Universidade do Vale do Itajaí

Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar

Tecnologia em Construção Naval

Disciplina: Ciência dos Materiais

Aula

Materiais Metálicos

Profa. Dra. Karoline B Mundstock

Os metais são substâncias:

- opacas,

- lustrosas,

- bons condutores de calor,

- bons condutores de eletricidade,

- boas refletoras de luz quando devidamente polidas,

- são dúcteis,

- tem elevada densidade

Metais

São formados pelos elementos metálicos da

tabela periódica:

Propriedades Mecânicas

1 – Elasticidade

2 – Fragilidade

3 – Ductilibidade

4 – Tenacidade

5 – Dureza

6 - Resistência

Propriedades Térmicas

1 – Temperatura de fusão

2 – Dilatação Térmica

3 – Condutividade térmica

Propriedades Elétricas

1 – Condutividade elétrica

2 - Resistividade

É a capacidade que o material tem de se deformar, quando

submetido a um esforço, e de voltar a forma original

quando o esforço é retirado.

Exemplo: Uma mola deve ser elástica.

Por ação de uma força, deve se deformar e, quando

cessada a força, deve voltar à sua posição inicial.

1 - Elasticidade:

Teste de tração e compressão:

Diagrama de tensão-deformação para material dúctil (aço).

Tensão

Deformação

Limite de elasticidade: Máxima tensão que o material pode suportar sem apresentar deformação permanente após a retirada da carga.

São materiais que possuem pouco, ou nenhum escoamento. É um material duro, que não suporta choques e tende a se quebrar com facilidade.

Exemplos: Concreto, Ferro Fundido, vidro, etc...

2 – Fragilidade:

Materiais Dúcteis – Qualquer Material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura é chamado de material dúctil. O aço doce é um exemplo. Os engenheiros escolhem materiais dúcteis para o projeto por que são capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados, exibem, em geral, grande deformação antes de falhar. Exemplo: cobre, alumínio e aço com baixo teor de carbono.

3 - Ductilidade:

Como diferenciar um material dúctil de um material frágil?

Uma boa maneira de diferenciar um material dúctil de um material frágil é submetendo-os a um ensaio de tração. Materiais frágeis rompem-se com alongamento menor do que 5% e mostram maior resistência mecânica.

Curva tensão x deformação.

Exemplo: A chave da figura ao lado pode ser tracionada e flexionada sem romper-se facilmente porque é de um material tenaz.

É a energia necessária para romper um material.

4 - Tenacidade:

A tenacidade é muito usada pelos garimpeiros para diferenciar uma pepita de ouro de um fragmento de pirita, pois enquanto o ouro é extremamente maleável, a pirita é muito friável.

ouro pirita

Friável (frágil, quebradiço): Que pode ser quebrado ou reduzido a pó com facilidade.

Dureza é a resistência que um material oferece à penetração de outro corpo.

As ferramentas devem ser duras para que não se desgastem e para que possam penetrar em um material menos duro

5 – Dureza:

Dureza Vickers:

Neste método, é usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é comprimida, com uma força arbitrária "F", contra a superfície do material. Calcula-se a área "A" da superfície impressa pela medição das suas diagonais.

Ensaio de dureza Rockwell:

A escala do mostrador é construída de tal modo que uma impressão profunda corresponde a um valor baixo na escala e uma impressão rasa corresponde a um valor alto na escala. Desse modo, um valor alto na escala indica que se trata de um material de alta dureza.

Um material resistente é

aquele que não muda a

sua forma tão facilmente,

quando submetido a

ação de uma força de

tração, compressão,

flexão, cisalhamento,

torção ou flambagem.

6 - Resistência:

Determinam o comportamento dos materiais quando são submetidos a

variações de temperatura durante o seu processamento ou durante a sua

utilização.

Exemplo:

Propriedades térmicas

Ferramentas de corte: As elevadas velocidades de corte

geram aumento de temperatura e, por isso, a ferramenta

precisa ser resistente a altas temperaturas.

