Aço: definição, classificação, composição química e aplicação

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:39

Com que frequência ouvimos a palavra "aço". E é pronunciada não só por profissionais da área de produção metalúrgica, mas também pela população da cidade. Nenhuma estrutura forte está completa sem aço. Na verdade, quando falamos de algo metálico, queremos dizer um produto feito de aço. Vamos descobrir em que consiste e como é classificado.

Definição

Aço é talvez a liga mais popular, que é baseada em ferro e carbono. Além disso, a participação destes últimos varia de 0,1 a 2,14%, enquanto os primeiros não podem ser inferiores a 45%. A facilidade de produção e a disponibilidade de matérias-primas são de importância decisiva na distribuição deste metal para todas as áreas de atividade humana.

As principais características do material variam de acordo com sua composição química. A definição de aço como uma liga composta por dois componentes, ferro e carbono, não pode ser chamada de completa. Pode incluir, por exemplo, cromo para resistência ao calor e níquel para resistência à corrosão.

Componentes obrigatóriosmateriais fornecem benefícios adicionais. Assim, o ferro torna a liga maleável e facilmente deformável sob certas condições, e o carbono torna a resistência e a dureza simultaneamente com a fragilidade. É por isso que sua participação é tão pequena na massa total de aço. A determinação do método de produção da liga levou ao teor de manganês na quantidade de 1% e silício - 0,4%. Há uma série de impurezas que aparecem durante a fusão do metal e das quais eles tentam se livrar. Junto com fósforo e enxofre, oxigênio e nitrogênio também degradam as propriedades do material, tornando-o menos durável e alterando a ductilidade.

Classificação

A definição de aço como um metal com um certo conjunto de características, é claro, é inquestionável. No entanto, é precisamente a sua composição que permite classificar o material em várias direções. Assim, por exemplo, os metais se distinguem pelas seguintes características:

• em química;
• estrutural;
• por qualidade;
• como pretendido;
• de acordo com o grau de desoxidação;
• pela dureza;
• sobre soldabilidade do aço.

Definição do aço, marcação e todas as suas características serão descritas abaixo.

Marcação

Infelizmente, não existe uma designação global de aço, o que complica muito o comércio entre os países. Na Rússia, um sistema alfanumérico é definido. As letras indicam o nome dos elementos e o método de desoxidação, e os números indicam seu número.

Composição química

Existem duas maneirasdivisão do aço por composição química. A definição dada pelos livros didáticos modernos permite distinguir entre carbono e material de liga.

O primeiro atributo define o aço como baixo carbono, médio carbono e alto carbono, e o segundo - baixa liga, média liga e alta liga. Chama-se metal de baixo carbono, que, de acordo com GOST 3080-2005, pode incluir, além do ferro, os seguintes componentes:

• Carbono - até 0,2%. Promove o fortalecimento térmico, devido ao qual a resistência à tração e a dureza são dobradas.
• Manganês em uma quantidade de até 0,8% entra ativamente em uma ligação química com o oxigênio e previne a formação de óxido de ferro. O metal é mais capaz de suportar cargas dinâmicas e é mais suscetível ao endurecimento térmico.
• Silicon – até 0,35%. Melhora as propriedades mecânicas como tenacidade, resistência, soldabilidade.

De acordo com o GOST, a definição de aço como aço de baixo carbono é dada a um metal que contém, além de útil, uma série de impurezas nocivas na seguinte quantidade. Isto é:

• Fósforo - até 0,08% é responsável pelo aparecimento de fragilidade ao frio, prejudica a resistência e a força. Reduz a tenacidade do metal.
• Enxofre - até 0,06%. Complica o processamento do metal por pressão, aumenta a fragilidade da têmpera.
• Nitrogênio. Reduz as propriedades tecnológicas e de resistência da liga.
• Oxigênio. Reduz a resistência e interfere nas ferramentas de corte.

Deve-se notar que valores baixos ouos aços de baixo carbono são particularmente macios e dúcteis. Deformam-se bem tanto a quente como a frio.

