Classificação dos aços
Definimos
o aço como sendo uma liga ferro-carbônica, cuja percentagem de carbono pode
variar entre 0,03% e 2,06%, raramente ultrapassando, na pratica, 1,4%. Assim
definido, o aço é uma liga binaria de F e C.
A
realidade é, no entanto, diferente e, fundamentalmente por duas razões:
1) No
fabrico do aço torna-se impossível eliminar certos elementos, tais como o manganês, o silício, o enxofre e o
fosforo;
2) Há
elementos que, adicionados aos aços, em percentagens bem determinadas, lhes
conferem certas propriedades que nos interessam, em função da sua aplicação prática.
Então,
e para concretizar ideias já existentes nos capítulos anteriores, na fabricação
dos aços temos duas preocupações fundamentais: por um lado, reduzir as impurezas superficiais e, por
outro, controlar todos os elementos que
intencionalmente se adicionam.
Podemos assim obter uma enorme variedade de aços, de acordo com os
elementos introduzidos – elementos de
liga – e suas percentagens. Desta variedade surge a necessidade de se
proceder a uma classificação dos aços, tarefa que não é fácil, dado que podemos
seguir vários critérios de classificação.
Os
países mais industrializados possuem normas onde os aços são presenteados por
uma simbologia própria e onde são indicadas a sua composição química e
aplicação.
Como
se disse, não há uma uniformidade de critérios na classificação dos aços, pelo
que aquele que vamos adoptar, não pretende ser único nem está isento de crítica.
Vamos
classificar os aços quanto ao teor de
carbono, quanto a composição química e quanto a sua aplicação. Dentro de
cada uma dessa classificações, e dada a enorme variedade de aços existentes,
surge a necessidade de se proceder a subdivisões, também estas sujeitas a falta
de uma orientação comum.
Classificação dos aços quanto ao teor de
carbono
O
quadro que se segue, reúne o essencial sobre esta classificação.
|
AҪOS |
EXTRAMACIOS |
MACIOS |
DUROS |
|
%
de carbono |
De
0,1 a 0,25% |
De
0,25 a 0,6% |
Mais
de 0,6% |
|
PROPRIEDADES
CARACTERÍSTICAS |
-
normalmente pouco tenazes, dúcteis, maleáveis, pouco duros e facilmente
trabalháveis. -
devido à baixa percentagem de carbono não podem ser temperados. |
-
normalmente pouco tenazes, dúcteis, maleáveis, pouco duros e facilmente
trabalháveis. -
permitem tratamento térmico, cementação e têmpera (esta é só significativa
para percentagens de carbono superiores a 0,3%). |
-
mais tenazes e duros que os anteriores e manos dúcteis e maleáveis. -
os tratamentos térmicos podem modificar substancialmente as suas
propriedades, em especial a dureza, resistência e elasticidade. - são
utilizados após tratamento térmico. |
|
UTILIZAҪÃO
PRÁTICA |
-
correspondem as dos aços ao carbono de construção comuns. |
-
correspondem as dos aços ao carbono com tratamento térmico. |
-
correspondem aos aços ao carbono para ferramentas. |
Nesta
classificação não entraremos em consideração com elementos de liga que, como se
sabe, permitem aos aços outras aplicações.
Já se
referiu a influência dos elementos de liga que frequentemente aparecem
associados aos aços. É agora oportuno referir a influência do carbono, que é afinal o mais importante.
A
característica fundamental do carbono é proporcionar aos aços a possibilidade
da têmpera. Dum modo geral, o aumento do teor de carbono nos aços produz os
seguintes efeitos:
Aumenta:
- A
dureza;
- A
resistência;
- O
limite elástico;
- A
resistência ao desgaste;
- A
resistência elétrica.
Diminui:
- o
ponto de fusão;
- A
resistência ao choque;
- O
peso especifico;
- A plasticidade (traduzida pelo alongamento
relativo).
Classificação dos aços quanto a sua
composição química
Quanto
a composição química, podemos classificar os aços em:
-
Aços sem liga ou aços ao carbono: aqueles em
que, para além do ferro e do carbono, de admite a presença de silício até 0,5%,
manganês até 0,1%, titânio até 0,05%, cobre até 0,35%.
- Aços
ligados: aqueles em que os elementos anteriores estão presentes em
percentagens superiores as indicadas, ou aos quais se adicionaram,
intencionalmente, outros elementos como o crômio,
níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio. Com o fim de conferir aos aços
determinadas propriedades especificas.
Nos aços
ligados podemos ainda considerar:
- Aços de pouca liga: quando a percentagem
total dos elementos de liga não ultrapassa 5%.
- Aços de muita liga: quando essa
percentagem é superior a 5%.
