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Departamento de Engenharia de MateriaisEM 737- Tecnologia de Ligas MetálicasDr. Ivaldo Leão Ferreira
Grupo de Pesquisa em Solidificação DEMA-FEM-UNICAMP
Ligas Metálicas
Laminador seqüencial de perfis
Ligas Metálicas
Introdução
Importâncias das Ligas Metálicas:
1. Conhecimento das ligas permite a seleção correta;
2. Explorar a combinação correta de características para uma aplicação específica; Necessidade de introduzir alguns processos de fabricação:
Ligas Metálicas
Introdução aos Processos de Fabricação
Mecânicos(emprego de tensão
metal no estado sólido)
Metalúrgicos (emprego de temperatura
metal no estado líquido)
UsinagemFundição
Soldagem
Lingotamento
aplicada > ruptura aplicada < ruptura
Trefilação
Laminação
Extrusão
Forjamento
Metalurgia do pó
Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão
Ligas Metálicas
Introdução aos Processos de Fabricação
Apresentação dos diversos processos:1. Conformação Plástica
- Laminação- Extrusão- Trefilação- Forjamento- Estampagem
Ligas Metálicas
Introdução aos Processos de Fabricação
2. Fundição
- Fundição em Molde de Areia- Fundição sob Pressão/Die Casting- Fundição de Precisão- Lingotamento Contínuo
3. Sinterização / Metalurgia do Pó
4. Soldagem
Conformação Plástica dos Metais
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Mecânicos(emprego de tensão
metal no estado sólido)
aplicada < ruptura
Trefilação
Laminação
Extrusão
Forjamento
2 - temperatura de trabalho:
Quadro dos processos
• compressão direta
• compressão indireta • tração
• flexão• cisalhamento
1 - tipo de esforço predominante:
• frio Tt < Trecr• quente Tt > Trecr
• morno Tt ~ Trecr• isotérmico Tt > Trecr e cte
Ductilidade
Classificação dos Processo de Conformação
Trabalho a frio
• pequenas deformações (relativamente)
• encruamento• elevada qualidade dimensional e
superficial• normalmente empregado para
“acabamento”• recuperação elástica
• equipamentos e ferramentas mais rígidos
Exemplos: Diversas peças forjadas a frio
Característica dos Processo em função da Temperatura
Característica dos Processo em função da Temperatura
Trabalho a quente
• grandes deformações
• recozimento• baixa qualidade dimensional e superficial
• normalmente empregado para “desbaste”
• peças grandes e de formas complexas
• contração térmica, crescimento de grãos, oxidação
Exemplo: Ponta de eixo
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Trabalho morno
• reúne as características vantajosas do trabalho a frio e a quente
• reúne as características do trabalho a quente
• peça e ferramentas apresentam temperaturas próximas
• possibilidade de grandes deformações a taxas de deformação reduzidas
Exemplo: Auto-peças forjadas
Trabalho isotérmico
Exemplo: Palheta de turbina
Característica dos Processo em função da Temperatura
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
• chapas, perfis
• tubos, fios, barras
3 - forma do produto final
4 - tamanho da região de deformação
• localizada
• generalizada5 - produtos obtidos
• semi-acabados• acabados
trefilação, extrusão
laminação, trefilação, extrusãoestampagem, forjamento
processos primáriosprocessos secundários ou finais
laminação, forjamento, estampagem
Classificação dos Processo de Conformação
• região de deformação localizada
EXTRUSÃO DE BARRAS
• definido processo quase estacionário¨ volume de controle
• região de deformação generalizada
FORJAMENTO
• processo intermitente¨ volume de controle
indefinido
Fundição
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalúrgicos (emprego de temperatura
metal no estado líquido)
Fundição
Soldagem
Lingotamento
Taplicada > Tfusão
Fundição
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
« Solidificação do metal liquido em um molde, com a forma da peça desejada »
Princípios de Fundição
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Aplicação dos Fundidos
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Mercado final Porcentagem de fundidos
Automotivos e Caminhões leves 35%Tubulações 15%
Equipamentos de construção, mineração e prospecção
6%
Motores de Combustão Interna 5%Estrada de Ferro 5%
Válvulas 5%Maquinaria de fazenda 3%
Fundidos p/ municipalidades (grades, boca de lobo, etc.)
