Definição
Os aços-inoxidáveis são
aqueles que contém um mínimo de 10,5% de Cromo como principal elemento
de liga. São aços onde não ocorre oxidação em ambientes normais.
Alguns aços inoxidáveis possuem mais de 30% de Cromo ou menos de 50% de
Ferro. Suas características de resistência são obtidas graças à formação
de um óxido protetor que impede o contato do metal base com a atmosfera
agressiva. Alguns outros elementos como níquel, molibdênio, cobre, titânio,
alumínio, silício, nióbio, nitrogênio e selênio podem ser adicionados
para a obtenção de características mecânicas particulares.
Classificação
Os aços inoxidáveis são
divididos em cinco famílias, de acordo com a microestrutura, estrutura
cristalina das fases presentes ou tratamento térmico utilizado. As cinco
famílias são: martensíticos, ferríticos, austeníticos, duplex (austenítico
e ferrítico) e endurecíveis por precipitação.
· Martensíticos: os aços inoxidáveis
martensíticos são ligas Fe-Cr-C que possuem uma estrutura cristalina
martensítica na condição endurecida. São ferromagnéticos, endurecíveis
por tratamento térmico e resistentes à corrosão somente em meios de média
agressividade. O conteúdo de cromo é, geralmente, situado entre 10,5 e
18% e o conteúdo de carbono não pode ser superior a 1,2%. Os conteúdos
de carbono e cromo são balanceados para garantir uma estrutura martensítica.
Alguns elementos como nióbio, silício, tungstênio e vanádio são, às
vezes, adicionados para modificar o comportamento do aço durante o
revenimento. Pequenas quantidades de níquel podem ser adicionadas para
melhorar a resistência à corrosão. Da mesma maneira, enxofre e selênio
podem ser adicionados para melhorar usinabilidade.
· Ferríticos: são ligas de Fe-Cr, de
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). Seu conteúdo de
cromo se situa na faixa de 11 a 30%. Alguns graus podem conter molibdênio,
silício, alumínio, titânio e nióbio para a obtenção de certas
características. Também podem ser adicionados enxofre e selênio para
melhoria da usinabilidade. São ferromagnéticos, podem possuir boas
ductilidade e conformabilidade mas suas características de resistência
em altas temperaturas são ruins se comparadas à dos austeníticos. Sua
tenacidade também pode ser limitada a baixas temperaturas e em seções
pesadas. Não são endurecíveis por tratamento térmico e dificilmente
por trabalho a frio.
· Austeníticos: constituem a maior família
de aços inoxidáveis, tanto em número de diferentes tipos quanto em
utilização. A exemplo dos ferríticos, não são endurecíveis por
tratamento térmico. São não-magnéticos na condição recozida e são
endurecíveis apenas por trabalho a frio. Normalmente, possuem excelentes
propriedades criogênicas e excelentes resistências mecânica e à corrosão
em altas temperaturas. O conteúdo de cromo varia entre 16 e 26%, o de níquel
é menor ou igual a 35% e o de manganês é menor ou igual a 15%. Podem
ser adicionados, também, molibdênio, cobre, silício, alumínio, titânio
e nióbio, para a obtenção de melhores características de resistência
à oxidação.
· Duplex: são ligas bifásicas baseadas
no sistema Fe-Cr-Ni. Estes aços possuem, aproximadamente, a mesma proporção
das fases ferrita e austenita e são caracterizados pelo seu baixo teor de
carbono (<0,03%) e por adições de molibdênio, nitrogênio, tungstênio
e cobre. Os teores típicos de cromo e níquel variam entre 20 e 30% e 5 e
8%, respectivamente. A vantagem dos aços duplex sobre os austeníticos da
série 300 e sobre os ferríticos, são a resistência mecânica
(aproximadamente o dobro), maiores tenacidade e ductilidade (em relação
aos ferríticos) e uma maior resistência a corrosão por cloretos.
· Endurecíveis por precipitação: são
ligas cromo-níquel que podem ser endurecidas por tratamento de
envelhecimento. Podem ser austeníticos, semi-austeníticos ou martensíticos,
sendo que a classificação é feita de acordo com a sua microestrutura na
condição recozida. Para viabiliazr a reação de envelhecimento, muitas
vezes se utiliza o trabalho a frio, e a adição de elementos de liga como
alumínio, titânio, nióbio e cobre.
Sistema de classificação
Os aços inoxidáveis são
normalmente designados pelos sistemas de numeração da AISI (American
Iron and Steel Institute), UNS (Unified Numbering System) ou por designação
própria do proprietário da liga. Entre estes, o sistema da AISI é o
mais utilizado. Nele, a maioria dos graus de aços inoxidáveis possuem
uma classificação com três dígitos. Os aços austeníticos fazem parte
das séries 200 e 300, enquanto que a série 400 designa tanto aços ferríticos
quanto martensíticos.
A série UNS, por sua vez,
possui um maior número de ligas que a AISI, pois incorpora todos os aços
inoxidáveis de desenvolvimento mais recente. Nesta série, os aços
inoxidáveis são representados pela letra S, seguida de cinco números.
Os três primeiros representando a numeração AISI (se tiverem). Os dois
últimos algarismos serão 00 se o aço for um aço comum da designação
AISI. Se forem diferentes, significa que o aço tem alguma característica
especial reconhecida pela UNS.
Aplicações
· Martensíticos: estes aços são
especificados quando a aplicação requer elevadas resistência à tração,
à fluência e à fadiga, combinadas com requisitos moderados de resistência
à corrosão e utilizações em até 650 °C. Entre as suas aplicações
estão turbinas a vapor, motores a jato e turbinas a gás. Alguns destes aços
encontram aplicações, também, como tubulações de vapor, reaquecedores
de geradores a vapor e tubulações superaquecidas utilizadas em
refinarias de combustíveis fósseis, cutelaria, peças de válvulas,
engrenagens, eixos, cilindros laminadores, instrumentos cirúrgicos e
odontológicos, molas, cames e esferas de rolamentos.
Aço inoxidável usado em esferas de
rolamentos
· Ferríticos: suas várias classes
encontram aplicações em sistemas de exaustão de automóveis, como
recipientes de alimentos, em trocadores de calor e em tubulações
contendo soluções com cloretos e água do mar.
Tubulações de aço inoxidável
· Austeníticos: podem, em função dos
elementos de liga presentes na sua composição, resistir a corrosão
atmosférica, em várias soluções aquosas, na presença de alimentos, em
ácidos oxidantes (como o nítrico), fosfóricos e acéticos, em soluções
diluídas contendo cloretos e em ácidos sulfurosos.
· Duplex: graças a sua elevada resistência
mecânica, os aços inox duplex podem ser utilizados em menores
espessuras. Sua desvantagem é que não pode ser utilizado em temperaturas
acima de 300 °C, sob pena de perder algumas de suas características mecânicas,
sobretudo a tenacidade. É bastante utilizado nas indústrias de gás,
petróleo, petroquímica, polpa e papel, principalmente na presença de
meios contendo aquosos contendo cloretos.
· Endurecíveis por precipitação:
possuem boas resistência mecânica, tenacidade e ductilidade. Sua resistência
à corrosão é de moderada a boa. Suas características lhe garantem
aplicação nas indústrias aeroespacial e de alta-tecnologia.
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