Tipos de metais ferrosos usados industrialmente

Principais metais utilizados e ligas metálicas ferrosas:

        1. Aços Carbono

   Aços-Carbono são ligas de ferro-carbono com teor de carbono inferior a 2%e alguns elementos residuais em teores muito reduzidos como silício, fósforo, enxofre, dentre outros.
Os aços-carbono de uso mais generalizados são com teor de carbono inferior a 1%, sendo o material de construção industrial (e mecânica) de maior importância na sociedade moderna, seja pelas características mecânicas, seja pela facilidade de construção especialmente quanto a soldabilidade e ainda pelo custo relativamente baixo.

        1.1 Composição Química e propriedades dos aços-carbono

   Aços comuns, além do carbono como seu principal elemento de liga, apresentam manganês, silício, fósforo e enxofre como elementos sempre presentes, em função das matérias-primas que foram utilizadas na fabricação do ferro-gusa e do aço. Por essa razão esses elementos são normalmente especificados.
   Ainda segundo Chiaverini (1978) efeito do carbono é conhecido: é o responsável direto pela dureza do material no estado recozido e normalizado e pela sua temperabilidade. Sem carbono, o ferro não pode ser endurecido pela têmpera, pois não haverá a formação da martensita, assim é o carbono que determina a estrutura e, em consequência, as propriedades mecânicas do aço nos estados recozido e normalizado, ao mesmo tempo em que sua presença, em maior ou menor quantidade, torna o aço mais ou menos, temperável ou endurecível.
   O silício, nos teores normais – entre 0,15 e 0,30% – é um elemento essencialmente desoxidante, pois neutraliza a ação e formação de CO ou CO2, por ocasião da fusão ou solidificação dos aços.
   O manganês, em teores entre 0,3 e 1%, atua como desoxidante, do mesmo modo que o silício e como dessulfurante, ao combinar-se com o enxofre de preferencia ao ferro, formando o sulfeto de Mn, eliminando o problema da fragilidade a quente que pode ocorres pela presença de sulfeto de ferro (FeS).
   Finalmente o fósforo e o enxofre são geralmente considerados elementos nocivos, de modo que as especificações, a não ser em casos especiais, procuram especificar os teores desses elementos em valores baixos. De fato, em certos casos, como nos casos de usinagem fácil, esses elementos, sobretudo o enxofre, podem ser especificados em valores acima dos normais, desde que seu efeito seja contrabalanceado pelo aumento de teor de outro elemento (Mn, na presença de S).
   Levando a determinação da composição química dos aços a uma maior precisão, outros elementos podem ser encontrados, como o alumínio, adicionado como desoxidante e os gases oxigênio, nitrogênio, e hidrogênio, presentes devido ao processo de fabricação.
   As propriedades dos aços-carbono dependem, basicamente, de dois fatores  variáveis:
- composição química
- estrutura
O primeiro fator já foi analisado e segundo o professor Vicente Chiaverini, ficou claro que o carbono é o elemento fundamental. Quanto à estrutura, ela, por sua vez, é influenciada pelos fatores:
- composição química
- tratamento mecânico
- tratamento térmico

1.2 Aços com Baixo Teor de Carbono

   São aqueles aços que têm menos de 0,25% de carbono, possuem como características básicas: limite de escoamento da ordem de 250 MPa e limite de resistência à tração, entorno dos 450 MPa, excelente ductilidade e tenacidade, excepcional soldabilidade e usinabilidade.
Algumas aplicações típicas para os aços de baixo carbono são:

•  Componentes da carcaça de veículos automotores.
• Perfis de uso geral.
• Chapas para tubos, pontes e edificações.
•  Vasos e tanques para baixas pressões.
• Arames e pregos.
• Chapas zincadas para cobertura e fechamentos.
• Chapas estanhadas para embalagens de bebidas e alimentos.

Aços de baixo carbono são disponíveis, principalmente em perfis laminados a quente, chapas finas em bobinas laminadas a quente, chapas médias e grossas laminadas a quente e chapas finas em bobinas laminadas a frio. As principais especificações para estes aços são determinadas pelos órgãos: SAE, ABNT, AISI, ASTM e DIN.

1.3 Aços com Médio Teor de Carbono

São aqueles aços que contém de 0,25 a 0,80% de carbono, possuem como características básicas: limite de escoamento da ordem de 450 MPa e limite de resistência à tração entorno dos 650 MPa, boa ductilidade, tenacidade e soldabilidade.
Algumas das aplicações típicas para aços com médio carbono são :

•  Rodas.
• Trilhos ferroviários.
• Engrenagens.
• Chapas para tubos, vasos e tanques.
• Peças para maquinas resistentes a abrasão.
• Componentes estruturais de alta resistência.
• Vergalhões para construção civil.

