Já alguma vez se interrogou sobre como distinguir rapidamente o aço-carbono do aço inoxidável? Compreender as diferenças é crucial em várias aplicações, desde a construção ao fabrico. Este artigo analisa os principais métodos de identificação destes dois tipos de aço, centrando-se em testes de faísca, alterações de cor e outras características distintivas. No final, terá uma compreensão clara de como identificar eficazmente o aço-carbono e o aço inoxidável, garantindo que escolhe o material certo para os seus projectos. Mergulhe de cabeça para aprender estas técnicas essenciais e melhorar as suas competências de seleção de materiais.
O aço inoxidável faz faísca quando é moído?
Sim, o aço inoxidável produz de facto faíscas durante as operações de retificação. Este fenómeno ocorre devido ao rápido aquecimento de partículas metálicas microscópicas que são deslocadas durante o processo abrasivo. Quando a mó entra em contacto com a superfície do aço inoxidável, gera uma fricção significativa, fazendo com que estes pequenos fragmentos de metal atinjam temperaturas superiores a 1000°C (1832°F). A temperaturas tão elevadas, as partículas oxidam rapidamente e emitem luz visível, manifestando-se sob a forma de faíscas.
As caraterísticas destas faíscas - incluindo a cor, intensidade e padrão - podem variar dependendo do grau específico e da composição do aço inoxidável que está a ser processado. Por exemplo, os aços inoxidáveis austeníticos (por exemplo, 304, 316) produzem tipicamente faíscas mais curtas e mais numerosas com uma tonalidade laranja-avermelhada, enquanto os aços inoxidáveis martensíticos (por exemplo, 420, 440C) geram frequentemente faíscas mais longas e mais brilhantes com uma tonalidade amarelada. Factores como o tamanho do grão da mó, a velocidade de rotação e a pressão aplicada também influenciam a formação de faíscas. É importante notar que, embora a geração de faíscas seja comum na retificação de aço inoxidável, devem ser sempre implementadas medidas de segurança adequadas, incluindo proteção ocular e contenção de faíscas, para evitar potenciais perigos no ambiente da oficina.
Quando o aço é moído contra uma roda abrasiva sob pressão, o material é reduzido a partículas finas através da ação abrasiva. Estas partículas são rapidamente aquecidas devido à fricção mecânica e ejectadas pela força centrífuga da roda rotativa.
Quando as partículas de aço aquecidas entram em contacto com o oxigénio do ar, sofrem uma oxidação rápida. Esta reação exotérmica gera calor suficiente para aproximar as partículas de aço do seu ponto de fusão, provocando a emissão de luz. A trajetória destas partículas luminosas segue um caminho aerodinâmico, criando o padrão de faísca caraterístico.
O processo de oxidação inicia-se com a formação de uma película de óxido de ferro (2Fe + O2 → 2FeO) na superfície da partícula. Simultaneamente, no interior das partículas, o carbono presente na forma de carboneto de ferro (Fe3C) decompõe-se a altas temperaturas, libertando carbono elementar (Fe3C → Fe + C). Este carbono libertado reage então com o óxido de ferro superficial, produzindo monóxido de carbono gasoso.
Esta reação cria um processo cíclico em que os átomos de carbono reduzem a superfície do óxido de ferro, permitindo-lhe reagir com o oxigénio atmosférico e re-oxidar-se. Simultaneamente, isto desencadeia outras reacções com o carbono interno, levando à acumulação de gás monóxido de carbono no interior da partícula.
Quando a pressão interna do gás excede a tensão superficial da camada externa da partícula, ocorre uma microexplosão. Este fenómeno manifesta-se como uma explosão brilhante, semelhante a um fogo de artifício em miniatura. Se o carbono residual permanecer no interior das partículas mais pequenas resultantes, o ciclo de oxidação-explosão pode repetir-se, conduzindo potencialmente a explosões de segunda, terceira ou mesmo quarta geração. Este processo repetitivo cria o padrão dendrítico ou ramificado caraterístico observado nos testes de faísca.
A frequência e a intensidade destas explosões estão diretamente relacionadas com o teor de carbono do aço. Os aços com maior teor de carbono apresentam explosões mais frequentes e pronunciadas, resultando em padrões dendríticos mais complexos, com maior número de ramificações e formações do tipo "flor". Pelo contrário, os aços com menor teor de carbono produzem padrões de faíscas mais simples com menos ramificações.
