Este documento analisa a relação entre a porcentagem de carbono e a dureza em aços comuns. Os resultados mostraram que quanto maior a porcentagem de carbono, maior a dureza do aço, e a função polinomial de segunda ordem melhor descreve esta relação.

1. ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO PORCENTUAL DE
CARBONO NA COMPOSIÇÃO DE AÇOS COMUNS
Prof. MSc. Estela de Sá (CRQ XIII 13200666)
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Faculdade Metropolitana de Rio do Sul – FAMESUL
Engenharia de Produção – Trabalho Interdisciplinar
2011.1
Leandro Marcelo Camilo
Anderson Hoefling De Andrade
Julio Cesar Goedert
Alessandro Fernandes
RESUMO
Depois do início da era moderna, o homem utiliza de variados materiais para
execuções de ferramentas, utensílios, instrumentos, construções entre outros,
e depois do domínio das propriedades físico-químicas dos metais, a utilização
dos mesmos está cada vez maior, devido a versatilidade de suas
características físico-químicas. Entre as propriedades físico-químicas mais
importantes estão às térmicas, elétricas e mecânicas. Entre elas, está a
propriedade mecânica conhecida como dureza, que em alguns materiais pode
ser variada. Neste estudo, a propriedade de dureza é analisada de acordo com
a porcentagem de carbono em um material conhecido popularmente como aço
comum. Após a análise envolvendo a correlação entre a porcentagem de
carbono versus a dureza de um aço comum, foram aplicadas funções
matemáticas a fim de explicar esta relação a partir de uma equação. Depois
destes procedimentos, foi escolhida a equação resultante que mais se
enquadra nesta análise, ou seja, na relação real entre estes fatores, que são de
fundamental importância para quem utiliza estes materiais.
Palavra chave: Dureza; Aço; Carbono.
ABSTRACT
After the early modern era, man has used various materials for the execution of
tools, utensils, tools, and other buildings, and then the domain of physical and
chemical properties of metals, their use is increasing because of the versatility
their physicochemical characteristics. Among the physicochemical properties
are most important to the thermal, electrical and mechanical. Among them is the
mechanical property known as hardness, which in some materials can be
varied. In this study, the hardness is analyzed according to the percentage of
carbon, a material commonly known as ordinary steel. After the analysis
involving the correlation between the percentage of carbon versus the hardness
of steel a common mathematical functions were applied in order to explain this
relationship from an equation. After these procedures, the resulting equation
was chosen that best fits this analysis, ie, the actual relationship between these
factors, which are essential for those using these materials.

2. Keyword: Hardness; Steel; Carbon.
1. INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA
O tema proposto está relacionado à análise de dados referente a
dureza dos aços comuns dependendo da porcentagem de carbono na
composição dos mesmos. A dureza em um material é muito importante para
que ele tenha resistência para suportar as solicitações mecânicas, executadas
pelas forças externas em seu meio de atuação. Também pode discernir um
material de boa ou baixa qualidade, quebradiço ou tenaz, flexível ou rígido,
dúctil ou frágil, e devido a todas estas características, é de fundamental
importância o domínio das combinações feitas para composição de uma liga de
aço comum.
1.2 PROBLEMA
No contexto deste estudo necessita-se avaliar o percentual de
carbono que interfere na dureza dos aços comuns, o que reflete diretamente na
qualidade do material e da aplicação industrial.
1.3 HIPÓTESE
O fator mais importante na determinação das propriedades de um
certo tipo de aço é a composição química, e o carbono pode aumentar ou
diminuir a dureza do material de acordo com o percentual na mistura.
1.4 OBJETIVOS
Encontrar a curva gráfica existente entre a porcentagem de carbono
em uma liga de aço comum, versus a dureza correspondente da liga.
1.4.1 Objetivos Gerais

3. Identificar a influência do percentual carbono na propriedade
mecânica conhecida como dureza de aços comuns.
1.4.2 Objetivos Específicos
• Relacionar o percentual de carbono na dureza dos aços comuns;
• Encontrar uma equação que pode ser utilizada para explicar
numericamente as relações paramétricas entre a dureza e a
porcentagem de carbono dos aços comuns.
1.5 JUSTIFICATIVA
A pesquisa proposta visa estabelecer uma quantificação entre a
porcentagem de carbono em uma liga metálica de aço comum em relação a
dureza do material. Esta relação é de suma importância para qualquer
trabalhador do ramo metal-mecânico ou de construção civil, pois visa
estabelecer a quantidade mínima de carbono na composição da liga, que será
necessária para que a mesma atenda as necessidades de tal projeto.
1.6 METODOLOGIA DA PESQUISA
A metodologia utilizada na elaboração deste trabalho foi de análises
de formas descritivas, quantitativa, estudo de casos, e recursos como o
Microsoft Excel, Internet, livros, entre outros.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Os aços comuns são amplamente utilizados nas mais diversas áreas
industriais. Sua definição pode ser dada como sendo:
“Aço é a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contém, ainda,
pequenas porcentagens de manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S) e
fósforo (P), que são considerados elementos residuais do processo
de obtenção. O elemento que exerce maior influência é o carbono e o