Temperatura na qual o material passa do estado sólido

para o estado líquido.

O alumínio funde a 660ºC, o cobre se funde a 1.084ºC

Qual a temperatura de fusão?

Do aço?

Do ferro fundido cinzento?

Do latão?

Do zinco?

1 – Temperatura de fusão

Quando a temperatura aumenta a agitação das moléculas que

constituem o material também aumenta, consequentemente o material

dilata. Além disso pode ocorrer mudança de fase em função da

temperatura.

Por causa dessa propriedade, as grandes estruturas de concreto,

como prédios, pontes e viadutos, são construídos com pequenos vãos

ou folgas entre as lajes, para que elas possam se acomodar nos dias

de muito calor.

Os espaços que existem entre os trilhos dos trens também tem essa

finalidade.

2 – Dilatação Térmica:

Exemplo: A temperatura ambiente, o estrôncio exibe estrutura CFC. Ao ser aquecido acima de 557ºC esse arranjo atômico transforma-se em CCC. Determine a variação de volume que envolve essa transformação alotrópica. Considere que o raio atômico permanece constante. Neste caso apenas a estrutura foi modificada, mantendo-se constante a quantidade de matéria. O número de átomos envolvidos permanece o mesmo. A estrutura CFC (temp. ambiente) tem 4 átomos e acima de 557ºC a estrutura CCC tem 2 átomos por celula unitária.

Vinicial = VCFC = 16√2R3= 22,62R3

Vfinal = 2.VCCC = 24𝑅

√33=

128

3√3𝑅3= 24,63𝑅3

ΔV = 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙=

24,63𝑅3 −22,62𝑅3

22,62𝑅3 = 0,089 ou 8,9%

O estrôncio aumentou seu volume em 8,9%.

2 – Dilatação Térmica:

Nos materiais isotrópicos pode-se calcular a variação de

comprimento, e conseqüentemente de área e volume, em

função da variação de temperatura:

• variação do comprimento em metros (m) ;

• coeficiente de dilatação linear em 1/Kelvin ( ) ;

• comprimento inicial em metros (m) ;

• variação de temperatura em Kelvin (K)

ou em graus Celsius (°C).

Exemplo:

É a capacidade que determinados materiais têm de conduzir calor.

Se você segurar uma barra de metal por uma das pontas e colocar a outra ponta no fogo, dentro de um certo tempo ela vai ficar tão quente que você não poderá mais segurá-la.

3 – Condutividade Térmica

1. Condutividade elétrica

É a capacidade que o material tem de conduzir corrente elétrica.

Exemplo: cobre e alumínio.

2. Resistividade

É a resistência que o material oferece à passagem da corrente

elétrica.

Essa propriedade está presente nos materiais que são maus

condutores de eletricidade como por exemplo o plástico que recobre

os fios.

Propriedades Elétricas

As propriedades químicas são as que se manifestam quando o material

entra em contato com outros materiais ou com o ambiente.

Exemplo:

O alumínio é resiste à corrosão.

O ferro enferruja e não resiste à corrosão.

Propriedades Químicas

resistência à corrosão,

aos ácidos,

às soluções salinas

- Os metais utilizados pela indústria raramente

apresentam todas as características desejadas

(quebradiço, mole, pouco resistente à oxidação), por

isso é interessante o uso de uma liga.

- Liga é uma mistura de dois ou mais elementos.

- Algumas vezes a preparação da liga consiste no

próprio processo de obtenção do metal, pois alguns

minérios já contêm os elementos que a liga deve conter.

- As ligas são classificadas em: ferrosas e não ferrosas

Metais e Ligas metálicas:

Ligas

Baixo

carbono

Médio

carbono

Alto

carbono

Alta

Liga

Baixa

Liga

Ferros

Fundidos

Aços

Ferro

Cinzento

Ferro

Dúctil

Ferro

Branco

Ferro

Maleável

Ferrosas Não Ferrosas

Alumínio Cobre Zinco Latão...