3%
Bombas e compressores 2%Outros mercados 21%
Seleção do Processo de Fundição
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Qual a qualidade requerida da superfície do fundido?Qual a precisão dimensional necessária?Qual o número de peças solicitadas por pedido?Quais os tipos de modelo e macharia necessários?Qual o custo de fabricação do molde?Como o processo de fundição pode afetar o projeto do fundido?
Existem três categorias principais para moldagem em fundição:1. Moldagem em areia2. Moldes permanentes3. Cerâmica, gesso e especiais
Fundição em Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Operações básicas:1. Modelagem2. Moldagem3. Macharia (quando necessário)4. Fusão5. Vazamento6. Desmoldagem7. Acabamento (rebarbação e limpeza)
Vantagens:1. Dispensa de processos secundários2. limitação quanto ao tamanho da peça
fabricada3. Geração de peças com geometria
complexa4. Possibilidade de produção seriada5. Ampla faixa de acabamento e
tolerância alcançadas (0,2 a 6 mm)
Conceitos de Fundição em Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Areia:• Molde deve ser suficientemente forte para sustentar o peso do metal• Molde « respirador », ou seja, gases formados no seu interior são expulsos• Resistente a erosão• Alta colapsibilidade, o que permite contrações do metal fundido durante sua solidificação• Altamente separável do fundido• Econômico
Areia verde:• É o processo mais utilizado, abrangendo cerca de 60% da produção mundial de fundidos• Econômico e rápido• Usado com a maioria dos metais• Produção seriada
OBS: Essa areia é na verdade uma mistura plástica de areia (natural ou sintética) + argila + H2O + outros aditivos eventuais. Basicamente não necessita de secagem forçada, sendo curada geralmente ao ar!!!
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Confecção do molde em areia verde.
Molde colapsável = 1 molde/peça
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Alinhamento para colocação do macho.
O macho serve para fazer as cavidades da peça.
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Macho de areia com resina de cura à frio (mais resistente à erosão do que areia convencional.
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Colocação a parte superior do molde, também em areia verde.
Fundição em Molde de Areia
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Desmoldagem ( quebra do molde e do macho).
Fundição sob Pressão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
INTRODUÇÃO
CLASSIFICAÇÃO: Por GravidadeSob Pressão Baixa Pressão
Alta Pressão
VANTAGENS: ótimo acabamento superficial e sanidade maioralta velocidade de solidificação e propriedadesmenor reação metal / moldemaiores tolerâncias e menores rebarbas
DESVANTAGENS: maior custo inicial dos moldesprodução de grandes sériestécnicas especiais de refrigeração dos moldeslimitações de peso, forma e dimensãoutilização de moldes rígidos e impermeáveis
Fundição sob Pressão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
POR BAIXA PRESSÃO
Caracterizado pela aplicação de uma força hidráulica que imprime uma velocidade relativamente elevada ao metal fundido, preenchendo rapidamente e completamente, as cavidades do molde
Fundição sob Pressão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Câmara quente : câmara de injeção encontra-se mergulhada no interior de um cadinho que contém o metal (o cadinho funciona de forno de manutenção e não de fusão). A pressão pode ser obtida por um pistão – máquinas de câmara quente por pistão – ou pelo ar comprimido - máquinas por pressão direta.
Fundição sob Pressão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Câmara fria : o dispositivo de injeção está separado do forno de fusão, obrigando à existência de um sistema independente de alimentação do metal à câmara de injeção, do tipo de uma colher, manual ou mecanizada
Fundição sob Pressão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Ligas de alumínio (650ºC - 790ºC podendo ir até 845ºC) 800 a 1200 bar
Ligas de zinco (180ºC – 250ºC) 100 a 300 barLigas de magnésio (705ºC a 790ºC) 700 a 1000 bar
Ligas de cobre (980ºC a 1250ºC) 800 a 1200 bar
Fundição de Precisão
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
O processo de fundição de precisão, conhecido como "investment casting" ou fundição de cera perdida;
Basicamente uma forma econômica de se fabricar componentes próximos de sua forma final, com precisão e bom acabamento superficial, em virtualmente todos os tipos de liga metálica. É um processo industrial com rígidos e refinados controles em cada etapa de fabricação.
