Quando se deseja aprimorar algumas propriedades do aço (aumento de dureza, resistência mecânica, à corrosão ou ao calor, entre outras), são adicionados elementos de liga ao metal. Cada elemento químico oferece um tipo de propriedade, influenciando o desempenho e os usos do aço!
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O que são Aços-liga?
Tecnicamente, todo aço é uma liga, mas nem todos têm a designação de “aço-liga”. Isso porque para serem chamados de ligas de aço, outros elementos devem ser intencionalmente adicionados à composição de ferro e carbono.
Uma pequena porcentagem de elementos de liga – normalmente, não mais do que 5% – é adicionada à mistura para melhorar a resistência à corrosão, usinabilidade e muitas outras propriedades!
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Qual é a diferença entre alta e baixa liga?
É denominado de alta liga qualquer aço com elementos de liga (não incluindo carbono ou ferro) que representam mais de 8% de sua composição.
Essas ligas são menos comuns, porque a maioria dos aços possuem apenas uma pequena porcentagem de elementos adicionais. O aço inoxidável é a alta liga mais popular, com pelo menos 10,5% de cromo em massa. Essa proporção dá ao aço inoxidável mais resistência à corrosão, com um revestimento de óxido de cromo para retardar a oxidação.
Enquanto isso, o aço de baixa liga é apenas ligeiramente modificado com outros elementos, que fornecem vantagens sutis em temperabilidade, resistência e usinagem livre. Ao reduzir o teor de carbono para cerca de 0,2%, o aço de baixa liga manterá sua resistência e apresentará melhor formabilidade.
Influência dos elementos químicos no aço
A influência dos elementos químicos no aço não depende apenas do tipo de elemento adicionado ao metal, mas também da quantidade adicionada.
Por exemplo, o silício pode causar baixa espessura de galvanização em baixa ou alta concentração, mas em uma quantidade intermediária fará com que a camada de zinco seja espessa.
Quais os elementos de liga mais comumente adicionados ao aço?
Os elementos químicos mais adicionados em ligas de aço são: carbono, níquel, cromo, molibdênio, vanádio, tungstênio, silício, manganês, enxofre e fósforo. Abaixo você confere de que forma cada um desses elementos de liga influenciam as propriedades do aço.
1 – Carbono (C)
O elemento químico mais importante encontrado no aço é o carbono. A resistência e a temperabilidade estão diretamente ligadas ao teor de carbono. Assim, quando o teor de carbono aumenta, a resistência e a temperabilidade também aumentará.
O oposto também é verdadeiro para a ductilidade, forjabilidade, usinabilidade e soldabilidade, que diminuirão assim que a quantidade de carbono aumentar!
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2 – Níquel (Ni)
Além de seu efeito favorável na resistência à corrosão do aço, Ni é adicionado aos aços para aumentar a temperabilidade. O níquel aumenta o comportamento do material em baixas temperaturas, melhorando a tenacidade à fratura. A soldabilidade do aço não é diminuída pela presença deste elemento. O níquel aumenta drasticamente a tenacidade de entalhe do aço.
É frequentemente usado em combinação com outros elementos de liga, especialmente cromo e molibdênio. É um componente chave nos aços inoxidáveis, que contêm entre 8% e 14% de níquel.
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3 – Cromo (Cr)
O cromo é um poderoso elemento de liga do aço. O Cr está presente, em pequenas quantidades, em certos aços estruturais. É usado principalmente para aumentar a temperabilidade do aço e a resistência à corrosão, bem como a resistência ao escoamento do material de aço.
Por esse motivo, muitas vezes ocorre em combinação com o níquel e o cobre. Os aços inoxidáveis podem conter mais de 12% de cromo. O conhecido aço inoxidável “18-8” contém 8 por cento de níquel e 18 por cento de cromo.
Quando a porcentagem de cromo no aço excede 1,1%, se forma uma camada superficial no metal que ajuda a proteger o aço contra a oxidação!
4 – Molibdênio (Mo)
O molibdênio tem efeitos semelhantes ao manganês e ao vanádio, e costuma ser usado em combinação com um ou outro. Este elemento é um forte formador de carboneto e geralmente está presente em aços-liga em quantidades inferiores a 1%.
Ele aumenta a temperabilidade e a resistência à temperatura elevada e também melhora a resistência à corrosão. É adicionado aos aços inoxidáveis para aumentar sua resistência à corrosão e também é usado em aços para ferramentas de alta velocidade.
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5 – Vanádio (V)
Quando usado com outros elementos de liga, ele restringe o crescimento do grão, refina o tamanho do grão, aumenta a temperabilidade, a tenacidade à fratura e a resistência a cargas de choque. O amolecimento em altas temperaturas e a resistência ao desgaste são aprimorados.
Acima de 0,05%, pode haver uma tendência para o aço se tornar fragilizado durante os tratamentos de alívio de tensão térmica. O vanádio é usado na nitretação, resistência ao calor, ferramentas e aços para molas, juntamente com outros elementos de liga.
6 – Tungstênio (W)
É usado com cromo, vanádio, molibdênio ou manganês para produzir aço rápido usado em ferramentas de corte. O aço de tungstênio é conhecido por ser duro o suficiente para cortar depois que se torna incandescente. Após o tratamento térmico, o aço mantém sua dureza em alta temperatura, o que o torna adequado para ferramentas de corte.
7 – Silício (Si)
É adicionado aos aços carbono para ajudar a desoxidá-los. O silício ajuda a remover bolhas de oxigênio do aço fundido. Também é útil para aumentar a resistência e a dureza, mas é menos eficaz do que o manganês.
Negativamente, para muitos usos, também aumenta o tamanho do grão, portanto, geralmente há um limite superior de adição.
8 – Manganês (Mn)
É provavelmente o segundo elemento de liga mais importante depois do carbono no aço. Como o carbono, tem um grande impacto na resistência, ductilidade e temperabilidade.
O manganês ajuda a reduzir os óxidos e também a neutralizar a presença de sulfeto de ferro. No entanto, as siderúrgicas devem ter cuidado para que o nível de carbono e manganês não fique muito alto ou o aço se torna muito frágil e de soldabilidade reduzida.
9 – Enxofre (S)
O enxofre é geralmente uma impureza indesejável no aço, em vez de um elemento de liga. Em quantidades superiores a 0,05%, tende a causar fragilidade e reduzir a soldabilidade.
Entretanto, adições de liga de enxofre em quantidades de 0,10% a 0,30% tendem a melhorar a usinabilidade de um aço. Esses tipos podem ser referidos como “ressulfurados” ou “usinagem livre”. Ligas de usinagem livre não se destinam ao uso onde a soldagem é necessária.
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10 – Fósforo (P)
O fósforo, assim como o enxofre, também é considerado uma impureza indesejável nos aços. É normalmente encontrado em quantidades de até 0,04% na maioria dos aços carbono.
Em aços endurecidos, pode causar fragilização. Em aços de baixa liga de alta resistência, o fósforo pode ser adicionado em quantidades de até 0,10% para melhorar a resistência e a resistência à corrosão!
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