Os aços de médio carbono estão disponíveis principalmente em perfis laminados a quente, chapas em bobinas laminadas a quente, chapas medias e grossas laminadas a quente.  As principais especificações para estes aços são determinadas pelos órgãos: SAE, ABNT, AISI, ASTM e DIN.

1.4 Aços com alto teor de carbono

São aqueles aços que tem de 0,80 a 1,4% de carbono, possuem como características básicas: limite de escoamento acima de 450 MPa e limite de resistência a tração acima dos 650 MPa, fraca ductilidade.
Algumas aplicações típicas para aços de médio carbono são:

• Matrizes.
• Ferramentas.
• Laminas de serras.
•  Molas.
• Peças para maquinas altamente resistentes a abrasão.
• Componentes estruturais de alta resistência.

Os aços de alto carbono são disponíveis, principalmente em tarugos para fundição e forjamento. As principais especificações para estes aços são determinadas pelos órgãos: SAE, ABNT, AISI, ASTM e DIN.

2. Aços-ligas

Alguns elementos de liga atuam na resistência mecânica e na resistência à corrosão das ligas ferrosas tanto na baixa como na alta temperatura. Estes elementos são basicamente Cromo, Níquel, Vanádio e o Tungstênio.
O cromo, níquel, e o Molibdênio, bem como outros elementos, como o Nióbio o Alumínio, o silício, e o fósforo, melhoram a resistência a corrosão eletroquímica.
De acordo com a proporção destes elementos, podem-se ter ligas de maior resistência mecânica e com a formação de ferrugens protetoras, aços denominados inoxidáveis e ligas altamente resistentes à corrosão e oxidação em altas temperaturas.
Aços com teores de cobre de até 0,35% tem boa resistência à corrosão em atmosferas de media para baixa corrosividade, igualmente teores baixos de Nióbio, aumentam consideravelmente a resistência à corrosão atmosférica. Estes aços que formam ferrugens protetoras são chamados patináveis.
Já segundo Chiaverini (1978) os mais famosos aços resistentes ao desgaste são os denominados “Hadfield”, do tipo “manganês austenítico”. Contém alto teor de Carbono – entre 1 e 1,4 – e alto teor de manganês – entre 10 e 14%.
As ligas de Cromo até 9% de molibdênio e até 1% são muito utilizadas na resistência à corrosão em altas temperaturas em tubos de fornos, caldeiras e partes interna de equipamentos que trabalham a quente além de possuírem excelente resistência à fluência.
Algumas aplicações típicas para aços liga são:

• Tubos de alta resistência.
•  Elementos estruturais na construção naval.
•  Chapas para tubos, vasos e tanques, materiais resistentes a abrasão.
• Componentes estruturais de alta resistência.
• Componentes estruturais resistentes à corrosão atmosférica.
• Componentes que precisam de resistência à corrosão em altas temperaturas e resistentes à fluência.
• Matrizes de forjamento a altas temperaturas.

3. Aços Inoxidáveis

Existem varias definições para aços inoxidáveis assim como para os aços-Carbono, mas uma definição muito boa para o Inox, como é comumente chamado o aço inoxidável é a do Chiaverini (1978) que diz em essência que são caracterizados por serem resistentes à corrosão atmosférica, embora possam resistir igualmente a ação por outros por outros meios gasosos, líquidos ou sólidos.
Estes aços adquirem esta “passividade” quando ligados com alguns outros elementos metálicos, entre os quais os mais importantes são o Cromo e o Níquel e, em menor grau, o cobre, o silício, o Molibdênio e o Alumínio.
O Cromo é de fato o elemento mais importante, pois é o mais eficiente de todos, quando empregado em valores acima de 10%.
Enquanto na resistência a corrosão o Cromo já atua efetivamente a partir dos 10%, na resistência ao calor é necessário que sua quantidade ultrapasse os 20%.
Outros elementos que podem estar eventualmente presentes no Inox são: o Molibdênio, que melhora a resistência à corrosão nos ácidos sulfúrico e sulfuroso a altas temperaturas, em solução de cloretos e em água do mar; o cobre melhora a resistência contra certos reagentes, como o acido sulfúrico; o tântalo e o Nióbio assim como o titânio, que evitam o fenômeno da corrosão intragranular dos aços inox das ligas Cromo-Níquel; e o silício que melhora a resistência em temperaturas elevadas.