Post on 19-Dec-2015
Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Prof. Rodrigo Perito Cardoso
TM343 Materiais de Engenharia
Capítulo 11 – Aplicações e processamento de ligas metálicas
Prof. Rodrigo Perito Cardoso
Onde estamos?
• Introdução • Revisão dos conceitos de mecanismos de endurecimento e
diagramas de fase • Alumínio e suas ligas
– Classificação das ligas de Al – Tratamentos térmicos das ligas de Alumínio – Metalurgia das ligas de Alumínio
• Ligas ferrosas – Aços e ferros fundidos – Diagramas TTT e TRC – Tratamentos térmicos dos metais ferrosos – Metalurgia dos metais ferrosos – Tratamentos termoquímicos
• Noções de Outras ligas (Mg, Ti, Co, Ni, etc)
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O que era importante lembrar da aula anterior
• Conceitos básicos de transformação de fase
– Nucleação x Crescimento
– Super-resfriamento (Superaquecimento)
• Microestruturas no sistema Fe-C
– Perlita
– Bainita
– Cementita globulizada (esferoidita)
– Martensita
– Martensita revenida
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O que era importante lembrar da aula anterior
• Diagramas TTT
– Origem
– Como aplicar
• Diagramas TRC
– Diferença com relação ao TTT
– Como aplicar
– Como propor um tratamento térmico para obter uma da microestrutura (propriedade)
• Relação microestrutura – propriedade
– saber qualitativamente como quem é mais resistente , mais dúctil, mais tenaz, etc.
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Roteiro da aula • Introdução
• Tipos de ligas Metálicas
– Ligas ferrosas (Aços (alta e baixa liga e não ligados), Ferros fundidos (cinzento, nodular, branco, maleável e vermicular) )
– Ligas não-ferrosas (cobre, alumínio, magnésio, titânio, metais refratários, superligas, metais nobres)
• Fabricação de metais (conformação,fundição, metalurgia do pó, soldagem)
• Processamento Térmico de Metais (recozimento, têmpera, ensaio Jominy, precipitação, etc... )
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Introdução
• Um material só é útil se pudermos fabricar algo com ele
• Etapas da fabricação de uma lata de refrigerante a partir de uma folha de Al (trefilação, conformação e pintura)
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Introdução
• Por que estudar as ligas?
– Conhecer uma variedade de ligas
– Propriedades
– Seleção de materiais - > escolher material com a combinação correta de propriedades - > com facilidade de fabricação.
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Tipos de ligas metálicas
• Divisão:
– Ligas ferrosas -> ferro é o principal e constituinte (ex: aços e ferros fundidos)
– Ligas não ferrosas -> o resto onde o ferro não é o principal constituinte (ex: Al, Cu, Ti, Mg, etc)
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Ligas Ferrosas
• Produzidas em maior quantidade que qualquer outro material.
• Ligas de especial importância como material de engenharia
• Motivos:
1. Abundância na crosta terrestre
2. Custo -> técnicas de extração, refino, produção de ligas e fabricação relativamente econômicas
3. Versatilidade das ligas ferrosas (ampla gama de propriedades físicas e mecânicas, entretanto em geral resistem pouco à corrosão)
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Esquema da classificação para materiais ferrosos
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Aços
• Definição: Ligas ferro carbono que pode conter apreciável concentração de elementos de liga
• Propriedades sensíveis ao teor de carbono, que em geral é inferior a 1%p.
