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10 - Classificação dos aços-carbono e dos aços-liga
No caso de aços-liga, a elaboração de sistemas de classificação é mais difícil, devido ao constante acréscimo de novos tipos, não só com modificações mos teores de elementos de liga, em relação aos tipos já existentes, mas igualmente com a presença de novos elementos de liga. Ainda assim, para os tipos mais comuns e teores relativamente baixos de elementos de liga, tanto a SAE, a AISI e outras associações técnicas, como a ABTN no Brasil, elaboram sistemas de classificação que atendem satisfatoriamente às necessidades do meio. Do mesmo modo, já se estabeleceram sistemas de classificação para alguns tipos de aços especiais – aços-ferramenta, aços inoxidáveis, aços resistentes ao calor, etc. – como se verá por ocasião da sua descrição. Essas classificações especificam principalmente as composições químicas dos aços, subdivididos em inúmeros grupos, abrangendo dezenas de análises químicas diferentes.
Para os fins do presente estudo, poder-se-ia classificar os aços de três modos diferentes:
- de acordo com a composição química;
- de acordo com a estrutura;
- de acordo com a aplicação.
Considerada a composição química dos aços como base de classificação, poderiam ser considerados os seguintes subgrupos:
- aços-carbono, ou seja, aqueles que estão presentes o carbono e os elementos residuais, manganês, silício, fósforo, enxofre e outros, nos teores considerados normais;
- aços-liga de baixo teor em liga, ou seja, aqueles em que os elementos residuais estão presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de novos elementos de liga, cujo teor total não ultrapassa um valor determinado (normalmente até 5,0%). Nestes aços, a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos;
- aços-liga, de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga é, no mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só as estruturas dos aços correspondentes podem ser profundamente alteradas, como igualmente os tratamentos térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e, freqüentemente, operações múltiplas;
- aços-liga, de médio teor em liga, que poderiam ser consideradas como constituindo um grupo intermediário entre os dois anteriores.
Tomada a estrutura como base para classificação, os seguintes subgrupos poderiam ser considerados:
- perlíticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente baixos (até o máximo de 5%);suas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono e de elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento térmico de têmpera e revenido; também em função do teor de carbono, sua usinabilidade pode ser considerada boa;
- martensíticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza muito elevada e baixa usinabilidade;
- austeníticos, caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse grupo;
- ferríticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no estado recozido, caracterizam-se por representar uma estrutura predominante ferrítica, com eventualmente pequenas quantidades de cementita;
- carbídicos, caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura compõe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico, martensítico ou austenítico, dependendo da composição química. São aços usados especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.
Esta será a classificação adotada na presente obra. De acordo com a mesma, podem ser considerados os seguintes subgrupos:
- aços para fundição, caracterizados por apresentarem boa combinação de resistência, ductilidade e tenacidade; além disso, apresentam boa usinabilidade e adequada soldabilidade; muitos tipos são suscetíveis de tratamentos térmicos de têmpera e revenido;
- aços estruturais, ao carbono ou com pequenos teores de elementos de liga, com boas ductilidade e soldabilidade e elevado valor de relação limite de resistência à tração para limite de escoamento;
- aços para trilhos, cujas condições de serviços exigem característicos de boa resistência mecânica, boa resistência ao desgaste etc.; são tipicamente aços ao carbono;
- aços para produtos planos, que devem apresentar excelente deformabilidade, boa soldabilidade, entre outras qualidades;
- aços para tubos, com, em princípio, as mesmas qualidades dos aços para chapas; como os anteriores, são normalmente ao carbono, embora, nestes últimos, algumas aplicações podem exigir a presença de elementos de liga;
- aços para barras, arames e fios, os quais, conforme aplicações, podem apresentar característicos de resistência à tração realmente notáveis;
- aços para molas, caracterizados por elevado limite elástico;
- aços de usinagem fácil, caracterizados pela sua elevada usinabilidade, teores acima dos normais dos elementos enxofre e fósforo, principalmente o primeiro, e, eventualmente, à presença de chumbo;
- aços para cementação, normalmente de baixo carbono e baixos teores de elementos de liga, de modo a apresentarem os melhores característicos para enriquecimento superficial de carbono, além de um núcleo tenaz, depois da cementação e da têmpera;
- aços para nitretação, simplesmente ao carbono ou com os elementos de liga cromo, molibdênio e alumínio;
- aços para ferramentas e matrizes, caracterizados por alta dureza à temperatura ambiente, assim como, nos tipos mais sofisticados, alta dureza à temperatura elevada, satisfatória tenacidade e onde as propriedades comuns de resistência mecânica e principalmente de ductilidade, pouco significado apresentam. Os tipos mais sofisticados apresentam elementos de liga em teores muito elevados, sendo os mais importantes e famosos os "aços rápidos", com elevado teor de tungstênio, mais cromo e vanádio e, eventualmente, molibdênio, cobalto e outros elementos de liga. Apresentam alta capacidade de corte. Outros tipos, alta capacidade de suportarem deformações;
- aços resistentes ao desgaste, entre os quais o mais importante é o que apresenta manganês em quantidade muito acima do normal (entre 10 e 14%), além de alto carbono (entre 1,0 e 1,4%);
- aços para mancais, empregados em mancais de esfera ou de rolete;
- aços resistentes à corrosão (também chamados "inoxidáveis"), com elevados teores de cromo ou cromo-níquel;
- aços resistentes ao calor (também chamados "refratários"), caracterizados por apresentarem elevados teores de cromo e níquel e por possuírem elevada resistência à oxidação pelo calor e por manterem as propriedades mecânicas a temperaturas acima da ambiente, às vezes, relativamente elevadas;
- aços para fins elétricos, empregados na fabricação de motores, transformadores e outros tipos de máquinas e aparelhos elétricos, caracterizados por apresentarem silício em teores acima dos normais (até 4,75%), ou altos teores de cobalto (até 50%) ou altos teores de níquel;
- aços para fins magnéticos, com alto teor de carbono, cromo médio, eventualmente tungstênio relativamente elevado, eventualmente molibdênio e (os melhores tipos) elevada quantidade de cobalto (até cerca de 40%); esses aços, quando temperados, apresentam o característico de imantação permanente representado pelo produto (BH)max. bastante elevado;
- aços ultra-resistentes, desenvolvidos principalmente pela necessidade das aplicações da indústria aeronáutica, mas cuja utilização está se estendendo a outros setores da engenharia; nesses aços procura-se uma elevada relação resistência/peso; alguns podem apresentar limites de escoamento superiores a 150 kgf/mm2 (1470MPa); as excepcionais propriedades mecânicas são conseguidas mediante o emprego de tratamentos térmicos em composições contendo diversos elementos de liga em teores geralmente baixos. Um tipo especial de aço ultra-resistente é o aço "maraging", em que os elementos de liga presentes estão em teores mais elevados (como níquel até 18% ou mais), além de possuírem cobalto, molibdênio, titânio e baixo carbono. São obtidos por um tratamento de endurecimento por precipitação que permite atingir-se valores de resistência à tração da ordem de 280 kgf/mm2 (2745MPa), além de excelente ductilidade.
- aços criogênicos, caracterizados por sua resistência ao efeito de baixas temperaturas;
- aços sinterizados, produtos da metalurgia do pó, incluindo ferro praticamente isento de carbono, aços comuns e alguns aços especiais, de aplicação crescente na indústria moderna.