Propriedades e usos do aço

Estruturas feitas principalmente ou em grande parte do material conhecido como aço podem ser apenas as adições mais proeminentes da humanidade à paisagem da Terra.

Se toda a vida na Terra fosse teletransportada para outro lugar, e um grupo de alienígenas investigasse, os objetos mais duráveis ​​e imponentes que eles encontrariam e que claramente não surgido de processos geológicos naturais conteria aço: arranha-céus, pontes, maquinaria pesada e essencialmente qualquer coisa necessária para resistir a fortes forças sobre Tempo.

Você talvez tenha algum conhecimento de onde o aço "vem" e o que "é". Se nada mais, você certamente sabe o que geralmente parece, sente e talvez até soe em certos casos.

Se você pensar no aço como um metal, isso é natural, mas o aço é, na verdade, classificado como um Liga ou uma mistura de metais diferentes. Nesse caso, quase todo o metal primário é ferro, não importa a receita específica, mas como você verá, mesmo pequenas quantidades de carbono podem alterar as propriedades do aço significativamente.

Prepare-se para aprender muito sobre o que pode ser legitimamente chamado de o material mais importante na história da construção e engenharia,

Como você sem dúvida sabe por ter visto, ouvido e estado em contato com a sua parte, o aço é conhecido principalmente por sua durabilidade, dureza e tenacidade. Em alguns casos, também é conhecido por seu brilho.

O que essas qualidades traduzem em termos físicos quantificáveis ​​é um ponto de fusão muito alto (cerca de 1.510 ° C, mais alto do que a maioria dos metais; cobre, por exemplo, está quase 500 graus mais frio) e um densidade muito alta (7,9 g / cm³, quase oito vezes mais do que a água).

O aço é mais duro e mais forte em geral do que seu elemento principal, o ferro. Ainda é extremamente flexível e conhecido por seu Alta resistência à tração (ou seja, sua capacidade de suportar cargas aplicadas, ou forças, sem perder sua forma).

A resistência à tração de todos os tipos de aço é alta em comparação com outros materiais, mas varia significativamente entre os tipos de aço. Na extremidade inferior, os valores são de aproximadamente 290 N / mm²; na extremidade superior, a resistência à tração é tão alta quanto 870 N / mm².

• Um milímetro quadrado (mm²) é apenas um milionésimo de um metro quadrado. Isso significa que o aço pode ter uma resistência à tração de 870 milhões de newtons por metro quadrado - igual a uma massa de 88,8 milhões de quilogramas, ou 195,7 milhões de libras (97.831 toneladas), na Terra!

Se você já usou um frigideira de ferro fundido, você deve ter notado como parecia incrivelmente robusto (ou pelo menos pesado). Quando o ferro é o único ou quase o único componente de algo como uma panela, ele é mais frágil do que o aço.

Mas para a maioria das temperaturas diárias de cozimento (que parecem "quentes", mas não estão nem perto de fornalhas de fundição), o diferença funcional entre ferro e aço pode não ser imediatamente aparente, mesmo que geralmente pareçam um pouco diferente.

A maior parte do aço produzido hoje é simplesmente chamado Aço carbono, ou aço carbono puro, embora possa conter metais além de ferro e carbono, como silício e manganês.

A quantidade de variação do aço pode não parecer significativa na superfície, porque o carbono nunca representa mais de 1,5% do aço. No entanto, quando você considera que essa pequena fração pode variar por um fator de 10 (0,15% a 1,5%), você começa a avaliar o impacto físico que isso pode ter.

O aço pode ser dividido em diferentes categorias usando vários critérios. Aqueles usados ​​por cientistas (que muitas vezes estão mais preocupados com as propriedades das coisas do que realmente usá-los) são frequentemente diferentes daqueles cuja principal preocupação são os tipos de produtos finais feitos de aço.

Mecânico: Conforme observado, a resistência à tração do aço pode variar entre 290 N / m² e 870 N / m². Adicionar carbono ao aço torna mais difícil devido à forma como os átomos de carbono se dispersam entre os átomos de ferro de uma forma que torna muito difícil a deslocação do material, formando "grãos" de Fe₃C. Isso também torna o aço mais frágil do que o ferro, portanto, a conversão do ferro em aço, apesar das vantagens manifestas do último, não tem custo prático zero.

O aço que é classificado com base em suas propriedades mecânicas começa com "Fe", e o que se segue é 1) E e o valor mínimo da tensão de escoamento é que o aço é classificado principalmente nesta base_, ou 2) apenas o valor da resistência à tração, se esta for a característica de classificação primária. (_Tensão de rendimento é uma medida de resistência à deformação mecânica.)

• Por exemplo, "Fe 290" é aço com resistência à tração de 290 N / mm2. enquanto "Fe E 220" é aço com uma tensão de escoamento de 220 N / mm².

Químico: Aços carbono simples que variam de 0,06 por cento de carbono a 1,5 por cento de carbono são divididos nos seguintes tipos, dependendo de seu conteúdo de carbono específico.

1. Aço macio morto - até 0,15

   por cento

   carbono 2. Aço de baixo carbono ou carbono - 0,15

   por cento

   a 0,45

   por cento

   carbono 3. Aço de carbono médio - 0,45

   por cento

   a 0,8

   por cento

   carbono 4. Aço de alto carbono - 0,8

   por cento

   para 1,5

   por cento

   carbono

Aço inoxidável é um tipo de aço que recebe o nome de sua resistência a oxidação (enferrujando), bem como para corrosão, como o que pode ocorrer com a aplicação de um ácido forte. Foi inventado em 1913 pelo metalúrgico britânico Harry Brearley, que descobriu isso adicionando o metal cromo para o aço em grandes quantidades (13 por cento), o cromo reagiria com o oxigênio do ar para formar uma película protetora auto-renovável ao redor do objeto.

