Aços carbono para trilhos e estruturas

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Aços microligados são também conhecidos como aços BLAR microligados, porque, de fato, são aços de alta resistência e baixa liga. Apresentam, entretanto, algumas características que os tornam uma classe à parte. O nome microligado resulta da presença de teores bem baixos de elementos como nióbio, vanádio e titânio, adicionados para se obter um perfeito controle da microestrutura, quando associados a um processamento especial denominado laminação controlada. O termo microestrutura aqui usado se refere a todos aspectos da estrutura do aço incluindo a presença de átomos substitucionais e intersticiais na matriz ferrítica, as deslocações, os precipitados finalmente dispersas, partículas de segunda fase mais grosseiras, inclusões e a descrição convencional da ferríta e os carbonetos. O controle desta microestrutura em aços específicos depende do controle da composição química e do processamento do aço e conduz ao desenvolvimento de propriedades mecânicas especificas para diferentes aplicações. (2)*.

Alunos de Engenharia Mecânica e de Engenharia de Materiais da UnicenP em 2001 fizeram diversas pesquisas com trilhos de trens e obtiveram diversas conclusões com bases nelas, como, os trilhos para exercerem as suas funções de superfícies de rolamentos e suporte das cargas transportadas pelos veículos, são necessários que tenham dureza, tenacidade, elasticidade e resistência à flexão. Entre todos os materiais, é o aço o que oferece as melhores vantagens para o emprego na fabricação dos trilhos. A maioria dos trilhos fabricados em todo o mundo é de aço-carbono , apesar de serem fabricados em vários países. As especificações americanas para os trilhos de aço-carbono, que são seguidas no Brasil, estabelecem a seguinte composição Química:

- Ferro: aproximadamente 98% da composição do trilho é o ferro, constituído pois o elemento básico do aço , dando-lhe suas principais qualidades.

- Carbono: o carbono proporciona maior dureza ao aço, mas à medida que aumenta a sua percentagem, este pode se tornar quebradiço, principalmente se não for eduzida a percentagem de fósforo.

- Manganês: este metal aumenta a dureza do aço , entretanto, uma elevada percentagem torna o aço difícil de trabalhar e se também é elevada a percentagem de carbono, pode produzir fragilidade. O manganês encarece muito o preço do aço, sendo empregado nos trilhos de aço Liga, conforme veremos a seguir e sobretudo em peças especiais principalmente nos "aparelhos de mudança de via".

- Silício: este elemento, durante algum tempo, foi considerado inerte no aço. Atualmente, sabe-se que ele aumenta a resistência à ruptura, sem sacrificar a ductilidade ou tenacidade, nas percentagens em que entra na composição do aço.

- Fósforo: é um elemento indesejável, pois torna o aço quebradiço; entretanto , esta ação diminui de intensidade à medida que decresce o teor de carbono.

- Enxofre: é também um elemento indesejável. Combina-se com o ferro, tirando suas principais qualidades, formando as chamadas " segregações.

No tratamento térmico dos trilhos, Se, por um lado, a quantidade de carbono influi sobre a estrutura cristalina do aço, por outro lado a temperatura a que é levado o mesmo e a velocidade de resfriamento seqüente, determinam a estrutura cristalina e as características finais do mesmo. Nos aços normalmente resfriados, a ferrita (ferro livre) e a perfila, constituem os componentes normais; a perlita é um agregado de lâminas altemadas de ferrita e cementita (Fe3 C).Consideremos um aço com menos de 0,9% de carbono, por exemplo, um aço para hos. Não se produz nenhuma modificação em sua estrutura até 7200 (temperatura tica inferior). A partir dessa temperatura, a perlita (ferrita, mais cementita) começa a transformar em "solução sólida" e, a partir da temperatura crítica superior (800) ) resta mais que uma solução sólida chamada austenita, que é Fe3C, dissolvido (forma alotrópica do ferro na qual os átomos do cubo unitário do ferro são localizados em cada vértice e no centro de cada face do cubo). (3)*.

A NBR que rege a composição dos trilhos é a NBR11710 – Título: Trilho "Vignole”, publicada em 01/01/1979 e impôs o objetivo: Fixa condições exigíveis para o trilho "Vignole" de aço-carbono não tratado, laminado e produzido por lingotamento, contínuo ou não, destinado à via férrea. (4)*

No estagio atual de sesenvolvimento da siderurgia do aço, sabe-se que os principais elementos que respondem pelo aumento da resistência são: carbono, manganês e cromo. Portanto, tem-se observado nas usinas um numero cada vez maior de trilhos com percentual de carbono entre 0,6 e 0,9%, e teores consideráveis de manganês e cromo, denominados trilhos perliticos, com maior resistência mecaniaca e principalmente ao desgaste. São materiais cuja microestrutura é 100% perlitica, sem ferrita livre. Apresenta dureza entre 260 e 290 HB e resistência a tração de 900 a 1200 Mpa na condição de como fabricado ( ROLDO, 1998). A perlita fina com pequeno espaço interlamelar assegura a resistência ao desgaste que o trilho necessita, constituindo um componente de maior vida útil e que permite altas cargas e grande intensidade de tráfego (LEAL, 2004).

Os trilhos atuais são produzidos por lingotamento contínuo e o aço fabricado costuma a possuir os seguintes elementos(perlítico):

Carbono de 0,6 a 0,9%

Hidrogênio é um elemento que pode causar problemas na composição do aço, pois suas bolhas em maiores proporções podem causar microtrincas, é eliminado através do resfriamento controlado ou tratamento de desgaseificação a vácuo.

O fósforo e o enxofre são elementos residuais e nocivos, por isso devem ser mantindos em baixo níveis, inferior a 0,035% de fósforo, que se acumula no contorno e confere fragilidade ao aço diminuindo sua tenacidade, e inferior a 0,037% de enxofre, que forma inclusões de sulfeto de manganês que diminuem a tenacidade a fratura e resistência a fadiga.

O excesso de cromo pode dificultar a soldabilidade dos trilhos, o que aumenta o número de fraturas em soldas.( ROLDO, 1998)

OBJETIVO

O presente estudo tem como objetivo apresentar um aço para a construção de trilhos de uma linha ferroviária e aço para a construção da estrutura da estação de trem que será construída na cidade de Seropédica, rj.

Nosso objetivo é apresentar uma proposta embasada em estudos que foram feitos pensando em utilizar aços que facilitem