Aço Carbono Comum: Propriedades e Principais Aplicações

O Aço Carbono Simples é uma categoria fundamental de aço caracterizada principalmente pelo seu teor de carbono, que normalmente varia de 0,05% a 2,0%. Essa classificação abrange várias subcategorias, incluindo aços de baixo carbono, médio carbono e alto carbono, cada uma definida por suas porcentagens específicas de carbono e propriedades correspondentes. O principal elemento de liga no aço carbono simples é o próprio carbono, que influencia significativamente suas propriedades mecânicas, dureza e ductilidade.

Visão Geral Abrangente

O Aço Carbono Simples é classificado com base em seu teor de carbono em três categorias principais:
- Aço de Baixo Carbono: Contém aproximadamente 0,05% a 0,25% de carbono. É conhecido por sua excelente ductilidade e soldabilidade, tornando-o adequado para aplicações que exigem extensa conformação e moldagem.
- Aço de Médio Carbono: Contém cerca de 0,25% a 0,60% de carbono. Esse tipo encontra um equilíbrio entre resistência e ductilidade, tornando-o ideal para aplicações como componentes automotivos e peças de máquinas.
- Aço de Alto Carbono: Contém 0,60% a 2,0% de carbono. É caracterizado por alta dureza e resistência, mas menor ductilidade, tornando-o adequado para ferramentas de corte e molas.

As características significativas do aço carbono simples incluem:
- Resistência: Um maior teor de carbono aumenta a resistência à tração.
- Ductilidade: Um menor teor de carbono aumenta a ductilidade, permitindo uma moldagem e conformação mais fáceis.
- Soldabilidade: Geralmente boa, mas pode ser afetada pelo teor de carbono e tratamento térmico.

Vantagens:
- Custo efetivo e amplamente disponível.
- Versátil para várias aplicações devido à sua faixa de teor de carbono.
- Boas propriedades mecânicas podem ser ajustadas através de tratamento térmico.

Limitações:
- Suscetível à corrosão sem revestimentos protetores.
- Aços de maior carbono podem ser frágeis e menos dúcteis.
- Resistência limitada a altas temperaturas em comparação com aços-liga.

Historicamente, o aço carbono simples tem sido uma pedra angular da indústria do aço, servindo como base para muitas aplicações de engenharia devido à sua disponibilidade e facilidade de fabricação.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização de Normas	Designação/Classe	País/Região de Origem	Anotações/Observações
UNS	G10100	EUA	Aço de baixo carbono
AISI/SAE	1010	EUA	Equivalentemente mais próximo do UNS G10100
ASTM	A36	EUA	Aço estrutural com baixo teor de carbono
EN	S235JR	Europa	Comparável ao A36, com pequenas diferenças composicionais
DIN	St37-2	Alemanha	Semelhante ao S235JR, usado em aplicações estruturais
JIS	SS400	Japão	Equivalente ao S235JR, comumente utilizado na construção
GB	Q235	China	Semelhante ao A36, amplamente utilizado na construção

As anotações na tabela destacam que, embora essas classes possam ser consideradas equivalentes, sutis diferenças em composição e propriedades mecânicas podem influenciar seu desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, o aço A36 possui uma resistência ao escoamento especificada, enquanto o S235JR tem uma composição química ligeiramente diferente que pode afetar a soldabilidade.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo e Nome)	Faixa de Percentagem (%)
C (Carbono)	0,05 - 2,0
Mn (Manganês)	0,30 - 1,65
Si (Silício)	0,10 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,04
S (Enxofre)	≤ 0,05