A definição de aço médio carbono, bem como sua composição, é obviamente diferente do material descrito acima. E a maior diferença é a quantidade de carbono, que varia de 0,2 a 0,45%. Tal metal tem baixa tenacidade e ductilidade, juntamente com excelentes propriedades de resistência. O aço de carbono médio é comumente usado para peças que são usadas sob cargas de energia normais.

Se o teor de carbono for superior a 0,5%, esse aço é chamado de aço de alto carbono. Possui dureza aumentada, viscosidade reduzida, ductilidade e é usado para estampagem de ferramentas e peças por deformação a quente e a frio.

Além de identificar o carbono presente no aço, a determinação das características do material é possível pela presença de impurezas adicionais nele. Se, além dos elementos comuns, cromo, níquel, cobre, vanádio, titânio, nitrogênio em um estado quimicamente ligado forem propositadamente introduzidos no metal, ele será chamado de dopado. Esses aditivos reduzem o risco de fratura frágil, aumentam a resistência e a resistência à corrosão. Seu número indica o grau de liga do aço:

• baixa liga - tem até 2,5% de aditivos de liga;
• liga média - de 2,5 a 10%;
• altamente ligado - até 50%.

O que isso significa? Por exemplo, o aumento de quaisquer imóveis passou a ser fornecido da seguinte forma:

1. Adicionando cromo. positivoafeta as características mecânicas já no valor de 2% do total.
2. A introdução de níquel de 1 a 5% aumenta a margem de temperatura da viscosidade. E reduz a fragilidade a frio.
3. Manganês funciona da mesma forma que o níquel, porém muito mais barato. No entanto, ajuda a aumentar a sensibilidade do metal ao superaquecimento.
4. Tungstênio é um aditivo formador de carboneto que proporciona alta dureza. Porque evita o crescimento de grãos quando aquecido.
5. Molibdênio é um aditivo caro. O que aumenta a resistência ao calor dos aços rápidos.
6. Silicon. Aumenta a resistência a ácidos, elasticidade, resistência à incrustação.
7. Titânio. Pode promover estrutura de grão fino quando combinado com cromo e manganês.
8. Cobre. Aumenta as propriedades anticorrosivas.
9. Alumínio. Aumenta a resistência ao calor, escamação, tenacidade.

Estrutura

A determinação da composição do aço seria incompleta sem o estudo de sua estrutura. No entanto, este sinal não é constante, podendo depender de uma série de fatores, tais como: modo de tratamento térmico, taxa de resfriamento, grau de liga. De acordo com as regras, a estrutura de aço deve ser determinada após o recozimento ou normalização. Após o recozimento, o metal é dividido em:

• estrutura pró-eutetóide - com excesso de ferrita;
• eutetóide, que consiste em perlita;
• hipereutetóide - com carbonetos secundários;
• ledeburite - com carbonetos primários;
• austenítico - com uma rede cristalina de face centrada;
• ferrítico - com uma rede cúbica de corpo centrado.

Determinar a classe do aço é possível após a normalização. Entende-se como um tipo de tratamento térmico, que inclui aquecimento, retenção e posterior resfriamento. Aqui, os graus de perlita, austeníticos e ferríticos são diferenciados.

Qualidade

A determinação de tipos tornou-se possível em termos de qualidade de quatro maneiras. Isto é:

1. Qualidade comum - são aços com teor de carbono de até 0,6%, que são fundidos em fornos a céu aberto ou em conversores com oxigênio. Eles são considerados os mais baratos e são inferiores em características aos metais de outros grupos. Um exemplo de tais aços são St0, St3sp, St5kp.
2. Qualidade. Representantes proeminentes deste tipo são os aços St08kp, St10ps, St20. Eles são fundidos usando os mesmos fornos, mas com maiores exigências para os processos de carga e produção.
3. Aços de alta qualidade são fundidos em fornos elétricos, o que garante o aumento da pureza do material para inclusões não metálicas, ou seja, melhora nas propriedades mecânicas. Esses materiais incluem St20A, St15X2MA.
4. Especialmente de alta qualidade - são feitos de acordo com o método de metalurgia especial. Eles são submetidos à refusão por eletroescória, que fornece purificação de sulfetos e óxidos. Aços deste tipo incluem St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh.

