Aço-carbono: definição, propriedades e casos de uso

O aço macio é um aço que combina ferro e carbono. Devido ao teor de ferro, desenvolve boas propriedades magnéticas. O aço-carbono não é aço-liga. Devido ao maior teor de carbono, sua composição química é significativamente diferente de outros elementos ou outros aços, pois o aço-carbono possui boa qualidade superficial e é possível aumentar sua dureza superficial de diversas maneiras. Vamos aprender mais sobre este material.

O que é aço-carbono?

O aço consiste principalmente em ferro. Dependendo do teor de carbono, existem aços de baixo carbono (também chamados de aço carbono ou aço carbono sem liga), aços de médio carbono e aços de alto carbono.

A tabela a seguir mostra as diferenças e propriedades dos três tipos de aço:

Na tabela acima, o aço-carbono é um tipo de aço que contém 0,05 a 0,25% de carbono. Devido à sua maleabilidade e ductilidade, o material é fácil de moldar e trabalhar. As peças de aço macio são geralmente muito adequadas para estampagem e forjamento. O aço-carbono é comumente usado em ferramentas, peças de carroceria, construção e infraestrutura.

Como é feito o aço-carbono?

Os processos de fabricação do aço-carbono (aços de baixo carbono) são semelhantes aos de outros aços carbono. Esses processos mudaram ao longo do tempo e agora são mais eficientes e econômicos do que antes. Nos processos de fabricação modernos, três etapas principais são executadas para produzir aço-carbono a partir de ferro puro ou minério de ferro.

1. Produção de aço primário

Nesse processo, o ferro é misturado ao carvão e à cal e aquecido em alto-forno. A siderurgia primária moderna utiliza fornos modernos, como altos-fornos de oxigênio ou fornos elétricos a arco. Estes últimos são normalmente utilizados por fabricantes em países desenvolvidos, e as peças de aço que saem do forno a arco são de alta qualidade.

2. Produção secundária de aço

O objetivo da siderurgia secundária é principalmente reduzir o teor de carbono (menos carbono) ao nível desejado e adicionar outros elementos de liga para melhorar as propriedades do aço. Esta etapa serve principalmente para controlar e monitorar o tratamento térmico e resfriamento do forno.

3. Fundição e moldagem mestre

Uma vez que o aço atinge o teor específico de carbono no forno e as propriedades mecânicas são melhoradas até certo ponto, o aço é vazado em um molde. Isso se chama ferro fundido, e alguns dizem que é ferro fundido, o que não é correto. Durante este processo, a forma líquida do aço é endurecida e moldada em diferentes geometrias. Essas estruturas cristalinas de aço fundido são então cortadas em peças menores.

O aço fundido apresenta numerosos defeitos e imperfeições. Um processo de formação primária chamado laminação a quente é usado. Após a laminação a quente, o aço ganha mais resistência, ductilidade, soldabilidade, etc.

4. Formação secundária

Geralmente, há um processo de formação secundária, como usinagem CNC, laminação a frio, revestimento em pó, endurecimento ou galvanoplastia para melhorar ainda mais as propriedades mecânicas e químicas ou a estética das peças de aço macio. Nestes processos, um revestimento metálico, tal como revestimento de zinco ou outro tipo de aço carbono, é aplicado apropriadamente.

Propriedades mecânicas do aço macio

Como você pode ver na tabela acima, o aço-carbono tem um teor de carbono mais baixo do que outros aços carbono. O teor de carbono do aço-carbono é de apenas 0,25%.

O aço-carbono possui alta resistência ao impacto, é muito dúctil e soldável, possui boa conformabilidade e pode ser conformado a frio. Devido a essas propriedades, a usinagem CNC de aço-carbono é mais fácil do que a usinagem CNC de outros tipos de aço.

A maior desvantagem do aço-carbono é que ele tem uma resistência à tração relativamente baixa e, portanto, quebra mais facilmente do que outros tipos de aço.

Felizmente, um processo de tratamento térmico denominado cementação pode ser usado para melhorar a resistência à tração. A cementação é um processo de endurecimento superficial no qual o aço-carbono é aquecido a uma determinada temperatura e depois resfriado, endurecendo o aço na superfície e deixando o núcleo de aço macio e dúctil.

Aplicações de aço macio

O aço macio é comumente usado. As aplicações típicas incluem ferramentas comuns de construção, utensílios de cozinha, instrumentos médicos, máquinas, construção, infraestrutura, etc.

1. Construção e infraestrutura

O aço macio tem boa resistência à tração para estruturas de construção em projetos de construção. Atende aos requisitos de terremotos e ventos, não pode ser afetado por vermes e insetos e também é resistente à erosão e retardador de fogo, perfeito para uso em construção.