Lingotamento Contínuo
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalúrgicos (emprego de temperatura
metal no estado líquido)
Fundição
Soldagem
Lingotamento
Taplicada > Tfusão
Lingomento Contínuo
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
· Principais elementos do sistema:
distribuidor válvula submersa
molde (resfriamento primário) agitador eletromagnético
jaqueta refrigeração lubrificação
zonas de sprays (resfriamento secundário) radiação livre (resfriamento terciário)
desempeno corte
Resfriamento Primário
ResfriamentoSecundário
RadiaçãoLivre
ProdutoFinal
Sprays
Panela
Molde
Oxicorte
Tubo Submerso
Rolos
Desempenadora
Distribuidor
Lingotamento Contínuo de Placas
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Categorias dos Principais Produtos Ferrosos:
1. tarugos (billets) de secção transversal quadrada ou circular 2. blocos (blooms), secção transversal quadrada, retangular ou cilíndrica 3. placas grossas e médias (slabs), razão entre os lados maior que 2 4. placas finas com espessura entre 20 e 70 mm (thin slabs) 5. tiras com espessura entre 5 e 20 mm (strip) 6. tiras finas (thin strip), (com espessura menor que 5 mm)
Metalurgia do Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Mecânicos(emprego de tensão
metal no estado sólido)
Metalúrgicos (emprego de temperatura
metal no estado líquido)
UsinagemFundição
Soldagem
Lingotamento
aplicada > ruptura aplicada < ruptura
Trefilação
Laminação
Extrusão
Forjamento
Metalurgia do pó
Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão
Metalurgia do Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Descrição do processo:Produção de pós metálicos;Caracterização de pós metálicos;Compactação;Sinterização;Operações complementares;
Razões para emprego:Metais de baixa ductilidade;Metais que possuem elevado pontos de fusão;Tolerâncias muito restritas;
Metalurgia de Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalurgia de Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalurgia de Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalurgia do Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalurgia do Pó
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Metalúrgicos (emprego de temperatura
metal no estado líquido)
Fundição
Soldagem
Lingotamento
Taplicada > Tfusão
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
« Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação química, de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos »
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Ligas de Ferro São as mais empregadas;
Ligas Metálicas
(1) Compostos contém ferro existem em abundância;
(2) O ferro metálico é produzido por extração, beneficiamento e formação ligas de forma econômica;
(3) Ligas ferrosas são extremamente versáteis;
* Ponto negativo – São altamente suscetíveis a corrosão;
Classificação das Ligas Ferrosas
Ligas Metálicas
Ligas Metálicas
Ferrosas Não-Ferrosas
Aços Ferros Fundidos
Baixa Liga Alta Liga
Baixa Teor Médio Teor Alto Teor
Comum ARBL Comum TT Comum Ferramenta Inox
Aços Apresentam teor de carbono de até 1%;
Ligas Metálicas
Aços
Baixa Liga Alta Liga
Baixa Teor Médio Teor Baixa Liga
ARBL Comum TT Comum Ferramenta InoxComum
São Classificados em Baixa Liga e Alta Liga; Baixa Liga classificados pelo teor de carbono;
Aços de Baixa Liga Baixo Carbono Apresentam teores de carbono inferiores a 0.25%;
Ligas Metálicas
Não Respondem a tratamentos térmicos; Aumento de resistência mecânica por trabalho a frio;
Microestrutura consiste de ferrita e perlita;
Ligas dúcteis e de baixa resistência;
Elevada trabalhabilidade: Boa soldabilidade e usinabilidade;
Baixos custos de produção;
Aços de Baixa Liga Aplicações em carcaças de automóveis, formas
estruturais, chapas para tubulações, pontes, latas estanhadas;
Ligas Metálicas
Limite de escoamento σe= 275 MPa e de resistência à tração σu= 415 a 550 MPa;
Ductilidade de aproximadamente 25% AL;
Aços de Alta Resistência Baixa Liga Contém outros elementos de liga Cr, Ni, Mo e V;
Ligas Metálicas
Limite de escoamento σe= 480 MPa
Somatória dos outros elementos de liga ~ 10%; Aços ditos microligados produzidos por laminação
controlada; Respondem tratamento térmicos;
Dúcteis, conformáveis, usináveis e soldáveis;
Aplicação automobilística, construção civil, vasos de pressão, etc.;
Designação de Aços Designação AISI / SAE / ASTM;
Ligas Metálicas
Designação possui quatro dígitos, tipo 1020; Para aços comuns os dois primeiros são 10xx, outras
combinações de dois dígitos designam aços liga, 13xx, 40xx, 41xx, 43xx;
Dois últimos dígitos designam o teor de carbono 1040 = 0,4 % C ;
Designação UNS aplicado para ligas ferrosas e não ferrosas, para aços a letra G + no AISI/SAE + 0, G10200 = 1020;
Aços de Baixo Teor
Ligas Metálicas
Aços de Baixo Teor
Ligas Metálicas
Designação Composição %AISI/SAE ou
ASTMUNS C Mn Outros
Aços Comuns ao Carbono com Baixo Teor de Carbono
1010 G10100 0,10 0,45
1020 G10200 0,20 0,45
A36 K02600 0,29 1,00 0,20 Cu
A516 Classe 70
K02700 0,31 1,00 0,25 Si
Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ARBL (HSLA)
A440 K12810 0,28 1,35 0,30 Si máx. 0,20 Cu máx.
