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1 AULA Nº 2 1. Aços - propriedades, microestutura e processamento As propriedades de uma liga metálica são função da respectiva composição química e do processamento a que a mesma foi sujeita, ou seja, da sua história térmica e mecânica; estes factores (composição e história termomecânica) impõem uma dada microestrutura ao material, a qual será responsável pelas propriedades finais do mesmo. A composição química define as potencialidades "inatas" da liga: por exemplo, um aço de baixo carbono é presumivelmente dúctil; porém ele pode ser fragilizado por um tratamento térmico que lhe imponha um grão grosseiro Classificação dos aços De acordo com o texto anterior, é necessário (embora insuficiente) para uma correcta caracterização de um aço que a respectiva composição química seja conhecida; esta vulgarmente exprime-se através de classificações ou códigos definidos por instituições internacionais. As mais relevantes são a American Iron and Steel Institute (AISI) e a DIN de origem alemã Sistema americano (AISI / SAE) O sistema de classificação da AISI é frequentemente adoptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo que é referido abreviadamente por AISI-SAE; consiste num sistema numérico de quatro ou cinco algarismos, indicando os dois (ou três) últimos o teor em carbono do aço em centésimos; os dois primeiros indicam se o aço é ou não ligado e qual o tipo de liga Sistema alemão (DIN) A especificação DIN estabelece o modo de abreviar as diferentes composições de aços. Os aços sem liga são designados pela letra C seguida do respectivo teor em carbono em centésimos (Ck se o aço é de qualidade superior - aços ditos especiais, conforme critério a apresentar em seguida). Os aços ligados são classificados em fraca e fortemente ligados conforme não exista ou exista um elemento cujo teor seja pelo menos de 5%p. Os aços fracamente ligados são designados pelo seu teor em carbono em centésimos e pela descrição da natureza dos diferentes elementos de liga (pelo respectivo símbolo químico) e um ou mais números indicando o teor do (ou dos) elementos de liga, afectados por um factor multiplicador (4 ou 10) para que esse teor seja expresso por um número inteiro. - Pág. 1 / Aula nº 2 -

2 Os aços fortemente ligados são designados pela letra X seguida do respectivo teor em carbono (em centésimos) e da descrição da natureza dos diferentes elementos de liga através do respectivo símbolo e seu teor nominal Exemplos de classificação de aços Sistema de classificação AISI /SAE 1XXX - aço sem liga aço sem liga com 0,45C aço de corte fácil com 0,45C (com MnS) aço de elevada resistência com 0,45C e 1,75Mn 2XXX - aço ao Ni aço com 0,45C e 3,5Ni aço com 0,45C e 5,0Ni 3XX - aço austenítico resistente à corrosão ou refractário 3XXX - aço ao Cr Ni aço com 0,45C 1,25Ni e 0,60Cr aço com 0,45C 1,75Ni e 1,0Cr aço com 0,45C 3,50Ni e 1,55Cr 4XX - aço ferrítico ou martensítico resistente à corrosão ou refractário 4XXX - aço ao Mo aço com 0,45C e 0,25Mo aço com 0,45C 0,50 ou 0,95Cr e 0,25Mo aço com 0,45C 1,80Ni 0,50 ou 0,80Cr e 0,25Mo aço com 0,45C 1,80Ni e 0,25Mo aço com 0,45C 3,5Ni e 0,25Mo 5XXXX - aço ao Cr aço com 1C e 0,50Cr aço com 1C e 1,00Cr aço com 1 C e 1,45Cr 6XXX - aço ao Cr V Sistema de abreviatura DIN C45 - aço sem liga com 0,45C Ck 45 - semelhante ao anterior mas de qualidade superior, dito aço especial 45CrMo 4 - aço fracamente ligado com 0,45C 1Cr e Mo não quantificado X200Cr12 - aço fortemente ligado com 2C 12Cr - Pág. 2 / Aula nº 2 -