Aços ao carbono
Em
relação aos aços ao carbono, o quadro a seguir traduz o essencial
|
AҪOS
AO CARBONO |
CARACTERÍSTICAS |
UTILIZAҪÃO
PRÁTICA |
TIPO
SEGUNDO DIN |
|
AҪOS
DE CONSTRUҪÃO COMUNS |
- %
de C < 0,25% -
utilizam-se sem tratamento térmico, |
Laminagem
de chapas e perfis para construção, estrutura de pontes e peças de máquinas
de pequena responsabilidade. |
C
10, C15 |
|
AҪOS
DE CONSTUҪÃO COM TRATAMENTO TÉRMICO |
- %
de C de 0,1 a o,6% -
utilizam-se após tratamento térmico: cementação (CK 10 e CK 15) e têmpera (os
restantes) |
Fabrico
de rodas dentadas, parafusos, veios, cavilhas, peças forjadas e estampadas e peças
para mecânica geral (automóveis etc.). |
CK 10, CK 15, CK 22 CK 35, CK 45, CK 60.. |
|
AҪOS
PARA FERRAMENTAS |
- %
de C > 0,6% -
utilizam-se após têmpera. |
- %
de C < 0,85%, usam-se em ferramentas que vão ser sujeitas a golpes como:
cinzeis, martelos, punções, ferramentas para madeira, etc. - %
de C > 0,85%, para ferramentas que não sofrem golpes fortes, como brocas,
machos de porcas, fresas, calibres, etc. |
C85 W1, C100 W1 C110 W1, C125 W1 C70 W2, C85 W2 C100 W2, C110 W2 C125 W2, C45 W3 C60 W3, C75 W3 |
Aços ligados
Já foi
referida a influência dos elementos de liga nos aços. De acordo com a presença
desses elementos, podemos ter: aços ao
níquel, ao crômio, ao cromo-níquel, ao silício, ao cromo-manganês, ao vanádio, etc.
na classificação que e segue referiremos este aços de acordo com a sua
aplicação.
Classificação dos aços quanto a sua
aplicação
Quanto a aplicação dos aços temos:
- Aços
para ferramentas: os que se usam no fabrico de todo o tipo de
ferramentas. Os aços ligados são cada vez mais utilizados no fabrico de
ferramentas, dado que o desenvolvimento tecnológico obriga a exigências crescentes
das ferramentas utilizadas.
- Aços
de construção: os que se aplicam no fabrico de peças de máquinas ou
elementos de construção industrial.
- Aços
especiais: são sacos de muita liga submetidos a diversos tratamentos
térmicos e que apresentam propriedades físicas e químicas especiais. Temos, por
exemplo, aços inoxidáveis, resistentes
aos ácidos, para ímanes, refratários, etc.
Aços para ferramentas
De
acordo com as condições de trabalho das ferramentas podemos distinguir:
- Aços
rápidos – aços para trabalhar a grandes velocidades de corte.
Utilizam-se em ferramentas de torno, limador, fresas, etc.
Dum
modo geral, uma ferramenta de corte deve apresentar grande resistência do gume, elevada dureza, máxima resistência ao
desgaste e resistir a perda de dureza pelo aquecimento (resistência ao
revenido).
Os
aços rápidos tem o teor de carbono compreendido entre 0,65 a0,85% e os
seguintes elementos de liga: tungstênio e
molibdênio (para aumentar a dureza a quente, a resistência a quente e a
resistência ao revenido); vanádio
(aumenta a resistência ao desgaste a quente); cobalto (aumenta a resistência ao revenido e a dureza a quente); e crômio (aumenta a profundidade da têmpera).
Ex: X72 WcrMoV 18,5 e X 80 WCrCoMoV 18,4.
- Aços
para trabalho a quente – usadas em ferramentas que vão trabalhar os
metais a temperaturas elevadas, como, por exemplo, matrizes para estampagem a
quente e para embutidos, moldes para fundição injetada, e moldes para
plásticos, etc.
Devem
possuir elevada tenacidade, boa
temperabilidade (dureza constante desde a periferia ao núcleo) boa resistência a quente e ótima resistência
a deformação e desgaste.
Os
elementos de liga são: NI (aumenta a profundidade da têmpera e tenacidade); Cr
(aumenta a profundidade da têmpera); Mo e V (aumentam a resistência a quente).
Ex: 56
NiCrMoV 7, usado no fabrico de matrizes para estampagem a quente.
- Aços
resistentes a choques – usam-se no fabrico de ferramentas que estão
sujeiras a choques violentos, como cinzeis, ferramentas para estampagem,
laminas de guilhotina, etc.
Estes
aços devem fundamentalmente possuir uma elevada
tenacidade e uma boa resistência a fadiga. Devem, por isso, ter o teor de
carbono relativamente baixo e como elemento de liga o Si (dá elasticidade, o
que reduz o perigo de rotura devido a fadiga), V, W e Cr. Ex X 50 GrMoV 9 e 35
WCrV 7, usado no fabrico de cinzeis.
