Peças de aço carbono

Pequena descrição:

O termo aço carbono também pode ser usado em referência ao aço que não é aço inoxidável;neste uso, o aço carbono pode incluir aços-liga.O aço de alto carbono tem muitos usos diferentes, como fresadoras, ferramentas de corte (como cinzéis) e fios de alta resistência.


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Introdução de peças de aço carbono

O aço carbono é um aço com teor de carbono de cerca de 0,05 a 3,8 por cento em peso.A definição de aço carbono do American Iron and Steel Institute (AISI) afirma:
1. nenhum teor mínimo é especificado ou exigido para cromo, cobalto, molibdênio, níquel, nióbio, titânio, tungstênio, vanádio, zircônio ou qualquer outro elemento a ser adicionado para obter um efeito de liga desejado;
2. o mínimo especificado para o cobre não exceda 0,40 por cento;
3. ou o teor máximo especificado para qualquer um dos seguintes elementos não exceda as percentagens anotadas: manganês 1,65 por cento;silício 0,60 por cento;cobre 0,60 por cento.
O termo aço carbono também pode ser usado em referência ao aço que não é aço inoxidável;neste uso, o aço carbono pode incluir aços-liga.O aço de alto carbono tem muitos usos diferentes, como fresadoras, ferramentas de corte (como cinzéis) e fios de alta resistência.Essas aplicações requerem uma microestrutura muito mais fina, o que melhora a tenacidade.

Tratamento térmico de peças de aço carbono

À medida que o teor de carbono aumenta, o aço tem a capacidade de se tornar mais duro e mais forte por meio do tratamento térmico;no entanto, torna-se menos dúctil.Independentemente do tratamento térmico, um maior teor de carbono reduz a soldabilidade.Em aços carbono, o maior teor de carbono diminui o ponto de fusão.

O objetivo do tratamento térmico do aço carbono é alterar as propriedades mecânicas do aço, geralmente ductilidade, dureza, resistência ao escoamento ou resistência ao impacto.Observe que a condutividade elétrica e térmica são apenas ligeiramente alteradas.Como acontece com a maioria das técnicas de reforço de aço, o módulo de Young (elasticidade) não é afetado.Todos os tratamentos de ductilidade comercial de aço para maior resistência e vice-versa.O ferro tem maior solubilidade para o carbono na fase de austenita;portanto, todos os tratamentos térmicos, exceto esferoidização e recozimento de processo, começam aquecendo o aço a uma temperatura na qual a fase austenítica possa existir.O aço é então temperado (extração térmica) a uma taxa moderada a baixa, permitindo que o carbono se difunda para fora da austenita formando carboneto de ferro (cementita) e deixando a ferrita, ou em uma taxa alta, prendendo o carbono dentro do ferro, formando martensita .A taxa na qual o aço é resfriado através da temperatura eutetóide (cerca de 727 ° C) afeta a taxa na qual o carbono se difunde para fora da austenita e forma a cementita.De modo geral, o resfriamento rápido deixará o carboneto de ferro finamente disperso e produzirá uma perlita de granulação fina e o resfriamento lento resultará em uma perlita mais grossa.O resfriamento de um aço hipoeutetóide (menos de 0,77% C em peso) resulta em uma estrutura lamelar-perlítica de camadas de carboneto de ferro com α-ferrita (ferro quase puro) entre elas.Se for aço hipereutetóide (mais de 0,77% em peso C), então a estrutura é perlita completa com pequenos grãos (maiores do que a lamela de perlita) de cementita formada nos contornos dos grãos.Um aço eutetóide (0,77% de carbono) terá uma estrutura perlítica em todos os grãos, sem cementita nos limites.As quantidades relativas dos constituintes são encontradas usando a regra da alavanca.A seguir está uma lista dos tipos de tratamentos térmicos possíveis.

Peças de aço carbono Versus peças de aço de liga

O aço-liga é um aço ligado a uma variedade de elementos em quantidades totais entre 1,0% e 50% em peso para melhorar suas propriedades mecânicas.Os aços-liga são divididos em dois grupos: aços baixa-liga e aços alta-liga.A diferença entre os dois é contestada.Smith e Hashemi definem a diferença em 4,0%, enquanto Degarmo, et al., A definem em 8,0%.Mais comumente, a frase "liga de aço" refere-se a aços de baixa liga.

A rigor, todo aço é uma liga, mas nem todos os aços são chamados de "aços-liga".Os aços mais simples são ferro (Fe) ligado com carbono (C) (cerca de 0,1% a 1%, dependendo do tipo).No entanto, o termo "liga de aço" é o termo padrão que se refere a aços com outros elementos de liga adicionados deliberadamente além do carbono.Os ligantes comuns incluem manganês (o mais comum), níquel, cromo, molibdênio, vanádio, silício e boro.Os ligantes menos comuns incluem alumínio, cobalto, cobre, cério, nióbio, titânio, tungstênio, estanho, zinco, chumbo e zircônio.

A seguir está uma gama de propriedades aprimoradas em aços-liga (em comparação com aços carbono): resistência, dureza, tenacidade, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, temperabilidade e dureza a quente.Para alcançar algumas dessas propriedades melhoradas, o metal pode exigir tratamento térmico.

Alguns deles encontram uso em aplicações exóticas e altamente exigentes, como nas pás de turbinas de motores a jato e em reatores nucleares.Por causa das propriedades ferromagnéticas do ferro, algumas ligas de aço encontram aplicações importantes onde suas respostas ao magnetismo são muito importantes, incluindo em motores elétricos e em transformadores.

