ANEXO 2 - Ligas Ferrosas

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Anexo 2 
Tema 2: Ligas Ferrosas 
De acordo com a quantidade de carbono presente nas ligas ferrosas, 
estas se dividem em aços e ferros fundidos, que veremos agora. 
 
Figura 1 – Produtos oriundos de ligas ferrosas – Ciência dos Materiais. 
 
 
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Aços 
Aços são ligas ferrosas com carbono ligado ao ferro, que se dividem 
conforme a composição química ou aplicação. Com relação à composição 
química, se dividem em aços carbono e aços liga. 
Aços carbono são ligas ferro-carbono com porcentagem de carbono 
variando nos intervalos de aproximadamente 0,005%C até aproximadamente 
2,1%. Quando apresentam, além do carbono, outros elementos ligados para 
conferir propriedades especiais, são chamados de aços liga. 
 Os aços carbono ainda podem se subdividir em aços de baixo 
carbono (0,005% ≤ C ≤ 0,3%), médio carbono (0,3% < C ≤ 0,5%) e 
alto carbono (0,5% < C ≤ 2,1%). 
 Os aços liga se dividem em aços de baixa liga (elemento de liga ≤ 
5%) e aços de alta liga (5% < elemento de liga). 
Tanto os aços carbono como os aços liga apresentarão em suas 
composições outros elementos metálicos e não metálicos oriundos ou do 
processo de fundição ou por adição intencional, visando a melhoria de alguma 
propriedade. 
As Tabelas a seguir apresentam a interferência dos elementos de liga nas 
propriedades referentes a processos de fabricação e a propriedades mecânicas 
e químicas dos aços. A principal função dessas tabelas é fornecer informações 
que permitam estabelecer uma pré-seleção dos elementos que deverão estar 
presentes na composição dos aços, visando atender a necessidades de projetos. 
Após isso, designaremos os aços que contenham esses elementos de liga 
para uma pré-seleção, que, posteriormente, deve ser melhorada em função de 
custo, disponibilidade de fornecedores e outros fatores. 
 
 
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Tabela 1 – Influência dos elementos de liga nos processos de fabricação dos 
aços. 
 
Tabela 2 – Influência dos elementos de liga nas propriedades químicas dos aços. 
Elemento de 
liga 
Resistência a 
Corrosão 
Nitretabilidade Oxidação 
Superficial 
Formação de 
Carbeto 
Al Inerte Aumenta Diminui Inerte 
Co Inerte Inerte Diminui Inerte 
Cr Aumenta Aumenta Diminui Aumenta 
Cu Aumenta Inerte Inerte Inerte 
Mn Inerte Inerte Diminui Inerte 
Ni Aumenta Inerte Diminui Inerte 
S Diminui Inerte Inerte Inerte 
Si Inerte Diminui Diminui Diminui 
V Aumenta Aumenta Diminui Aumenta 
W Inerte Aumenta Diminui Aumenta 
 
Elemento de liga Usinabilidade Forjabilidade Soldabilidade 
Al Inerte Diminui Diminui 
Co Inerte Diminui Inerte 
Cr Inerte Diminui Diminui 
Cu Inerte Diminui Diminui 
Mn Diminui Diminui Aumenta 
Ni Diminui Diminui Diminui 
S Aumenta Diminui Diminui 
Si Diminui Diminui Diminui 
V Inerte Aumenta Diminui 
W Diminui Diminui Diminui 
 
