Teor de Carbono e Propriedades do Aço: A Escada do Carbono

A escada em resumo

Faixa de carbono	Caráter	Usos típicos
Muito baixo — abaixo de 0.10%	Macio, extremamente conformável, solda sem precauções	Chapas, tiras, arames e rebites de embutimento profundo; os aços livres de intersticiais (IF) ficam na base desta faixa
Baixo — 0.10–0.25%	O cavalo de batalha estrutural soldável: boa ductilidade, resistência modesta, resposta de endurecimento limitada	Perfis estruturais e chapas (território S235–S355), tubos, fabricação geral
Médio — 0.25–0.60%	Responde fortemente à têmpera e ao revenido; a faixa da maquinaria	Eixos, engrenagens, semi-eixos: C45/1045 com cerca de 0.45%, 4140 com cerca de 0.40%
Alto — 0.60–1.00%	Molas, peças de desgaste e arestas de corte; a soldagem se torna um procedimento especializado	Aços para molas (aproximadamente 0.5–0.8%), aços para trilhos, cabos de aço, facas
Muito alto — acima de 1.00%	Volume máximo de carbonetos e dureza máxima após têmpera; frágil sem revenido cuidadoso	Aços ferramenta e para matrizes (o D2 carrega cerca de 1.5%), limas, pistas de rolamento com cerca de 1.0%

O que o carbono controla

Teto de dureza. O carbono define a dureza máxima que um aço pode alcançar quando totalmente temperado. A relação é íngreme no início e depois satura: um aço com cerca de 0.20% de carbono alcança aproximadamente 45 HRC no máximo, enquanto um com cerca de 0.60% de carbono pode alcançar a faixa média de 60 HRC. Acima de aproximadamente 0.6–0.8%, o carbono adicional acrescenta carbonetos resistentes ao desgaste, em vez de maior dureza.

A profundidade de endurecimento é outra questão. A profundidade que essa dureza penetra — a temperabilidade — é comprada com manganês, cromo, molibdênio ou traços de boro, e não com carbono. Confundir os dois é um erro clássico de especificação: um aço comum de alto carbono ainda pode amolecer alguns milímetros abaixo da superfície de uma seção espessa.

A soldabilidade vai na direção oposta. À medida que o carbono aumenta, a zona afetada pelo calor endurece mais e trinca com mais facilidade. O setor expressa isso com o carbono equivalente, mais comumente a fórmula do IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Aços com CE baixo soldam livremente; à medida que o CE sobe acima de aproximadamente 0.40–0.45, tornam-se necessários preaquecimento, aporte térmico controlado e prática de baixo hidrogênio — e é por isso que as classes estruturais limitam o carbono bem dentro da faixa baixa.

A tenacidade e a ductilidade diminuem de forma constante ao subir a escada: o alongamento e a energia de impacto, para uma dada resistência, são maiores nas faixas de baixo carbono, e os aços de alto carbono conquistam a sua dureza com uma fragilidade que o revenido precisa depois compensar.

Como escolher um degrau

A regra prática é comprar não mais carbono do que a aplicação consome. Estruturas soldadas permanecem baixas; peças que serão endurecidas por completo e revenidas vivem na faixa média; apenas peças pagas em desgaste ou vida da aresta — molas, trilhos, ferramentas — justificam os degraus altos e os seus custos de fabricação. Os nomes das classes frequentemente escondem a resposta: em designações como C45, 1045 ou S45C, o número é o carbono nominal em centésimas de por cento.