Tratamento térmico em peças de aço carbono

Esferoidização
A esferoidita se forma quando o aço carbono é aquecido a aproximadamente 700 ° C por mais de 30 horas.A esferoidita pode se formar em temperaturas mais baixas, mas o tempo necessário aumenta drasticamente, pois este é um processo controlado por difusão.O resultado é uma estrutura de hastes ou esferas de cementita dentro da estrutura primária (ferrita ou perlita, dependendo de qual lado do eutetóide você está).O objetivo é amolecer aços com alto teor de carbono e permitir maior conformabilidade.Esta é a forma mais macia e dúctil de aço.

Recozimento completo
O aço carbono é aquecido a aproximadamente 40 ° C acima de Ac3 ou Acm por 1 hora;isso garante que toda a ferrita se transforme em austenita (embora a cementita ainda possa existir se o teor de carbono for maior do que o eutetóide).O aço deve então ser resfriado lentamente, em torno de 20 ° C (36 ° F) por hora.Normalmente é apenas o resfriamento do forno, onde o forno é desligado com o aço ainda dentro.Isso resulta em uma estrutura perlítica grossa, o que significa que as "faixas" de perlita são grossas.O aço totalmente recozido é macio e dúctil, sem tensões internas, o que muitas vezes é necessário para uma conformação econômica.Apenas o aço esferoidizado é mais macio e dúctil.

Recozimento de processo
Um processo usado para aliviar a tensão em um aço carbono trabalhado a frio com menos de 0,3% C. O aço é geralmente aquecido a 550–650 ° C por 1 hora, mas às vezes a temperaturas chegam a 700 ° C.A imagem à direita [esclarecimento necessário] mostra a área onde ocorre o recozimento do processo.

Recozimento isotérmico
É um processo no qual o aço hipoeutetóide é aquecido acima da temperatura crítica superior.Esta temperatura é mantida por um tempo e então reduzida abaixo da temperatura crítica inferior e é mantida novamente.Em seguida, é resfriado à temperatura ambiente.Este método elimina qualquer gradiente de temperatura.

Normalizando
O aço carbono é aquecido a aproximadamente 55 ° C acima de Ac3 ou Acm por 1 hora;isso garante que o aço se transforme completamente em austenita.O aço é então resfriado a ar, o que representa uma taxa de resfriamento de aproximadamente 38 ° C (100 ° F) por minuto.Isso resulta em uma estrutura perlítica fina e uma estrutura mais uniforme.O aço normalizado tem maior resistência do que o aço recozido;tem uma resistência e dureza relativamente altas.

Têmpera
O aço carbono com pelo menos 0,4% em peso C é aquecido até temperaturas de normalização e, em seguida, resfriado rapidamente (temperado) em água, salmoura ou óleo até a temperatura crítica.A temperatura crítica depende do teor de carbono, mas como regra geral é mais baixa à medida que o teor de carbono aumenta.Isso resulta em uma estrutura martensítica;uma forma de aço que possui um teor de carbono supersaturado em uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo deformada (BCC), apropriadamente denominada tetragonal centrada no corpo (BCT), com muita tensão interna.Assim, o aço temperado é extremamente duro, mas quebradiço, geralmente muito quebradiço para fins práticos.Essas tensões internas podem causar rachaduras de tensão na superfície.O aço temperado é aproximadamente três vezes mais duro (quatro com mais carbono) do que o aço normalizado.

Martempering (marquenching)
Martempering não é realmente um procedimento de têmpera, daí o termo marquenching.É uma forma de tratamento térmico isotérmico aplicado após uma têmpera inicial, normalmente em um banho de sal fundido, a uma temperatura logo acima da "temperatura inicial de martensita".A esta temperatura, as tensões residuais dentro do material são aliviadas e alguma bainita pode ser formada a partir da austenita retida que não teve tempo de se transformar em outra coisa.Na indústria, é um processo usado para controlar a ductilidade e a dureza de um material.Com um marquenching mais longo, a ductilidade aumenta com uma perda mínima de resistência;o aço é mantido nesta solução até que as temperaturas interna e externa da peça se equalizem.Em seguida, o aço é resfriado a uma velocidade moderada para manter o gradiente de temperatura mínimo.Este processo não apenas reduz as tensões internas e rachaduras por tensão, mas também aumenta a resistência ao impacto.

Temperamento
Este é o tratamento térmico mais comum encontrado, porque as propriedades finais podem ser determinadas com precisão pela temperatura e tempo de revenido.O revenido envolve o reaquecimento do aço temperado a uma temperatura abaixo da temperatura eutetóide e, em seguida, o resfriamento.A temperatura elevada permite que pequenas quantidades de esferoidita se formem, o que restaura a ductilidade, mas reduz a dureza.As temperaturas e os tempos reais são cuidadosamente escolhidos para cada composição.

Austêmpera
O processo de austêmpera é igual ao martempering, exceto que a têmpera é interrompida e o aço é mantido no banho de sal fundido a temperaturas entre 205 ° C e 540 ° C, e então resfriado a uma taxa moderada.O aço resultante, denominado bainita, produz uma microestrutura acicular no aço que tem grande resistência (mas menor que a martensita), maior ductilidade, maior resistência ao impacto e menos distorção do que o aço martensita.A desvantagem da austêmpera é que ela pode ser usada apenas em alguns aços e requer um banho especial de sal.

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