Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui Ferro ou Alumínio, por exemplo. Mas isto vai muito além destes simples materiais.
Assim como plásticos e borrachas, a indústria química desenvolveu várias combinações de materiais, criando vários tipos de ligas metálicas diferentes, que se encaixam nas mais diversas aplicações.
Mas para sabermos definir a qualidade de um produto, precisamos conhecer as combinações destes materiais, as qualidades e defeitos que cada um possui e a vantagem e desvantagem de utiliza-los.
Outra coisa fácil de se ver na população leiga e até entre profissionais desses ramos é que muitos não conhecem de fato o produto que estão utilizando (ou pelo menos insistem em utilizar termos errôneos).
Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre as ligas metálicas mais comuns e exemplos de utilização na indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém com enfoque na eletrônica e mecânica.
OBSERVAÇÃO: Existem centenas e centenas de tipos de ligas metálicas ferrosas, e todas elas são normatizadas nacional e internacionalmente por uma grande quantidade de padronizadores / regulamentadores. Este capítulo levará em conta os padrões AISI, SAE, ASTM e ABNT para o desenvolver os tópicos.
No Capítulo anterior tratamos das ligas de aço e Ferro mais simples, e agora vamos aprofundar com ligas de composição química mais complexa...
Quando a aditivação no Ferro puro vai além do Carbono, e elementos como por exemplo o Silício, Cromo, Manganês, Níquel, Molibdênio, Tungstênio e Vanádio estão também presentes em quantidades acima do normal (isto de acordo com a norma SAE-AISI), os nomeamos "Aço-Liga". Estes elementos químicos são adicionados ao metal no estado líquido ou por tratamentos termoquímicos que alteram alguma de suas propriedades químicas, físicas ou mecânicas. A mistura entre o metal e estes elementos de liga dá sentido ao nome "liga metálica".
Aqui, temos três tipos de Aço-Liga:
→ Aço baixa liga: Até 5% de elementos aditivos;
→ Aço média liga: Entre 5% e 12% de elementos aditivos;
→ Aço alta liga: Acima de 12% de elementos aditivos.
OBSERVAÇÂO: A designação SAE-AISI considera como Aço-Liga aqueles que ultrapassam os limites de 1,65% de Manganês, 0,60% de Silício ou 0,60% de Cobre. Sendo assim, o Aço-Carbono, com valores de aditivação inferiores à estes, não se enquadra na classe dos Aços-Liga. Isto significa que, o Ferro Fundido, com entre 1% e 4% de Silício adicionado, pode ser, teoricamente, enquadrado nesta classificação.
Sendo assim, podemos ir além do "feijão com arroz" SAE/ AISI 1xxx!
Tabela 1 - A classifcação SAE vai até os aços 9xxx. Podemos ter vários e vários tipos de aço baixa liga!
Abaixo, uma tabela com diferentes elementos químicos que podem ser adicionados ao Ferro e suas vantagens:
Tabela 2 - Elementos de liga adicionados ao Ferro e suas vantagens
Com isto, podemos elevar o assunto para alguns tipos de ligas metálicas...
Aço MRBL (Média Resistência, Baixa Liga)
Também são conhecidos como Aços MSLA (sigla em inglês para Medium-strength, low-alloy), valendo-se de tal nome, pois os teores de elementos de liga adicionados são muito mais baixos do que em aços de outras categorias, como por exemplo o Aço-Inox, no entanto possui propriedades mecânica inferiores ao ARBL.
Os Aços MRBL possuem limite de escoamento mínimo entre 195 e 259 MPa, bem abaixo dos 290 iniciais para ser considerado um ABRL.
Um bom exemplo de Aço MBRL é o ASTM A36 (não confundir com ASTM B36, que normatiza ligas de latão entre o UNS C21000 e C28000).
Outro exemplo é o ASTM A516 Gr70, utilizado também na fabricação de cilindros / vasos para transporte e armazenamento de gases, como é possível ver na foto seguinte:
Imagem 1 - Vaso de origem Argentina, confeccionado em SA 516 Gr70
Os aços ABNT NBR LN200, LN230 e LN250 comumente são referidos como "ARBL", no entanto, seu limite de escoamento começa antes dos 290 MPa, podendo ser considerado também um MRBL. Veja abaixo um tanque rodoviário para transporte de líquidos inflamáveis feito em LN250:
Imagem 2 - Este aço está no limiar entre os MRBL e os ARBL
CURIOSIDADE: A nomenclatura de tais aços pode ser "LNxx", "LNxxx", "LNExx" ou "LNExxx", no entanto, a fabricante RANDON costuma usar sua própria nomenclatura "LNrand xxx".
Aqui, neste limiar, existe uma confusão, onde até mesmo o LN280 pode ser incluso na lista dos MRBLs:
Complemento 1 - Lembre-se que a abreviação "USI" se refere à Usiminas
Já o fabricante Gerdau, que será mostrado no tópico seguinte, inclui os LN200 e superiores na classe ARBL. No entanto, aços LN com resistência de escoamento superior à 550 MPa já estão num nível acima dos ARBL. Isto, somado ao grande número de padronizações espalhado pelo mundo, torna tudo uma grande confusão.