2. Máquinas

Devido à sua alta resistência, ductilidade e dureza, o aço-carbono é preferido para a fabricação de acessórios de máquinas. Devido ao baixo teor de carbono, o aço pode ser usinado, cortado, prensado, moldado e modelado sem quebrar.

3. Panelas

Devido ao seu baixíssimo teor de carbono, o aço-carbono não enferruja, mantendo os utensílios de cozinha limpos e afiados por muito tempo. O aço-carbono é mais resistente ao calor do que outros materiais, pode ser usado como material antiaderente e é mais saudável do que as panelas de alumínio.

4. Tubulação

Como o aço-carbono é extremamente dúctil, os tubos de aço-carbono são muito populares na fabricação de vários tipos de tubos e postes. O aço-carbono pode ser usado como material de qualidade alimentar, tornando-o ideal para o transporte de água, bebidas e gás natural em tubos de aço. Devido à sua baixa concentração de carbono, os tubos usados ​​ao ar livre também não enferrujam e podem resistir ao frio em ambientes adversos. Em comparação com os tubos de plástico, os tubos de aço macio são mais ecológicos e duram muito mais tempo. Eles também podem ser cortados em formato retangular.

Exemplos de aplicação para aço-carbono

AISI 316L, que tem baixo teor de carbono de apenas 0,03%, é um aço-carbono típico muito comumente usado. Ao longo dos anos, trabalhando com diversas empresas, descobrimos que os fabricantes de instrumentos médicos gostam de usar este material. Para produzir protótipos ou customizar peças de aço em pequenas quantidades, a usinagem CNC geralmente é a primeira escolha. As peças de aço 316L usinadas em CNC geralmente não requerem tratamento de superfície ou tratamento térmico. Peças CNC de aço macio podem ser usadas como produtos acabados, não apenas como protótipos. Outros produtos comuns, como ferramentas de pesca, também utilizam muito AISI 316L.

Usinagem CNC de aço macio e produção em pequenas séries

Por que as pessoas costumam reclamar que o aço é difícil de usinar CNC? A usinabilidade do aço depende principalmente do seu teor de carbono. Os aços com alto teor de carbono são difíceis de usinar principalmente devido às suas propriedades inflexíveis e à tensão interna.

No entanto, os aços-carbonos também são difíceis de usinar porque são muito macios. Os cavacos produzidos pelo processo de usinagem CNC tendem a grudar e se acumular, resultando em mais tempo gasto na limpeza dos cavacos e potencialmente danificando as ferramentas de corte. O teor de carbono ideal para facilitar a usinagem fica em torno de 0,20%.

Por exemplo, parte do aço-carbono é muito macio, causando problemas de acúmulo de cavacos. Às vezes usamos um método: primeiro endurecer o aço-carbono. O endurecimento superficial ou endurecimento superficial endurece o aço-carbono por fora, deixando o aço macio por dentro, eliminando os problemas de acúmulo de cavacos. Como o núcleo do aço ainda é macio, a maciez ou ductilidade do aço-carbono absorve a tensão quando tensões externas são aplicadas ao material durante o processo de usinagem e garante que a peça não quebre.

Para a produção em pequenas séries de peças de aço macio, a usinagem CNC é a melhor solução. O material de aço macio utilizado para usinagem CNC é o chamado “material de bloco”, que possui boa qualidade e preço relativamente barato. A usinagem CNC é muito rápida em comparação com fundição e moldagem. Na fundição e moldagem, o tempo inicial e o custo de fabricação dos moldes são muito altos. Para produção de peças de aço-carbono em baixo ou baixo volume, o custo geral é geralmente muito menor do que fundição e moldagem porque você não precisa fazer moldes.

Produção de longo prazo de aço-carbono: fundição e conformação

Quando grandes quantidades de peças de aço macio devem ser produzidas, a fundição ou moldagem (aço fundido) é comumente usada. A moldagem por injeção de metal (MIM), que é semelhante à moldagem por injeção de plástico, envolve a injeção de uma forma líquida de metal em um molde. O metal líquido é endurecido e solidificado no molde. Depois de serem ejetadas do molde, as peças de aço recebem um formato grosseiro. Existem processos de pós-processamento para melhorar ainda mais a estética das peças moldadas.

Tal como acontece com a moldagem por injeção de plástico, um projetista deve considerar aspectos como ângulos de inclinação, inclinação, encolhimento, tolerâncias, etc. ao projetar os moldes e peças MMI.

Conclusão

O aço macio ou aço com baixo teor de carbono tem um teor de carbono inferior a 0,25. Devido às suas propriedades, o aço-carbono é utilizado em quase todas as indústrias. O método comum para produzir protótipos de aço-carbono ou peças de qualidade em pequenos lotes é a usinagem CNC. Para quantidades maiores, a moldagem por injeção de metal é um método mais prático.