Esta relação entre o teor de carbono e as caraterísticas de faísca constitui a base do teste de faísca como um método rápido e qualitativo para identificar diferentes tipos de aço em ambientes de oficina. No entanto, é importante notar que, embora o teste de faísca possa fornecer informações valiosas, deve ser utilizado em conjunto com outros métodos analíticos para uma identificação e caraterização precisas do material.
Os modelos de faíscas, as várias partes e formas incluem geralmente:
Quando a amostra de ensaio é moída na mó, todas as faíscas produzidas são coletivamente designadas por feixes de fogo.
O feixe de fogo pode ser dividido em três partes principais:
O feixe de fogo que se encontra mais próximo da mó é designado por feixe de fogo de raiz.
A parte central é designada por feixe de fogo central.
A parte final do feixe de fogo, que está mais afastada da mó, é chamada feixe de fogo de cauda. Ver a Fig. 12-1.
Ao triturar aço, as partículas de trituração voam a alta velocidade, criando linhas brilhantes conhecidas como linhas de fluxo.
Com base nas características de forma das linhas de fluxo, existem três formas comuns: linhas de fluxo rectas, linhas de fluxo onduladas e linhas de fluxo intermitentes, como mostra a Figura 12-2.
Um padrão de explosão ocorre no meio da linha de fluxo.
Existem três tipos comuns de fogos de artifício: fogos de artifício dendríticos, fogos de artifício emplumados e brácteas.
Os fogos de artifício em forma de ramo assemelham-se a ramos de árvores, com mais ou menos ramos, incluindo duas bifurcações, três bifurcações e muitas bifurcações.
Existem diferentes níveis de divisão, incluindo a divisão primária, a divisão secundária e a divisão múltipla.
As explosões em forma de pena são uma forma especial de explosão de aço com rebordo que se assemelha a penas. As brácteas são formas especiais de expansão que ocorrem no meio da linha de fluxo e incluem rebentamentos antes e depois da parte de expansão.
Ver a figura 12-3. Se a flor da bráctea aparecer na extremidade da linha de fluxo, é também designada por flor da cauda da flor da bráctea.
O ponto onde a linha de fluxo rebenta a meio é chamado um nó.
Alguns fogos de artifício têm nódulos brilhantes e carnudos, enquanto outros não têm nódulos evidentes.
Quando a faísca rebenta, a serpentina é designada por linha de awn.
Os fogos de artifício dendríticos podem ser considerados como a forma de coleção da maioria das linhas de awn.
Faíscas sob a forma de pontos entre as linhas de explosão ou perto da linha de fluxo.
A couve-flor é uma forma anómala de cauda aerodinâmica.
Existem três tipos de flores de cauda comuns: flor de cauda de raposa, flor de cauda de ponta de lança e flor de cauda de magnólia. Como mostra a Fig. 12-4.
Fig. 12-4 Forma da flor da cauda
A cor e a luminosidade de todo o feixe de chama ou de parte da faísca.
A principal ferramenta utilizada para a identificação de faíscas é uma rebarbadora.
As máquinas de retificação podem ser de secretária ou portáteis.
Uma rebarbadora de bancada é adequada para inspecionar amostras de aço e peças de pequena forma.
Um triturador portátil pode ser utilizado para identificar lotes de aço em oficinas e armazéns.
A potência do motor utilizado numa rebarbadora de bancada é de 0,5 KW e a velocidade de rotação é de cerca de 3000 RPM.
O motor de um moinho portátil tem uma potência de 0,2 KW e uma velocidade de 2800 RPM.
Uma potência e uma velocidade excessivas podem provocar a dispersão das faíscas, o que não é propício à identificação.
Se a potência e a velocidade forem demasiado baixas, será difícil retificar ligas de aço para ferramentas e aço rápido contendo tungsténio, podendo mesmo não produzir um feixe de chama.
A mó deve ter um tamanho de grão de 46# ou 60# (de preferência 60#) e dureza média de 200mm, e a espessura deve ser de 20~25mm.
A mó para uma máquina de moagem portátil pode ter um diâmetro de 9020mm.
É aconselhável não mudar frequentemente as ferramentas, tais como a máquina de retificação e a granularidade da mó.
Ter conhecimento e familiaridade com o desempenho das ferramentas é um aspeto essencial da identificação de faíscas.
A forma da faísca pode variar devido a alterações na velocidade da roda e no tamanho das partículas de diferentes trituradores.
A nitidez e redondeza da superfície de fricção da mó deve ser regularmente mantida para garantir uma força de projeção consistente.
Se o rebolo não for afiado, pode reduzir a aerodinâmica, enquanto que se a circularidade não for mantida, o aço pode saltar ao esfregar contra ele. Por conseguinte, a circularidade do rebolo não deve ser demasiado pequena.
