Tipos de aços

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA DOS MATERIAIS
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS – TURMA 2009
TRABALHO AVALIATIVO
pesquisa sobre os tipos de aço utilizados na indústria
Docente: PROF. MSc. Márcio Correa
Discente: Daniel Rodrigues Oliveira Mat.: 09123000607
Marabá – PA
Novembro de 2010

2. INTRODUÇÃO
Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis
de outros elementos de liga; existem milhares de ligas que possuem composições
e/ou tratamentos térmicos diferentes. As propriedades mecânicas são sensíveis ao
teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%p. alguns dos aços mais comuns são
classificados de acordo com a concentração de carbono: aços com baixo, médio e alto
teor de carbono. Também existem subclasses dentro de cada grupo, de acordo com
as concentrações de outros elementos de liga.
Neste trabalho vamos apresentar os seguintes tipos de ligas de aço:
• Aços ferramenta;
• Aços inoxidáveis;
• Aços para construção mecânica;
• Ferro fundido
AÇOS FERRAMENTA
Os aços ferramenta representam um importante segmento da produção
siderúrgica de aços especiais. Estes aços são produzidos e processados para atingir
um elevado padrão de qualidade e são utilizados principalmente em: matrizes, moldes,
ferramentas de corte intermitente e contínuo, ferramentas de conformação de chapas,
corte a frio, componentes de máquina, etc. Apesar de existirem mais de 100 tipos de
aços ferramenta normalizados internacionalmente, procurando atingir as mais diversas
aplicações e solicitações, a indústria de ferramentaria trabalha com uma gama
reduzida de aços que possuem suas propriedades e desempenho consagrados ao
longo do tempo, como por exemplo, os aços AISI H13, AISI D2 e AISI M2, entre
outros.
Os aços ferramenta são classificados de acordo com suas características
metalúrgicas principais ou de acordo com seu nicho de aplicação. A classificação da
"American Iron and Steel Institute", AISI, é a mais utilizada pela indústria de
ferramenta e tem se mostrado útil para a seleção de aços ferramenta.

3. Devido às diversas utilizações dos aços-ferramenta, eles são divididos em
diferentes tipos de acordo com a sua aplicação e características. São eles:
• Aços-rápidos
• Aços para trabalho a quente
• Aços para deformação a frio
• Aços resistentes ao choque
• Aços baixa-liga para aplicações especiais
• Aços para moldagem
• Aços temperáveis em água
Veja a tabela abaixo mostrando a forma de simbolizar os aços ferramenta:
Nome Símbolo
Aços Ferramenta Temperáveis em Água W
Aços Ferramenta Resistentes ao Choque S
Aços Ferramenta para Trabalho a Frio Temperáveis em Óleo O
Aços Ferramenta para Trabalho a Frio D
Aços Ferramenta para Trabalho a Quente H
Aços Ferramenta para Moldes P
Aços Rápido ao Molibdênio M
Estes aços são essencialmente aços carbono e encontram-se entre os aços
ferramenta de menor custo do mercado. Estes aços precisam ser temperados em
água para atingir a dureza necessária. Por sua baixa temperabilidade, apenas em
Ferramentas de pequeno porte é possível conseguir o endurecimento total da seção
transversal. Em peças maiores, a superfície endurece na têmpera, mas o núcleo se
mantém com baixa dureza. A tabela abaixo mostra as Designações, Composições e
Aplicações para seis Aços Ferramenta:
Número Número Composição (%p)
AISI UNS C Cr Ni Mo W V Aplicações
Típicas
M1 T11301 0,85 3,75 0,30
máx.
8,70 1,75 1,20 Brocas, serras,
ferramentas de
torno
A2 T30102 1,00 5,15 0,30
máx.
1,15 0,35 Punções,
matrizes para
gravação em
relevo
D2 T30402 1,50 12 0,30
máx.
0,95 1,10
máx.
Cutelaria,
matrizes de
trefilação
O1 T31501 0,95 0,50 0,30
máx.
0,50 0,30
máx.
Folhas de
tesoura,
ferramentas de
corte
S1 T41901 0,50 1,40 0,30
máx.
0,50
máx.
2,25 0,25 Corta-tubos,
brocas para
concreto
W1 T72301 1,10 0,15 máx. 0,20
máx.
0,10
máx.
0,15
máx.
0,10
máx.
Ferramentas
de ferreiro,
ferramentas
para madeira