O papel principal dos elementos de liga chave no aço carbono simples inclui:
- Carbono (C): Aumenta a dureza e resistência, mas diminui a ductilidade.
- Manganês (Mn): Aumenta a capacidade de endurecimento e resistência, além de melhorar a tenacidade do aço.
- Silício (Si): Atua como desoxidante durante a fabricação de aço e pode melhorar a resistência.
- Fósforo (P): Em pequenas quantidades, pode melhorar a usinabilidade, mas pode levar à fragilidade em concentrações mais altas.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Temperatura de Teste	Valor Típico/Faixa (Métrica)	Valor Típico/Faixa (Imperial)	Norma de Referência para Método de Teste
Resistência à Tração	Recocido	Temperatura Ambiente	370 - 700 MPa	54 - 102 ksi	ASTM E8
Resistência ao Escoamento (offset de 0,2%)	Recocido	Temperatura Ambiente	250 - 450 MPa	36 - 65 ksi	ASTM E8
Alongamento	Recocido	Temperatura Ambiente	20 - 40%	20 - 40%	ASTM E8
Dureza (Brinell)	Recocido	Temperatura Ambiente	120 - 200 HB	120 - 200 HB	ASTM E10
Resistência ao Impacto	Charpy V-notch	-20 °C	20 - 40 J	15 - 30 ft-lbf	ASTM E23

A combinação dessas propriedades mecânicas torna o aço carbono simples adequado para várias aplicações, particularmente onde resistência moderada e ductilidade são exigidas. Por exemplo, os aços de baixo carbono são frequentemente usados em painéis de carrocerias automotivas, enquanto os aços de médio carbono são preferidos para componentes estruturais devido ao seu equilíbrio entre resistência e trabalhabilidade.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	Temperatura Ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Ponto de Fusão/Faixa	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Condutividade Térmica	Temperatura Ambiente	50 W/m·K	29 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Capacidade Calorífica Específica	Temperatura Ambiente	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	Temperatura Ambiente	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·ft
Coeficiente de Expansão Térmica	Temperatura Ambiente	11,0 x 10⁻⁶ /°C	6,1 x 10⁻⁶ /°F

Propriedades físicas-chave, como densidade e ponto de fusão, são cruciais para aplicações em ambientes de alta temperatura. A condutividade térmica do aço carbono simples torna-o adequado para aplicações onde a dissipação de calor é necessária, enquanto sua capacidade calorífica específica indica como ele responderá a mudanças de temperatura durante o processamento.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C)	Classificação de Resistência	Anotações
Atmosférico	Varia	Ambiente	Regular	Suscetível à ferrugem
Cloretos	Varia	Ambiente	Pobre	Risco de corrosão por pite
Ácidos	Varia	Ambiente	Não Recomendado	Altamente suscetível
Alcalinos	Varia	Ambiente	Regular	Resistência moderada
Solventes Orgânicos	Varia	Ambiente	Bom	Geralmente resistente

O aço carbono simples exibe resistência limitada à corrosão, particularmente em ambientes com alta umidade ou exposição a cloretos. Ele é propenso à ferrugem quando exposto à umidade e requer revestimentos protetores ou galvanização para aplicações ao ar livre. Comparado aos aços inoxidáveis, que contêm cromo para uma resistência à corrosão aprimorada, o aço carbono simples é significativamente menos durável em ambientes corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	400 °C	752 °F	Além disso, ocorre oxidação
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	500 °C	932 °F	Exposição a curto prazo apenas
Temperatura de Escamação	600 °C	1112 °F	Risco de escamação além desta temperatura
Considerações sobre resistência ao fluência começam em torno de	400 °C	752 °F	A fluência pode ocorrer em temperaturas elevadas

Em temperaturas elevadas, o aço carbono simples pode experienciar oxidação e escamação, o que pode comprometer sua integridade estrutural. A temperatura máxima de serviço contínuo é crítica para aplicações envolvendo calor, pois exceder esse limite pode levar à degradação significativa das propriedades do material.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Adição Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Anotações
MIG	ER70S-6	Argônio/CO2	Bom para seções finas
TIG	ER70S-2	Argônio	Excelente para trabalhos de precisão
Stick	E7018	N/A	Suiável para trabalhos ao ar livre

O aço carbono simples é geralmente considerado ter boa soldabilidade, especialmente na faixa de baixo carbono. O pré-aquecimento pode ser necessário para seções mais espessas para evitar trincas. O tratamento térmico pós-soldagem pode melhorar a tenacidade da área soldada.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	[Aço Carbono Simples]	[AISI 1212]	Anotações/Dicas
Índice Relativo de Usinabilidade	100	150	AISI 1212 é mais fácil de usinar
Velocidade de Corte Típica (Torneamento)	30 m/min	50 m/min	Velocidades mais altas para AISI 1212

O aço carbono simples oferece usinabilidade razoável, particularmente nas classes de baixo carbono. No entanto, teores mais altos de carbono podem levar a um aumento do desgaste das ferramentas e a velocidades de corte reduzidas.