Vários tipos de aço inoxidável são usados ​​hoje:

• Aços inoxidáveis ​​martensíticos contém 12 a 14

  por cento

  cromo e 0,12 a 0,35

  por cento

  carbono e foram os primeiros aços inoxidáveis ​​desenvolvidos. Esses aços são magnético e pode ser endurecido por tratamento térmico. São utilizados em bombas hidráulicas, bombas de vapor, bombas de óleo e válvulas, entre outros equipamentos de engenharia.
  * Aços inoxidáveis ​​ferríticos têm uma quantidade maior de cromo (16 a 18

  por cento) e cerca de 0,12

  por cento

  carbono. Esses aços são mais resistentes à corrosão do que os aços inoxidáveis ​​martensíticos, mas têm pouca capacidade de serem temperados com o uso de calor. Esses aços inoxidáveis ​​são usados ​​principalmente em operações de conformação e prensagem devido à sua alta resistência à corrosão.
  * Aços inoxidáveis ​​austeníticos contêm uma grande quantidade de cromo e níquel; existem muitas variações na composição química precisa, mas a mais amplamente utilizada consiste em 18

  por cento

  cromo e 8

  por cento

  níquel, com o carbono reduzido ao mínimo. Eles resistem à corrosão muito bem ao custo de não serem tratáveis ​​termicamente em qualquer extensão apreciável. Esses aços são usados ​​em eixos de bombas, estruturas, revestimentos e componentes de uso diário, como parafusos, porcas e parafusos.

Você já viu como as ligas podem tornar um material já útil melhor, ou talvez mais direto ao ponto, mais especializado. Como esse processo funciona no nível molecular?

A maioria dos metais puros, embora muitos pareçam duros, são na verdade macios demais para serem usados ​​em manufatura pesada. (Uma exceção notável é a indústria automotiva, onde o aço é deixado praticamente sem liga e contém ferro quase puro.) Mas a mistura de outros metais pode produzir resultados excelentes.

Por exemplo, níquel e cromo são resistentes à corrosão e são conhecidos por sua inclusão em instrumentos cirúrgicos de aço inoxidável. Se uma liga com uma maior permeabilidade magnética for desejada para uso em ímãs de aço, cobalto é uma excelente escolha.

Manganês é usado em projetos de grande escala, como travessias ferroviárias pesadas, devido à sua considerável resistência e dureza. Finalmente, molibdênio é capaz de manter sua resistência em temperaturas excepcionalmente altas mesmo para os padrões de metais e é usado em aplicações de precisão, como pontas de broca de alta velocidade.

• Quando íons maiores são adicionados à estrutura de aço existente, isso perturba a estrutura de tal forma que torna mais difícil para "camadas" adjacentes deslizarem umas sobre as outras, o que aumenta o dureza. Adicionar átomos menores pode ter o mesmo efeito por meio de uma forma diferente de ruptura mecânica na estrutura da rede do cristal de ferro.

Entre as muitas propriedades desejáveis ​​do aço está o fato de ser ecologicamente correto. Pode nem sempre parecer assim com grandes estruturas de aço pontilhando a paisagem do céu em locais muitas vezes desagradáveis, mas é ótimo durabilidade significa que, por exemplo, não se degradará em algo tóxico e lixiviará invisível para as águas subterrâneas e outras áreas. Fontes de energia renováveis ​​(por exemplo, energia solar, eólica e hidrelétrica) fazem amplo uso de aço inoxidável.

• O aço é agora o material mais reciclado da Terra; embora seja pesado, suas propriedades magnéticas facilitam a recuperação de riachos e outros lugares do que outras formas de resíduos. Pode reduzir o CO₂ emissões.

Em comparação com outros materiais, o aço requer uma baixa quantidade de energia ao construir elementos de aço relativamente leves e pode ser moldado em várias formas. Ele dá melhor forma e borda do que o ferro que é usado para fazer armas.

O aço, conforme observado, é utilizado na indústria automobilística. Pense no número de carros nas estradas de apenas sua cidade durante a hora do rush, todos eles com carrocerias, portas, motores, suspensões e interiores compostos principalmente de aço.

• Em média, 50% de um carro é feito de aço.

Além de sua função em veículos de passageiros, o aço é usado na produção de veículos e máquinas agrícolas.

A maioria dos eletrodomésticos das casas modernas, como geladeiras, televisores, pias, fornos e assim por diante, são feitos de aço "puro". Além disso, quem gosta de passar o tempo na cozinha está bem ciente do papel do aço inoxidável nos talheres finos. Os aços inoxidáveis ​​se prestam notavelmente à fácil manutenção de um ambiente estéril, o que é uma das qualidades que o torna uma boa escolha para instrumentos cirúrgicos e implantes.

Porque se presta à fácil formação de soldas, aço, mais do que apenas inventar o invisível quadro de estruturas modernas, tornou-se destaque por direito próprio em exemplos de contemporâneos arquitetura. O chamado aço "macio" é usado na construção de edifícios do dia-a-dia, especialmente em áreas onde os ventos fortes são uma característica do clima local.

O aço em si é uma liga e, por definição, não possui fórmula química ou molecular, independentemente do tipo. No entanto, é útil examinar algumas das reações importantes que ocorrem no processo de fabricação de aço.

A combustão de ferro mais sucata de aço ou, em alguns casos, apenas sucata de aço, envolve uma série de reações diferentes. Alguns dos mais importantes são:
2 C + O₂ → 2 CO
Si + O₂ → SiO₂
4P + 5 O₂ → 4 P₅O₂
2 Mn + O₂ → 2 MnO
O CO (dióxido de carbono) é um produto residual, mas o resto é adicionado à cal para continuar o processo de fabricação de aço por formação escória.