4. Aços Ferramenta Resistentes ao Choque
Os aços resistentes ao choque são aços ligados, entre os quais a quantidade
de liga pode variar amplamente, o que resulta em uma ampla variação de
temperabilidade. Todos os aços da série S são projetados para que exijam o máximo
de tenacidade. Os aços tipo S1 e S5 são os mais utilizados.
Aços Ferramenta para Trabalho a Frio Temperáveis em Óleo
A temperabilidade destes aços é muito maior do que os da família W; portanto,
estes aços podem ser temperados em óleo. O aço O1 é de longe o mais utilizado
desta família.
Aços Ferramenta para Trabalho a Frio
Os aços desta família são aqueles que contêm elevada quantidade de carbono
e cromo como elementos de liga, sendo também conhecidos como aços ledeburíticos.
Dentre estes aços, os mais populares são os D2 e D6. Estes aços são caracterizados
por uma elevada temperabilidade e por atingirem uma elevada dureza após o
beneficiamento, na faixa de 58 – 62 HRC. Pertencem à família dos aços ditos
indeformáveis no tratamento térmico, entretanto, tanto trabalhos experimentais quanto
a prática de tratamento térmico mostram que estes aços são passíveis de deformação
no tratamento térmico.
Aços Ferramenta para Trabalho a Quente
Os aços ferramenta para trabalho a quente são amplamente utilizados para a
fabricação de matrizes e moldes. A principal família destes aços são os ligados
principalmente ao cromo, com adições de Mo e V em menores quantidades, que
constituem a família de aços H. O mais popular destes aços é o AISI H13. Este aço é
utilizado em uma faixa ampla de dureza, entre 44-50 HRC, a qual deve ser
especificada em função das condições de aplicação da ferramenta. O aço H13 é um
aço que permite a têmpera a vácuo com bons resultados, prática amplamente
empregada pela HT. Suas propriedades finais dependem não apenas da dureza após
o tratamento térmico, mas da qualidade do material de partida. norma da "North
American Die Casting Assossiation" prevê a qualidade do aço H13 tanto no que ser
refere ao material de partida quanto ao tratamento térmico.
Veja nas figuras abaixo exemplos de aços ferramenta:

5. AÇOS INOXIDÁVEIS
Os aços inoxidáveis são altamente resistentes a corrosão (ferrugem) em
diversos ambientes, especialmente na atmosfera ambiente. Seu elemento de liga
predominante é o cromo; uma concentração de cromo de pelo menos 11% p é
necessária. A resistência a corrosão também pode ser melhorada através de adições
de níquel e molibdênio.
O aço inoxidável apresenta também uma maior resistência à oxidação a altas
temperaturas em relação a outras classes de aços, quando, neste caso em particular,
recebe a denominação de aço refratário. A resistência à oxidação e corrosão do aço
inoxidável se deve principalmente a presença do cromo, que a partir de um
determinado valor e em contato com o oxigênio, permite a formação de uma película
finíssima de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel
nos meios corrosivos usuais.
Os aços inoxidáveis são divididos em três classes, com base na fase
constituinte predominante na sua microestrutura – martensíticos, ferríticos ou
austeniticos.
Uma ampla faixa de propriedades mecânicas, combinadas com uma excelente
resistência a corrosão, torna os aços inoxidáveis muito versáteis nas suas
possibilidades de aplicações.
Os aços inoxidáveis ferríticos são magnéticos e os austeníticos não
magnéticos.Porém os aços austeníticos quando conformados, podem vir a ter a
austenita de sua estrutura transformada em martensita, o que conferirá um caráter
magnético ao material.
Aços inoxidáveis são ligas (combinação de dois ou mais elementos químicos,
obtida através de fusão de compostos), contendo:
- Ferro
- Baixos teores de carbono
- No mínimo 11% de cromo e
- No máximo 30% de níquel e
- Mas outros elementos adicionados ao inox - níquel, molibdênio, vanádio e tungstênio
- também elevam a resistência desse aço à corrosão, além de garantirem ao produto
múltiplas aplicações. A seleção correta do tipo de inox e de sua superfície de
acabamento é importante para assegurar uma longa vida útil ao material.
Cada um destes elementos que foram mostrados acima possui uma influência
específica diferente. Veja abaixo um resumo sobre a influência de cada elemento
importante incorporado a liga de aço inox:
Níquel – Sua adição provoca uma mudança na estrutura do material que apresenta
melhores características de: ductilidade (ESTAMPAGEM);resistência mecânica a
quente; soldabilidade (FABRICAÇÃO), Aumenta a resistência à corrosão de uma
maneira geral. O Cromo e o Níquel então constituem os elementos primordiais dos
aços inoxidáveis. Outros elementos complementam suas funções.
Molibdênio e Cobre - Têm a finalidade de aumentar a resistência à corrosão por via
úmida.
Silício e Alumínio - Melhoram a resistência à oxidação a alta temperatura.
Titânio e Nióbio - São elementos "estabilizadores" nos aços austeníticos, impedindo o
empobrecimento de cromo via precipitação em forma de carbonetos durante
aquecimento e/ou resfriamento lento em torno de 700 ºC, que provocaria uma
diminuição da resistência local à corrosão.