• Podem ser classificado pelo teor de carbono
– Aço baixo carbono (até 0,25%p C)
– Aço médio carbono (entre 0,25 e 0,6 de %p C)
– Aço alto carbono (entre 0,6 e 1,4 de %p C)
– Normalmente contem impurezas e Mn
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Aços com baixo teor de carbono
• São os aços produzidos em maior quantidade
• Contém até 0,25%p C
• Não são temperáveis
• Endurecimento obtido por trabalho a frio
• Microestrutura: Ferrita + Perlita
• Baixa dureza e resistência
• Elevada ductilidade e tenacidade
• Usináveis e soldáveis
• Menor custo de produção entre os aços
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Aços com baixo teor de carbono
• Aplicações típicas:
– Estrutura de automóveis
– Perfil (I, canelado, angulado)
– Chapas (tubulações edificações, pontes, latas)
• Em geral:
– Limite de escoamento de 275 Mpa
– Limite de resistência 415 a 550 Mpa
– Ductilidade de 25%AL
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Aços com baixo teor de carbono
• Também são aços com baixo teor de carbono os aços baixa liga de alta resistência
– Até 10% de Cr, V, Ni e Mo
– Tratáveis termicamente
– Limite de resistência de 480 Mpa
– Mas permanecem dúcteis, usináveis e conformáveis
– São mais resistentes à corrosão que os aços comuns
– Aplicações: Estruturas, vasos de pressão, etc
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Composição alguns aços
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Propriedades mecânicas de alguns aços
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Aços com médio teor de carbono
• Contém entre 0,25 e 0,6%p C
• Tratáveis termicamente (austenitização, tempera e revenido)
• Normalmente utilizados na condição revenida
• Microestrutura: Matensita revenida
• Possuem baixa endurecibilidade (temperabilidade): Taxas elevadas de resfriamento e seções finas
• São mais resistentes porem menos dúcteis e tenaz
• Aplicações: Rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas e componentes de alta resistência.
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Aços com médio teor de carbono
• Na norma AISI/SAE (código de 4 dígitos):
– Dois primeiros dígitos: • Indicam o teor de liga
• Para aços comuns ao carbono 10
• Para aços ligados outros (ex: 13, 41, 43)
– Dois últimos dígitos:
• Percentual em peso de carbono multiplicado por 100
• Ex: 1060 -> aço comum com 0,6%p de C
• Outras normas existem (ex: UNS)
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Sistemas de designação AISI/SAE e UNS
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Aplicações típicas e faixa de propriedades para alguns aços temperados e revenidos
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Aços com alto teor de carbono
• Contém entre 0,6 e 1,4%p C
• São os mais duros e mais resistentes
• Portanto os menos dúcteis e tenazes
• Usados temperados e revenidos
• São resistentes ao desgaste e mantém o fio de corte (faca)
• Ex: aços ferramentas e de matriz (contêm Cr, V, W e Mo -> elementos formadores de carbonetos muito duros e resistentes ao desgaste)
• Aplicações: ferramentas, matrizes, facas, lâminas, molas, etc
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Designação, composição e aplicações de aços ferramenta
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Aços inoxidáveis
• Altamente residentes à corrosão
• Principal elemento de liga é o Cr (mínino 11%p solubilizado para garantir a inoxidabilidade)
• Resistência à corrosão também é melhorada pela adição de Ni e Mo
• Divididos em três classes (segundo a estrutura):
– Martensíticos
– Austeníticos
– Ferríticos
• Ampla faixa de propriedades com resistência à corrosão (versatilidade)
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Aços inoxidáveis • Os martensíticos podem ser tratados termicamente
produzindo martensíta
• Adição de elementos de liga modifica o diagrama Ferro-Carbono -> para os aços inoxidáveis austeníticos o campo da austenita (g) se estende até a temperatura ambiente.
• Austeníticos e ferríticos endurecíeis por trabalho a frio
• Os austenítticos são os mais resistentes a corrosão (elevado teor de Cr e Ni) -> são os mais produzidos
• Ferríticos e martensíticos -> magnéticos (austeníticos não)
• Usado para elevadas temperaturas e ambientes severos (alguns resistem à corrosão até 1000°C)
• Aplicações: Turbinas a gás, caldeiras de vapor, fornos, usinas nucleares, etc
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Designação, composição, propriedades e aplicações de aços inoxidáveis
Aços de ultra-alta resistência
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Ferros fundidos
• Ferros fundidos: são ligas ferrosas com teor de carbono acima de 2,14%p C, em geral entre 3,0 e 4,5%p C.
• Do diagrama Fe-C -> Ligas se tornam líquidas entre 1150 e 1300 °C -> o que é relativamente baixo (eutético) -> facilidade de fundição
• Além disso os ferros fundidos são frágeis, logo a fundição é a técnica mais apropriada de fabricação
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• A cementita é um composto metaestável, e em algumas condições pode se decompor:
• Logo, o verdadeiro diagrama de equilíbrio Fe-C não é o que utilizamos anteriormente
Ferros fundidos
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Ferros fundidos Verdadeiro diagrama de equilíbrio:
Fe-Fe3C -> eutetóide e eutético a 727 e 1147 °C
Fe-C -> eutetóide e eutético a 740 e 1153 °C
Se estende
até 100%C
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• Formação de grafita é regulada:
– Pela taxa de resfriamemto
– Pela composição
• Grafia é favorecida pela adição de Si superior a 1%p
• Taxa de resfriamento lenta favorece a grafitização.
• De modo geral a microestrutura depende da composição e do tratamento térmico
Ferros fundidos
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Tipos de ferros fundidos
Cinzento
Nodular (dúctil)
Branco Vermicular
maleável
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Ferro Fundido Cinzento
• Teor de carbono entre 2,5 e 4,0%p
• Teor de silício entre 1 e 3%p
• Grafita em forma de flocos em uma matriz ferrítica ou perlítica
• Se fraturada a superfície tem aparência acinzentada -> daí o nome
• Pouco resistente e frágil sob tração (microestrutura com pontas de flocos pontiagudas -> concentrador de tensão)
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Ferro Fundido Cinzento
• Muito mais resistente e dúctil sob
compressão
• Muito eficientes no amortecimento de energia vibracional (aplicação em bases de máquinas e blocos de motores)
• Elevada resistência
ao desgaste
Aço
Ferro fundido cinzento
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Ferro Fundido Cinzento
• Apresentam alta fluidez na temperatura
de fundição -> permite fundição de formas
complexas, além disso a contração é baixa
• É um dos materiais mais baratos que existe
• Outras microestruturas podem ser obtidas por ajuste de composição e tratamento adequado
• Ex: ↓Si ↑taxa de resfriamento previne a dissociação completa da cementita -> microestrutura com flocos de grafita em uma matriz perlítica
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Ferro Fundido Nodular (ou Dúctil)
• Obtido pela adição de Mg ou Ce
• Grafita se forma em forma de
Nódulos esféricos e não flocos
• Matriz ferrítica ou perlítica, depen-
dendo do tratamento térmico, envolvendo os nódulos de grafita
•Matriz ferrítica obtida por tratamento a 700°C por várias horas
•Mais resistentes e mais dúcteis que os cinzentos - > características próxima aos aços (válvulas, virabrequins, corpos de bombas, engrenagens, etc)
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Ferro Fundido Branco e Maleável • Obtidos com menos de 1%p de Si
com elevadas taxas de resfriamento
Maioria do carbono forma cementita
• Superfície de uma fratura tem apa-
rência esbranquiçada -> nome
• Seções grossa podem possuir apenas uma camada de ferro Branco (↑taxa de resfriamento), ferro cinzento se forma no interior (↓taxa de resfriamento)
• Extremamente duro e frágil -> aplicado quando a resistência ao desgaste é importante (cilindro de laminação)
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Ferro Fundido Maleável
• O ferro fundido branco é produto
intermediário para produção do
ferro fundido maleável
• Obtido do ferro fundido branco
mantido muitas horas aquecimento entre 800 e 900 °C (atmosfera controlada)
• Cementita em forma de rosetas em matriz ferrítica ou perlítica (taxa de resfriamento)
• Semelhante ao nodular (resistente, dúctil) -> engrenagens, barras de ligação, conexões, etc.
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Ferro Fundido Vermicular
• O mais recente deles
• Si entre 1,7 e 3%p
• C entre 3,1 e 4%p
• Grafita em forma de vermes
(intermediária entre cinzento e nodular)
• Até 20% da grafita pode estar em nódulos (evitar aresta vivas)
• Adição de Mg e/ou Ce em menor quantidade
• Matriz pode ser ferrítica ou perlítica
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Ferro Fundido Vermicular
• Aumento na nodularidade das
partículas leva a maior resistência e
ductilidade
• Propriedades compatíveis com os
Ferros fundidos nodulares e maleáveis
• Em comparação com outros ferros fundidos:
– Maior condutividade térmica
– Maior resistência ao choque térmico
– Menor oxidação em temperaturas elevadas
• Blocos de motores, carcaças de caixa de engrenagem, discos de freio, polias, etc
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Designação, propriedades e aplicações de ferros fundidos
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Variação de composição e tratamento na microestrutura dos Ferros Fundidos
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Ligas não ferrosas
• Aços são largamente aplicados, mas têm limitação:
– Massa específica elevada
– Condutividade térmica baixa
– Suscetibilidade à corrosão
• Uso de outras ligas podem trazer vantagens
• Em alguns casos, necessidade de outras ligas
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Ligas de cobre
• Cobre Puro:
– baixa resistência e elevada ductilidade
– elevada capacidade de endurecimento por trabalho a frio (CFC)
– Resistente à corrosão
• Ligas (normalmente endurecidas por solução sólida ou trabalho a frio)
• Mais comuns (Latão e Bronze)
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Ligas de cobre
• Latão (zinco substiticional)
a (até 35% Zn)-> CFC
b’ -> CCC
Ligas a e a+ b’
Uso: bijuteria, cartuchos
de munição, radiadores,
instrumentos musicais,
moedas
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Ligas de cobre
• Bronze (Sn, Al, Si e Ni):
– Mais resistentes que os latões
– Elevada resistência à corrosão
• Ligas Cu-Be -> tratáveis termicamente (precipitação):
– Elevada resistência (1400 MPa)
– Boas propriedade elétricas e térmicas
– Resistência à corrosão
– Caras -> Berílio
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Ligas de cobre
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Ligas de alumínio
• Massa específica baixa (Al 2,7 g/cm3 – Fe 7,9 g/cm3)
• Elevada condutividade térmica e elétrica
• Resistente à corrosão
• Fácil conformação -> CFC (ex: papel alumínio)
• Dúctil até temperaturas muito baixas
• Principal restrição -> ponto de fusão 660°C -> limita sua aplicação
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Ligas de alumínio
• Variação da resistência:
– Trabalho a frio
– Ligas(Cu, Mg, Si, Mn, Zn)
• Solução sólida
• Tratáveis termicamente (precipitação)
• Classes -> fundidas e forjadas
• Designadas por 4 números + designação de revenido
– ex: F (como fabricado), H (encruado) e O (recozido) -> mais detalhes no decorrer do curso
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Ligas de alumínio
• Aplicações: Aviões, latas, perfis, blocos, pistões, etc
• Recentemente uso de ligas com Mg e Ti tem sido empregadas para redução de consumo de combustíveis em transportes -> resistência específica (limite de resistência/peso)
• Ultima geração Al-Li -> industria aeroespácial
– Caras -> reatividade do Li
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Ligas de alumínio
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Ligas de Magnésio
• Massa específica muito baixa (1,7 g/cm3 )
• Estrutura HC -> pouco dúctil
• Baixa resistência e módulo de elasticidade (ponto de fusão 651 °C)
• Altamente reativo (pó entra em ignição facilmente)
• Casses Fundidas e Forjadas (algumas tratáveis termicamente) (Al, Zn, Mn)
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Ligas de Magnésio
• Aplicações:
– Aeronaves
– Mísseis
– Malas
– Muitas vezes substitui o plástico (motosserras, volante de carro, coluna de direção, computadores celulares)
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Ligas de Magnésio
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Ligas de titânio • Apresenta uma combinação extraordinária de
propriedades
– Massa específica (4,5 g/cm3)
– Ponto de fusão 1668 °C
– E = 107 GPa
– Limite de resistência até 1400 Mpa -> resistência específica excepcional
– Resistente à corrosão
• Limitações:
– Reatividade com outros metais em temperatura elevada
– Ligas caras (tecnologia de refino, fusão e fundição)
(aeronaves, implantes, industria petroquímica)
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Ligas de titânio
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Metais refratários
• Metais de elevado ponto de fusão
• Nb (2468 °C), Mo(2623 °C), W (3410 °C, o mais auto dos metais) e Ta (2996 °C)
• Forte interação interatômica -> elevados E, resistência e dureza a elevada temperatura
• Aplicação:
– Ta, Mo -> elemento de liga em aço inoxidável
– Mo, W-> resistência, fornos
– Ta -> “imune” a ataque químico abaixo de 150 °C (aplicações exigindo ↑ resistentes à corrosão)
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As superligas
• Componentes de turbinas -> aplicações exigindo exposição em ambientes severamente oxidantes e temperaturas elevadas por tempo considerável.
• Ligas a base de Co, Ni e Fe
• Elementos de liga: Refratários (Nb, Mo, W e Ta), Cr e Ti
• Também aplicados em reatores nucleares e indústria petroquímica
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Metais Nobres
• Ag (prata), Au (ouro), Pt (platina), Pd (paládio), Rh (ródio), Ru (rutênio), Ir (irídio) e Os (ósmio)
• Pouco resistentes, dúcteis e resistentes à corrosão
• Comummente aplicados em joalheria
– Ag e Au -> aumento de resistência por solução sólida (prata de lei 7,5% Cu)
– Materiais de restauração dentária, contatos elétricos
– Pt -> catalisador e termopares
22610 kg/m3
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Ligas diversas
• Níquel (resistência a corrosão):
– Revestimentos
– Monel (65Ni-28Cu + Fe)
– Elemento de liga em aços inoxidáveis e superligas
• Chumbo, estanho e suas ligas
– Dúcteis, baixa temperatura de fusão
– Sofrem recristalização à temperatura ambiente
– Soldas, baterias, barreiras contra raios-X, latas estanhadas (folha de flandres – industria de alimentos)
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Ligas diversas
• Zinco:
– Aço galvanizado
• Zircônio:
– Difícil refino
– Propriedades semelhantes ao Ti
– Principal característica -> resistência à corrosão
– Transparente aos nêutrons (revestimento de urânio – combustível nuclear)
– Aplicado em diversas aplicações na indústria nuclear e química (elevado custo)
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Fabricação de metais
• Normalmente antes da fabricação tem-se o refino, a formação de ligas e o tratamento térmico
• Algumas técnicas:
– Conformação
– Fundição
– Metalurgia do pó
– Soldagem
– Usinagem
Escolha depende de vários fatores (propriedades, tamanho, forma, custo)
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Ligas para moeda de euro
Material base -> Cu
2 Euros -> bimetálica (anel 75Cu-25Ni
prateado + disco em três camadas, Níquel
nas superfícies e latão no interior)
1 Euro -> é o inverso da 2 Euros
50, 20 e 10, centavos -> Ouro nórdico
(89Cu5Al5Zn1Sn)
5, 2 e 1 centavo -> aço revestido com cobre
Escolha das ligas:
-Facilidade de diferenciação (cor,
tamanho)
- Segurança (dificuldade de falsificação)
diferente condutividade elétrica
(assinatura eletrônica)
-Fácil cunhagem – Ductilidade e dureza
-Resistente ao desgaste
-Resistência a corrosão
-Valor intrínseco
-Reciclabilidade
-Saúde humana -> antibacteriana
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Técnica de fabricação a serem discutidas
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Conformação de metais
• São aquelas que dão forma à peça por deformação plástica -> tensão (força) externa aplicada deve exceder a tensão limite de escoamento
– Trabalho a quente (recristalização) -> grandes deformações e operações podem ser sucessíveis -> material permanece dúctil -> menores cargas
– Trabalho a frio -> aumento de resistência e diminuição da ductilidade (encruamento) -> melhor acabamento superficial e maior controle dimensional -> operações sucessivas exigem tratamento de recristalização (Vídeo)
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Conformação de metais Forjamento: deformação de uma
peças-> matriz aberta ou fechada (boa
estrutura de grãos e propriedades
mecânicas) (vídeo)
Laminação: deformação entre rolos
(Chapas , formas circulares, perfis em I
Trilhos) (vídeos 1 , 2, 3)
Extrusão: Material forçado através de
um orifício (Barras, tubos) Trefilação: Material puxado através de
um orifício cônico (Barras, arames)
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Fundição
• Produção de a partir de uma material totalmente fundido vazado em um molde que possui a forma desejada -> metal sobre contração
• Aplicadas quando – Formas grandes e complicadas
– Ligas de baixa ductilidade, mesmo a quente
– Baixo custo é necessário
• Diferentes técnicas existem:
– Fundição em molde de areia: mais comunmente utilizado. Molde de duas partes produzido pela compactação de areia (blocos de cilindro, hidrantes de incêndio, conexões de tubulação de grande porte )
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Fundição em molde de areia (Vídeo)
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Fundição
– Fundição em matriz: Metal líquido inserido em um molde sob pressão -> elevada produção barateando o processo (aplicável para peças pequenas de materiais de baixo ponto de fusão, Zn, Mg, Al)
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Fundição (Vídeo)
– Fundição de revestimento ou de precisão (cera perdida): modelo em cera revestido com uma lama cerâmica. A lama endurece, retira-se a cera por aquecimento e obtêm-se o molde -> usada quando se necessita de precisão dimensional e acabamento superficial (palheta de turbina, joias)
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Fundição
– Fundição com espuma perdida (molde consumível): Variante da cera perdida -> modelo produzido em espuma (isopor) e arei é compactada ao redor do molde. No vazamento o metal líquido vaporiza a espuma e a areia compactada serve de molde (formas complexas e boa tolerância) -> mais rápida e simples que a fundição em molde de areia (blocos de motores, virabrequins, estruturas de motores elétricos)
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Fundição
– Fundição contínua: Normalmente aplicado após o refino para produção de lingotes (matéria prima para conformação) -> altamente automatizada e eficiente.
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Metalurgia do Pó
• Compactação de pós metálicos seguida de tratamento térmico (sinterização)
– Permite produção de peça porosas ou densas (precisão dimensional)
– Aplicada para materiais de elevado ponto de fusão
– Filtros, buchas autolubrificantes, metal duros, engrenagens, etc
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Metalurgia do Pó (Vídeos 1, 2)
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Soldagem • União de duas peças:
– União metalúrgica (difusão)
– Materiais similares e dissimilares
– Pode ter material de adição
– Envolve fusão
– Zona termicamente afetada (ZTA):
• Recristalização e crescimento de grão (↓resistência)
• Tensões residuais no resfriamento
• No resfriamento pode ocorrer a tempera (taxa de resfriamento e tipo de aço)
• Os aços inoxidáveis podem ser sensibilizados (reduzindo a resistência à corrosão)
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Soldagem
Tipo de soldagem tem grande influência na estrutura da solda
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Processamento térmico de metais
• Alteração das propriedades
• Extremamente comum em aplicações industriais
• Exemplos (vídeo)
– Recozimento
– Têmpera (Martêmpera)
– Revenimento
– Austêmpera
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Processo de recozimento • Manutenção do material a temperatura
elevada seguido de resfriamento lento
• Serve para:
– Alívio de tensões
– Reduzir resistência e aumentar a ductilidade/ tenacidade
– Produzir microestrutura específica
• Estágios -> aquecimento -> manutenção da temperatura (encharque) -> resfriamento até temperatura ambiente
•Tempo de tratamento é importante
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Processo de recozimento • Gradientes de temperatura (aquecimento e
resfriamento) na peça geram tenções -> pode levar ao empenamento e/ou trincamento
• Tempo de recozimento deve ser longo o suficiente para permitir a transformação necessária
• Temperatura é fator de extrema importância (maior temperatura acelera o processo)
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Tipos de recozimento • Recozimento Intermediário (recristalização)
– Usado para anular o trabalho a frio
– Usado para permitir grandes deformações
– Evita-se o crescimento de grão
– Controle de atmosfera pode ser importante
• Recozimento para alívio de tensões
– Tesões residuais (deformação, resfriamento não uniforme, transformação de fases de diferentes massas específicas)
– Usado para evitar distorção e empenamento
– Temperatura geralmente baixa, para não permitindo a recristalização
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Tipos de recozimento (ligas ferrosas)
• Recozimento de normalização
– Usado para promover refino de grão, e obtensão de uma distribuição uniforme de tamanhos de grão
– Temperatura de tratamento pelo menos 50°C acima da temperatura crítica
– Tempo suficiente para transformação completa em austenita (austenitização)
– Resfriamento ao ar (cuidado com aço liga)
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Tipos de recozimento • Austenitização (ex: solubilização da perlita)
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Tipos de recozimento (ligas ferrosas) • Recozimento Pleno
– Para materiais que serão usinado ou fortemente deformados
– Temperatura 50°C acima de A3 (hipoeutetóides) ou 50°C acima de A1
(hipereuteóides)
– Resfriamento no Forno
(perlita grosseira)
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Tipos de recozimento (ligas ferrosas) • Recozimento subcrítico (esferoidização)
– Usados em aços médio e alto carbono para permitir a usinagem e deformação plástica (cementita globulizada)
– Fe3C em esferas • Aquecimento abaixo da
temperatura do eutetóide
(700°C) -> 15 a 25 horas
• Aquecimento acima do
eutetóide e resfriamento ao
forno
• Aquecimento resfriamento
alternados a ±50°C de A1
(carbonetos não dissolvidos +
Austenita não homogênea)
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Processo de recozimento
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Tratamento térmico de aços
• Em geral envolve austenitização, resfriamento rápido e contínuo seguido de revenimento (vídeos 1, 2, 3, 4) - Têmpera
• Impossível resfria a peça como um todo à mesma taxa
– Superfície resfria mais rápido que o núcleo
– Variação de propriedades
• Resultado depende:
– Composição da liga, Meio de resfriamento, tamanho da peça
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Austêmpera
• Aços apropriados
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Endurecibilidade (temperabilidade)
• Definição: Habilidade do aço em se transformar em martensita por tempera
– Dependente da liga
• Temperabilidade pode ser determinada pelo Ensaio Jominy ou Grossmann
• Jominy
– Ensaia diversos parâmetros de tratamento
– Ensaio normalizado
– Resultado -> curva de enrurecibilidade
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Ensaio Grossmann
• Diversas barras com diâmetro variável. Mede-se a dureza do centro da barra (Caro e pouco usado)
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Ensaio Jominy (ver vídeo)
Chanfro após ensaio
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Curvas de endurecibilidade E
xtr
em
ida
de
= 1
00
% m
art
en
sita
pa
ra a
ma
ioria
do
s a
ço
s
Taxa de resfriamento
diminui com a distância e a
dureza cai
É conveniente relacionar
dureza com taxa de
resfriamento (pode ser
apresentado no eixo
superior, praticamente igual
para todos os aços, mesma
condutividade térmica)
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Curvas de endurecibilidade
Relação:
Curvas Jominy X
Diagramas TRC
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Cr + Mo
Quem apresenta maior temperabilidade?