Aço ARBL (Alta Resistência, Baixa Liga)
Também são conhecidos como Aços HSLA (sigla em inglês para high-strength, low-alloy), valendo-se de tal nome, pois os teores de elementos de liga adicionados são muito mais baixos do que em aços de outras categorias, como por exemplo o Aço-Inox. Este tipo de liga metálica proporciona melhores propriedades mecânicas, ou maior resistência à corrosão do que o Aço-Carbono.
OBSERVAÇÃO: Lembrando que dentro do âmbito dos "Aços baixa liga", há no máximo 5% de elementos aditivos. Nos Aços ARBL, a composição química prioriza as características mecânicas (por isso "Alta Resistência" no nome).
Aços ARBL diferem de outros tipos devido ao fato de que não são feitos para atender a uma composição química específica, mas sim a propriedades mecânicas específicas e, em alguns casos, melhor resistência à corrosão atmosférica do que aquela obtida com o Aço-Carbono convencional, tanto que, a classificação de aços ARBL é definida pelos níveis de resistência ao escoamento, e não pela composição química.
Aços ARBL podem ser produzidos em forma de laminados com resistência ao escoamento (LE) na faixa de 290 a 550 MPa e resistência à tração (LR) na faixa de 415 a 700 MPa. Por causa de seu baixo teor de Carbono (entre 0,05 e 0,25%) apresentam excelente soldabilidade.
Exemplos de aços ABRL são o ASTM A572, o A242, o A441, A618, A1011 e o A1008.
Quando se trata de Norma Brasileira (NBR), temos a linha de aços LN, ou LNE, que pode ser vista nesta tabela da Gerdau:
Tabela 3 - Aços ARBL normatizados pela ABNT NBR 6656 recebem a nomenclatura "LNExxx", onde os números representam o Limite de Escoamento (LE) mínimo
OBSERVAÇÃO: Perceba que, seguindo a lógica, os aços LN200 e LN230 ainda estão na faixa dos "Media Resistência, Baixa Liga". Já os Aços LN260 e LN280 já possuem um limite de escoamento que atinge a faixa dos ARBL.
Tabela 4 - Note que o LN260 possui resistência de escoamento na casa dos 260 a 350 MPa, configurando-o um ARBL
Os aços LN são comuns de serem encontrados em tanques que transportam químicos perigosos, como é possível notar na próxima imagem:
Imagem 3 - Um semi-reboque fabricado pela ENOVA com vaso feito em LN-28
CURIOSIDADE: O desenvolvimento desta classe de materiais foi impulsionado pela demanda por aços resistentes, tenazes e soldáveis para tubulações de transporte de óleo e gás, navios e plataformas de perfuração “off-shore”. Também podem ser utilizados para reduzir a massa, levando ao menor consumo de combustível, sendo excelentes para automóveis.
Os mecanismos de endurecimento utilizados nos aços ARBL incluem:
→ Refino de grão;
→ Precipitação;
→ Subestrutura de discordâncias;
→ Endurecimento por solução sólida;
→ Envelhecimento com deformação.
A produção destes aços pode envolver:
→ Pequenas adições de elementos formadores de carbetos e nitretos (microligantes);
→ Laminação controlada;
→ Resfriamento controlado;
→ Controle de forma de inclusões.
Estes fatores podem ser abordados separadamente ou em combinações para produzir as propriedades desejadas.
Genericamente, Aços ARBL podem ser classificados em:
→ Aços de laminação controlada: Laminados a quente, que possuam uma estrutura austenítica altamente deformada que irá se transformar em ferrita equiaxial muito fina ao resfriar. Exemplos deste tipo de aço são o SAR 80T e o SAR 50A, utilizados na confecção de cilindros para armazenamento e transporte de gases. Observe a imagem abaixo:
Imagem 4 - Um vaso para transporte de gás feito em SAR 80T e SAR 50A
Os aços LN discutidos acima também pertencem a este grupo. Quando produzidos pela USIMINAS, podem ter o nome "USI-LNxxx" ou então, simplesmente "USIxxx", como é possível ver na imagem abaixo:
Imagem 5 - O USI 350, ou USI-SAC 350, ou então SAC 350 é o LNE-350
Outro exemplo de uso do LN-350 é em silos rodoviários, como este modelo da Brucal:
Diagrama 1 - O USI SAC 50 é uma antiga nomenclatura, substituída pelo USI 350
→ Aços com perlita reduzida: Aços de baixo teor de Carbono, que levam a pouca ou nenhuma perlita, mas sim uma matriz ferrítica de granulagem muito fina. Ele é endurecido por precipitação;
→ Aços de ferrita acicular: Estes aços são caracterizados por uma estrutura de ferrita acicular muito fina e resistente, teor de Carbono muito baixo e boa temperabilidade;
→ Aços Bifásicos (ou Dual-Phase): Estes aços têm uma estrutura ferrítica que contém pequenas seções de martensita ou bainita, uniformemente distribuída. Esta microestrutura dá aos aços um limite de escoamento baixo, alta taxa de endurecimento por deformação e boa conformabilidade;
→ Aços Microligados: Contêm pequenas adições de Nióbio, Vanádio e / ou Titânio para obter um tamanho de grão refinado e / ou endurecimento por precipitação.