Mina de cobre a céu aberto em Bingham, Utah (um dos estados dos Estados Unidos).

- 5000 a.C. os artefatos de pedra foram substituídos por metais

- O primeiro metal utilizado pelo homem foi o cobre.

Metais e Ligas Metálicas

- É um metal avermelhado, que apresenta alta condutibilidade elétrica e

térmica

- Onde é usado:

Cobre

condutores de eletricidade (fios e cabos)

ligas metálicas como latão e bronze

• Tem estrutura CFC

• Condutor de calor e eletricidade (só perde para prata)

• Excelente deformabilidade

• Boa resistência à corrosão

• Boa usinabilidade

• Resistência mecânica satisfatória

Cobre

• Tmáx. de emprego 200ºC

• Tmin. de emprego -200ºC

• Soldagem difícil (alta dilatação térmica)

• Condutores elétricos trocadores de calor

Cobre

via seca: o minério é submetido a fusões e operações de afinação a temperaturas elevadas

via húmida: o minério é solubilizado através de lixiviação com ácido sulfúrico, sendo o cobre obtido após tratamento das suas soluções por processos electrolíticos (desta forma obtem-se um cobre mais puro)

Pode ser obtido por duas maneiras de extração:

Aplicações do cobre:

Condutores e demais materiais elétricos,

Chapa laminada e tubos de diversos tipos

Ligas de cobre:

Cobre + estanho = bronze

Cobre com o Al, Si, Be, etc., designam-se por "bronze" seguido do nome do(s) elemento(s) da liga (Bronze AI, Bronze Si).

Cobre + zinco = latões

Monel Liga Cobre-Niquel

Monel é uma marca registrada da empresa Special Metals Corporation. São ligas de Cu-Ni de alta resistencia mecânica. São utilizadas em substituição aos aços inox em inúmeras aplicações na indústria química, indústria petrolífera, construção naval, etc.

Teor de níquel entre 2.5 e 45% Ni.

Resistência a corrosão muito elevada,

Têm dureza moderada, mas são tenazes e dúcteis.

O cuproníquel 70-30, é o material mais adequado para sistemas de encanamentos, tubagem de permutadores e condensadores, etc.;

Monel Liga Cobre-Niquel

Bronze = cobre + estanho (5 a 25%)

O Bronze só tem valor quando o teor de estanho varia entre

5 e 25%, quanto maior o teor de Sn maior a resistência

mecânica e maior dureza.

<13%Sn são maleáveis a quente e a frio

>13%Sn são duros e frágeis só pode ser conformado a

quente

<5%Sn avermelhado

>15%Sn amarelo claro

-Resistente a corrosão,

- Temperatura máx. de emprego? (370ºC) - Temperatura min. de emprego? (-180ºC) - Devido a fácil fusão é empregado na fabricação de sinos, buchas e peças hidráulicas,

- Com alumínio fica mais resistente a corrosão e ao desgaste, usado na fabricação de buchas, parafusos e rodas dentadas.

Bronze = cobre + estanho (5 a 25%)

Bronzes especiais

Bronze-alumínio: o teor de alumínio não ultrapassa 11%, elevada resistência a tração, até 7% de alongamento Bronze-silício: teor de silício de 0,02 a 30%. Usados na fundição de peças complicadas. Bronzes especiais... Existem outros bronzes com outros elementos de liga.

Bro

nze =

co

bre +

esta

nh

o

α = CFC elevada maleabilidade δ = dureza mais elevada

Latão = cobre + zinco

- Tem entre 3 e 50% de zinco

- Cor amarela,

- É fácil de cortar e repuxar,

- Tem uma resistência maior que o cobre puro,

- Resistente a corrosão,

- Aplicado na fabricação de válvulas, torneiras e registros.

- laminado é empregado na confecção de chapas, perfis de qualquer forma e tubos de radiadores.