Antes de iniciar o trabalho, é importante identificar uma amostra padrão para corrigir a influência potencial do ambiente objetivo.
A luminosidade do ambiente de trabalho pode afetar significativamente a observação de faíscas.
O local de identificação não deve ser demasiado luminoso, mas também não precisa de ser completamente escuro. É importante manter uma luminosidade constante para garantir uma identificação exacta.
De um modo geral, não é aconselhável funcionar ao ar livre. No entanto, se for necessário o funcionamento no exterior, deve ser utilizada uma lona móvel coberta com um pano preto para evitar a interferência de luz forte, como a dos coelhos.
Deve ser fornecido um conjunto de amostras de aço normalizadas com classes de aço conhecidas para comparação na aprendizagem e identificação. Quanto mais abrangentes forem as amostras de aço, melhor.
Para determinar o teor correto de cada elemento, as amostras de aço normalizado devem ser submetidas a uma análise química.
Na indústria de fabrico de máquinas, a seleção precisa de materiais e o tratamento térmico são desafios críticos enfrentados pelos profissionais técnicos. A identificação e a utilização corretas dos tipos de aço são fundamentais para garantir a qualidade, a segurança e a rentabilidade dos produtos.
A seleção incorrecta de materiais ou a mistura inadvertida de tipos de aço durante o fabrico pode levar a que os componentes não cumpram as especificações de desempenho, podendo resultar em perdas económicas significativas ou falhas catastróficas. Por conseguinte, uma compreensão abrangente das variedades de aço e das suas respectivas propriedades é essencial para o sucesso da produção de máquinas.
Os métodos de identificação do aço podem ser amplamente classificados em abordagens químicas e físicas. Embora a análise química ofereça uma elevada precisão, é principalmente adequada para inspecções por amostragem em laboratório. O tempo e o custo associados à análise química tornam-na impraticável para aplicações no local na maioria dos ambientes de fabrico.
Os métodos de identificação física, embora menos precisos do que a análise química, revelam-se inestimáveis para avaliações preliminares no local devido à sua praticidade e à experiência acumulada de técnicos especializados. Entre estes métodos físicos, a identificação por faísca e a análise metalográfica destacam-se como as técnicas mais eficazes e de aplicação mais alargada.
A identificação de faíscas, em particular, ganhou uma adoção generalizada na indústria devido às suas numerosas vantagens:
A importância da identificação de faíscas torna-se evidente em várias fases críticas do processo de fabrico:
O carbono é o principal elemento de aço e a sua forma de ativação muda com o aumento do teor de carbono.
Os padrões de faísca dos aços comuns são os seguintes
Fig. 12-6 30 Aço
O feixe de chamas é totalmente amarelo, com uma linha de fogo espessa no meio, ligeiramente mais fina na raiz e ligeiramente maior na cauda. Para além disso, existem longas linhas de luz que pendem ligeiramente.
No caso da explosão secundária, esta tem vários ramos com nós de explosão brilhantes.
Fig. 12-7 Aço 40
O comprimento do feixe de fogo de artifício aumentou ligeiramente. Todos os fogos de artifício são agora explosões secundárias, e a linha do rastilho é longa e espessa. Além disso, há agora mais fogos de artifício em todo o feixe, e começa a aparecer algum pólen. A cauda do feixe de fogo de artifício também é maior, e a cor é um amarelo brilhante.
Fig. 12-8 Aço 45
O comprimento do feixe de fogo é superior ao do aço 40. A forma dos fogos de artifício é maior e o número de linhas de fogo e de fogos de artifício aumentou. As linhas de fogo são mais espessas e a linha de fogo é mais comprida. Existe uma quantidade adequada de pólen entre as linhas de fluxo, e estas emitem com força, resultando num maior grau de rebentamento. Os nós são brilhantes e o número de fogos de artifício na cauda é significativamente maior do que o do aço 40. Para além disso, a cor é amarelo vivo.
Fig. 12-9 Aço 50
O comprimento da viga de chama é equivalente ao de uma viga de aço de 45º.
O padrão de explosão é significativo, com um maior número de linhas de fluxo e explosões. As linhas de fluxo são espessas, com linhas longas e pólen entre elas, tornando a explosão poderosa. Os nós são brilhantes e o número de explosões na cauda é visivelmente superior ao de uma viga de aço de 45. A cor da chama é amarelo vivo.
Toda a chama é amarela, com uma linha de fluxo ligeiramente espessa e longa e uma forma rectilínea. A parte central, em direção à cauda, é ligeiramente inclinada.