3 1.2. Outros critérios de classificação dos aços Para além da descrição codificada da composição química, é corrente a definição de outros critérios para a classificação e designação de aços, sendo em particular vulgares os Critérios baseados na composição, propriedades e aplicações Tendo em conta a composição química, os aços podem ser classificados em não ligados (ou sem liga) e ligados (ou de liga); existem teores limites para um aço ser considerado não ligado, conforme se descreve em seguida, de acordo com a Euronorma EN de Tabela I / 2 Teores limites para classificação dos aços como não ligados, conforme Euronorma EN de Elemento %p Elemento %p Al < 0,10 Ni < 0,30 B < 0,0008 Pb < 0,40 Bi < 0,10 Se < 0,10 Co < 0,10 Si < 0,50 Cr < 0,30 Te < 0,10 Cu < 0,40 Ti < 0,05 Lantanídeos < 0,05 V < 0,10 Mn < 1,65 W < 0,10 Mo < 0,08 Zr < 0,05 Nb < 0,06 Outros < 0,05 Os aços dizem-se fraca ou fortemente ligados conforme pelo menos um elemento da tabela anterior apresenta um teor, excedendo o referido na tabela, inferior ou superior a 5%p respectivamente; alguma bibliografia americana designa os aços por fraca, média ou fortemente ligados, conforme o somatório dos teores em elementos de liga assume valores respectivamente nos intervalos [0-2,5] [2,5-10] ou superior a 10. Ainda segundo a Euronorma EN 10020, os aços sem liga classificam-se em aços de base, aços de qualidade e aços especiais. Os aços de base são materiais que não são objecto de qualquer prescrição de qualidade que exija condições de fabrico especiais. - Pág. 3 / Aula nº 2 -

4 Os aços de qualidade são materiais para os quais, em geral, não se exige regularidade de resposta ao tratamento térmico nem se especificam teores limites de inclusões não metálicas, mas que são sujeitos a prescrições de qualidade mais exigentes que as dos aços de base, pelo que se lhes impõem condições de fabrico particulares. Os aços especiais são materiais com menor teor em inclusões não metálicas que os aços de qualidade; asseguram uma resposta adequada e regular ao tratamento térmico de têmpera e revenido; as suas propriedades estão dentro de limites mais apertados que as dos aços de qualidade. A Euronorma EN define ainda várias prescrições que os aços especiais podem ter que satisfazer, como por exemplo: - a especificação da energia absorvida no ensaio de choque, no estado temperado e revenido; - a especificação da profundidade de têmpera ou dureza superficial após têmpera e revenido; - a especificação de teores muito baixos em inclusões não metálicas; - a especificação de teores máximos em P e S na análise de vazamento (<0,020%p) e na análise do produto (<0,025%p); - a especificação de valores de energia absorvida no ensaio de choque superiores a 27 J a -50 C em provetes ISO - V retirados na direcção longitudinal; - e outras. Os aços ligados classificam-se em aços de qualidade e aços especiais. Os aços de qualidade ligados aplicam-se em condições semelhantes às referidas para os aços de qualidade não ligados, requerendo porém as suas propriedades específicas a adição de elementos de liga em teores excedendo os definidos na tabela I / 2; estes materiais não se destinam em geral a têmpera e revenido nem a endurecimento superficial. Os aços especiais ligados apresentam propriedades de transformação e aptidão à utilização dentro de limites apertados, neles se incluindo em particular os aços resistentes à corrosão, à oxidação a quente, à fluência, para rolamentos, para ferramentas, de construção mecânica, especiais para construção metálica e com propriedades físicas especiais. Os aços podem classificar-se ainda, de acordo com a dureza no estado recozido, em: - extra-macios (carbono inferior a 0,15%p), - macios (carbono entre 0,15 e 0,30%p), - meio-macios (carbono entre 0,30 e 0,40%p), - Pág. 4 / Aula nº 2 -

5 - meio-duros (carbono entre 0,40 e 0,60%), - duros (carbono entre 0,60 e 0,70%), - extra-duros (carbono superior a 0,70%). Conforme o grau de desoxidação, os aços podem classificar-se em: - efervescentes oxidados (oxigénio de ca. 0,08 %p), - efervescentes normais (oxigénio de ca. 0,03 %p), - semicalmados (oxigénio de ca. 0,01 %p), - calmados (oxigénio de ca. 0,008 %p). Conforme a natureza da sua matriz, os aços classificam-se em: - ferríticos, - perlíticos, - bainíticos, - martensíticos, - austeníticos, - ledeburíticos (alguns aços de alto teor em C e Cr). Segundo a respectiva utilização, os aços podem classificar-se em: - aços de construção, sendo exemplos a chapa de aço macio, o aço para betão armado e pré-esforçado, para material ferroviário, para fabrico de orgãos de máquinas, para estruturas metálicas, etc. - aços para ferramentas, sendo exemplos de produtos fabricados as matrizes, os moldes, os punções, as brocas, o material de corte, etc. - Pág. 5 / Aula nº 2 -