A633 Classe E
K12002 0,22 1,35 0,30 Si ;0,08 V0,02 N;0,03 Nb
A656Classe 1
K11804 0,18 1,60 0,60 Si; 0,1 V0,2 Al; 0,015 N
Aços de Baixo Teor
Ligas Metálicas
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Aços Comuns ao Carbono com Baixo Teor de Carbono
1010 325 180 28 Painéis de automóveis, pregos e arames
1020 380 205 25 Tubos, aço estrutural e em chapas
A36 400 220 23 Estrutural pontes e edificações
A516 Classe 70
485 260 21 Vasos de pressão
Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ARBL (HSLA)
A440 435 290 21 Estruturas aparafusadas e rebitadas
A633 Classe E
520 380 23 Estruturas usadas para baixa temperatura
A656Classe 1
655 552 15 Chassis de caminhões e vagões de trem
Aços de Médio Teor Apresentam teores de carbono entre 0.25 a 0.60%;
Ligas Metálicas
Respondem a tratamentos térmicos; Utilizadas em condição de revenido; Baixa endurecibilidade, adição de elementos de liga Ni,
Cr, Mo aumentam a temperabilidade;
Mais resistentes, porém possuem menor ductilidade;
Aços de Baixo e Médio Teor
Ligas Metálicas
Designação Composição %AISI/SAE ou
ASTMUNS Ni Cr Mo Outros
10xxao carbono
G10xx0
11xx,Fácil usinagem
G11xx0 0,08-0,33S
12xx,Fácil usinagem
G12xx0 0,10-0,35S0,04-0,12P
13xx G13xx0 1,60-1,90Mn
40xx G40xx0 0,20-0,30
41xx G41xx0 0,80-1,10 0,15-0,25
43xx G43xx0 1,65-2,00 0,40-0,90 0,20-0,30
86xx G86xx0 0,40-0,70 0,40-0,60 0,15-0,25
Aços de Alto Teor e Ligas Especiais Apresentam teores de carbono entre 0.60 a 1.40%;
Ligas Metálicas
Mais resistentes, mais duros, porém menor ductilidade;
Utilizadas em condição de revenido; Elevada endurecibilidade, adição de elementos de liga
Ni, Cr, Mo, V e W promovem a formação de carbonetos, Cr23C6, V4C3, WC, resistência à abrasão;
Adição destes elementos promotores de carbonetos, os classificam como aços ferramentas;
Emprego em peças resistentes a abrasão, ferramentas de corte, matrizes para conformação;
Aços de Médio / Alto Teor
Ligas Metálicas
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Aços Comuns ao Carbono com Médio / Alto Teor de Carbono
1040 605-780 430-585 33-19 Virabrequins, parafusos
1080 800-1310 480-980 24-13 Talhadeiras, martelos, punções
1095 760-1280 510-830 26-10 Facas, lâminas, serras para metais
Aços-Ligas
4043 786-2380 710-1710 24-4 Molas, ferramentas manuais
4340 980-1960 895-1570 21-11 Buchas, material aeronáutico
6150 815-2170 745-1860 22-7 Eixos, pistões, engrenagens
Aços de Ferramentas
Ligas Metálicas
Aços de Ferramentas
Ligas Metálicas
Aços de Ferramentas
Ligas Metálicas
Aços de Ferramentas
Ligas Metálicas
Aços Inoxidáveis
Ligas Metálicas
Aços resistentes a corrosão atmosférica e a uma variedades de ambientes;
Elemento de liga predominante Cr, acima de 11%, o Ni e o Mo elevam a resistência à corrosão;
São divididos em três classes base segundo o microconstituinte predominante;
- Martensítico - Alta Resistência (PH) - Ferrítico - Duplex - Austenítico Essas microestruturas promovem uma grande
combinação de propriedades mecânicas associadas à resistência a corrosão;
Aços Inoxidáveis Martensítico
Ligas Metálicas
Podem ser submetidos a tratamento térmico de têmpera para a obtenção da martensita;
São magnéticos;
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Martensíticos
410 R 485T & R 825
R 275T & R 620
2012
Canos de rifle, peças de motores a jato
440A R 725T & R 1790
R 415T & R 1650
205
Mancais, rolamentos, instrumentos cirúrgicos
Aços Inoxidáveis Austeníticos
Ligas Metálicas
O campo de fase austenítico se estende até a temperatura ambiente;
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Austeníticos
304 R 515 R 275 40 Processamento químico de alimentos, vasos criogênicos
316L R 485 R 170 40 Construções com solda
Não são tratáveis termicamente, são endurecidos por trabalho a frio;
São os mais resistentes a corrosão devido elevado teor de Ni e Cr, e não são magnéticos;
Aços Inoxidáveis Ferríticos
Ligas Metálicas
São compostos pela fase ferrita α (CCC) a temperatura ambiente;
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Ferríticos
309 R 380 R 205 20 Componentes de extrusão automotivos
446 R 515 R 275 20 Válvulas para alta temperatura, câmaras de combustão
Não são tratáveis termicamente, são endurecidos por trabalho a frio;
São magnéticos;
Aços Inox de Resistência Ultra Alta
Ligas Metálicas
São incomumente fortes e resistentes à corrosão;
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Ferríticos
17-7PH R 1450 R 1310 1-6 Molas, facas e vasos de pressão
15-5PH R 1310 R 1170 6-10 Vasos de pressão, indústria aeroespacial
São endurecidos por tratamento térmico de precipitação;
Aços Inox Duplex Austenítico/Ferrítico
Ligas Metálicas
Resistentes a corrosão intergranular quando envelhecidos entre 480-780 oC;
AISI/SAE ou ASTM
Limite de Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Aplicações Típicas
Ferríticos
308 1450 1310 1-6 Indústria química e petrolífera
329 620 485 15 Aeroespacial, automobilística
20 a 40% de ferrita em volume exibe excelente resistência a corrosão intergranular;
Aços Inox - Resumo
Ligas Metálicas
Aços Inox - Aplicação
Ligas Metálicas
Ferros Fundidos
Ligas Metálicas
Apresentam teores de carbono entre 3 e 4,5 %C;
0.022
2.144.30
1147 oC
727 oC
Fe3C6.7
γ
CFeα 3
CFeγ 3
αL
C3FeL
Temperaturas liquidus entre 1150 e 1300 oC;
Ferros Fundidos
Ligas Metálicas
O processo de fundição é a técnica mais conveniente de fabricação;
Grafita Cα3Fe CFe3
O diagrama de equilíbrio Fe-C é um pouco diferente do Fe-Fe3C;
A cementita é um composto metaestável e pode se dissociar na forma:
Ferros Fundidos – Diagrama Fe-C
Ligas Metálicas
0.022
2.14 4.30
1147 oC
727 oC
Fe3C6.7
γ
CFeα 3
CFeγ 3
αL
C3FeL
γ
αL
2.02 4.30
1153 oC
736 oC
Grafitaγ
GrafitaL
Grafitaα 0.022
Diagrama Metaestável
Diagrama de Equilíbrio
Ferros Fundidos
Ligas Metálicas
A tendência para formar grafita é regulada pela composição e pela taxa de resfriamento;
Para maioria dos fofos o carbono encontra-se na forma de grafita;
Os ferros fundidos são classificados em: * Cinzento * Nodular ou dúctil * Branco * Maleável
Taxas mais lentas favorecem a grafitização:
Ferros Fundidos Cinzentos
Ligas Metálicas
Teores de carbono variam de 2,5 a 4% e silício de 1 a 3%;
A grafita existe na forma de flocos (corn flakes), normalmente circundados por uma matriz de ferrita ou perlita;
Ferros Fundidos Cinzentos
Ligas Metálicas
Mecanicamente frágil e fraco conseqüência da microestrutura pontiaguda servindo de pontos de concentração de tensões;
Resistência muito maiores sob cargas de compressão;
Eficientes no amortecimento de energia vibracional (base de máquinas);
Apresentam elevada resistência ao desgaste;Elevada fluidez no estado de fundido;Contração de solidificação é baixa;São os materiais metálicos mais baratos;
Ferros Fundidos Cinzentos
Ligas Metálicas
SAE /UNS Limite de Resistência
à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Constituintes Aplicações Típicas
Cinzento
G1800F10004
124 - - Ferrita + Perlita
Fundições diversas
G2500F10005
173 - - Ferrita + Perlita
Blocos cilíndricos, pistões
G4000F10008
276 - - Perlita Motores Diesel
a)Açosb)Ferro Cinzento
Ferro Dúctil ou Nodular
Ligas Metálicas
Adição de uma pequena quantidade de Ce ou Mg produz uma grafita na forma de nódulos;
Conjunto de propriedades Mecânicas bem diferentes;
A fase matriz que circunda a grafita nodular é a ferrita ou perlita e depende do tratamento térmico;
Estado bruto de fusão normalmente é perlítica; Tratamento térmico por várias horas a 700 oC
