Termostato Metalúrgico: Analisando a Influência da Temperatura nas Propriedades do Aço Carbono
É importante compreender como a temperatura afeta a resistência de componentes em diferentes aplicações, principalmente no caso do aço carbono, um dos materiais mais utilizados na indústria siderúrgica desde 1856. Por isso, neste artigo exploraremos a influência da temperatura na resistência e ductilidade do aço carbono, destacando os principais mecanismos envolvidos e suas implicações práticas.
Para entender esse conceito, vamos definir a resistência e ductilidade de um material. A resistência de um material é a sua capacidade de suportar tensões sem se deformar ou romper, em outras palavras, quanto maior for a resistência de um material, maior será sua capacidade de aguentar “puxões’’ e pressões sem quebrar (igual uma massinha de modelar).
Já a ductilidade, sua capacidade de se deformar plasticamente sem se romper, está diretamente ligada à capacidade de molde do material. Quando um material é dúctil, ele pode ser moldado (esticado ou dobrado) de várias formas sem quebrar. Podemos pegar como exemplo o alumínio, um material que serve para embalagens de diferentes formas (vários moldes).
Essas características são muito importantes para entender como o aço se comporta quando colocado sob pressão ou movimento. Além disso, elas também influenciam como o aço reage ao longo do tempo quando é usado repetidamente ou quando entra em contato com substâncias que podem corroer ou danificar sua superfície.
A temperatura é um dos fatores que mais influencia a resistência e a ductilidade do aço carbono. Isso acontece porque quando a temperatura muda, os átomos dentro do material mudam de posição, fazendo com que eles fiquem mais próximos ou mais distantes uns dos outros, e também pode fazer as forças que os mantêm unidos ficarem mais fracas ou mais fortes.
Além disso, a temperatura também influencia outras características do material, como o quanto ele se expande quando aquecido e como ele conduz o calor. Tudo isso faz com que a temperatura tenha um grande impacto nas propriedades do material.
De modo geral, quando a temperatura aumenta, o aço carbono fica mais flexível e menos rígido, pois as ligações entre os átomos do aço ficam mais fracas, permitindo que suas partes se movam mais facilmente umas sobre as outras, tornando o material mais maleável.
Por outro lado, quando a temperatura diminui, o aço carbono fica mais forte, mas também mais quebradiço, pois as ligações entre os átomos ficam mais fortes, dificultando o movimento entre as partes do material. Isso faz com que o aço fique mais suscetível a quebrar quando esta sob pressão.
No entanto, essa relação entre temperatura e as características do material não é linear nem constante para todos os tipos de aço carbono. Isso depende muito de como o aço é feito, dos elementos químicos que foram misturados nele etc. Por isso, o aço pode se comportar de maneiras diferentes em diferentes temperaturas.
Alguns tipos de aço carbono, por exemplo, apresentam um fenômeno chamado de fragilização pelo hidrogênio, que basicamente torna o aço mais frágil e quebradiço, através da influência do hidrogênio. Isso pode ocorrer em função de várias situações, como excesso de umidade no ar, influência de produtos químicos usados na fabricação ou mesmo processos de limpeza que usam ácidos ou tratamentos que envolvem eletricidade.
Outro fenômeno interessante é o chamado "transição dúctil-frágil". Trata-se de um fenômeno que ocorre quando o aço é resfriado abaixo de uma certa temperatura e eles mudam rapidamente de um ponto de propriedade maleável para um mais quebradiço. Isso se torna um problema especialmente para materiais que precisam funcionar em temperaturas mais baixas, coisas como tubulações, navios ou pontes. Veja como ocorre na imagem abaixo:
Imagem: https://www.respondeai.com.br/conteudo/ciencia-dos-materiais/falhas/transicao-ductil-fragil/1918
Um exemplo da ocorrência desse fenômeno foi no caso do navio Titanic. As porções de aço no casco do Titanic eram cerca de 12 vezes maiores do as utilizadas atualmente. O tamanho dessas porções, chamadas de grãos, influencia esse ponto de transição dúctil-frágil. Por causa desses grãos grandes, o casco do Titanic era forte em temperaturas acima de 32ºC, porém em temperaturas baixas como na noite em que aconteceu o acidente (de menos de -2ºC), torna-se quebradiço. Isso fez com que o casco do navio ficasse mais suscetível a romper, o que contribuiu para a tragédia.
Portanto, é importante escolher metais com baixa transição dúctil-frágil ou adotar medidas para aumentar a sua ductilidade em baixas temperaturas, como:
- Adicionar elementos de liga que reduzem a transição dúctil-frágil do metal, como níquel, manganês ou o cobalto.
- Realizar tratamentos térmicos que refinem o tamanho dos grãos do metal, aumentando a sua tenacidade.
- Aplicar revestimentos ou isolamentos térmicos que protejam o metal da perda de calor.
- Evitar tensões residuais ou concentradores de tensão que possam favorecer a propagação de trincas no metal.
É fundamental conhecer as características do material e as condições de operação para escolher o tipo de aço carbono mais adequado para cada aplicação. Dessa forma, pode-se evitar diversos acidentes e garantir maior segurança para seu aço.