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Tabela 3 – Influência dos elementos de liga nas propriedades mecânicas dos 
aços. 
Elemento 
de liga 
Resistência 
Mecânica 
Limite de 
Elasticidade 
Resistência 
ao Impacto 
Limite de 
Ruptura 
Dureza 
Al Diminui Aumenta Aumenta Diminui Diminui 
Co Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
Cr Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
Cu Diminui Aumenta Aumenta Diminui Diminui 
Mn Diminui Aumenta Aumenta Diminui Diminui 
Ni Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
S Diminui Aumenta Aumenta Diminui Diminui 
Si Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
V Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
W Aumenta Diminui Diminui Aumenta Aumenta 
Por exemplo, um projeto cujas especificações seriam resistência 
mecânica, resistência a corrosão e usinabilidade, demandaria um aço em cuja 
composição precisaria ter Cr e V, uma vez que esses dois elementos de liga 
aumentam a resistência mecânica e a resistência à corrosão, sendo inertes 
quanto à usinabilidade, ou seja, melhoram a resistência mecânica e a corrosão 
sem interferir na usinabilidade do aço. 
Também, por exemplo, um aço contendo em sua composição Cr e Ni terá 
aumentada sua resistência mecânica, limite de ruptura e dureza, bem como sua 
resistência à corrosão, nitretabilidade e formação de carbeto, mas terá diminuída 
sua Forjabilidade e Soldabilidade. 
Caberá uma análise mais aprofundada sobre as principais necessidades 
do projeto para selecionar aço com esses elementos. 
 
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Mas como especificar o aço selecionado para o setor de compras ou de 
logística? É necessário converter a informação da composição da liga em uma 
denominação normatizada. 
Essa denominação segue normas estabelecidas por instituições nacionais 
e internacionais. As normas de denominação mais usadas na seleção de aços 
para projetos de engenharia são as da SAE (Society of Automotive Engineers), 
da AISI (American Iron and Steel Institute) e da ASTM (American Society for 
Testing and Materials), sendo também usadas as normas DIN (Deutsches Institut 
für Normung) e a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). 
Seguem tabelas de denominação para os aços carbono e aços liga 
segundo a AISI e a SAE, sendo que devem observar que seguem como critério 
de denominação a composição da liga. 
Assim, por exemplo, aços do tipo SAE 10XX são comuns com no máximo 
1% de Mn que tem em XX a fração percentual de carbono na liga (aço SAE 1020 
é um aço comum com 0,20% de carbono). 
Tabela 4 – Nomenclatura Aços de Baixo Carbono e Aços Liga. Ciência dos 
Materiais. 
 
 
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Não obstante essas normas, os aços também podem ser classificados por 
categorias em função de seu uso, como: 
 Aços de usinagem: são aços de boas propriedades mecânicas e fácil 
usinagem. Para isso, devem ter alto teor de S, Mn ou Pb. 
 Aços para cementação: são aços cujo núcleo deve apresentar 
tenacidade, flexibilidade e resistência ao choque, mas que precisam ter 
boa resistência ao desgaste superficial. Para isso, devem ter baixo teor 
de carbono, sendo os mais comumente usados dos tipos ASTM 10XX 
e 86XX. 
 Aços para têmpera e revestimento: são aços que podem ser 
endurecidos superficialmente por choque térmico, sem que sejam 
geradas trincas ou abaulamentos. São aços de médio teor de carbono, 
normalmente dos tipos ASTM 43XX e 86XX. 
 Aços mola: são aços usados para feixes de molas, devendo ter alto 
limite de elasticidade, elevada resistência mecânica e elevado limite de 
fadiga. São normalmente aços liga com presença de Ni, Cr e Mo. 
 Aços ferramenta: são aços usados para produzir ferramentas e 
matrizes de estampagem, devendo ter elevada dureza, alta resistência 
ao desgaste e boa usinabilidade. Apresentam elevado teor de carbono, 
mais Mn, Cr e W. Esses aços possuem tanta importância que há uma 
classificação específica para eles, de acordo não só com a composição 
da liga, como também os processos de fabricação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 5 – Nomenclatura Aços Ferramenta. Ciência dos Materiais. 
 
 Aços inoxidáveis: são aços que possuem uma resistência a corrosão 
mais elevada, embora o conceito inoxidável não seja o mais correto, pois 
formam uma camada de passivação com óxidos, que atua como uma 
barreira que dificulta a corrosão. Para tanto, devem possuir um teor 
mínimo de Cr de 12%. Se subdividem em três tipos: 
o Aços inoxidáveis ferríticos: apresentam estrutura ferrítica, 
sendoferromagnéticos. O aço inox mais comum é o do tipo 
ASTM 430. 
o Aços inoxidáveis martensíticos: apresentam estrutura 
martensítica por têmpera, sendo ferromagnéticos. Os mais 
comuns são os dos tipos ASTM 410 e 420. 
o Aços inoxidáveis austeníticos: apresentam estrutura 
austenítica, sendo paramagnéticos. São endurecíveis por 
deformação a frio. Os mais comuns são os dos tipos ASTM 
302, 303, 304 e 316. 
 