Quanto maior o teor de zinco:

menor a resistência à corrosão,

maior a resistência mecânica,

menor o preço do latão.

A resistência do latão é menor que a do bronze isto é o bronze é mais duro que o latão.

Os latões (Cu-Zn) com um pouco de estanho ou alumínio são mais resistentes à corrosão por água do mar.

ânodo

cátodo

Classificação: -Latões α Zn<38%

-Latões α+β 38<Zn<45%

-Latões β 45<Zn<50%

Até 38% de Zn só tem uma fase

(fase α - CFC) de excelente

ductibilidade. Pode ser moldado a

frio e tem boa resistência a

corrosão.

De 38 a 50% de Zn tem duas fases

(α+β) a β-CCC é mais dura e

resistente. Só pode ser moldada a

quente. Moldada por fundição.

Acima de 50% forma a fase γ dura e frágil que impede sua

utilização.

Latão = cobre + zinco

Latão = cobre + zinco

Pelo gráfico poderemos verificar que a resistência à tração melhora até 45% de Zn e a ductilidade até 30%, verificando-se depois uma diminuição das duas características, primeiro lenta e depois acentuadamente.

Latão = cobre + zinco

Até 20%Zn

>20%Zn

Joalheria imita ouro

radiadores

Fabricação de tubos

Estampagem a frio

Fabricação de agulhas de cromar

É um metal branco acinzentado

leve

não tóxico (no estado não

particulado)

3° elemento mais abundante

encontrado na natureza apenas

na forma combinada

muito reativo

Alumínio

Aplicações do alumínio

Aplicações do alumínio

Ferry boat biocombustível: funciona com 30% de óleo diesel e 70% de gás natural (GNV), tem capacidade de transportar até 760 pessoas e 75 veículos, incluindo ônibus, caminhões e até carretas pesadas. Fabricado totalmente em alumínio, é 80% mais leve do que os barcos do mesmo porte construído em chapas de aço.

Ferry Boat Ivete Sangalo, faz a travessia entre Niterói e Maricá.

Características Físico-Químicas do Alumínio:

Símbolo Químico: Al

Número Atômico: 5

Peso Atômico: 26,98

Classificação: Metal

Estado Físico (25ºC): Sólido

Densidade: 2,702 g/cm3

Ponto de Fusão: 660ºC

Ponto de Ebulição: 2519ºC

Condutividade Térmica:

235,0 W/m.K

Resistividade Elétrica:

2,65 .10-8.Ohm.m

número de oxidação: +3

(excepcionalmente +1)

Anfótero (reage c/ ácidos e

bases)

Al + ácido Al+3 + H2

Al + base Al(OH)4 + H2

Principal mineral para obtenção do alumínio:

48% a 64% de alumina,

aparência física é muito variável (branca, cinza

ou creme para baixa porcentagem de ferro;

amarelo, marrom-claro, rosado ou vermelho-

escuro para altas percentagens de ferro).

Bauxita Al2O3.nH2O:

Processo de obtenção do alumínio:

Bauxita + soda

cáustica

Aquecimento sob pressão

Solução precipitação da

alumina na forma de sementes

eletrolise

Principais Ligas de Alumínio: a) Ligas tratáveis térmica ou mecanicamente:

ligas tratáveis termicamente:

Al-Cu

Al-Zn-Mg

Al-Si-Mg;

ligas endurecidas por trabalho a frio (encruáveis): Al-Mg

Al-Si

b) Ligas para fundição Al-Cu

Al-Si

Al-Si-Cu/Mg

Al-Mg

Al-Sn

Influência dos elementos de liga

Características das ligas de alumínio

Liga

Alu

mín

io e

Silí

cio

Liga

de

Alu

mín

io e

Mag

nés

io

Liga

de

Alu

mín

io e

Co

bre

Liga

de

Alu

mín

io e

Est

anh

o

Liga de Alumínio e Zinco

Resistência a Corrosão: Extremo anódico (corroído) Mg

Ligas de Mg

Zn

Ligas Al 7072, Alclad 7071, Alclad 7073, Alclad 3003

Ligas Al 6XXX

Ligas Al 1XXX, Al 3XXX, Al 5XXX, Alclad 2XXX

Cd

Liga Al 7075

Ligas Al 2XXX

Aço macio, ferro fundido

Soldas Pb-Sn

Pb

Sn

Latões

Cu

Bronzes

Monel, inconel

Ni

Extremo catódico (protegido) Aço inox (ativo)

