Aço

O aço é ferro com uma pequena parte de carbono, doseada, quase sempre entre cerca de 0,1 e 1,5 %. Forja-se a quente; com carbono suficiente, endurece quando é aquecido e temperado, e o revenido torna-o depois mais tenaz à custa de alguma dureza.

O que é

O ferro puro é macio: uma faca feita dele dobra e perde depressa o fio. Junta-se-lhe um pouco de carbono, de umas décimas por cento até cerca de um e meio, e o metal continua a forjar-se a quente. Com carbono suficiente, aquecido e mergulhado em água ou óleo, fica duro o bastante para cortar ferro. Essa liga é o aço.

Pelo seu carbono, fica a meio caminho entre outros dois materiais. O ferro forjado quase não tem carbono: é tenaz e solda-se bem, mas não endurece. O ferro fundido tem 2 a 4 %: vaza-se em moldes, mas é quebradiço e não se forja. O aço, pelo contrário, passa de duro a tenaz conforme o ferreiro o aquece e arrefece. É hoje, de longe, o metal mais usado.

Como funciona

Os átomos de carbono são pequenos e alojam-se nos espaços entre os de ferro. O ferro frio retém muito pouco carbono, e o excesso forma carboneto de ferro, muito duro. Num aço arrefecido devagar, esse carboneto dispõe-se em lâminas finas alternadas com ferro macio: um conjunto resistente, que ainda se lima.

Acima de cerca de 727 °C, o cristal de ferro começa a reorganizar-se numa forma que dissolve o carbono, e, terminada a transformação, o íman deixa de o atrair. A temperatura e o tempo de manutenção necessários para dissolver carboneto suficiente dependem do tipo de aço. Se arrefecer devagar, o carbono volta a sair como carboneto. Se for temperado, não tem tempo: fica preso num cristal deformado, a martensite, muito dura e frágil como vidro.

Quando se aquece a haste, as cores avançam para o gume; o ferreiro arrefece a ferramenta quando lá chega a cor certa.

Por isso faz-se o revenido: o aço é reaquecido entre cerca de 200 e 350 °C, a tensão alivia e o metal fica muito mais tenaz à custa de alguma dureza. No aço polido forma-se uma película fina de óxido cuja cor acompanha a temperatura, da palha clara por volta de 210 °C ao azul-escuro por volta de 290 °C, passando pelo castanho e pelo púrpura. Essas cores, que dependem também do tempo e do estado da superfície, foram durante séculos o guia aproximado do ferreiro: palha para uma navalha ou um formão, púrpura a azul para uma mola. O recozimento, que aquece e depois arrefece muito devagar, deixa pelo contrário o estado mais macio, fácil de serrar e limar.

Abaixo de cerca de 0,3 % de carbono, o aço quase não endurece; com mais carbono fica mais duro e aguenta pior as pancadas. Um ferro metido em carvão vegetal e mantido ao rubro durante horas absorve carbono pela superfície. Temperado depois, ganha uma pele dura sobre um núcleo tenaz: é a cementação seguida de têmpera.

Como construir

O tratamento térmico é a parte da siderurgia ao alcance de uma pequena oficina. Convém partir de uma barra de aço de ferramentas não ligado, com muito carbono e de qualidade conhecida, e guardar a ficha do fornecedor, que indica as temperaturas, os tempos de estágio e o meio de têmpera exatos. Uma lima velha é a fonte tradicional, mas o seu aço é desconhecido e algumas limas baratas só estão endurecidas à superfície.

Amaciar e dar forma. Recozer a barra como indica a sua ficha. O método tradicional, levá-la ao rubro-escuro e deixá-la arrefecer uma noite inteira em cinza de madeira, é apenas aproximado. Desbastar a barra amaciada num pequeno punção ou escopro, sem a deixar aquecer.

Temperar. Aquecer por igual a ponta de trabalho num fogo de carvão vegetal ou com um maçarico a gás. O sinal antigo é o íman deixar de pegar, e depois um pouco mais de calor, até ao vermelho-cereja visto à sombra, mas a temperatura e o estágio indicados na ficha são mais fiáveis. Mergulhar a peça direita e inteira no meio de têmpera que ela indicar, em geral óleo para uma ferramenta pequena, num banho de vários litros mantido bem abaixo do seu ponto de inflamação. Mover a peça para cima e para baixo até arrefecer.