Um padrão de explosão único com múltiplos ramos, feito de aço estrutural de carbono com o mesmo teor de carbono, é ligeiramente mais regular do que o padrão de explosão. O grau de explosão é grande e os nós são mais brilhantes.
A presença de crómio nesta fase demonstra o seu papel no alongamento e na fissuração.
O feixe de faíscas é amarelo brilhante e tem muitas linhas aerodinâmicas. O rebentamento secundário da flor composta é grande, limpo e regular, com um número significativo de fogos de artifício. A linha da coroa é longa e espessa, e o ângulo da flor é claro e bem separado.
Existe uma quantidade suficiente de pólen e o grau de rebentação é elevado, com uma linha de fluxo espessa, ligeiramente descaída do meio para a cauda. O grau de rebentação do crisântemo de ramo grande é ainda mais intenso.
Atualmente, a inscrição média-baixa de carbono continua a servir o objetivo de promover a explosão.
Fig. 12-12 Aço 20CrMo
O feixe de chama do material é mais curto do que o do aço 20Cr. A linha de fluxo é ligeiramente mais fina, e existem várias bifurcações e uma única explosão de uma só vez.
Quando comparado com o 20CrMo, o padrão de explosão diminuiu, o grau de explosão está enfraquecido, os nós não são muito brilhantes e a cor é amarela. Além disso, a cauda da linha de fluxo tem flores de cauda de ponta de pistola.
Nesta fase, o molibdénio tem a propriedade de inibição.
Embora o crómio seja um elemento explosivo, coexiste com o molibdénio e as suas propriedades tornam-se subordinadas.
Fig. 12-13 Aço 40CrMo
A cor da chama de 42CrMo O aço de 40Cr é ligeiramente mais escuro do que o aço de 40Cr, e a sua linha de fluxo é semelhante. Forma flores compostas de explosão secundária com uma quantidade adequada de pólen, e os nós parecem brilhantes. No entanto, os padrões de explosão são irregulares e confusos, e o grau de explosão é ligeiramente enfraquecido. Na cauda, há uma flor de cauda de ponta de arma, que não é vista no aço 20CrMo.
Deste modo, pode inferir-se que o teor de carbono tem um certo impacto no molibdénio.
Fig. 12-14 Aço 60Si2Mn
O feixe de fogo tem um comprimento moderado e uma linha de fluxo reduzida, e é ligeiramente espesso. A maioria rebenta duas vezes, enquanto alguns rebentam três vezes com um tipo de flor pequeno e um nó óbvio de botão de silicone. Estes tipos têm poucas e curtas linhas de rebentação, um grau de rebentação ligeiramente mais fraco e não têm pólen. A cor da faísca e o nó de explosão não são muito brilhantes.
Fig. 12-15 Aço GCr15
O feixe de fogo tem um comprimento moderado e apresenta muitos padrões de explosão aerodinâmicos e triplos. As linhas de fogo são ligeiramente finas e estão densamente cobertas por fogos de artifício em forma de ramo.
A quantidade de fogos de artifício é grande, os padrões são pequenos e a linha de toldos é fina e irregular. Existe uma quantidade significativa de pólen entre as linhas de toldos e os nós não são muito distintos. A cor dos fogos de artifício é laranja.
A organização interna é troostite perlite no estado de laminagem a quente. O feixe de fogo é longo e espesso, e apresenta três explosões. A intensidade da explosão é forte, a linha de awn é longa e existe uma quantidade significativa de pólen entre as linhas de awn. Os nós de rebentamento são brilhantes e o padrão da cauda é longo e localizado no meio.
Fig. 12-16 Aço Cr12MoV
O feixe de fogo é fino e extremamente curto, com uma linha de fogo ondulada e intermitente que parece ser numerosa e esguia.
Os fogos de artifício são excecionalmente poderosos, produzindo faíscas que rebentam em três flores diferentes com múltiplos ramos e estrelas significativas. As flores contêm numerosas flores partidas e pólen, e estão cheias de fogo.
A extremidade da linha de fluxo tem uma óbvia flor de cauda em forma de pistola como resultado do teor de molibdénio. Além disso, a linha de fluxo na cauda é ligeiramente mais espessa, dando ao material uma sensação de dureza quando esfregado.
Cor: amarelo a laranja. A forma de faísca não é diferente do Cr12.
Fig. 12-17 Aço 5CrMnMo
O feixe de fogo é o mais espesso e mais longo, a linha de fluxo é de espessura média e o rebentamento é o segundo mais forte. Todos eles rebentam três vezes, por vezes com algumas flores, e há flores de cauda de ponta de pistola de molibdénio.