Ti

Processamento Industrial

- Laminação a quente ou a frio (chapas e folhas)

Processamento Industrial

- Trefilação (fios)

Etapas do processo:

Processamento Industrial

- Extrusão a quente ou a

frio (perfis, barras, tubos

sem costura)

O tarugo de alumínio passa por um orifício que o modela na forma de perfis utilizados na construção civil e em produtos acabados.

Processamento Industrial - Forjamento a quente ou a frio

Processamento Industrial

- Metalurgia do pó (peças delicadas de

pequenas dimensões)

Processamento Industrial

- Estampagem (estruturas de carrocerias)

Processamento Industrial

- Embutimento (utensílios domésticos)

- Fundição

Acabamento e camada de proteção:

A resistência à corrosão do alumínio depende da camada de óxido de

alumínio.

Pode-se induzir a formação de uma camada mais espessa de Al2O3.

Para que ocorra a formação da camada de Al2O3 limpa-se a superfície

para retirar graxas, óleo, sujeira, induz-se a anodização, faz-se a

selagem (fechamento dos poros da camada de óxido) em água

fervente ou soluções de sais entre 90-100°C por 15 a 60 minutos

Zinco A aplicação do zinco na indústria é dividida em: Revestimentos (imersão e galvanização) 40% Fabricação de latões 18% Zinco laminado 12% Fundição de peças 26% Outras aplicações 4%

SIDERURGICA

O ferro não é encontrado puro na natureza.

É encontrado combinado com outros elementos (minério):

Metais Ferrosos

A hematita é a mais abundante na natureza.

(Fe2O3)

Magnetita (Fe3O4)

Pirita (FeS2)

Siderita (FeCO3)

Limonita FeO(OH).nH2O

Antes de ser processado o minério de ferro é lavado e

partido em pedaços menores para retirar as impurezas.

Metais Ferrosos

Depois disso é levado ao alto forno para obtenção do ferro

gusa, principal insumo para a produção de aço e do ferro

fundido.

Alto forno

Equipamentos auxiliares

Tem como objetivo limpar os

gases que saem do alto-forno e

pré-aquecer o ar que é introduzido

no forno através das ventaneiras.

Alto forno

O alto forno apresenta três

partes essenciais:

cadinho rampa cuba

Alto forno

Remoção

das

impurezas

de sílica

ferro Ganga

(impurezas contidas nos minérios)

Uma corrente sólida (minério de Fe, coque e CaCO3)

desce e uma corrente gasosa que se origina pela

reação do carbono do carvão com o oxigênio do ar

(1000ºC) soprado pelas ventaneiras, sobe em

contracorrente promovendo a redução do ferro.

O ferro ao derreter-se se deposita no fundo

do alto forno. A este ferro dá-se o nome de

ferro-gusa.

Alto forno

Como as impurezas ou escórias são mais leves,

flutuam sobre o ferro gusa derretido.

Através de duas aberturas especiais, em alturas

diferentes são retiradas, primeiro a escória e em

seguida o ferro-gusa que é despejado em panelas

chamadas CADINHOS e depois nas linguoteiras.

Depois são armazenados para receberem

novos tratamentos. Nesta forma, é usado

apenas na confecção de peças que não

passarão por processos de usinagem.

Alto forno

Ferro Gusa:

ferro

carbono (3 a 4,4%)

manganês (0,5 a 2,5%)

silício (0,5 a 4%),

fósforo (0,05 a 2%)

enxofre (0,2% máx.)