Exemplos de aços microligados são o ASTM A1008, ASTM A1011. Observe a imagem abaixo:
Imagem 6 - Tanque para transporte de líquidos inflamáveis feito em Aço ARBL ASTM A1011 SS G36 / Tipo 2
CURIOSIDADE: O ASTM A1008 é obtido a partir da redução a frio do aço laminado a quente com posterior recozimento, contendo cerca de 0,40% de Manganês e uma adição de até 0,08% de Carbono. O subsequente tratamento térmico, responsável por conferir as principais propriedades mecânicas ao produto, pode opcionalmente ser feito por duas tecnologias:
> Recozimento em caixa: (BAF – batch annealing furnace);
> Recozimento contínuo: (CAPL – continuous annealing and processing line).
Os aços patináveis (Corten ou COR-TEN) são aços que contêm pequenas adições de elementos de liga, como Cobre, Fósforo, Níquel e Cromo (que também o torna da classe dos ARBL microligados), que em determinadas condições ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de muitos ambientes.
Esses aços foram desenvolvidos inicialmente nos Estados Unidos por volta de 1932 e receberam a denominação de COR-TEN como abreviação de resistência á corrosão (CORrosion resistance) e resistência à tração (TENsile strength). Na Alemanha, os aços do tipo Puddelstahl apresentaram características semelhantes.
Os principais tipos de aço patináveis disponíveis no mercado são os aços “COR-TEN A” (que recebeu a designação ASTM A 242) de uso arquitetônico, “COR-TEN B” (ASTM A 588) de uso estrutural e ASTM A 606 para chapas finas.
CURIOSIDADE: Os diferentes tipos de aços patináveis podem ser classificados em dois grupos principais:
→ 1: Aços patináveis com baixos teores de Fósforo a múltiplas adições de elementos de liga para endurecimento por solução sólida e aumento da resistência á corrosão;
→ 2: Aços patináveis especiais (patenteados, de marcas registradas) com altos teores de Fósforo (0,05 a 0,15 %) para endurecimento e melhoria de resistência à corrosão, juntamente com múltiplas adições de elementos de liga, semelhantes às dos aços patináveis com baixos teores de Fósforo. A microestrutura desses aços geralmente contém ferrita e perlita.
Observe abaixo a tabela do fabricante Gerdau para aços patináveis:
Tabela 5 - Tabela com descrição de aços patináveis
O aço COR-TEN é amplamente utilizado na fabricação de containers, já que são grandes caixas expostas aos mais diversos ambientes, em especial, o marítmo, permeado pela maresia.
Imagem 7 - Etiqueta com características construtivas de um container SeaCube datado de 2019
Dificilmente se torna visível a camada de pátina na superfície dos containers (mas é possível, afinal, eles também envelhecem :)), isto pois são vários níveis de proteção, sendo o principal a camada de galvanização à quente com Zinco, seguido de camadas de material polimérico, como é o caso do revestimento de Poliamida-Poliepóxido e a tinta de base Vinilica (que dá a cor cinza RAL7035 predominante da caixa), além de revestimento à base de Poliuretano (o adesivo denominado "Jointas 221" é à base de PU também).
Lembrando que existem também containers feitos de liga de Alumínio.
Aço INOX (Inoxídavel)
O Aço-Inox é um exemplo de Aço alta liga, pois possui mais de 12% de aditivação.
É composto por uma liga de Aço-Carbono e Cromo como aditivo principal. O Cromo quando em contato com o Oxigênio presente no ar forma uma camada de óxidos que protege o material contra a corrosão. Esta camada é chamada de "camada passiva". É importante haver uma completa homogeneização na distribuição do Cromo em toda a peça de aço inoxidável, para assim se obter uma boa e uniforme resistência à corrosão.
Infográfico 1 - No Aço-Inox, uma película de Óxido de Cromo é formada por cima do Aço-Carbono
Existem alguns tipos de Aço-Inox. A classificação é dada abaixo:
Infográfico 2 - Classificação do Aço-Inox
Aqui vão algumas informações sobre o Aço-Inox da Série 2xx e 3xx:
Os aços 2xx possuem Manganês (Mn), sendo que muitas vez combinado com Nitrogênio (N) ou Cobre (Cu), fazendo com que o teor de Níquel (Ni) possa ser reduzido, e isto diminui seu desempenho. Os aços 2xx também possuem menor teor de Cromo (Cr) que os 3xx, o que resulta em uma menor resistência à corrosão, principalmente em ambientes úmidos e com elevados teores de Cloro. O elevado teor de Enxofre associado ao menor Cromo resulta em menor resistência à corrosão por pites nos aços 2xx. O elevado teor de Carbono no 2xx reduz o desempenho em materiais soldados (sensitização).