Aços estruturais

Este é talvez o sinal mais simples e compreensível para o leigo. Existem aços estruturais, de ferramentas e especiais. Estrutural é geralmente dividido em:

1. Os aços para construção são aços carbono de qualidade comum e representantes da série baixa liga. Eles estão sujeitos a vários requisitos, sendo o principal deles a soldabilidade em um nível suficientemente alto. Um exemplo é StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Materiais cimentados são usados para fazer produtos que operam sob condições de desgaste da superfície e, simultaneamente, experimentam cargas dinâmicas. Estes incluem aços de baixo carbono St15, St20, St25 e alguns ligas: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St30KhGT.
3. Para estampagem a frio, são usadas folhas laminadas de amostras de baixo carbono de alta qualidade. Como St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Aços tratáveis que são melhorados através do processo de têmpera e revenimento. Estes são aços de carbono médio (St35, St40, St45, St50), cromo (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR), bem como cromo-silício-manganês, cromo-níquel-molibdênio e cromo-níquel.
5. Molas de mola possuem propriedades elásticas e as mantêm por muito tempo, pois possuem um alto grau de resistência à fadiga e à destruição. Estes são representantes de carbono de St65, St70 e aços ligados (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR).
6. Amostras de alta resistência são aquelas que possuem o dobro da resistência de outros aços estruturais, obtidas por tratamento térmico e composição química. A granel, estes são aços de médio carbono ligados, por exemplo, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Rolamento de esferasos aços são caracterizados por uma resistência especial, um alto grau de resistência ao desgaste e força. Eles são obrigados a atender aos requisitos para a ausência de vários tipos de inclusões. Essas amostras incluem aços de alto carbono com teor de cromo na composição (StSHKh9, StSHKh15).
8. As definições automáticas de aço são as seguintes. São amostras para uso na fabricação de produtos não críticos como parafusos, porcas, parafusos. Essas peças de reposição são geralmente usinadas. Portanto, a principal tarefa é aumentar a usinabilidade das peças, o que é alcançado pela introdução de telúrio, selênio, enxofre e chumbo no material. Tais aditivos contribuem para a formação de cavacos quebradiços e curtos durante a usinagem e reduzem o atrito. Os principais representantes dos aços automáticos são assim designados: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Os aços resistentes à corrosão são aços-liga com teor de cromo de cerca de 12%, pois forma um filme de óxido na superfície que evita a corrosão. Os representantes dessas ligas são St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Amostras resistentes ao desgaste são usadas em produtos que operam sob atrito abrasivo, choque e forte pressão. Um exemplo são as peças de trilhos ferroviários, trituradores e máquinas de lagarta, como St110G13L.
11. Aços resistentes ao calor podem trabalhar em altas temperaturas. São utilizados na fabricação de tubos, peças sobressalentes para turbinas a gás e a vapor. Estas são principalmente amostras de baixo carbono de alta liga, que necessariamente contêm níquel, que pode conter aditivos na formamolibdênio, nobium, titânio, tungstênio, boro. Um exemplo seria St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Resistentes ao calor são particularmente resistentes a danos químicos no ar, gás e fornos, ambientes oxidantes e cementários, mas apresentam fluência sob cargas severas. Representantes deste tipo são St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Aços ferramenta

Neste grupo, as ligas são divididas em matrizes, para ferramentas de corte e medição. Existem dois tipos de aços para matrizes.

• O material para conformação a frio deve ter um alto grau de dureza, resistência, resistência ao desgaste, resistência ao calor. Mas tem viscosidade suficiente (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• O material de conformação a quente tem boa resistência e tenacidade. Juntamente com resistência ao desgaste e resistência à incrustação (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Aços ferramenta de medição, além da resistência ao desgaste e dureza, devem ser dimensionalmente estáveis e fáceis de retificar. Calibres, grampos, gabaritos, réguas, balanças, ladrilhos são feitos dessas ligas. Um exemplo seria as ligas StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1.