Escória:

SiO2 (29 a 38%)

Al2O3 (10 a 22%)

CaO + MgO (44 a 48%)

FeO + MnO (1 a 3%)

CaS (3 a 4%)

Escória

Pode ser resfriada ao ar ou bruscamente por meio de jatos

de água e depois britada e utilizada como material inerte em

diversas aplicações, fabricação do cimento e do concreto,

substituição de materiais pétreos. Recebe o nome Escória de

Alto Forno.

Bases de estrada;

Asfalto;

Aterro / Terraplanagem;

Agregado para concreto;

Cimento

Aplicações especiais (lã mineral, lastro ferroviário,

material para cobertura, isolamento, vidro, filtros,

condicionamento de solo e produtos de concreto).

Aplicações da Escória

A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo

do forno (cadinho) na forma de ferro gusa e escória líquida.

Tempo do processo

O alto forno é operado

continuamente de 4 a 10 anos com

paradas curtas para manutenções

planejadas.

Utilização de sínter ou pelotas,

Elevação da temperatura do ar soprado

e controle de sua umidade

Injeção de combustível, através das

ventaneiras

Adição de oxigênio no ar

Operação a alta pressão

Técnicas para melhorar o processo

Ferro fundido

- É uma liga de ferro - carbono ( com teor de carbono

de 2 a 4,5 - 6,67%).

- É obtido diminuindo-se a porcentagem de

carbono do ferro gusa. É, portanto um ferro

de segunda fusão. A fusão de ferro gusa,

para a obtenção do ferro fundido, pode ser

feita em fornos “CUBILÔ”.

Ferro puro

- Densidade: 7,87g/cm3

- Ponto de fusão: 1536ºC - é muito dúctil, - tem boa resistência à corrosão atmosférica, - elevada permeabilidade magnética - baixa resistividade - é alotrópico (apresenta duas redes cristalinas diferentes) de 0 até 911º C, tem uma estrutura CCC, de 911º C até 1392º C, a rede cristalina é CFC (ferro γ) - Quando se combina com o carbono ou outros elementos

suas propriedades são alteradas. - Resistente ao desgaste, abrasão e calor

Ferro fundido:

- Inconveniente:

dificuldade de controle das propriedades mecânicas - O carbono pode estar presente

na forma livre (grafita, C) combinada (cementita, Fe3C), Elementos de liga: -Grafitizantes: inibidores da formação da cementita Si, Al, Ti e Cu

-Anti-grafitizante: favorecem a formação de cementita Mo, Mn, Cr e V

Constituinte Dureza Resistência

Cementita + + Grafita - - Silício - -

Manganês - + Enxofre + - Fósforo + -

Elementos de liga no ferro fundido:

-Grafitizantes: inibidores da formação da cementita Si, Al, Ti e Cu

-Anti-grafitizante: favorecem a formação de cementita Mo, Mn, Cr e V

Tipos de ferro fundido: Ferro fundido cinzento:

Uso: Blocos de motor, corpos de bombas e de maquinária do convés, transmições e ingrenagens.

- Os principais elementos de liga são: carbono, silício, manganês, cromo e cobre.

- Tem esse nome por causa da sua superfície de fratura que tem coloração cinza. - É o mais usado devido a suas características. Contêm carbono na forma livre (grafita) na forma de lamelas e na forma combinada (ferrita+ Fe3C = perlita) Ferrita = ferro CCC, ferro

- Mais resistente a corrosão que os demais pois as lamelas de grafita formam uma camada de proteção. - Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte, pois a grafita serve como lubrificante. - Absorve muito bem as vibrações tornando-se ideal para ser usado em corpos de máquinas. - Fácil de ser fundido e moldado em peças.

Ferro fundido cinzento:

Ferros fundidos nodulares

Obtido da fundição do ferro fundido cinzento, adicionando magnésio e/ou cério, elementos que fazem precipitar módulos de grafita,

Boa resistência ao desgaste,

Elevada maquinabilidade,

Melhor resistência ao choque que o ferro fundido cinzento e maior capacidade de amortecimento de vibrações.