Os Aços-Inox da série 2xx possuem boa resistência mecânica e ao impacto, sendo geralmente mais duros do que os aços da série 3xx, principalmente quando há elevado teor de Nitrogênio. A ductilidade, entretanto, é inferior à dos aços 3xx. A classe Cromo-Manganês é sensível a “transformações martensíticas” (uma alteração da microestrutura que pode ocorrer durante a deformação), especialmente quando o Níquel é reduzido, tornando-os mais sensíveis à trincas após operações de estampagem profunda.
CURIOSIDADE: A corrosão por pites, ou pite, é uma forma de corrosão extremamente localizada que leva à geração de pequenos furos no metal. A ruptura localizada da camada passiva e o ataque corrosivo restrito a um ou mais pontos pode levar à perfuração da superfície exposta do aço, e a isso denomina-se “corrosão por pites”.
Já o INOX 4xx possui uma quantidade ínfima de Níquel em sua composição (saindo mais barato que o INOX 3xx), porém, em comparação com a série 2xx há bem mais resistência à corrosão por haver mais Cromo na composição.
O Aço INOX 3xx talvez seja o que mais têm uso na indústria. Os implementos rodoviários que transportam combustíveis cujo tanque é de INOX, são, em sua grande maioria, do tipo 304:
Imagem 8 - Implemento rodoviário com tanque para líquidos inflamáveis feito em INOX 304
Também é comum o uso da nomenclatura "AISI 304":
Imagem 9 - Tanque para transporte de líquidos feito em INOX 304
Agora temos um exemplo mais complexo, onde o aço INOX é descrito como "X5CrNi18.10". Pois bem, esta é uma classificação dada pela Normatização Europeia (European Normalization - abreviado por "EN"). Observe a imagem abaixo, da plaqueta de identificação de um vaso para armazenamento e transporte de gases fabricado na França pela Cryolor Ennery France:
Imagem 10 - Um vaso para transporte de gás sobre um chassi Van Den Burg, oriundo da Holanda
O "EN X5CrNi18.10" nada mais é do que o INOX 304, ou então o AISI 304, ou SAE 304, ou JIS SUS 304...
Abaixo, mais um vaso para armazenamento de gases, só que desta vez produzido no Brasil:
Imagem 11 - Vaso para transporte de gases com o mesmo material de fabricação do exemplo anterior
CURIOSIDADE: É possível soldar ligas de Aço-Carbono com ligas de INOX. A únião de dois materiais destas classes pode ser feita através de um eletrodo de solda ou arame de enchimento apropriado!
Imagem 12 - A seta amarela indica a região feita de ASTM A1011, enquanto a seta azul indica a região composta por INOX 304. É possível notar um cordão de solda com uma leve oxidação superficial
Para os tanques feitos em INOX 3xx que transportam líquidos perigosos, as válvulas de controle de pressão possuem, na grande maioria, o 'miolo' feito em INOX 316 / 316L, como é possível ver na imagem abaixo:
Imagem 13 - Válvula de alta pressão em bancada de testes
CURIOSIDADE: Caso queira saber como ela é por dentro, veja esta publicação vinculada no Facebook do HC, que descreve a estrutura de uma válvula de baixa pressão para tanques rodoviários. A grande diferença está nos materiais utilizados e na existência de dois conjuntos base-mola-diafragma, o oposto das válvulas para tanques de alta pressão, onde há apenas um (já que o processo de abertura da tampa do tanque também difere dos de baixa pressão).
Quando se tratam de catalisadores de motores de automóveis em geral, o INOX 3xx e 4xx se fazem presentes, já que é um componente que pode durar mais de 20 anos e ainda estar parcialmente operante. Por ser todo construído em materiais demasiadamente caros (e alguns raros na natureza), é evidente que precisa ser durável, a começar pela carcaça. Na imagem abaixo, vemos um catalisador de um caminhão Mercedes-Benz:
Imagem 14 - Marcações estampadas na chapa da carcaça de um catalisador cód. "A958 490 05 14" utilizado em alguns caminhões Mercedes-Benz. Este da imagem é datado de 2015
Agora, um Volvo FH12, datado de meados de 2010, com o catalisador já 'ásperoso' de ferrugem:
Imagem 15 - Em quase 15 anos de uso a chapa e a carenagem frontal está visualmente deteriorado
Estes dois catalisadores mostram como cada marca pode aplicar materiais semelhantes - porém, não iguais - na confecção destas carcaças.
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre a 'colméia' de cerâmica revestida com elementos químicos raros presente no interior dos catalisadores, CLIQUE AQUI!
OBSERVAÇÃO: Em alguns sistemas, o catalisador pode estar embutido ao coletor de escape do motor, tendo então a carcaça feita de ferro fundido.
