A composição química do aço

Introdução

Aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com porcentagens entre 0,008 e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, pelo teor de carbono entre 2,11% e 6,67%. O aço pode ser classificado quanto ao teor de carbono, composição química, quanto à constituição micro-estrutural e quanto à sua aplicação. Além dos componentes principais indicados, o aço incorpora outros elementos químicos, alguns prejudiciais, proveniente da sucata, do mineral ou do combustível empregados no processo de fabricação, como o enxofre e o fósforo. Outros são adicionados intencionalmente para melhorar algumas características como a sua resistência à tração, ductilidade e dureza. O aço atualmente é a mais importante liga metálica, sendo empregado de forma intensiva em numerosas aplicações tais como máquinas, ferramentas, em construção, etc. Entretanto, a sua utilização está condicionada a determinadas aplicações devido a vantagens técnicas que oferecem outros materiais como o alumínio, por sua maior leveza e por sua maior resistência a corrosão. As propriedades de uma liga metálica são função da respectiva composição química e do processamento a que a mesma foi sujeita, ou seja, da sua história térmica e mecânica; estes fatores (composição e história termomecânica) impõem uma dada microestrutura ao material, a qual será responsável pelas propriedades finais do mesmo.

A composição química define as potencialidades "inatas" da liga: por exemplo, um aço de baixo carbono é presumivelmente dúctil; porém ele pode ser fragilizado por um tratamento térmico que lhe imponha um grão grosseiro (Universidade do Porto).

A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja melhorias nas propriedades físicas, químicas e mecânicas. Geralmente esse aumento da resistência é adquirido pela adição de um ou vários elementos de liga em teores respectivamente baixos, não ultrapassando na sua soma o valor de 5%. Nessas condições, os princípios fundamentais dos tratamentos térmicos permanecem porque, ainda que a presença de novos elementos de ligas obrigue a um ajuste nas temperaturas dos tratamentos, a transformação da austenita e as estruturas resultantes são as mesmas que ocorrem nos aços-carbono. A obtenção de características requer a introdução de elementos em teores mais elevados, produzindo alterações mais profundas na ferrita, além de resultarem carbonetos mais complexos. Neste caso, os tratamentos térmicos devem ser modificados, para facilitar muitas vezes a formação de carbonetos especiais. Dos elementos que se consideram em definitivo como formadores de carbonetos, o manganês é o mais fraco. A tendência geral nesse sentido se manifesta mais ou menos na seguinte ordem de intensidade crescente: Mn, Cr, Mo, W, Ta, V, Nb e Ti. Os que apresentam menor tendência do que o ferro para combinar-se com o carbono são: Si, Al, Cu, Ni, Co e talvez o Zr (Chiaverini, 1996).

Há muitos séculos descobriu-se que com as operações de aquecimento e resfriamento poderia-se modificar as propriedades mecânicas de um aço. Mais tarde, descobriu-se também que a taxa de resfriamento e a quantidade de carbono influíam decisivamente nessas modificações. O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar