O aço carbono é uma liga de ferro com carbono e seu comportamento é governado principalmente pelo teor de carbono. Os quatro tipos convencionais, em ordem crescente de carbono, são aço de baixo carbono, médio carbono, alto carbono e ultra{1}}alto carbono. O teor de carbono aumenta a resistência e a dureza, mas diminui a ductilidade, a tenacidade e a soldabilidade, razão pela qual a seleção do material é sempre um equilíbrio e não uma corrida para o número mais alto.
Os quatro tipos de aço carbono
| Tipo | Conteúdo de carbono | Propriedades típicas | Usos comuns |
| Baixo carbono (aço macio) | Abaixo de 0,3% | Macio, dúctil, facilmente soldado e moldado | Seções estruturais, tubos, carrocerias, fabricação em geral |
| Carbono médio | 0.3-0.6% | Equilíbrio de resistência e ductilidade | Engrenagens, eixos, eixos, peças de máquinas |
| Alto carbono | 0.6-1.0% | Duro, resistente ao desgaste, menos dúctil | Molas, fios, ferramentas de corte, trilhos |
| Carbono ultra-alto | 1.0-2.0% | Extremamente duro e quebradiço | Matrizes, punções, arestas de corte especializadas |
Como o aço ferroviário é classificado
O aço ferroviário é produzido em três famílias. Os trilhos de carbono são fundidos e laminados a partir de calores-baseados em minério de ferro, contando principalmente com carbono e manganês para resistência; um aço ferroviário comum típico contém cerca de 0,40-0,80% de carbono com manganês em cerca de 1,0-1,4%. Os trilhos de liga adicionam pequenas quantidades de elementos de liga, como vanádio, titânio, cromo ou nióbio, para aumentar a resistência e a tenacidade além dos graus de carbono. Os trilhos tratados termicamente são trilhos de carbono ou liga que são aquecidos e depois resfriados sob condições controladas para refinar a estrutura da perlita; a cabeça do trilho desenvolve uma camada endurecida que melhora muito a resistência ao desgaste e prolonga a vida útil.
Classes ferroviárias chinesas e propriedades mecânicas
Trilhos-laminados a quente (GB/T 2585)
| Nota | Resistência à tração (MPa) | Dureza (HB) |
| U75V | pelo menos 980 | 280-320 |
| U78CrV | pelo menos 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | pelo menos 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | pelo menos 980 | 290-330 |
Trilhos-tratados termicamente
| Nota | Resistência à tração (MPa) | Dureza (HB) |
| U75V (tratado termicamente) | pelo menos 1180 | 320-380 |
| U78CrV (tratado termicamente) | pelo menos 1280 | 370-420 |
As famílias Europeia e UIC utilizam designações próprias: R260 e R350HT segundo EN 13674-1, e classes 700, 900A e 1100 sob UIC 860, onde o número é a resistência à tração mínima em MPa.
Escolhendo o aço certo para trilhos
Selecione a classificação do tráfego: cargas pesadas por eixo e curvas acentuadas exigem cabeçotes mais duros e de maior-resistência, e é aí que os trilhos-tratados termicamente ganham seu prêmio. Linhas retas e levemente carregadas podem operar com tipos de carbono padrão a um custo menor. A soldabilidade também é importante: trilhos com alto-carbono e ligas precisam de procedimentos de soldagem controlados, e a composição química do trilho deve ser compatível com o processo de soldagem usado no projeto. Para componentes de fixação, aços para molas, como 60Si2MnA, ficam na faixa de alto-carbono, e a dureza do clipe após o tratamento térmico é normalmente de 42 a 50 HRC.
Equívocos comuns
Alto teor de carbono não é automaticamente melhor: o aço com alto-carbono é muito frágil para peças estruturais e dinâmicas. Os trilhos não são feitos de aço com baixo teor de carbono, que se desgastariam em meses. E a frase aço-liga não significa aço inoxidável: elementos de liga são adicionados em pequenas porcentagens para melhorar a resistência e a tenacidade, não para resistência à corrosão.
Perguntas frequentes
Por que o aço ferroviário é sempre rico em carbono?
Porque a cabeça do trilho deve resistir ao desgaste e o trilho como um todo deve resistir à flexão e à fadiga. O alto teor de carbono proporciona a dureza e a resistência necessárias, enquanto os níveis específicos de carbono e manganês são ajustados para soldabilidade e resistência.
Qual é a diferença entre trilho de carbono e trilho de liga leve?
Os trilhos de carbono dependem de carbono e manganês para obter resistência; O trilho de liga adiciona pequenas quantidades de vanádio, titânio, cromo ou nióbio para aumentar a resistência e a tenacidade.
O que o tratamento térmico faz em um trilho?
O aquecimento e o resfriamento controlados refinam a estrutura da perlita e criam uma camada endurecida na cabeça do trilho, normalmente aumentando a resistência à tração em 150-200 MPa e melhorando significativamente a vida útil em trilhos curvos.
O U75V é melhor que o U71Mn?
O U75V tem maior resistência e melhor resistência ao desgaste e é uma escolha comum para linhas de-transporte pesado e de alta{2}}velocidade. O U71Mn continua amplamente utilizado em linhas convencionais onde sua soldabilidade e custo são bem equilibrados.
O aço com alto teor de carbono pode ser soldado facilmente?
Não. Os aços com alto teor de carbono precisam de pré-aquecimento controlado, procedimentos qualificados e inspeção pós{1}}soldagem, e é por isso que a soldagem de trilhos (flash butt, termite ou aluminotérmica) é uma operação especializada com parâmetros aprovados.
Que dureza os clipes de mola devem ter?
Os clipes de mola ferroviária são normalmente temperados e revenidos a 42-50 HRC. A dureza mais baixa corre o risco de deformação plástica e perda de carga na ponta; maior dureza corre o risco de fratura frágil sob impacto.