistência excepcional, mas uma ductilidade e soldabilidade limitadas.

Aço com elevado teor de carbono

Com um teor de carbono de 1,25% a 2,0%, o aço de carbono ultra-alto pode alcançar dureza extrema através do apagamento.Nota que os aços com um diâmetro superior a 2 mm0,5% de carbono normalmente requer técnicas de fabrico de metalurgia em pó.

Norma EN 10020: Classificação do aço não ligado

A norma europeia EN 10020 divide os aços não ligados em duas categorias:

Aço de qualidade não ligado

Estes aços estruturais comuns apresentam propriedades garantidas com faixas de tolerância relativamente amplas.

Aço especial não ligado

Caracterizados por uma maior pureza e por um controlo preciso da composição química, estes aços são concebidos para aplicações que exigem umaPropriedades específicas, muitas vezes obtidas através de tratamentos térmicos, tais como amortecimento e temperaçãoExemplos incluem aços para componentes de máquinas ou engrenagens.

Vantagens e limitações do aço carbono

A selecção informada de materiais requer uma compreensão completa das características do aço carbono:

Vantagens

• Alta resistência e dureza:O tratamento térmico pode melhorar significativamente estas propriedades, tornando o aço carbono adequado para aplicações de alta carga e desgaste
• Excelente maquinaria e soldabilidade:Estas características tornam o aço carbono ideal para vários processos de fabrico
• Eficiência dos custos:Em comparação com metais como o alumínio e o cobre, o aço carbono oferece custos de produção econômicos
• Reciclagem:Como material ecológico, o aço carbono pode ser facilmente reciclado e reutilizado

Limitações

• Suscetibilidade à corrosão:O aço carbono enferruja facilmente em ambientes úmidos ou salinos, exigindo medidas de proteção como pintura, revestimento ou liga inoxidável
• Dutilidade limitada:Em comparação com outros metais, o aço de carbono apresenta uma menor ductilidade, limitando potencialmente certas aplicações
• Resistência à dureza limitada:O aço carbono não pode ser endurecido uniformemente em todas as secções grossas, limitando sua utilização em aplicações que exigem alta dureza e resistência da superfície

Aplicações do aço carbono

A versatilidade e as vantagens económicas do aço carbono garantem uma utilização generalizada em todas as indústrias:

• Construção:Pontes, edifícios e infraestrutura
• Fabricação:Automóveis, aeroespacial, máquinas e ferramentas
• Setor energético:Tubulações, tanques de armazenamento e equipamentos de centrais elétricas
• Transporte:Componentes ferroviários, navais e de camiões
• Produtos de consumo:Refrigeradores, máquinas de lavar roupa e fornos

Tratamento térmico: Melhoria das propriedades do aço carbono

O tratamento térmico serve como um método poderoso para modificar as propriedades mecânicas do aço de carbono, melhorando drasticamente a resistência, dureza, ductilidade e resistência ao impacto.Tratamento térmico afeta minimamente a condutividade elétrica e térmicaComo a maioria das técnicas de reforço de aço, o tratamento térmico normalmente troca a ductilidade por resistência e vice-versa, deixando o módulo de Young (elasticidade) inalterado.

Os processos normalizados de tratamento térmico incluem:

1. Aquecimento:Elevar o aço à fase de austenita para dissolver o carbono no ferro
2. Embebedamento:Manutenção da temperatura para a homogeneização das microestruturas
3. Refrigerador:Aplicação de taxas de arrefecimento controladas para alcançar as propriedades desejadas

Métodos comuns de tratamento térmico do aço de carbono:

Esferoidização

Aquecimento a cerca de 700 °C durante mais de 30 horas para produzir carbonetos esféricos, aumentando a plasticidade e a dureza, particularmente benéfico para aços de alto carbono que necessitam de uma melhor formabilidade.

Anilhamento completo

Aquecimento do aço hipoeutectoide a 30 a 50 °C acima da temperatura crítica superior ou do aço hipereutectoide acima da temperatura de transformação.seguido de um arrefecimento lento para produzir perlita grosseira, eliminando as tensões internas, melhorando a plasticidade e a resistência.

Processos de recozimento

Aquecer o aço carbono trabalhado a frio a 550-650 °C (1000-1200 °F) para aliviar as tensões internas, adequado para aços com menos de 0,3% de carbono.

Requeijão isotérmica

Aquecer o aço hipoeutectoide acima da temperatura crítica superior, arrefecer rapidamente até abaixo da temperatura crítica inferior, e depois segurar até ao arrefecimento final, eliminando os gradientes de temperatura.

Normalização

Aquecimento até a fase de austenita seguido de arrefecimento por ar, refinando a estrutura do grão, melhorando a resistência e a uniformidade.

Extinção

Refrigeramento rápido (usando água, salmoura ou óleo) de aço contendo pelo menos 0.4% de carbono da temperatura de normalização para abaixo da temperatura crítica, produzindo martensita para extrema dureza à custa da dureza.

Martempering/Marquenching

A redução da pressão e do risco de rachaduras, melhorando a resistência ao impacto.

Temperamento

Reaquecer o aço temperado abaixo da temperatura de transformação para reduzir a dureza, aumentando a ductilidade e a resistência, permitindo um controle preciso das propriedades através da variação de temperatura e tempo.

Austeridade

A redução da tensão de combustão é feita através de um processo de refrigeração controlada, que consiste na produção de aço baínico de alta resistência e de alta ductilidade, com excelente resistência a impactos.Aplicável a aços de classes limitadas que necessitem de banhos especiais de sal.

Endurecimento do caso

O endurecimento apenas superficial para criar conchas resistentes ao desgaste, mantendo a tenacidade do núcleo, é particularmente adequado para a endurecimento limitada do aço carbono.Os aços ligados permitem o endurecimento através devido à superior endurecimento.

Forja de orientações de temperatura

A temperatura de forja tem um impacto significativo na qualidade e propriedades do aço de carbono.

Orientações futuras: inovação e sustentabilidade

Os avanços tecnológicos continuam a expandir as aplicações do aço carbono.Redução do consumo de combustível e das emissõesSimultaneamente, as iniciativas de reciclagem reforçam o perfil de sustentabilidade do aço carbono.

Através de uma compreensão abrangente das variedades, propriedades, aplicações e técnicas de processamento do aço carbono, as indústrias podem otimizar a seleção de materiais para atender às demandas tecnológicas em evolução.