aço
aço , liga de ferro e carbono em que o teor de carbono varia até 2 por cento (com maior teor de carbono, o material é definido como ferro fundido). De longe o material mais usado paraprédioinfra-estrutura e indústrias do mundo, é usado para fabricar tudo, desde agulhas de costura a navios-tanques. Além disso, as ferramentas necessárias para construir e fabricar tais artigos também são feitas de aço. Como uma indicação da importância relativa deste material, em 2013 a produção mundial de aço bruto foi de cerca de 1,6 bilhões de toneladas, enquanto a produção da próxima engenharia mais importante metal , alumínio , foi cerca de 47 milhões de toneladas. (Para uma lista da produção de aço por país, Veja abaixo Produção mundial de aço .) As principais razões para a popularidade do aço são o custo relativamente baixo de fabricação, conformação e processamento, a abundância de suas duas matérias-primas (minério de ferro e sucata) e sua gama incomparável de propriedades mecânicas.

fabricação de aço fundido sendo derramado em uma concha de um forno elétrico a arco, 1940s. Biblioteca do Congresso, Washington, D.C. (Número do arquivo digital: LC-DIG-fsac-1a35062)
Propriedades do aço
O metal básico: ferro

Estude a produção e as formas estruturais do ferro, da ferrita e austenita ao aço-liga O minério de ferro é um dos elementos mais abundantes na Terra, e um de seus principais usos é na produção de aço. Quando combinado com o carbono, o ferro muda completamente de caráter e se torna a liga de aço. Encyclopædia Britannica, Inc. Veja todos os vídeos para este artigo
O principal componente do aço é o ferro, um metal que em seu estado puro não é muito mais duro do que cobre . Omitindo casos muito extremos, o ferro em sua Estado sólido é, como todos os outros metais, policristalino - ou seja, consiste em muitos cristais que se unem em seus limites. Um cristal é um arranjo bem ordenado de átomos que pode ser mais bem representado como esferas se tocando. Eles são ordenados em planos, chamados reticulados, que penetram uns nos outros de maneiras específicas. Para o ferro, o arranjo da rede pode ser melhor visualizado por um cubo unitário com oito átomos de ferro em seus cantos. Importante para a singularidade do aço é a alotropia do ferro - ou seja, sua existência em duas formas cristalinas. No arranjo cúbico centrado no corpo (bcc), há um átomo de ferro adicional no centro de cada cubo. No arranjo cúbico de face centrada (fcc), há um átomo de ferro adicional no centro de cada uma das seis faces do cubo unitário. É significativo que os lados do cubo centrado na face, ou as distâncias entre as redes vizinhas no arranjo fcc, sejam cerca de 25% maiores do que no arranjo bcc; isso significa que há mais espaço no fcc do que na estrutura bcc para manter o estrangeiro ( ou seja, liga) átomos em solução sólida.
O ferro tem sua alotropia bcc abaixo de 912 ° C (1.674 ° F) e de 1.394 ° C (2.541 ° F) até seu ponto de fusão de 1.538 ° C (2.800 ° F). Referido como ferrita, o ferro em sua formação bcc também é chamado de ferro alfa na faixa de temperatura mais baixa e ferro delta na zona de temperatura mais alta. Entre 912 ° e 1.394 ° C, o ferro está em sua ordem fcc, que é chamada de austenita ou ferro gama. O comportamento alotrópico do ferro é mantido com poucas exceções no aço, mesmo quando a liga contém quantidades consideráveis de outros elementos.
Existe também o termo ferro beta, que não se refere às propriedades mecânicas, mas sim às fortes características magnéticas do ferro. Abaixo de 770 ° C (1.420 ° F), o ferro é ferromagnético; a temperatura acima da qual ele perde essa propriedade costuma ser chamada de ponto de Curie.
Efeitos de carbono
Em sua forma pura, o ferro é macio e geralmente não é útil como material de engenharia; o principal método de fortalecê-lo e convertê-lo em aço é adicionando pequenas quantidades de carbono. No aço sólido, o carbono é geralmente encontrado em duas formas. Ou está em solução sólida em austenita e ferrita ou é encontrado como um carboneto. A forma de carboneto pode ser carboneto de ferro (Fe3C, conhecido como cementita), ou pode ser um carboneto de um elemento de liga, como titânio . (Por outro lado, no ferro cinzento, o carbono aparece como flocos ou aglomerados de grafite, devido à presença de silício , que suprime a formação de carboneto.)
Os efeitos do carbono são melhor ilustrados por um ferro-carbono equilíbrio diagrama. A linha A-B-C representa os pontos liquidus ( ou seja, as temperaturas nas quais o ferro fundido começa a solidificar), e a linha H-J-E-C representa os pontos solidus (nos quais a solidificação é concluída). A linha A-B-C indica que as temperaturas de solidificação diminuem à medida que o teor de carbono de um fundido de ferro aumenta. (Isso explica porque o ferro cinzento, que contém mais de 2 por cento de carbono, é processado a temperaturas muito mais baixas do que o aço.) Começa o aço fundido contendo, por exemplo, um teor de carbono de 0,77 por cento (mostrado pela linha tracejada vertical na figura) para solidificar a cerca de 1.475 ° C (2.660 ° F) e é completamente sólido a cerca de 1.400 ° C (2.550 ° F). Deste ponto para baixo, os cristais de ferro estão todos em um estado austenítico - ou seja, fcc - arranjo e contém todo o carbono em solução sólida. Resfriando ainda mais, uma mudança dramática ocorre a cerca de 727 ° C (1.341 ° F) quando os cristais de austenita se transformam em uma estrutura lamelar fina que consiste em plaquetas alternadas de ferrita e carboneto de ferro. Essa microestrutura é chamada de perlita, e a mudança é chamada de transformação eutectóide. Pearlite tem uma dureza de pirâmide de diamante (DPH) de aproximadamente 200 quilogramas-força por milímetro quadrado (285.000 libras por polegada quadrada), em comparação com um DPH de 70 quilogramas-força por milímetro quadrado para ferro puro. Aço de resfriamento com menor teor de carbono ( por exemplo. 0,25 por cento) resulta em uma microestrutura contendo cerca de 50 por cento de perlita e 50 por cento de ferrita; este é mais macio que a perlita, com um DPH de cerca de 130. Aço com mais de 0,77 por cento de carbono - por exemplo, 1,05 por cento - contém em sua microestrutura perlita e cementita; é mais duro que a perlita e pode ter um DPH de 250.

Diagrama de equilíbrio ferro-carbono. Encyclopædia Britannica, Inc.
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