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Curvas de endurecibilidade -> 5 ligas com o mesmo teor de carbono
Dureza da
extremidade é a
mesma (57HRC) ->
Mesmo teor de
carbono
Diferentes
profundidades de
endurecimento
Diferentes
temperabilidades
Elementos de liga
retardam a
transformação da
austenita
Taxa de resfriamento
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Quem apresenta maior temperabilidade?
Prof. Rodrigo Perito Cardoso
Curvas de endurecibilidade -> Teor de carbono
Em qualquer posição
a dureza aumenta
com o teor de carbono
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Curvas de endurecibilidade Faixa de valores esperados
Na produção industrial existe uma ligeira
variação do teor de carbono e tamanho de
grão de uma batelada para a outra ->
dispersão de endurecibilidades (mundo
real) -> faixa de valores esperados
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Influência do meio de têmpera e da forma da peça
• A taxa de resfriamento depende da taxa de extração térmica, logo do meio de têmpera
• Severidade de têmpera é o termo usado para se referir à taxa de resfriamento
• Meios mais comuns:
– Água
– Óleo
– Ar
– Grau de agitação é importante
• Tempera muito severa pode gerar trincas -> principalmente se o teor de carbono é elevado
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Influência do meio de têmpera e da forma da peça
Taxa de resfriamento em função do raio
Água (agitação moderada) Óleo (agitação moderada)
Previsão do
perfil de dureza
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Influência do meio de têmpera e da forma da peça
Têmpera em óleo
Ex: Distribuição radial de dureza
Taxa de resfriamento depende da
razão área/volume
Maior área/volume -> maior a taxa de
resfriamento
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Exercício Determinação do perfil de dureza para o aço 1040
tratado termicamente. Determinar o perfil de dureza de
uma barra cilíndrica de 50mm de diâmetro temperada
em água.
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Exercício Seleção de liga de aço e tratamento térmico
• Selecionar uma liga de aço para um eixo. Diâmetro de 1 pol. Com dureza superficial mínima de 38 HRC e ductilidade mínima de 12%Al. Definir o tratamento térmico.
Figura 6.19 (dureza X resistência) 38HRC-> 1200MPa
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Influência do diâmetro nas propriedades
Ex: 4140 temperado em óleo
O que muda de um diâmetro
para o outro?
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Tamanho de grão
• Nucleação heterogênea (Temperatura de austenitização)
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Problemas na têmpera
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Problemas na têmpera
• Tensões internas
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Martêmpera
• Reduzir gradientes
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Austêmpera Busca elevada dureza com pequena perda de ductilidade (estrutura bainítica)
Utiliza-se resfriamento em:
- Óleo aquecido
- Banho de sais
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Austêmpera
• Têmpera x Austêmpera
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Microestruturas 1018
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Microestruturas 1018
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Microestruturas 1045
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Microestruturas 1045
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Microestruturas 1095
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Microestruturas 1095
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Endurecimento por precipitação Formação de partícula extremamente finas e homogeneamente
distribuídas de segunda fase
Endurecimento por envelhecimento -> sinônimo
Al-Cu, Cu-Be, Cu-Sn, Mg-Al, ligas ferrosas (inoxidáveis PH)
Característica obrigatórios:
Solubilidade apreciável
Queda de solubilidade com a
temperatura
Condições não são suficientes
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Tratamento térmico de solubilização e precipitação
Formação de solução
sólida supersaturadas
(também existem
curvas em “C”)
Difusão apreciável
Difusão desprezível
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Dureza X tempo de envelhecimento
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Ex: Al-Cu
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Formação de precipitados
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Estrutura da liga endurecida por precipitação
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Curavas de endurecimento por precipitação
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É importante lembrar • Noções gerais dos materiais e aplicações
• Noções mais apuradas de ligas ferrosas
• Noções de processos de fabricação (relacionado ao material utilizado)
• Tratamentos térmicos
– Recozimentos (tipos e finalidades)
– Têmpera
– Solubilização e precipitação
• Ensaio Jominy (temperabilidade) e sua aplicação