Uso: válvulas

Ferro fundido branco Sua superfície de fratura apresenta coloração clara e brilhante por isso recebe este nome. Contêm carbono na forma de cementita (Fe3C) Características: - Difícil de ser fundido, - Muito duro, difícil de ser usinado, - Alta resistência ao desgaste, Fatores que influenciam a microestrutura - Velocidade de resfriamento - Composição química

Ferro fundido maleável

Obtido a partir do ferro fundido branco, sujeito a tratamento térmico para eliminação da cementita.

Uso: conexões

Aplicações dos ferros fundidos na área naval:

Os mais utilizados são o ferro fundido cinzento e o nodular, algumas vezes é usado o ferro fundido maleável.

Uso:

corpos de bombas, de válvulas e de maquinaria diversa,

blocos de motores de combustão interna,

coletores de evacuação e permutadores de pequena dimensão,

buzinas,

manivelas de motores diesel e de compressores frigoríficos.

Classificação Ferro Fundido

A norma DIN 1691 especifica os ferros fundidos cinzentos, pela designação GG, seguida de um número que representa a tensão de rotura mínima em Kg/mm2 : ex. GG18 corresponde σr≥ 18Kg/mm2.

A norma DIN 1693, especifica os ferros fundidos nodulares através das letras GGG-42 (referindo o número, a tensão de rotura mínima em Kg/mm2).

A norma DIN também classifica os ferros fundidos branco pelas letras GTW_ _ e o ferro fundido maleável pelas letras GT_ _.

Aço Comum – Aço Carbono

É uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo um teor de C

entre 0,008 e 2% de carbono, além de outros elementos

resultantes do processo de fabricação.

Alto forno siderúrgico

Obtenção do Aço

A temperatura atinge 1700oC.

Os gases resultantes do processo

são queimados na saída do

equipamento e os demais resíduos

são eliminados pela escória, que

fica na superfície do metal.

Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da injeção de

oxigênio puro sob pressão no banho de gusa líquido, dentro de um

conversor.

Após outros ajustes finos na composição do aço, este é transferido para a

próxima etapa que constitui o lingotamento contínuo.

Obtenção do Aço

Composição química: além de Fe e C o aço apresenta outros

elementos resultantes do processo de fabricação como manganês (0,3 a

0,6%), silício (0,1 a 0,3%), fósforo (máximo de 0,04%) e enxofre (máximo

de 0,05%).

Aço Comum – Aço Carbono

Cada elemento contribui com uma característica

Carbono: É o responsável pela

dureza do material e pela sua

temperabilidade. Sem carbono, o

ferro não pode ser endurecido

pela têmpera, pois não haverá

formação da martensita.

MANGANÊS: Em teores entre 0,30 e 0,60%, é desoxidante e

dessulfurizante, forma com o enxofre o composto MnS que possui PF

elevado, facilita o forjamento e a laminação eliminando o problema da

fragilidade a quente que pode ocorrer na presença do FeS.

SILÍCIO: Nos teores normais (0,15 e 0,30%) é o elemento desoxidante.

Aço Comum – Aço Carbono

FeS + Mn Fe + MnS

Aço Comum – Aço Carbono

Fósforo: é responsável pela fragilidade a frio, baixa resistência ao choque à temperatura ambiente, se dissolve na ferrita, endurece-a e aumenta o tamanho do grão. Entretanto esta influência do fósforo não é séria, exceto nos aços de alto teor de carbono.

Enxofre: forma o sulfeto de ferro (FeS) que apresenta um baixo PF e pode fundir nas operações de forjamento e laminação, diminuindo a tenacidade do aço, chegando às vezes a causar sua desintegração pela formação de fissuras durante estes processos.

FÓSFORO e ENXOFRE: São elementos nocivos.