Nos caminhões, é comum a existência de um tubo flexível - em geral, de aço INOX 3xx - entre o coletor de escape do motor e o catalisador. São vários 'anéis' de metal encaixados um no outro, formando uma espécie de sanfona. Sua função é impedir que a vibração, trepidação do motor passe para o catalisador, o que acabaria por gerar trincas no duto de gases.
Imagem 16 - Tubo flexível de aço INOX de um caminhão Volkswagen Constelation
Agora, repare o mesmo tipo de duto em um Mercedes-Benz Axor:
Imagem 17 - Com o passar dos anos a tubulação ganha uma crosta de ferrugem superfícial, enquanto a 'sanfona' permenece com, no máximo, um amarelamento
Seguindo a tubulação de escape, as caixas de ressonância, mais conhecidas como "silenciadores" são compostos de INOX 4xx (ou até mesmo 2xx), com uma durabilidade média de 10 anos, sendo bastante inferiores à carcaça dos catalisadores descrita anteriormente. Nestes componentes, além do amarelamento característico do INOX 3xx no decorrer dos anos, também se faz presente o aparecimento de manchas de ferrugem superficiais, característica do INOX 4xx. Veja a imagem abaixo:
Imagem 18 - Silencioso traseiro de um Ford Fiesta (motor 1.0 Flex) ano 2008 com cerca de 150 mil kms rodados. Note o símbolo do fabricante do automóvel e código do catálogo da montadora estampados na chapa, indicando sua originalidade
Perceba as manchas de ferrugem se espalhando pelo componente. Se fosse feito em Aço-Carbono galvanizado - material extremamente comum em escapamentos paralelos - jamais atingiria tal vida útil.
OBSERVAÇÃO: A tubulação do escapamento entre os silenciadores, inclusive a ponteira podem não ser feitos do mesmo material, isto é, podem utilizar um INOX 4xx com menos Cromo ou um INOX 2xx, por exemplo. No entanto, isto não é padrão, tudo depende do projeto e do nível de corte de custos.
Agora, vamos mudar do âmbito industrial de veículos leves e pesados e ir para o da indústria eletrônica. Onde o INOX poderia ser utilizado em circuitos?
Veja este soquete LGA 1151, da Intel:
Imagem 19 - Soquete LGA da Intel
Observe toda a estrutura de retenção da CPU por cima da matriz de pinos. Segundo informações obtidas no datasheet do soquete LGA 775 (Socket Design Guide > Página 14), o chamado ILM (Independent Loading Mechanism) é confeccionado em liga JIS SUS 301, ou seja, INOX 301, como podemos ver no trecho de texto abaixo:
Infográfico 3 - Detalhes do soquete no datasheet da Intel
O soquete LGA 775 não tinha um sistema especial de dobradiças para a alavanca de travamento, tampouco parafusos para a fixação do sistema na placa-mãe através de um back plate (placa traseira). A fixação do módulo de retenção da CPU é feito por um quadro preso (encaixado antes da solda BGA) ao próprio soquete de LCP, e afixados nele a placa de carga (Load Plate) e a alavanca (Load Lever). O quadro e a placa de carga são feitos em INOX 301, já a alavanca é um Aço-Carbono de numeração não identificada, porém, galvanizado a frio com Níquel.
Nos sistemas posteriores, como é o caso do LGA 1156, 1155, 1150, 1151, 1366, 2011 e atuais, a placa de carga é feita em INOX 3xx, no entanto, as dobradiças e os parafusos, bem como a alavanca são em Aço-Carbono galvanizado a frio com Níquel.
Outro uso para o INOX esta nos soquetes de memória RAM SODIMM. Note nos folders abaixo que as alavancas de travamento são feitas em aço INOX:
Diagrama 2 - Slot SODIMM SDR com alavancas feitas de INOX (Stainless Steel)
CURIOSIDADE: Aprecie o texto frisado "Latch: Stainless Steel, Tin Plating", e perceba que as alavancas são Estanhadas através de galvanização a frio para dar uma 'acabamento' diferente ao INOX.
O padrão SDR (Single Data Rate) foi muito pouco utilizado pela indústria na versão comum DIMM, com slot de 168 pinos. Menos ainda foi a versão do Folder acima, com formato SODIMM, sigla para Small Outline Dual Inline Memory Module, que em português significa "Módulo de Memória em Linha Dupla de Contorno Pequeno". No entanto, ele é listado aqui por ser um padrão bastante antigo, mas que já tinha as características de construção utilizadas até hoje em slots SODIMM DDR, DDR2, DDR3 e DDR4:
Diagrama 3 - Slot SODIMM para memórias RAM DDR3
CURIOSIDADE: Os plásticos usados na confecção da carcaça destes e de outros slots, em geral, são LCPs. Mas o que seria este material? CLIQUE AQUI! para saciar suas curiosidades!
