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Aços & Ligas | Aços e Ferros Fundidos | Aços-carbono e Aços-liga

03 - Propriedades Mecânicas dos aços-carbono

As propriedades mecânicas dos aços-carbono são afetadas, em princípio, pelos dois fatores seguintes:

 

- composição química;

 

- microestrutura.

 

No que se refere à composição química, nos aços esfriados normalmente, isto é, em condições tais que se processe transformação total da austenita, o elemento predominante é o carbono que, como se viu, à medida que aumenta, melhora as propriedades relativas à resistência mecânica, isto é, o limite de escoamento, o limite da resistência à tração e a dureza e piora das propriedades relativas à ductilidade e à tenacidade, isto é, o alongamento, a estricção e a resistência ao choque. Quanto aos elementos residuais, a sua influência já foi comentada.

 

No que se refere à microestrutura, esta é inicialmente afetada pela composição química, pois sabe-se que os constituintes presentes são ferrita e perlita, ou perlita e cementita ou somente perlita, conforme se trate de aço hipoeutetóide, hipereutetóide ou eutetóide.

 

Por outro lado, a microestrutura dos aços depende também dos seguintes fatores:

 

- estado ou condição do aço, sob o ponto de vista de fabricação; se fundido, trabalhado a quente (laminado, forjado, etc.) ou trabalhado a frio (encruado);

 

- tamanho de grão austenítico;

 

- velocidade de esfriamento;

 

No estado fundido o aço apresenta granulação grosseira, do tipo dentrítico, visto que a austenita se forma a altas temperaturas e o esfriamento do interior dos moldes é muito lento (fig. 108).

 

No estado trabalhado a quente, em que a maioria os aços é utilizada (laminados, forjados, etc.), como as operações de conformação a quente são realizadas a temperaturas em que o aço se apresenta no estado austenítico, verificam-se as seguintes conseqüências:

 

- homogeneização apreciável da estrutura, pela tendência a eliminar ou reorientar as inclusões e segregações que ocorrem durante a solidificação do metal no interior dos moldes;

 

- destruição da estrutura dendrítica;

 

- recristalização, com acentuada influência sobre o tamanho do grão, que, por sua vez, depende das temperaturas finais de deformação; geralmente, o trabalho a quente produz uma redução do tamanho de grão de aço.

 

Em conseqüência, as propriedades mecânicas finais do aço são melhoradas sensivelmente, em relação às do material fundido.

 

 

 

Fig. 108 – Aspecto comum de aço moldado, no estado bruto de fusão. Parte da estrutura é acicular e parte é rendilhada.

 

No estado encruado, característico de alguns dos mais importantes produtos siderúrgicos, como fios, fitas, chapas, etc., os efeitos mais importantes são s seguintes:

 

- aumento da resistência mecânica;

 

- aumento da dureza;

 

- diminuição da ductilidade, representada por um decréscimo de alongamento e estrição.

 

A figura 109 mostra o aspecto micrográfico de um aço meio duro, encruado por martelamento a frio.

 

O efeito do encruamento sobre a ductilidade do aço pode ser verificado na figura 110 (111).

 

A figura 111 (112) mostra o efeito do encruamento sobre as curvas tensão-de-deformação de aço de baixo carbono.

 

Finalmente, a Tabela 21 (113) dá alguns valores de propriedades mecânicas de aço com 0,14% de carbono, para diversos estados de fabricação.

 

No que se refere ao tamanho de grão austenítico, a Tabela 3 apresentada no Capítulo III permite avaliar o seu efeito em alguns dos mais importantes característicos dos aços.

 

Finalmente, o fator velocidade de esfriamento já foi abordado no Capítulo II. Viu-se, então, como, modificando-se essa velocidade a partir do estado austenítico, originam-se as diversas estruturas típicas dos aços e que determinam as suas propriedades finais.

 

 

 

Fig.109 – Aspecto micrográfico de aço duro encruado por martelamento a frio. Ataque: reativo de nital. Aumento: 200 vezes.

 

 

Tabela 21 – Efeito do encruamento obtido por laminação a frio sobre as propriedades de tração de aço de baixo carbono.

 

 

Propriedade Estado recozido Encruado com 30% de redução Encruado com 60% de redução
Limite de proporcionalidade de kgf/mm2 (MPa) 19,0 (190) 11,0 (110) 7,0 (70)
Limite de escoamento kgf/mm2 (MPa) 24,0 (240) 52,5 (515) 67,5 (665)
Limite de resistência à tração, kgf/mm2 (MPa) 41,0 (400) 56,5 (555) 68,5 (675)
Alongamento em 4", % 41,7 22,0 10,5
Estricção, % 65,8 58,0 43,0

 

 

Fig. 110 – Efeito do encruamento sobre a ductilidade do aço.

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