Conformabilidade

O aço carbono simples apresenta boa conformabilidade, especialmente na faixa de baixo carbono. Ele pode ser facilmente formado a frio em várias formas, enquanto a conformação a quente também é viável em temperaturas elevadas. O efeito de endurecimento por trabalho deve ser considerado durante as operações de conformação, pois pode aumentar a resistência do material, mas também pode levar a trincas se não for gerenciado adequadamente.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C/°F)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Propósito Principal / Resultado Esperado
Recocimento	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 horas	Ar ou água	Melhorar a ductilidade e reduzir a dureza
Endurecimento	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 minutos	Água ou óleo	Aumentar a dureza
Tempera	400 - 700 °C / 752 - 1292 °F	1 hora	Ar	Reduzir a fragilidade e melhorar a tenacidade

Os processos de tratamento térmico alteram significativamente a microestrutura do aço carbono simples, afetando suas propriedades mecânicas. Por exemplo, o endurecimento aumenta a dureza, mas pode levar à fragilidade, o que é mitigado através da tempera.

Aplicações e Usos Finais Típicos

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Principais Propriedades do Aço Utilizadas Nesta Aplicação	Razão para Seleção
Automotiva	Painéis de carroceria	Boa conformabilidade, soldabilidade	Custo efetivo, fácil de moldar
Construção	Vigas estruturais	Alta resistência, boa soldabilidade	Essencial para estruturas de suporte de carga
Manufatura	Peças de máquinas	Equilíbrio entre resistência e ductilidade	Versátil para vários componentes
Ferramentas	Ferramentas manuais	Alta dureza (nas variantes de alto carbono)	Durabilidade e resistência ao desgaste

Outras aplicações incluem:
- Tubos e Canos: Usados em encanamento e aplicações estruturais.
- Acessórios: Parafusos, porcas e parafusos devido à boa resistência.
- Equipamentos Agrícolas: Componentes que requerem tenacidade e resistência ao desgaste.

O aço carbono simples é escolhido para essas aplicações devido à sua disponibilidade, custo-efetividade e capacidade de ser ajustado através de tratamento térmico e processamento.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações

Características/Propriedades	[Aço Carbono Simples]	[AISI 4140]	[Aço Inoxidável 304]	Notas Breves de Prós/Contras ou Troca
Propriedade Mecânica Chave	Resistência Moderada	Alta Resistência	Resistência Moderada	AISI 4140 oferece maior resistência, mas a um custo mais alto
Aspecto de Corrosão Chave	Pobre	Regular	Excelente	O aço inoxidável é superior em ambientes corrosivos
Soldabilidade	Boa	Regular	Boa	O aço carbono simples é mais fácil de soldar do que o AISI 4140
Usinabilidade	Moderada	Regular	Boa	O aço carbono simples é mais fácil de usinar do que o AISI 4140
Conformabilidade	Boa	Regular	Boa	O aço carbono simples é mais conformável do que o AISI 4140
Custo Aproximado Relativo	Baixo	Médio	Alto	O aço carbono simples é a opção mais econômica
Disponibilidade Típica	Alta	Média	Alta	Ampla disponibilidade em várias formas

Ao selecionar o aço carbono simples, as considerações incluem a relação custo-benefício, disponibilidade e as propriedades mecânicas específicas exigidas para a aplicação. Sua versatilidade o torna adequado para uma ampla gama de usos, mas sua suscetibilidade à corrosão exige medidas protetoras em certos ambientes.

Em resumo, o aço carbono simples continua a ser um material fundamental em engenharia e manufatura, oferecendo um equilíbrio de propriedades que podem ser ajustadas para atender às diversas necessidades de aplicação.