O aço é essencialmente ferro e carbono ligado com certos elementos adicionais. O processo de liga é usado para alterar a composição química do aço e melhorar suas propriedades sobre o aço carbono ou ajustá-las para atender aos requisitos de uma aplicação específica.
Benefícios dos agentes de ligas de aço:
Diferentes elementos de liga cada um tem seu próprio efeito nas propriedades do aço. Algumas das propriedades que podem ser melhoradas através de ligas incluem:
- Austenita estabilizadora : elementos como níquel , manganês , cobalto e cobre aumentam a faixa de temperaturas em que a austenita existe.
- Ferrita estabilizadora : O cromo , o tungstênio , o molibdênio , o vanádio, o alumínio e o silício podem ter o efeito de reduzir a solubilidade do carbono na austenita. Isso resulta em um aumento na quantidade de carbonetos no aço e diminui a faixa de temperatura em que a austenita existe.
- Formação de carboneto : Muitos metais menores, incluindo cromo , tungstênio, molibdênio, titânio , nióbio, tântalo e zircônio, formam carbonetos fortes que, no aço, aumentam a dureza e a resistência. Tais aços são usados frequentemente para fazer aço rápido e aço para ferramentas de trabalho a quente.
- Grafitização : silício, níquel, cobalto e alumínio podem diminuir a estabilidade dos carbonetos no aço, promovendo sua quebra e a formação de grafite livre.
- Diminuição da concentração de eutetóides : Titânio, molibdênio, tungstênio, silício, cromo e níquel reduzem a concentração de carbono no eutetóide.
- Aumente a resistência à corrosão : O alumínio, o silício e o cromo formam camadas protetoras de óxido na superfície do aço, protegendo o metal de uma deterioração adicional em certos ambientes.
Agentes de ligas de aço comum:
Abaixo está uma lista de elementos de liga comumente usados e seu efeito no aço (conteúdo padrão entre parênteses):
- Alumínio (0,95-1,30%): Um desoxidante. Usado para limitar o crescimento de grãos de austenita.
- Boro (0,001-0,003%): Agente de endurecimento que melhora a deformabilidade e a usinabilidade. O boro é adicionado ao aço totalmente morto e só precisa ser adicionado em quantidades muito pequenas para ter um efeito de endurecimento. Adições de boro são mais eficazes em aços de baixo carbono.
- Cromo (0,5-18%): um componente chave dos aços inoxidáveis. Com mais de 12% de conteúdo, o cromo melhora significativamente a resistência à corrosão. O metal também melhora a temperabilidade, a resistência, a resposta ao tratamento térmico e a resistência ao desgaste.
- Cobalto : Melhora a força em altas temperaturas e permeabilidade magnética.
- Cobre (0,1-0,4%): mais freqüentemente encontrado como um agente residual em aços, o cobre também é adicionado para produzir propriedades de endurecimento por precipitação e aumentar a resistência à corrosão.
- Chumbo : Embora virtualmente insolúvel em aço líquido ou sólido, o chumbo é às vezes adicionado aos aços carbono através de dispersão mecânica durante o vazamento, a fim de melhorar a usinabilidade.
- Manganês (0,25-13%): Aumenta a resistência a altas temperaturas, eliminando a formação de sulfetos de ferro. O manganês também melhora a dureza, a ductilidade e a resistência ao desgaste. Como o níquel, o manganês é um elemento formador de austenita e pode ser usado na série AISI 200 de aços inoxidáveis austeníticos como substituto do níquel.
- Molibdênio (0,2-5,0%): encontrado em pequenas quantidades em aços inoxidáveis, o molibdênio aumenta a temperabilidade e a resistência, principalmente em altas temperaturas. Freqüentemente usada em aços austeníticos de cromo-níquel, o molibdênio protege contra a corrosão por pite causada por cloretos e produtos químicos de enxofre.
- Níquel (2-20%): Outro elemento de liga crítico aos aços inoxidáveis, o níquel é adicionado com mais de 8% de teor de aço inoxidável de alto teor de cromo. O níquel aumenta a força, resistência ao impacto e tenacidade, além de melhorar a resistência à oxidação e à corrosão. Também aumenta a tenacidade a baixas temperaturas quando adicionado em pequenas quantidades.
- Nióbio : Tem o benefício de estabilizar o carbono formando carbonetos duros e, portanto, é freqüentemente encontrado em aços de alta temperatura. Em pequenas quantidades, o nióbio pode aumentar significativamente a força de escoamento e, em menor grau, a resistência à tração dos aços, bem como ter uma precipitação moderada, fortalecendo o efeito.
- Nitrogênio : Aumenta a estabilidade austenítica dos aços inoxidáveis e melhora a resistência ao escoamento nesses aços.
- Fósforo: O fósforo é freqüentemente adicionado com enxofre para melhorar a usinabilidade em aços de baixa liga. Também adiciona resistência e aumenta a resistência à corrosão.
- Selênio : aumenta a usinabilidade.
- Silício (0,2-2,0%): Este metalóide melhora a força, a elasticidade, a resistência ácida e resulta em tamanhos maiores de grãos, levando a uma maior permeabilidade magnética. Como o silício é usado em um agente desoxidante na produção de aço , ele é quase sempre encontrado em alguma porcentagem em todos os tipos de aço.
- Enxofre (0,08-0,15%): adicionado em pequenas quantidades, o enxofre melhora a usinabilidade sem resultar em falta de calor. Com a adição de manganês, a falta de calor é ainda mais reduzida devido ao fato de que o sulfeto de manganês tem um ponto de fusão mais alto do que o sulfeto de ferro.
- Titânio : Melhora a força e a resistência à corrosão, limitando o tamanho dos grãos de austenita. Com 0,25-0,60% de titânio, o carbono combina com o titânio, permitindo que o cromo permaneça nos limites do grão e resista à oxidação.
- Tungstênio : Produz carbonetos estáveis e refina o tamanho dos grãos para aumentar a dureza, especialmente em altas temperaturas.
- Vanádio (0,15%): Como o titânio e o nióbio, o vanádio pode produzir carbonetos estáveis que aumentam a resistência a altas temperaturas. Ao promover uma estrutura de grãos finos, a ductilidade pode ser mantida.
- Zircônio (0,1%): Aumenta a resistência e limita o tamanho dos grãos. A força pode ser notavelmente aumentada a temperaturas muito baixas (abaixo de zero). Os aços que incluem zircônio com teor de cerca de 0,1% terão tamanhos menores de grãos e resistirão à fratura.
Fontes: SubsTech. Substâncias e Tecnologia. Efeito de elementos de liga em propriedades de aço. (www.substech.com) Ligas de perseguição. Efeitos de elementos de ligas em aço. (www.chasealloys.co.uk)
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