A forma da flor é uma flor em forma de estrela de três ou quatro segmentos, com uma flor de cauda de lanceta. A linha de toldos é densa, a área de distribuição das flores representa 55-60% de todo o feixe de fogo, a forma da flor é grande e o ângulo da flor é largo.
Em termos de cor, o feixe de fogo é amarelo brilhante, e os nós são amarelos a brancos. A resistência é menos forte durante a moagem.
Fig. 12-18 Aço 3Cr2W8V
O raio de fogo é relativamente longo e a linha de fluxo é muito fina, ondulada e intermitente. O rebentamento é fraco, com apenas uma pequena quantidade de flores em forma e tamanho de rabo de raposa careca.
Cor da carroçaria: fúcsia.
Careca e solitário, vermelho cereja claro.
É muito resistente ao moer.
Fig. 12-19 Aço W6Mo5Cr4V2
O feixe de chama aparece como uma cor amarela alaranjada curta e brilhante, com uma tonalidade vermelha escura na base.
Existem algumas linhas de fluxo irregulares, bem como alguns padrões ondulatórios.
As linhas de fluxo não são muito espessas e têm um comprimento médio.
A linha da cauda é mais grossa e assemelha-se a uma folha de salgueiro com flores na cauda, e a ponta tem uma ligeira calvície.
Os fogos de artifício são pouco numerosos mas têm uma forma grande.
Existem apenas algumas linhas de toldos, que também são calvas.
A linha aerodinâmica da cauda desce para baixo.
Julgar o grau de aço da amostra testada com base no padrão de faíscas observado pode ser um desafio.
Isto deve-se ao facto de os padrões de faíscas poderem apresentar diferenças subtis que são difíceis de descrever e expressar com precisão. É necessário um profissional qualificado com ampla experiência e conhecimento para discriminar com precisão estas diferenças subtis nos padrões de faíscas.
Atualmente, é necessário utilizar a identificação por faísca apenas para confirmar se um material pertence à classe de aço pretendida.
Ao identificar um lote de peças, a primeira peça deve ser cuidadosamente observada e analisada. Uma vez confirmado que o aço n.º 1 está a ser utilizado corretamente, a peça deve ser ligeiramente esmerilada para observar as características básicas das faíscas quando está menos desgastada.
Esta caraterística deve ser tida em conta, e as restantes peças podem ser lixadas com uma ligeira pressão. Esta abordagem não só ajuda na identificação, como também minimiza o desgaste das peças, evitando assim qualquer impacto negativo no seu aspeto ou funcionalidade.
Nesta altura, é importante focar as diferenças fundamentais entre os dois tipos de aço nos seus padrões de faísca. Assim que tiver uma compreensão clara das respectivas características e distinções fundamentais, torna-se muito mais fácil diferenciá-los.
Se o discriminador compreender a utilização básica do aço e estiver familiarizado com o senso comum dos materiais que devem ser utilizados para fazer várias peças, pode ser de grande ajuda na identificação de faíscas.
Um fator a considerar é se a explosão dendrítica ocorre durante a trituração das faíscas. Se houver explosão dendrítica, esta pode ser inferida a partir das seguintes situações:
① Se a explosão dendrítica ocorrer normalmente e não houver faíscas noutras formas especiais, trata-se principalmente de aço-carbono (aço morto e semi-morto).
Nesta altura, se o padrão for uma explosão dividida e o pote de explosão for relativamente esparso, isso indica que o teor de carbono é baixo e pertence à gama de baixo carbono do aço-carbono.
Se o padrão for secundário, terciário ou uma pequena quantidade de explosão dendrítica multi-split, a quantidade de explosão é média e a distância entre as explosões é clara, indicando que o teor de carbono da amostra é de cerca de 0,4% C, e pertence ao aço carbono na faixa de carbono médio.
Se a explosão for uma explosão em forma de árvore com várias bifurcações, a quantidade de explosão é grande e a distância entre as explosões é pequena, indicando que o teor de carbono é elevado e que pertence a aço de alto carbono. Quando a explosão está cheia, confirma-se que o teor de carbono é elevado.
② Se a explosão exibir um padrão dendrítico e tiver uma aparência emplumada, isso indica que o aço tem um teor de silício muito baixo. O teor de carbono pode ser estimado aproximadamente com base na quantidade de explosão, o que pode ajudar a inferir o grau de aço.
③ Identificar aproximadamente a tipo de aço:
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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