Há casos onde a(s) alavanca(s) pode(m) ser feita(s) em Aço-Carbono na faixa dos SAE 1040 até 1070, e, posteriormente, galvanizados a frio com Níquel, ou Níquel>Estanho, ou Cobre>Níquel, assim como ocorre na alavanca de um socket LGA da Intel, por exemplo.
Outro uso para o INOX, porém, não tão amplo, é na confecção de carcaças de discos rígidos (HDs) de computadores, servidores e notebooks. O INOX passa por fundição, admitindo o formato necessário para abrigar todos os componentes do HD:
Infográfico 4 - Uso do INOX em carcaças de HD comprovado através de análise por Fluorescência de Raios X (FRX)
Atualmente, as ligas de Alumínio fundido são mais utilizadas devido a redução de massa e custos quando comparado ao INOX.
Trago aqui informações complementares que ampliam o entendimento da totalidade publicada!
Aço Zincado (Galvanização)
A zincagem é feita através da galvanização, isto é, o processo de aplicação de uma camada protetora (neste caso o Zinco) em uma superfície metálica (podendo ser algum tipo de Aço-Carbono ou Aço-Liga) ou Ferro de modo a evitar-se corrosão. É uma alternativa mais barata se comparada com o Aço-Inox, todavia, não é tão durável quanto.
CURIOSIDADE: Os termos galvanoplastia, eletrodeposição metálica e galvanostegia são sinônimos de galvanização.
Complemento 1 - A galvanização pode gerar bastante resíduos
CURIOSIDADE: A prova da baixa durabilidade dos Aços galvanizados pode ser vista em tubulações de escapamento não genuínas para automóveis, isto é, vendidas fora de concessionária. Enquanto uma tubulação original, feita em um Inox 400 podem durar cerca de uma década, as chapas galvanizadas ou galvalume duram entre um e quatro anos.
Também é comum o uso do termo "Aço-Galvalume", uma liga de Zinco composta por Alumínio, Zinco e Silício (55%Al43,5%Zn1,5%Si). Chapas de Aço-Galvalume são um bocado mais resistentes à oxidação do que as galvanizadas apenas com Zinco.
A galvanização, seja com Zinco puro ou com Ligas de Zinco (tipo o Galvalume) pode não ser uma boa opção em chapas cujo teor de Fósforo e Silício na liga de Aço-Carbono ou Ferro Fundido fique entre 0,03% e 0,14% em massa. Aços com estas características não devem ser galvanizados, pois a reação entre o Zinco e o Ferro é crítica, resultando em um revestimento muito espesso, irregular e com uma aderência baixa. Aços com valores entre 0.15% e 0.35% de Silício e Fósforo podem ser galvanizados, no entanto, o revestimento será mais quebradiço e sua espessura resultante será sempre muito superior aos aços com níveis entre 0% e 0.03%, devendo assim serem utilizados apenas em estruturas que sejam expostas a ambientes muito corrosivos. Nestas ligas, a porcentagem do Fósforo sozinho não deve passar os 0.20%.
CURIOSIDADE: A gama de valores de Silício e Fósforo que influenciam negativamente a galvanização chama-se "Gama de Sandelin" e situa-se entre 0.03% e 0.14% em massa, como já dito anteriormente.
O método mais comum é a Galvanização por imersão a quente (Hot-dip Galvanizing ou HDG) no qual as peças ou estruturas são mergulhadas num banho de Zinco fundido.
Complemento 2 - Galvanização à quente é utilizada na construção civíl e indústria metal-mecânica
OBSERVAÇÃO: Perceba que o Cloro (Cl) - um ametal - está na fila de reatividade. Pois bem, apesar de não ser um metal, ele está na lista pois tem uma grande tendência ceder elétrons, ou seja, é bastante eletropositivo.
A galvanização a frio (eletrodeposição do metal) é comum em sistemas eletrônicos, como você pode ver nos Capítulos ligas não-ferrosas (Parte 2) e ligas não-ferrosas (Parte 3). A principal vantagem é a criação de uma camada ultra fina (com poucos átomos de espessura) muito resistente e que não interfere de forma significativa nas propriedades elétricas e térmicas do componente.
Complemento 3 - Como é feita a galvanoplastia a frio
Uma curiosidade é a existência da dupla galvanização, que é quando duas camadas de materiais diferentes são depositadas sobre o metal com a função de dar mais proteção e melhorar a soldabilidade, como ocorre em terminais elétricos de conectores ou slots de expansão de circuitos eletrônicos, onde o Níquel tem a função de inibir a oxidação do Cobre (ou liga de Cobre) e o Ouro ou o Estanho têm a função de melhorar a conexão elétrica e o processo de solda.
Você pode ver mais sobre interfaces e seus conectores ou slots CLICANDO AQUI e lendo os artigos da Unidade 2.
Um outro exemplo é a deposição do Cobre puro sobre uma chapa de Aço-Carbono para melhorar sua condutividade térmica superficial e, por cima dele, uma película de Níquel para inibir oxidação. Uma exemplo de aplicação para isso é na base de alguns coolers box da Intel, como aquele mostrado no Capítulo 1...