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Tabela 6 – Nomenclatura Aços Inoxidáveis. Ciência dos Materiais. 
 Aços para uso elétrico e magnético: São aços usados em geradores 
e motores elétricos, principalmente nos núcleos de equipamentos 
eletromagnéticos. Para tanto, devem ser ferromagnéticos e 
apresentarem elevado teor de Si, para ter elevada resistência ao 
desgaste. Os mais comuns são os dos tipos ASTM A677M e A568M. 
 Aços refratários: são aços resistentes ao calor normalmente usados 
nas estruturas externas de fornos, também sendo usados na fabricação 
de turbinas de termoelétricas e equipamentos das indústrias químicas e 
petroquímicas. Devem ter teores de C, Cr e Mo baixos. Os mais 
comumente usados são os dos tipos ASTM A297, ASTM A351 
e ASTM A743. 
Complementando o exemplo do projeto cujas especificações seriam 
resistência mecânica, resistência à corrosão e usinabilidade, que demandaria 
um aço em cuja composição precisaria ter Cr e V, aços do tipo SAE 43BVXX, 
61XX, bem como os aços ferramenta fariam parte da pré-seleção. 
 
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Também, no outro exemplo, aços inox austeníticos, aços ferramenta com 
exceção dos do tipo L, aços de níquel-cromo e aços de níquel-cromo-molibdênio 
terão elevada resistência mecânica, alto limite de ruptura e dureza, bem como 
sua maior resistência à corrosão, nitretabilidade e formação de carbeto, mas 
baixa forjabilidade e soldabilidade. 
Ferros Fundidos 
O ferro fundido é uma liga ferro carbono, com silício, cujo teor de carbono 
varia de 2,1% até 6,8% e a estrutura apresenta, caracteristicamente, carbono na 
forma de Cementita (Fe3C) ou de Grafite. Os Ferros fundidos se dividem em: 
 Ferro Fundido Branco, com teor de carbono entre 2,1% a 3,6%, teor 
de silício entre 0,5% e 1,9%; 
 Ferro Fundido Maleável, com o mesmo teor de carbono e silício do 
Ferro Fundido Branco, porém com cementita na forma de nódulos; 
 Ferro Fundido Cinzento, com teor de carbono entre 4,0% e 6,8% e teor 
de silício entre 1,0% e 3,0%, com estrutura contendo Carbono Grafite. 
 Ferro Fundido Nodular, com o mesmo teor de carbono e de silício do 
Ferro Fundido Cinzento, mas com grafite na forma de nódulos. 
As principais aplicações do Ferro Fundido Branco são em implementos 
para tratores, engrenagens para moagem e equipamentos para mineração, 
podendo também serem usados para rodas de vagões. 
O Ferro Fundido Maleável é usado na indústria de materiais de 
construção, automotiva, de tratores e de materiais elétricos. 
O Ferro fundido cinzento é usado na fabricação de utensílios domésticos, 
na fabricação de componentes de motores à combustão, tambores de freio, 
placas de embreagem, blocos de motor, buchas, bombas, compressores, tubos, 
conexões, barramentos elétricos, bigornas, pistões hidráulicos, cilindros e anéis 
de locomotivas, dentre outros. 
 
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O Ferro fundido nodular é usado na fabricação de válvulas e carcaças de 
bombas de pressão, de componentes de equipamentos a vapor, virabrequins, 
rolamentos e de freios a disco, por exemplo. 
Tabela 7 – Nomenclatura Ferros Fundidos. Ciência dos Materiais. 
 
Tabela 8 – Composição dos ferros fundidos. Willian F. Smith. Princípios de 
Ciência e Engenharia dos Materiais.