resulta numa matriz de ferrita; Mais resistentes e mais dúcteis que os ferros
fundidos cinzentos;
Ferro Dúctil ou Nodular
Ligas Metálicas
O ferro dúctil possui características mecânicas semelhantes àquelas dos aços;
Ferros Fundidos Nodular
Ligas Metálicas
ASTM A 536 /UNS
Limite de Resistência
à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Constituintes Aplicações Típicas
Cinzento Nodular
60-40-18F32800
414 276 18 Ferrita Corpos de válvulas e bombas
100-70-03F34800
689 483 3 Perlita Engrenagens
120-90-02F36200
827 621 2 Martensita Revenida
Cilindros laminadores
a) Nodular ferrítico;b) Nodular perlítico;
Ferro Branco
Ligas Metálicas
Ferros com teores de Si abaixo de 1%;Maioria do carbono na forma de cementita; Durante a solidificação o ferro branco podem se
apresentar nas regiões de elevadas taxas enquanto o cinzento nas regiões mais internas;
Muito duro e frágil, usinabilidade próxima de zero;Aplicações de resistência à abrasão onde não se
necessite de ductilidade;Norma ASTM A532-75a
Ferros Fundidos Branco
Ligas Metálicas
ASTM A 532-75ª
Tipo Designação Fundição Areia [HB]
Endurecido[HB]
Típica espessura de seção endurecida
Branco
I D Ni-Hi-Cr 550 600 305 mm
II E 20%Cr-Mo-HC
450 600 305 mm
III A 25%Cr 450 600 203 mm
Fundido em areia3.4 CT, 0.4 Si, 0.6Mn,
1.4Cr e 3.0NiCementita-austenita e
carbetos M3C.
Ferro Branco – Composições Típicas
Ligas Metálicas
Ferro Branco – Elementos de Liga
Ligas Metálicas
Teor de Boro versus Profundidade de
Coquilha
Teor de Silício versus Profundidade de
Coquilha
Branco
Cinzento
Ferro Branco – Elementos de Liga
Ligas Metálicas
Elementos Promotores de Grafitização
Elementos Promotores de Carbonetos
Relação Cr/C versus teor de Mo na
Profundidade de Coquila
Ferro Maleável
Ligas Metálicas
Aquecimento do ferro branco no intervalo de 800 a 900 oC por longo períodos promove a decomposição da cementita;
Essa decomposição forma grafita na forma de roseta circundada por uma matriz de ferrita ou perlita;
Alta resistência, maleabilidade e ductilidade considerável;
Aplicações em engrenagens de transmissão, conexões tubulares, flanges, peças de válvulas para serviço marítimo, etc.
Ferro Maleável
Ligas Metálicas
Ferro Maleável
Ligas Metálicas
Ferro maleável ferrítico apresentando grafita na forma de resetas
Ferro Fundido Cinzento
Ligas Metálicas
Ligas Não-Ferrosas
Ligas Metálicas
Materiais ferrosos são de fácil produção e bastante econômicos porém apresentam limitações;
As densidades relativamente elevadas; Condutividade elétrica baixa; Suscetibilidade a corrosão; Assim, para inúmeras aplicações utilizam-se
outras ligas com propriedades mais apropriadas; Estas são classificadas de acordo com o metal
base: Cu, Al, Mg, Ti, metais refratários e as superligas;
São sub-classificadas em fundidas ou forjadas;
Ligas de Cobre
Ligas Metálicas
Baseiam-se no elemento cobre; O cobre puro é muito mole e dúctil;
Latões com teores mais elevados possuem as fases α e β’ à temperatura ambiente;
Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade;
A fase α dos latões é estável até aproximadamente 35% Zn;
Latões (Cu-Zn) dentro da fase α possui estrutura CFC sendo mole e dúctil;
A fase β’ possui estrutura CCC ordenada e é mais dura e resistente que α;
Ligas de Cobre
Ligas Metálicas
Os latões são as ligas de cobres mais comuns; Ligas de cobre e zinco, sendo o zinco
substitucional; Condutividades elétrica e térmica elevadas; Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade; Resistente a corrosão, atmosférica, marinha e
meios químicos; São conformadas a frio ou formação de solução
sólida pois não são termicamente tratáveis para melhorar suas propriedades mecânicas;
Ligas de Cobre
Ligas Metálicas
Latões mais usados: Latão amarelo, latão naval, o latão cartuchos, o muntz, etc.
