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1. Introdução:

Formado através de transformações sobre o minério de ferro, ocorridas nas siderúgicas, os aços são os materiais de maior interessa em Engenharia Mecânica. O aço é uma liga (união de elementos químicos) formada pela dissolução de Carbono em Ferro em teores que variam de 0,008 a 2 por cento. O aço ainda contém geralmente uma porcentagem de impurezas resultantes do processo de fabricação ou outros elementos adicionados propositadamente para dar melhores propriedades mecânicas. O aço é um subproduto do minério de Ferro, assim como o Ferro Fundido (onde a dissolução de Carbono vai de 2 a 7 por cento aproximadamente).

Em conjunto, os ferros fundidos e os aços representam quase noventa por cento de todos os materiais empregados em engenharia civil e mecânica no mundo. O ferro é um material muito abundante na superfície terrestres. Suas vantagens incluem o relativo baixo custo, boas propriedades de resistência e uma variedade enorme de tipos de acordo com diversas finalidades.

Inicialmente, podemos fazer uma divisão entre os aços existentes em dois tipos:

Aços-carbono são aqueles aços que contém Carbono dissolvido em Ferro e uma quantidade de impurezas (outros elementos) inferior ou igual a 2 por cento.

Aços-liga são aços que contém também Carbono dissolvido em Ferro (até 2 por cento de Carbono), mas somando os outros elementos dissolvidos no Ferro tem-se um percentual superior a 2.

Os aços mais usados em virtude do preço e de satisfazerem a maioria das exigências são os aços-carbono; porém, em projetos onde hajam condições especiais às quais a peça seja submetida, temos que utilizar aços-liga. Cabe ao profissional decidir, baseado em seus conhecimentos anteriores, qual é a melhor escolha.

Em algumas máquinas o uso de aços não convém; é importante ressaltar que os aços não são a solução em todos os casos, sendo cada vez mais substituídos por materiais de tecnologia avançada.

2. Classificação:

Os aços são classificados de diversas maneiras, que vão desde a maneira com que são fabricados:

A - aços-liga produzidos em fornos Siemens-Martin básicos

B - aços-carbono produzidos em fornos Bessemer ácidos

C - aços-carbono produzidos em fornos Siemens-Martin básicos

D - aços-carbono produzidos em fornos Simens-Martin ácidos

E - aços produzidos em fornos elétricos

... até a classificação quanto ao uso do aço (aços para molas, para trilhos, para forjaria) e também quanto a quantidade de Carbono e elementos de liga: aços baixo carbono, médio carbono e alto carbono; aços baixa liga e alta liga.

Obviamente existem normas para classificar aços, e a mais conhecida e usada é aquela criada pela SAE (Society of Automotive Engineers), por ser uma norma simples e que abrange a maior parte dos aços existentes.

3. Microestruturas:

Cada aço possui uma constituição química que lhe dá características e propriedades únicas. Porém, ao se considerar as propriedades do aço a primeira medida é analisar qual é a estrutura fundamental que o compõe. Essas estruturas são muito pequenas e se repetem indefinidamente ao longo do material, dando-lhe propriedades específicas.

O aço pode ser constituído basicamente das seguintes estruturas: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, ledeburita, esferoidita e bainita. Cada uma delas possui características próprias, e pode-se afirmar que as mais vantajosas na maioria dos casos são a martensita e a perlita. A austenita é ainda uma microestrutura importante: quase sempre que se deseja aplicar tratamentos térmicos em aços devemos ter aço formado por austenita.

4. Tratamentos:

Existem diversos tratamentos aplicáveis a um aço (tratamentos superficiais, térmicos, termo-químicos, etc.). Tratamento térmico é a operação ou combinação de operações de aquecimento e resfriamento aplicados a um metal ou liga metálica em certos período de tempo. O tratamento térmico é usado para alterar as microestruturas do aço e com isso lhe dar melhores propriedades. Aliás, um dos motivos que leva o aço a ser um material difundido é a diversidade de tratamentos existentes para alterar suas características. Os objetivos mais comuns de tratamentos térmicos são:

Modificar a dureza (=resistência a penetração de um corpo) do aço

Deixar o aço mais resistente

Aumentar a ductilidade (=maleabilidade)

Remover as tensões internas da peça

Melhorar a usinabilidade (=facilidade em se trabalhar com o aço)

Os tratamentos térmicos nos permitem realizar muitas operações para ajustar o aço ao projeto. Estes tratamentos são conhecidos há séculos de maneira empírica: quando um homem da Idade Média forjava sua espada, geralmente aquecia ela em fogo comum e depois mergulhava-a em um balde d'água para reduzir as tensões no material. Esse tratamento, semelhante ao tratamento conhecido como recozimento, de certa forma ainda hoje é usado para o mesmo fim.

Existem tratamentos específicos para modificar as qualidades do aço, e os mais comuns são: têmpera, recozimento, normalização e homogeneização. Entre os tratamentos superficiais, podemos citar a cementação, que consiste em criar uma camada superficial mais rica em carbono em relação ao resto da peça.