Diagrama 4 - Esta imagem foi apresentada na Parte 1 deste texto. Apenas a camada de Níquel é destacada para este modelo
Agora veja uma versão com dupla galvanização a frio:
Imagem 20 - Dupla galvanização a frio em metais de sistemas eletrônicos
CURIOSIDADE: Observe o Diagrama 2 e note o uso de aço INOX galvanizado com Estanho. Nesse caso, a galvanização seria redundante, mas se justificando para fins estéticos.
Um exemplo de Aço-Carbono galvanizado, só que desta vez com Níquel, é a alavanca dos soquetes LGA da Intel. É muito mais durável que a galvanização com Zinco quando se trata de proteção contra oxidação.
Têmpera e Revenimento
Após o processo de têmpera, onde a liga de Aço austenítica se torna martensítica para melhorar as propriedades de tração e dureza, reduzindo consequentemente a tenacidade, tornando-a mais frágil (quebradiça), o material em questão pode passar por um processo de revenimento, revertendo em algum grau a estrutura cristalina martensítica e melhorando a tenacidade, ou seja, suas propriedades de compressão, resistência ao escoamento e ductibilidade. Mas o que se faz no processo de revenimento?
Complemento 1 - O que é revenimento?
Como todos sabem, o Ferro tem tendência a ter reação espontânea com o Oxigênio. As vias naturais de corrosão no aço leva a um composto que chamamos "ferrugem", mas existem outras condições que provocam a formação de mais de uma dúzia de compostos de Óxido diferentes.
Durante o processo do revenimento, o excesso de calor do forno acelera a oxidação superficial. Acontece que, a temperatura está diretamente relacionada com a espessura da camada de Óxido formada. As espessuras de que estamos a falar nestes casos são de cerca de alguns micrômetros na melhor das hipóteses. O fenômeno da "interferência de película fina" causa o jogo da luz e vemos uma diferenciação da cor na superfície à medida que a camada de Óxido se torna mais espessa.
Imagem 21 - A coloração do aço depende da espessura da camada de Óxido superfícial
A cor da camada de Óxido pode ser um indicador da temperatura de revenimento e pode ser utilizado como método de inspeção visual. No entanto, o fenómeno da coloração não é independente do tempo de duração do processo de revenimento. Se este for suficientemente longo, a cor escurecerá à medida que o tempo passa, porque mesmo com temperatura baixa, a oxidação continuará e, eventualmente, a camada de Óxido tornar-se-á mais espessa.
Este método também pode ser utilizado como forma de identificação de falhas para assegurar a integridade da liga. Se, por exemplo, uma superfície de uma engrenagem de alguma forma sobreaquecer durante a operação e começar a ficar azulada, deve perceber que as superfícies podem não mais manter a dureza original, pelo que se deteriorarão rapidamente em relação a uma parte saudável.
CURIOSIDADE: Num processo de solda é comum que na região da junção dos metais se formem manchas coloridas, que vão desde o amarelo claro até os tons azulados, e tudo depende da concentração de calor no momento da soldagem, bem como do posterior resfriamento, que geralmente é rápido. Isto pode ser mais visível em soldas de aço INOX (reveja a Imagem 12 e Imagem 14 e observe os cordões de solda)...
Imagem 21 - Note a natural cor amarelada desta caixa de ressonância feita em INOX 4xx e ponteira em liga de aço
Com quase duas décadas passando por ciclos de aquecimento e resfriamento (temperatura ambiente ~ 100 °C), o 'silencioso' do escapamento na imagem acima adquiriu uma cor levemente amarelada (sim, há uma porcentagem de poeira ali), e que se acentua na ponteira, pois sua composição é uma liga de INOX ainda mais sucetível à oxidação.
Coletores de escapamento são os primeiros a adquirirem uma 'cor de ferrugem', pois estão muito próximos das câmaras de combustão e absorvem muito calor oriundo dos gases de escape. Apesar de serem feitos, comumente, com uma liga de Ferro Fundida, a oxidação superfícial por calor e umidade é intrínseca ao produto...
Imagem 22 - Cofre do motor de um Scania R-line fabricado em meados de 2020. Perceba a coloração do coletor de escape e da carcaça quente da turbina
Alívio de tensões
Como a soldagem gera altas temperaturas localizadas, pode provocar uma mudança na têmpera naquela região, e isto significa uma possível mudança para a estrutura cristalina martensítica, provocando um aumento de dureza e tornando o material mais sucetível à trincas. O alívio de tensões é uma espécie de "revenimento parcial", isto é, localizado. Além do mais, o processo aqui descrito é feito na peça já pronta, ou seja, com todos as soldas necessárias já feitas, enquanto o revenimento é feito no material após o processo de têmpera, ainda na fase de beneficiamento, antes de sua aplicação na confecção de componentes e estruturas.