Usos típicos: Bijuterias, cápsulas de cartuchos, trocadores de calor, instrumentos musicais, indústria eletro-eletrônica, moedas, etc;
Os bronzes são ligas de cobre com elementos como: Sn, Al, Si e Ni;
Os bronzes são mecanicamente mais resistentes que os latões e mantêm a resistência à corrosão;
São aplicadas geralmente quando além da resistência a corrosão, a resistência a esforços mecânicos faz-se necessária;
Ligas de Cobre
Ligas Metálicas
Ligas de cobre e zinco, sendo o zinco substitucional;
Condutividades elétrica e térmica elevadas;
Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade; Resistente a corrosão, atmosférica, marinha e
meios químicos; São conformadas a frio ou formação de solução
sólida pois não são termicamente tratáveis para melhorar suas propriedades mecânicas;
Ligas de Alumínio
Ligas Metálicas
Alumínio e suas ligas possuem baixas densidades (~2700 kg/m3);
Condutividades elétrica e térmica elevadas; Resistente a corrosão em alguns ambientes
incluindo a atmosfera; Alta conformabilidade, devido elevada ductilidade,
exemplo, folhas de papel alumínio; Principal desvantagem é a baixa temperatura de
fusão TF = 660 oC;
O alumínio possui estrutura CFC;
Ligas de Alumínio
Ligas Metálicas
A resistência mecânica pode ser aumentada por: deformação plástica a frio e solução sólida;
Os principais elementos de ligas: Cu, Mg, Si, Mn e Zn;
Ligas não tratáveis termicamente possuem apenas uma fase;
Algumas ligas são endurecíveis por precipitação com a formação de compostos intermetálicos;
São classificadas como fundidas ou forjadas; A classificação para ambos os tipos são
designadas por um número de quatro dígitos;
Ligas de Alumínio
Ligas Metálicas
Para as forjadas, existe uma vírgula decimal localizada entre os dois últimos dígitos;
Após estes dígitos existe um hífen e a designação de revenimento;
Uma letra e, possivelmente, um a três dígitos indicando o trabalho mecânico ou térmico submetido, F = “como fabricado”, H=“encruado” e O=“recozido”, T3 significa tratada por solubilização e submetida a deformação plástica a frio, e então envelhecida naturalmente;
T6 significa tratada por solubilização seguida de envelhecimento artificial;
Ligas de Alumínio
Ligas Metálicas
Recentes desenvolvimento de ligas de Alumínio e metais de baixa densidade (Mg e Ti) para redução de consumo de combustíveis em transportes;
Ligas de Alumínio-Lítio para a indústria aeroespacial, relação rigidez/gravidade específica elevada como aquelas dos aços;
Elevada resistência a fadiga mecânica e térmica, tenacidade a baixas temperaturas;
Processos de fabricação mais caros que os convencionais pela reatividade química do lítio;
Ligas de Alumínio
Ligas Metálicas
ASTM /UNS Limite de Resistência
à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Condição de Revenimento
Aplicações Típicas
Forjadas – Não tratáveis termicamente
1100A91100
90 35 34-45 Recozida(O)
Trocadores de calor, armazenamento de alimentos
5052A95052
230 195 12-18 Encruada(H32)
Linhas de combustível e óleo em aeronaves
Forjadas – Tratáveis termicamente
6061A96061
240 145 22-25 Trat. Term.(T4)
Caminhões, mobílias e tubulações
Ligas Fundidas – Tratáveis termicamente
356,0A03560
228 164 3,5 Trat. Term.(T6)
Bombas de aeronaves
Ligas Alumínio-Lítio
8090------
455 360 ---- Trat. Term. Trab. Frio
(T651)
Estruturas de aeronaves com tolerância a danos e avarias
Ligas de Alumínio - Duralumínio
Ligas Metálicas
Ligas de Alumínio - Duralumínio
Ligas Metálicas
Ligas de Alumínio - Duralumínio
Ligas Metálicas
Ligas de Magnésio
Ligas Metálicas
Massas específicas baixas (~1700 kg/m3);