Verificar. Uma lima nova passada na ponta temperada deve escorregar sem morder. Se morder, talvez só a superfície tenha perdido carbono no fogo, ou a têmpera falhou: desbastar um pequeno ponto até brilhar e testar de novo antes de voltar a aquecer.

Revenir logo. A ficha indica a temperatura e o tempo de revenido, que um forno mantém melhor: um ciclo habitual é uma hora à temperatura, um arrefecimento até à temperatura ambiente e uma segunda hora. O método tradicional é mais rápido e apenas aproximado. Polir a ponta com lixa até o metal brilhar, aquecer devagar a haste e ver as cores avançarem para a ponta. Arrefecer a ferramenta quando o castanho ou o púrpura, por volta de 260–270 °C, chegar ao gume de um escopro, ou a cor de palha, por volta de 220 °C, ao de um formão.

Segurança. O calor da forja causa queimaduras profundas, e o aço abaixo do rubro parece frio mesmo quando não está: tratar cada peça como quente. Usar óculos de proteção, com uma viseira por cima ao temperar, luvas de couro para manusear peças quentes mas nunca no esmeril, calçado de couro e roupa de algodão ou lã. Trabalhar ao ar livre ou com boa ventilação, porque a forja liberta monóxido de carbono e o óleo quente, fumo. Ter à mão um recipiente metálico para o óleo com tampa metálica, e mergulhar a peça inteira e depressa, o que limita as labaredas. Se pegar fogo, fechar a tampa; nunca deitar água sobre óleo a arder nem deixar entrar água no óleo quente. Ter perto um extintor de pó. Nunca bater, dobrar, deixar cair ou tentar partir um aço temperado e não revenido: pode estilhaçar e projetar lascas cortantes.

História e evolução

Fragmentos de Kaman-Kalehöyük, na Anatólia, de cerca de 1800 a.C., já contêm aço, provavelmente por acaso. Uma picareta de mineiro do monte Adir, na Galileia, durante muito tempo datada do século XII a.C., mostra uma estrutura temperada e levemente revenida, mas a sua data foi entretanto posta em dúvida. Nenhum achado fixa o início do fabrico deliberado de aço. Esta prancha adota por convenção a data de cerca de 1000 a.C., a época em que o ferro entrou no uso comum no Levante, entre cerca de 1100 e 900 a.C.

Um cadinho partido depois da cozedura e o bolo de aço que continha.

No sul da Índia, o ferro era fechado em cadinhos de barro com matéria rica em carbono e fundido em bolos uniformes com 1 a 1,5 % de carbono; os cadinhos de Kodumanal, no Tamil Nadu, datam de cerca do século II a.C. Esse aço de cadinho, a que os europeus chamaram depois wootz, é o das lâminas com desenhos ondulados conhecidas como aço de Damasco. No Sri Lanka, fornos nas encostas soprados pela monção produziram aço entre os séculos VII e XI, talvez para o comércio no oceano Índico.

A China seguiu ainda outro caminho. Um túmulo do estado de Yan, do início do século III a.C., já contém aço temperado, mas o ferro chinês era então sobretudo ferro fundido. Tirando-lhe carbono obtinham-se metais mais macios: mantido quente ao ar durante dias, ou mexido numa fornalha de afinação sob o sopro dos foles, o ferro fundido tornava-se aço ou ferro macio. As fornalhas de afinação escavadas datam do século I a.C.

Na caixa de cementação, as barras de ferro passam uma semana ou mais no carvão e saem cobertas de bolhas.

A Europa moderna recorreu à cementação, desenvolvida primeiro na Alemanha. Em Derwentcote, em Inglaterra, a partir de cerca de 1730, barras de ferro sueco enterradas em carvão vegetal ficavam seis a dez dias acima de 1100 °C; o aço empolado era depois juntado em pacotes e caldeado na forja para o tornar mais uniforme. Por volta de 1740, o relojoeiro Benjamin Huntsman fundiu aço empolado em cadinhos e vazou-o num aço homogéneo.

Em 1856, Henry Bessemer soprou ar através de ferro-gusa fundido: o carbono e o silício arderam e o seu calor manteve o metal líquido. Nos anos 1860 vieram os fornos Siemens-Martin. Em 1952, em Linz, na Áustria, começaram a trabalhar conversores soprados com oxigénio puro; ainda produzem a maior parte do aço, enquanto os fornos elétricos, alimentados sobretudo com sucata, dão cerca de 29 %.