4. seu teor nos aços ao carbono varia de 0,008 a 2% C
aproximadamente.” (Mantovani, 2005)
Segundo Chiaverini (1986, p. 215), o elemento químico carbono (C)
influência diretamente nas propriedades físico-químicas dos aços comuns. Ele
aumenta a resistência, a dureza, e a temperabilidade, e diminui o ponto de
fusão, tenacidade, alongamento, soldabilidade e forjabilidade.
Sua importância é tão grande, que até mesmo para codificar de que
tipo é um aço, dentre 4 números da codificação utilizada para este, 2 deles são
referentes a porcentagem de carbono contida na mistura. A norma utilizada é a
SAE (Sociedade de engenheiros da mobilidade). Se tratando da nomenclatura
de classificação da norma SAE, Cunha e Cravenco definem que:
“De um modo geral, os prefixos usam 4 números, sendo: dois últimos
algarismos para indicar a porcentagem de carbono do aço, em
centésimos, tanto para os aços carbono, como para os aços especiais
ou aços finos. Os dois algarismos iniciais indicam a denominação do
aço, isto é, se é aço-carbono, aço-manganês, aço-níquel,etc.,
reservando esta indicação mais ao primeiro número, ficando ao
segundo o papel de dar uma indicação aproximada de porcentagem
em que o elemento principal (o que dá o nome à liga) entra no aço.”
(Cunha; Cravenco, 2006).
Os aços comuns são classificados e utilizados de acordo com suas
propriedades físicas, as quais segundo Mantovani,
“São as propriedades que determinam o comportamento do material
em todas as circunstâncias dos processos de fabricação e de
utilização. Nelas estão contidas propriedades mecânicas, as
propriedades térmicas e as propriedades elétricas. As propriedades
mecânicas são fundamentais quando o material está sujeito a
esforços de natureza mecânica. Isso quer dizer que essas
propriedades determinam a maior ou a menor capacidade que o
material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são
aplicados. Essa capacidade é necessária não só durante o processo
de fabricação, mas também durante sua utilização.”
(Mantovani, 2005).
Entre estas propriedades, uma das mais importantes é a de dureza,
que segundo Mantovani (2005), pode ser definida pelo seguinte conceito: “A
dureza é a resistência que um material oferece à penetração de outro corpo.”

5. 3. MATERIAL E MÉTODO
O método utilizado na preparação deste trabalho foram análises de
formas descritivas, quantitativas, estudo de casos, e recursos como o Microsoft
Excel, Internet, livros, e os dados relativos a porcentagem de carbono em aços
comuns e a dureza dos mesmos, foram retirados da norma SAE de 1997 seção
2.27. Estes materiais foram analisados em forma de leitura e conhecimentos
prévios dos participantes do grupo, fazendo assim as análises necessárias e
aplicando-as como sendo necessário.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados coletados da Norma SAE de 1997 podem ser vistos
no gráfico a seguir:
Gráfico 1 – Modelos da relação entre a porcentagem de carbono e dureza de aço
comum (SAE, 1997)
Como pode ser observado no gráfico 1, para definir a equação que
mais se adapta as características que correlacionam a porcentagem de
carbono com a dureza dos aços comuns, é a polinomial de 2ª ordem que

6. apresentou um coeficiente de correlação igual a 1, e com máxima correlação
de dados, sendo portanto, a mais indicada para explicar a relação.
Nota-se portanto, que quanto maior o percentual de carbono, maior
será a dureza do aço comum que o contém.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi possível chegar a uma função matemática de correlação
máxima, ou seja, que descreve perfeitamente a relação porcentagem de
carbono e a dureza em um aço comum, quanto maior o percentual de carbono,
maior a dureza da liga resultante.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CUNHA, Lauro Salles; CRAVENCO, Marcelo Padovani. Manual prático do
mecânico. São Paulo, SP: Hemus, 2006.
NORMA SAE 1997 Handbook. Seção 2.27.
PANNONI, Fabio Domingos. Aços estruturais. Minas Gerais, 2008.
MANTOVANI, André, Tecnologia Mecânica. Florianópolis. SENAI/SC. 2005.
PALMA, Flávio. Máquinas e ferramentas. Blumenau. SC. SENAI/SC. 2005.
CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 4ª ed. Associação Brasileira de
Metais,1979.

7. apresentou um coeficiente de correlação igual a 1, e com máxima correlação
de dados, sendo portanto, a mais indicada para explicar a relação.
Nota-se portanto, que quanto maior o percentual de carbono, maior
será a dureza do aço comum que o contém.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi possível chegar a uma função matemática de correlação
máxima, ou seja, que descreve perfeitamente a relação porcentagem de
carbono e a dureza em um aço comum, quanto maior o percentual de carbono,
maior a dureza da liga resultante.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CUNHA, Lauro Salles; CRAVENCO, Marcelo Padovani. Manual prático do
mecânico. São Paulo, SP: Hemus, 2006.
NORMA SAE 1997 Handbook. Seção 2.27.
PANNONI, Fabio Domingos. Aços estruturais. Minas Gerais, 2008.
MANTOVANI, André, Tecnologia Mecânica. Florianópolis. SENAI/SC. 2005.
PALMA, Flávio. Máquinas e ferramentas. Blumenau. SC. SENAI/SC. 2005.
CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 4ª ed. Associação Brasileira de
Metais,1979.