Tutorial: Módulo de elasticidade do aço – Ciência dos materiais

O aço é um material importante na indústria moderna e é usado para uma variedade de aplicações. Uma propriedade crucial a considerar ao utilizar aços é a sua elasticidade. O módulo de elasticidade ou módulo de Young indica a quantidade de stress necessária para alcançar um certo grau de alongamento. Neste artigo iremos analisar os diferentes tipos de aços e os seus respetivos módulos elásticos.

O que é o aço?

O aço consiste principalmente em ferro (Fe) e carbono (C), mas também podem ser adicionados outros elementos para melhorar ou adaptar as suas propriedades.

A maioria dos graus disponíveis comercialmente tem um conteúdo de carbono entre 0,2% e 2%. A composição exata varia dependendo do fabricante e da utilização prevista do material.

Hoje em dia, graças às tecnologias modernas e aos resultados da pesquisa, podem ser produzidos tipos de aço que têm uma combinação impressionante de propriedades. Estas propriedades são o resultado da adição direcionada de elementos de liga como crómio, molibdénio ou níquel em certas proporções.

Os elementos acompanhantes no aço também desempenham um papel importante na determinação das suas propriedades físicas e químicas. O carbono, por exemplo, aumenta a dureza do material, enquanto o enxofre o torna frágil.
Além disso, a estrutura de cristal do aço após a deformação e a sua condição de tratamento térmico também são decisivas pelas suas propriedades mecânicas e termodinâmicas finais. Os processos de arrefecimento ou aquecimento controlados podem atingir a condição desejada.

Que tipos de aço existem?

Existe uma vasta gama de diferentes tipos de aço, que são fabricados para diferentes fins. Alguns dos tipos mais comuns são aço carbono, liga de aço e aço inoxidável.

Os aços de carbono têm um elevado teor de carbono e são frequentemente utilizados para elementos de construção, como vigas ou pontes. Também podem ser utilizados em máquinas-ferramenta porque são suficientemente duros para realizar cortes. Devido à sua elevada resistência e dureza, os aços carbono são um material popular na construção de máquinas especiais. São particularmente adequados para componentes que estão sujeitos a cargas elevadas, tais como rodas de engrenagem ou eixos.

Além do ferro, os aços de liga também contêm outros elementos, tais como crómio ou molibdénio. Estes aditivos melhoram a resistência do material e a sua resistência à corrosão da água ou humidade. Na construção de máquinas especiais, são utilizados ligas de aço, por exemplo, na produção de peças de máquinas-ferramenta. Na produção de equipamentos especiais para mineração e construção de túneis, bem como na construção de guindastes, também são frequentemente utilizados ligas de aço.

Os aços de ferrugem (inoxidável) caracterizam-se pela sua elevada resistência à ferrugem - daí o seu nome "sem ferrugem". Isto torna-o ideal para utilização no exterior e em ambientes com exposição à humidade, como utensílios de cozinha ou equipamento médico. Os aços sem ferrugem e os aços inoxidáveis são indispensáveis na construção de máquinas especiais. Oferecem uma elevada resistência à corrosão, o que é especialmente benéfico em ambientes húmidos ou agressivos.

Para além destes três tipos principais, estão disponíveis no mercado muitos outros tipos de aço especializados: Os aços de alta temperatura, por exemplo, são utilizados em condições extremamente quentes; os aços elétricos, por sua vez, permitem uma maior eficiência energética nos transformadores elétricos; os aços de mola são utilizados principalmente na construção de molas.

Qual é o módulo de elasticidade do aço?

Como é determinado o módulo de elasticidade do aço?

O módulo de elasticidade é definido pela faixa linear no diagrama tensão-deformação.

Com carga uniaxial no teste de tração, esta faixa linear pode ser facilmente reconhecida: Quanto maior for a força de tração aplicada, mais o material se expande - mas sempre proporcional à força. A inclinação desta região linear-elástica resulta então no módulo de elasticidade do material.

A partir desta derivação, aplica-se a Lei de Hooke com:

Módulo eletrónico de diferentes tipos de aço

É importante notar que o módulo eletrónico não depende apenas da composição química do material, mas também é influenciado pelo processo de fabrico e pelas propriedades mecânicas, como dureza ou resistência.

Quanto mais elevado for o módulo electrónico de um determinado tipo de aço, mais robustas são as construções feitas com ele sob influências de carga.