Propriedades mecânicas do aço

Sumario

Introdução....................................................................................................................................3

Propriedades mecânicas do aço................................................................................................4

Deformação elástica....................................................................................................................4

Deformação plástica...................................................................................................................5

Tenacidade, fratura dúctil e fratura frágil..................................................................................5

Efeito da temperatura..................................................................................................................6

Variabilidade das propriedades mecânicas..............................................................................6

Efeitos dos elementos de ligas..................................................................................................7

Outros elementos de liga e seus efeitos...................................................................................8

Anexos........................................................................................................................................10

Conclusão..................................................................................................................................13

Introdução

A fabricação de ferro teve início na Anatólia, cerca de 2000 a.C. tendo sido a Idade do Ferro plenamente estabelecida por volta de 1000 a.C.. Neste período a tecnologia da fabricação do ferro espalhou-se pelo mundo. Em, aproximadamente, 500 a.C., chegou às fronteiras orientais da Europa e por volta de 400 a.C. chegou à China. Os minérios de ferro eram encontrados em abundância na natureza, assim como o carvão. Atualmente a maior quantidade de matéria prima para produção de aço é a sucata proveniente dos resíduos de fabricação industrial. A forma de produção era em pequenos fornos na forma de torrões ou pedaços sólidos, denominados tarugos. Estes, em seguida, eram forjados a quente na forma de barras de ferro trabalhando, possuindo maleabilidade, contendo, entretanto pedaços de escória e carvão. O teor de carbono dos primeiros aços fabricados variava de 0,07% até 0,8% sendo este último considerado um aço de verdade. Os egípcios por volta de 900 a.C. já dominavam processos relativos a tratamentos térmicos nos aços para fabricação de espadas e facas. Como quando o teor de carbono supera 0,3% o material torna-se muito duro e frágil caso seja temperado (resfriado bruscamente em água) de uma temperatura acima de 850 °C a 900 °C, eles utilizavam o tratamento denominado revenido que consiste em diminuir a fragilidade minimizando-a por reaquecimento do aço a uma temperatura entre 350 °C e 500 °C.

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS

As propriedades do aço podem variar de acordo com sua composição química e teor de carbono, garantido uma grande diversidade de aplicações práticas. O aço apresenta um comportamento dúctil com regimes de deformação elástica e plástica.

Diagrama tensão-deformação típico do aço (sem escala), (ver figura 1).

Até certo nível de tensão aplicada, o material trabalha no regime elástico-linear, onde a constante de proporcionalidade é denominada módulo de deformação longitudinal ou módulo de elasticidade. Ultrapassado o limite de proporcionalidade, tem lugar a fase plástica, na qual ocorrem deformações crescentes sem variação de tensão (patamar de escoamento). O valor constante dessa tensão é a mais importante característica dos aços estruturais e é denominada resistência ao escoamento. O valor máximo da tensão antes da ruptura (ponto mais alto do diagrama tensão-deformação) é denominado resistência à ruptura do material. Os diversos tipos de aço são classificados e denominados por normas nacionais (NBR) e internacionais (ASTM) de acordo com sua aplicação e propriedades mecânicas (principalmente a resistência ao escoamento e resistência à ruptura, no caso de aços estruturais). A propriedades médias de um aço com 0,2% de carbono em peso giram em torno de:

Massa volumétrica: 7860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³)

Coeficiente de expansão térmica: 11,7 10−6 (C°)−1

Condutividade térmica: 52,9 W/m-K

Calor específico: 486 J/kg-K

Resistividade elétrica: 1,6 10−7Ωm

Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Longitudinal: 210GPa

Módulo de elasticidade (Módulo de Young) transversal: 80GPa

Coeficiente de Poisson: 0,3

Limite de escoamento: 210 MPa

Limite de resistência à tração: 380 MPa

Alongamento: 25%

Deformação elástica

A primeira parte da curva, em que a tensão varia linearmente com a extensão corresponde à deformação elástica do material. O regime de deformação elástica do material caracteriza-se pela total reversibilidade da deformação, ou seja, após ser descarregado o material recupera a sua forma original. O declive desta curva é o módulo de Young, E, que tem um valor aproximadamente constante para todos os aços: cerca de 200 GPa. O valor de E é uma medida da rigidez do material: um material com maior módulo de Young deformará menos, em regime elástico, quando submetido a uma determinada tensão. A área abaixo da curva de tensão/extensão tem unidades de energia por unidade de volume.