6. Aplicações
O aço inoxidável foi desenvolvido originalmente para aplicações onde o
requisito principal é a resistência à corrosão, o aço inox também vem sendo
largamente utilizado por seu apelo estético e por suas condições de higiene.
As áreas de aplicação para o aço inoxidável são inúmeras e as aplicações são vastas.
Os três tipos de aço inoxidável possuem as seguintes aplicações na indústria:
1. Austenítico (resistente à corrosão)
1. equipamentos para indústria química e petroquímica
2. equipamentos para indústria alimentícia e farmacêutica
3. construção civil
4. baixelas e utensílios domésticos.
2. Ferrítico (resistente à corrosão, mais barato por não conter níquel)
1. eletrodomésticos (fogões, geladeiras, etc.)
2. balcões frigoríficos
3. moedas
4. indústria automobilística
5. talheres
6. sinalização visual - Placas de sinalização e fachadas
3. Martensítico (dureza elevada)
1. cutelaria
2. instrumentos cirúrgicos como bisturi e pinças
3. facas de corte
4. discos de freio especiais
Veja as figuras abaixo exemplos de aço inoxidável:
AÇOS CONSTRUÇÃO MECÂNICA
Quando se ouve falar de aço para construção mecânica temos que saber que
não estamos tratando de um tipo de aço em comum, mas sim de uma grande
quantidade de tipos de aço que apresentam características físicas e químicas
importantes para serem usados na fabricação de semi-produtos oriundos de
conformação mecânica como tarugos, barras laminadas, barras trefiladas etc.
Os aços para construção mecânica possuem boa ductilidade para serem
conformados, boa soldabilidade, elevado valor de relação de resistência à tração para
limite de escoamento, baixo custo, e também homogeneidade. Os aços para
construção mecânica possuem excelente resistência à tração (depende da aplicação)
e boa ductilidade para ser conformado.
A seguir são mostrados dados técnicos dos fabricantes de aços para
construção mecânica demonstrando a variedade de produtos produzidos e também a
composição química destes aços.

7. Dados do manual de aços especiais da Gerdau do Brasil
Veja abaixo uma tabela contendo a composição de aços para construção mecânica:
Dados obtidos do catálogo de aços para construção mecânica Arcelor Mittal
Os aços para construção mecânica são aços ao carbono e de baixa liga que
são utilizados para forjaria, rolamentos, molas, eixos, peças usinada etc. destinam-se
a fabricação de virabrequins. São fornecidos na composição química média (%) C -
0,40; Mn – 0,70 ; P – 0,030 ; S – 0,040; Si – 0,25; Ni – 1,82; Cr – 0,80; e Mo – 0,25.
apresentam equivalência SAE 4340, JIS SNCM 8, UNI 40 NiCrMo7 e BS 817M40.
podem ser desenvolvidos com elevada temperabilidade e boa forjabilidade, possuem
baixa usinabilidade e, dependendo do teor de carbono, a dureza na condição
temperada varia de 54 a 59 HRc.
Aplicam-se na fabricação de virabrequins para aviões, tratores e veículos em
geral, engrenagens, componentes com boas propriedades mecânicas e eixos
sofisticados, veja os exemplos abaixo:

8. FERRO FUNDIDO
Genericamente, os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com teores
de carbono acima de 2,14%p. na prática, no entanto, a maioria dos ferros fundidos
contém entre 3,0 e 4,5%p C, além de outros elementos de liga. Um reexame do
diagrama de fases ferro-carbeto de ferro revela que as ligas dentro dessa faixa de
composições se tornam líquidas em temperaturas entre, aproximadamente, 1150 e
1300ºC, o que é consideravelmente mais baixo do que para os aços. Devido a isto,
elas são fundidas com relativa facilidade. Adicionalmente, alguns ferros fundidos são
muito frágeis e a fundição é a técnica de fabricação mais apropriada.
Tipos de ferro fundido
O ferro fundido é o que chamamos de uma liga ternária. Isso quer dizer que
ele é composto de três elementos: ferro, carbono (2 a 4,5%) e silício (1 a 3%). Existe
ainda o ferro fundido ligado,ao qual outros elementos de liga são acrescentados para
dar alguma propriedade especial à liga básica.
Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material é
esfriado ou tratado termicamente, o ferro fundido será cinzento, branco, maleável ou
nodular. O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da
fratura do material depois que ele resfriou. E essa aparência, por sua vez, é
determinada pela forma como o carbono se apresenta depois que a massa metálica
solidifica. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou como
grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, a fabricação do lápis.
Assim, no ferro fundido cinzento, o carbono se apresenta sob a forma de
grafita, em flocos ou lâminas, que dá a cor acinzentada ao material. Como o silício
favorece a decomposição da cementita em ferro e grafita, esse tipo de liga ferrosa
apresenta um teor maior de silício (até 2,8%). Outro fator que auxilia na formação da
grafita é o resfriamento lento.
Os ferros fundidos cinzentos apresentam boa
usinabilidade e grande capacidade de amortecer
vibrações. Por causa dessas características, são
empregados nas indústrias automobilística, de
equipamentos agrícolas e de máquinas e, na
mecânica pesada, na fabricação de blocos e
cabeçotes de motor, carcaças e platôs de
embreagem, suportes, barras e barramentos para
máquinas industriais.

9. O ferro fundido branco é formado no processo de solidificação, quando não
ocorre a formação da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de ferro (ou
cementita). Daí, sua cor clara. Para que isso aconteça, tanto os teores de carbono
quanto os de silício devem ser baixos e a velocidade de resfriamento deve ser maior.
Nos ferros fundidos brancos ligados, elementos como o cromo, o molibdênio e o
vanádio funcionam como estabilizadores dos carbonetos, aumentando a dureza.
Por causa da elevada dureza, os ferros fundidos brancos são frágeis, embora
tenham uma grande resistência à compressão, ao desgaste e à abrasão. Essa
resistência e dureza se mantêm mesmo em temperaturas elevadas. Por isso, esse tipo
de material ferroso é empregado em equipamentos de manuseio de terra, mineração
e moagem, rodas de vagões e revestimentos de moinhos.
O ferro fundido maleável é um material que reúne as vantagens do aço e as
do ferro fundido cinzento. Assim, ele tem, ao mesmo tempo, alta resistência mecânica
e alta fluidez no estado líquido, o que permite a produção de peças complexas e finas.
O ferro fundido maleável é produzido a partir de um ferro fundido branco submetido a
um tratamento térmico, por várias horas, que torna as peças fabricadas com esse
material mais resistentes ao choque e às
deformações. Dependendo das condições do
tratamento térmico, o ferro pode apresentar o
núcleo preto ou branco. O ferro fundido maleável
de núcleo preto (ou americano) passa por um
tratamento térmico em atmosfera neutra, em que a
cementita se decompõe em ferro e carbono e, no
qual, o carbono forma uma grafita compacta,
diferente da forma laminada dos ferros fundidos
cinzentos. Ele é usado para a fabricação de
suportes de molas, caixas de direção, cubos de
rodas, bielas,conexões para tubulações hidráulicas
e industriais.
O ferro fundido maleável de núcleo branco passa
por um tratamento térmico, em atmosfera oxidante, no
qual o carbono é removido por descarbonetação, não
havendo formação de grafita. Por causa disso, ele
adquire características semelhantes às de um aço de
baixo carbono e pode ser soldado. É um material
indicado para a fabricação de barras de torção, corpos
de mancais, flanges para tubos de escapamento.
Finalmente, temos o ferro fundido nodular, cuja estrutura apresenta partículas
arredondadas de grafita. Isso é obtido com a adição de elementos, como o magnésio, na
massa metálica ainda líquida. Com o auxílio de tratamentos térmicos adequados, esse
material pode apresentar propriedades mecânicas, como a
ductilidade, a tenacidade, a usinabilidade e as resistências
mecânica e à corrosão, melhores do que as de alguns
aços-carbono. Por causa disso e do menor custo de
processamento, está substituindo alguns tipos de aços e os
ferros fundidos maleáveis na maioria de suas aplicações.
Mancais, virabrequins, cubos de roda, caixas de diferencial,
peças de sistema de transmissão de automóveis,
caminhões e tratores são produtos fabricados com o ferro
fundido nodular.