Determinar grupos de aço para ferramentas de corte é bastante fácil. Tais ligas devem ter capacidade de corte e alta dureza por muito tempo, mesmo quando submetidas ao calor. Estes incluem ferramenta de carbono e liga, bem comoaços rápidos. Aqui você pode nomear os seguintes representantes proeminentes: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Desoxidação da liga

A determinação do aço pelo grau de desoxidação implica em seus três tipos: calmo, semi-calmo e fervente. O próprio conceito refere-se à remoção do oxigênio da liga líquida.

Aço silencioso quase não emite gases durante a solidificação. Isso se deve à completa remoção do oxigênio e à formação de uma cavidade de retração no topo do lingote, que é então cortada.

No aço semi-calmo, os gases são liberados parcialmente, ou seja, mais do que no aço calmo, mas menos do que nos ferventes. Não há concha aqui, como no caso anterior, mas bolhas se formam no topo.

As ligas em ebulição liberam uma grande quantidade de gás quando solidificadas, e na seção transversal basta notar a diferença na composição química entre as camadas superior e inferior.

Dureza

Este conceito refere-se à capacidade de um material resistir a uma penetração mais dura. A determinação da dureza tornou-se possível usando três métodos: L. Brinell, M. Rockwell, O. Vickers.

De acordo com o método Brinell, uma esfera de aço endurecido é pressionada na superfície do solo da amostra. Estudando o diâmetro da impressão, determine a dureza.

Método para determinação da dureza do aço segundo Rockwell. Baseia-se no cálculo da profundidade de penetração de uma ponta de cone de diamante de 120 graus.

De acordo com Vickers na amostra de testeuma pirâmide tetraédrica de diamante é pressionada. Com um ângulo de 136 graus nas faces opostas.

É possível determinar o grau do aço sem análise química? Especialistas no campo da metalurgia são capazes de reconhecer o grau de aço por uma faísca. A determinação dos constituintes do metal é possível durante o seu processamento. Por exemplo:

• O aço CVG tem faíscas carmesim escuras com pontos e tufos amarelo-vermelhos. Nas extremidades dos fios ramificados, estrelas vermelhas brilhantes aparecem com grãos amarelos no meio.
• O aço P18 também é identificado por fagulhas carmesim escuras com tufos amarelos e vermelhos no início, porém, os fios são retos e não possuem garfos. Nas extremidades dos feixes há faíscas com um ou dois grãos amarelos claros.
• Os graus de aço ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 têm faíscas amarelas com estrelas claras. E grãos vermelhos nos galhos.
• O aço U12F se distingue por faíscas amarelas claras com estrelas densas e grandes. Com vários tufos vermelhos e amarelos.
• Os aços 15 e 20 têm faíscas amarelas claras, muitos garfos e estrelas. Mas poucos tufos.

A determinação do aço por uma faísca é um método bastante preciso para especialistas. No entanto, as pessoas comuns não podem caracterizar o metal examinando apenas a cor da faísca.

Soldabilidade

A propriedade dos metais de formar uma junta sob um determinado impacto é chamada de soldabilidade dos aços. A determinação deste indicador é possível após a detecção do teor de ferro e carbono.

Acredita-se que eles estão bem conectados por soldagemaços de baixo carbono. Quando o teor de carbono excede 0,45%, a soldabilidade se deteriora e piora quando o teor de carbono é alto. Isso também acontece porque a f alta de homogeneidade do material aumenta e as inclusões de sulfetos se destacam nos contornos de grão, o que leva à formação de trincas e ao aumento das tensões internas.

Componentes de liga também atuam, piorando a conexão. Os mais desfavoráveis para soldagem são elementos químicos como cromo, molibdênio, manganês, silício, vanádio, fósforo.

No entanto, o cumprimento da tecnologia ao trabalhar com aços de baixa liga proporciona um bom percentual de soldabilidade sem o uso de medidas especiais. A determinação da soldabilidade é possível após a avaliação de várias qualidades importantes do material, incluindo:

• Velocidade de resfriamento.
• Composição química.
• Visualização da cristalização primária e alterações estruturais durante a soldagem.
• A capacidade do metal de formar rachaduras.
• Tendência do material para formar endurecimento.