Para entender melhor o alívio de tensões e como o processo de aquecimento e resfriamento cíclico pode compromenter não apenas ligas de aço, CLIQUE AQUI!
Resumindo o que vimos na PARTE 1 e PARTE 2:
1. Considerada a composição química dos aços como base de classificação, poderiam ser considerados os seguintes subgrupos:
→ Aços-Carbono: Aqueles em que está presente o Carbono em quantidades que variam entre 0,008 e 2,11%, bem como elementos residuais em teores considerados "normais", tipo o Manganês (entre 0,45% e 0,90%), Silício (Até 0,030%), Fósforo (até 0,030%), Alumínio (0,10%) e Enxofre (0,050%);
→ Aço-Carbono Ressulfurados / Refosforados ou Aço-Carbono Alto-Manganês: Possuem teor de Manganês entre 1% e 1,65%, teor de Fósforo até na faixa de 0,10%, teor de Silício até 0,60% e teor de Enxofre de cerca de 0,1% (onde alguns tipos podem atingir 0,3%). Acima de tais valores, de acordo com a norma SAE / AISI, entramos na classificação dos Aços-Liga;
→ Aços-Liga: Aqueles em que há concentração de outros elementos químicos que vão além do Fósforo, Silício, Enxofre e Manganês e ou que estão acima dos teores listados no tópico acima, sendo classificados como:
>> Baixo teor em liga: Aqueles em que os elementos adicionados não ultrapasse a quantidade total de, normalmente, 5,0%. Nestes aços, a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos. Bons exemplos de aços baixa-liga são os MRBL e ARBL;
>> Alto teor em liga: Aqueles em que o teor total dos elementos de liga adicionados é, no mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só as estruturas dos aços correspondentes podem ser profundamente alteradas, como igualmente os tratamentos térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e, frequentemente, operações múltiplas. Um bom exemplo de aço alta-liga é o INOX;
>> Médio teor em liga: Aqueles que constituem o grupo intermediário entre os dois anteriores;
→ Ferro Fundido: Está posicionado acima do Aço-Carbono, pois possui maior teor de Carbono, indo de 2,11% até 6,67%. Além disso, possui Silício em quantidade considerável, que pode variar entre 1% e 4%. Existem cinco tipos de Ferro Fundido: o Branco, o Cinzento, o Maleável, o Nodular e o Vermicular;
→ Aço Galvanizado: Processo de recobrimento de um metal com outro(s) afim de reduzir sua oxidação, ou até mesmo inibi-la em alguns casos. Sai mais barato que utilizar um Aço INOX, entretanto, pode não ser tão durável quanto.
2. Existem várias normas internacionais que classificam as ligas metálicas ferrosas, e algumas delas podem ser vistas abaixo:
Imagem 23 - Algumas das organizações internacionais de padronização
A nossa organização é a ABNT, que criou as especificações LN / LNE e as normas ABNT NBR para os mais diversos tipos de aços, que possuem seus equivalentes no padrão ASTM ou EN, por exemplo.
Existem padronizações locais dadas por ciderúrgicas, como é o caso da USI, que é exclusiva da Usiminas, porém, serve mais pra identificar seus produtos do que pra classificar ligas metálicas, já que, em grande parte, segue a ABNT. Outro exemplo é a ciderúrgica finlandesa Ruukki, não tão famosa, mas que também dá sua própria nomenclatura / padronização aos seus produtos. Na imagem abaixo, um implemento rodoviário da Brucal com um adesivo da Ruukki indicando o uso da linha de aços Optim para sua construção...
Imagem 24 - O adesivo já está um tanto apagado, mas ainda pode se reconhecer o fornecedor e uma linha de produtos
Agora, um chassi Triel-HT com um adesivo da sueca SSAB indicando o emprego da linha de aços Strenx:
Imagem 25 - É um bocado difícil saber a especificação exata do material quando só se encontra nomes comerciais...
Isso mostra que pode ser um tanto difícil identificar uma liga metálica, pois existem vários padrões diferentes, em em muitos casos não há nenhuma marcação referente à composição química da peça.
De qualquer forma, existem milhares e milhares de tipos de ligas metálicas ferrosas, sendo impossível descreve-las em um só texto, no entanto, esta publicação, que é só um 'resumão' sobre o assunto, continuará aberta para atualizações e correções!
Se você achou alguma inconsistência ao longo do texto, ficou com alguma dúvida ou possui mais informações para acrescentar neste artigo, não deixe de entrar em contato com o HC!
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FONTES e CRÉDITOS:
Texto: Leonardo Ritter.
Imagens: Leonardo Ritter; Google Imagens
Diagramas e Folders: Intel Corporation, Brucal Implementos Rodoviários.
Fontes: Infomet; astm.org; metalhaga; documentos técnicos da Intel e da Brucal; Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Itigic Portugal; motorservice.com; Wikipedia (somente artigos com Fontes Verificadas!).
Ultima atualização: 19 de Fevereiro de 2024.