Estrutura cristalina do Mg é HC, é mole possui módulo de elasticidade pequeno;
São conformadas a quente entre 200 e 350 oC, maior fabricação por fundição;
Aplicações que necessitem de baixo peso, como componentes de aeronaves;
Resistência a corrosão e oxidação é considerada boa, cuidado somente com o magnésio pois sofre combustão instantânea ao ar;
Ligas de Magnésio
Ligas Metálicas
Algumas ligas são tratáveis termicamente;
Também apresentam designação de composição e revenimento semelhante ao das ligas de Al;
Aplicações em dispositivos portáteis, em automóveis, em dispositivos de informática, de áudio, de vídeo e de comunicação;
Os principais elementos de liga são: Al, Zn e terras raras;
Ligas de Magnésio
Ligas Metálicas
ASTM /UNS
Limite de Resistência
à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Condição de Revenimento
Aplicações Típicas
Ligas Forjadas
AZ31BM11311
262 200 15 Extrudado Estruturas e tubulações
ZK60AM16600
350 285 11 Envelhecida artificialmente
Peças forjadas para aeronaves
Forjadas Fundidas
AZ91DM11916
230 150 3 Bruto de fusão Peças fundidas em matriz para automóveis
AS41AM10410
210 140 6 Bruto de Fusão Fundição em matrizes com boa resistência a fluência
Ligas de Titânio
Ligas Metálicas
O Ti e suas ligas são relativamente novos em engenharia;
A massa específica é da ordem de 4500 kg/m3;
Elevado módulo de elasticidade 107 GPa, sendo extremamente resistente com limites de resistência a tração de 1400 MPa;
Alta reatividade química com outros materiais a temperaturas elevadas, exige técnicas não convencionais de beneficiamento, fusão e fundição;
Ponto de fusão TF = 1668 oC;
Ligas de Titânio
Ligas Metálicas
São praticamente imunes a corrosão atmosférica, a ambientes marinhos e a uma inúmero ambientes industriais;
UNSLimite de
Resistência à tração [MPa]
Limite de Escoamento
[MPA]
Ductilidade [%AL em 50
mm]
Condição de Revenimento
Aplicações Típicas
Comercialmente pura
484 414 25 Recozida Invólucro de motores a jato
Ti-5Al-2,5Sn(R54520)
826 784 16 Recozida Peças para turbinas a gás
Ti-10V-2Fe-3Al
1223 1150 10 Solubilização + envelhecimento
Fuselagem de avião de caça e helicópteros de combate
Superligas
Ligas Metálicas
Aplicações destas ligas são: Turbina a gás, geradores elétricos, reatores nucleares, etc.
O lantânio aumenta a temperatura de operação das Hastelloys X baseadas em Ni de 950 oC para em torno de 1100 oC.
Os elementos terras raras (Y2O3) são as vezes adicionados a superligas que compreende uma ampla classe de ligas baseadas em Fe, Co e Ni mecanicamente resistentes a elevadas temperaturas;
Superligas
Ligas Metálicas
Superligas
Ligas Metálicas
Ligas Metálicas
FIM
Diagrama de Fases de Cobre-Zinco
Ligas Metálicas
Soldagem
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Tipos básicos de distorções:Contração vertical, longitudinal, distorção angular e flexão
Processos Sem Adição - Laser
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Soldagem Feixe de Elétron O feixe é obtido através do canhão eletrônico, que é um filamento (W), emissor
de elétrons (quando aquecido), e de um anôdo tubular (Cu). Os elétrons viajam do catôdo para anôdo através de um forte campo elétrico, sendo focados posteriormente, atingindo velocidades da ordem de 0,5 x a velocidade da luz (processo montado em câmara de alto vácuo)
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Macrografia de uma junta de aço baixo carbono soldada por feixe de elétrons
Fonte: Catálogo de Prensas Schuler S.A.
Tarugo cortado e esboçado Primeiro forjamento Forjamento final Peça rebarbada
Fonte: FACEM Spa - Itália
Fonte: AçoPeças Ltda.
Tratamento Térmico das Ligas Metálicas
Lingotamento Contínuo