- Aços para trabalho a
frio autotemperante – os elementos de liga destes aços
são, fundamentalmente, o Ni (em % relativamente elevada) e o Cr que lhes
confere grande temperabilidade, podendo ser temperados ao ar, razão pala qual
são conhecidos os autotemperantes. Esta qualidade permite o seu uso em matrizes
para estampagem a frio contendo gravuras de pormenor delicado. Como, são muito
tenazes, podem também ser utilizados em ferramentas de grandes dimensões
sujeitas a esforços de choque e compressão. Ex 50 NiCr 13, usado no fabrico de
matrizes para estampagem de talheres em aço.
- Aços
de pequena variação dimensional – são aços que variam muito pouco as
suas dimensões pela variação da temperatura. Esta propriedade é muito importante,
tanto nos aços para ferramentas como nos aços para instrumentos de medição.
Os aços
deste tipo são a base de Mn, Cr e W e podem ser de pouca liga. Ex 100 MnCrW 4,
usados no fabrico de calibres e, de muita liga com elevado teor de Cr ex: X210
Cr 12, usado no fabrico de matrizes de corte.
- Aços
de liga para ferramentas temperáveis em agua – podem utilizar-se em várias
ferramentas, como cilindros para laminagem a frio, ferramentas para corte a
frio, brocas, machos de rosca, limas, etc.
Os
elementos de liga destes aços são: Cr, Ni, W e V. ex: 140 Cr 3, 115 CrV 3, 85
NiV 4, 142 WV 13 e 100 V 1.
- Aços
de cementação e nitruração – usam-se em ferramentas que vão suportar
esforços consideráveis, devendo, por isso, ser duras e resistentes ao desgaste
na superfície e tenazes no núcleo, como é o caso por exemplo, dos moldes para a
indústria de plásticos.
São
geralmente aços com pequena percentagem de carbono.
Os de
cementação tem os seguintes elementos de liga: Ni, Cr, e Mo. Ex: X 6 CrMo 5 e X
19 NiCrMo 4.
Os de
nitruração tem os seguintes elementos de liga: Al, Cr, Mo, e V. ex: 34 CrAlMo.
Aços
de construção
O
quadro a seguir traduz o essencial sobre os aços ligados usados em construção.
|
AҪOS
DE CONSTRUҪÃO |
ELEMENTOS
DE LIGA |
UTILIZAҪÃO
PRÁTICA |
ALGUNS
TIPOS SEGUNDO DIN |
|
DE
TRATAMENTO TÉRMICO |
Cr,
Ni, V, Mn, Si e Mo |
Fabrico
de peças de dimensões consideráveis sujeitas a esforços elevados. Ex:
cambotas, semieixos, bielas, etc. |
31
NiCr 14 34
CrNiMo 6 50
CrV 4 37 MnSi
5 |
|
PARA
TÊMPERA SUPERFICIAL |
Principalmente
Cr e V |
Usados
em peças de mecânica geral que, dadas as condições de trabalho, necessitam de
elevada dureza e resistência ao desgaste, enquanto que o núcleo deve possuir
boa tenacidade para suportar os esforços a que vão ser submetidos. |
45
CrV 7 |
|
PARA
CEMENTAҪÃO |
Cr,
Ni, Mn e Mo |
Usam-se
em peças de mecânica geral que tenham de oferecer boa resistência ao
desgaste, e resistência média do núcleo. Ex:
cambotas, sem-fins, veios, engrenagens, rodas dentadas, etc. |
20 CrNiMo
4 |
|
PARA
MOLAS |
Mn,
Si, Cr, e V |
Usados
no fabrico de todos os tipos de molas e devem possuir elevadas propriedades
de elasticidade, resistência a tração e resistência a fadiga. |
60
SiMn 5 51
Si 7 50
CrV 4 |
Aços especiais
Dentro
desta categoria apenas nos vamos referir aos aços inoxidáveis e aos aços refratários.
- Aços
inoxidáveis – são aços resistentes a oxidação e corrosão. O Cr é o
principal elemento de liga e aparece em percentagens que vão de 12 a 30%. Podem
ainda aparecer associados outros elementos como Ni, Mo, V, Ti e Al.
Há uma
enorme variedade desses aços que se aplicam em ferramentas (moldes para
matérias corrosivas, ferramentas para cirurgia, etc.), ex: X 20 Cr 13, e em construção
(veios de bombas, turbinas, etc.), ex: X 15 CrMo 13.
- Aços refratários –
são aços resistentes ao ataque de gases a temperaturas elevadas. Os elementos
de liga são: Cr, Si, Ni.
Usam-se fundamentalmente no fabrico de moldes para vidro e cerâmica. Ex:
X 12 NiCrSi 36 16, X !% CrNiSi 25 20.