Martelo de forjamento

Placas Blocos Tarugos

Chapas

Folhas

Tubos

Perfis Trilhos

Barras

Barras

Trefilados

Tubos

Laminação

a quente

Laminação

a frio

Como o aço pode ser moldado?

Como o aço é comercializado?

1) Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação.

Quando se necessita de barras com formas e medidas precisas recorre-se aos aços trefilados.

2) Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.

3) Chapas - São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos: - Chapas pretas - sem acabamento - Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco (proteção a corrosão). - Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho (latas de conservas).

4) Tubos - Dois tipos de tubos são encontrados no comércio:

- com costura - Obtidos por meio de curvatura de uma chapa.

- sem costura - obtidos por perfuração a quente.

Aços especiais – Aços ligas

São aços que contém outros metais que lhe foram adicionados

intencionalmente com a finalidade de dar certas propriedades aos aços.

· Alterar as propriedades mecânicas

· Aumentar a usinabilidade

· Aumentar a temperabilidade

· Conferir dureza a quente

· Aumentar a capacidade de corte

· Conferir resistência à corrosão

· Conferir resistência ao desgaste

· Modificar as características elétricas e magnéticas.

Geralmente o objetivo é:

Aços Inox

Impureza predominante - Cr > 11wt%

Pode incluir Ni e Mo

Três classes em função da microestrutura

martensítico tratável termicamente, magnético

ferrítico não tratável termicamente, magnético

austenítico mais resistente à corrosão, não

magnético

Resistentes a corrosão a temperaturas de até

1000ºC.

• Apresentam resistência à corrosão superior à dos outros aços,

Aços Inoxidáveis

•É resistente a corrosão devido a presença de cromo (12%) como elemento de liga. O cromo reage com o oxigênio e forma uma camada de óxido que protege a superfície do aço. • Podem oxidar em determinadas circunstâncias. Cuidados:

Para que ele não seja “atacado” deve-se preservar a camada de óxido, então a superfície deve ser limpa, livre de contaminação por substâncias estranhas, gordura e partículas metálicas provenientes de operações de fabricação. Tem elevado coeficiente de dilatação térmica então deve ser aquecido antes de soldá-lo. A solda provoca a precipitação do carboneto de cromo o que causa uma redução na resistência a corrosão.

Aplicações:

caldeiras, flanges (aços que podem ser trabalhados a frio sem

fissurar)

para estampagem e prensagem (automóveis, frigoríficos,

fogões)

Aço forjado (para trabalho a quente)

Aço de fácil maquinagem (parafusos, porcas e outras peças de

série)

Aços de construção (para máquinas)

Aço soldável para tubos (muito macio - baixo teor de C)

Aço para chapa fina (para manufaturar folha de Flandres)

Aço de molas

Aço estrutural (navios, edifícios, pontes, aparelhos de carga)

Aço de ferramentas

Aços especiais (para ímãs, refratários, etc.)

Efeitos dos metais adicionados

Principais classificações dos aços:

De acordo com a microestrutura: Ferríticos(CCC), Perlíticos (CCC + Fe3C), Austeníticos (CFC), Martensíticos (Fe3C esférica em TCC), Ledeburíticos (CCC + CFC).

De acordo com o teor de carbono:

- Baixo teor de carbono (C < 0.3%) (+ macios) (C<0,15 – aço doce ou macio)

- Médio teor de carbono (0.3 < C < 0.7%)

- Elevado teor de carbono (C > 0.7%) (+ duros)

De acordo com a composição:

- Não ligados ou sem elemento de liga (aço carbono)

- Com elemento de liga: aço de baixa liga (elemento de liga < 5% ) e aço de alta liga (elemento de liga > 5%).

• Aços estruturais de baixa liga (<5%):

• melhores propriedades mecânicas e níveis mais elevados de resistência à fratura.

• Aços de alta resistência:

• são aços de baixa liga, aços temperados, revenidos (revenido tratamento térmico que acompanha a tempera) e martensítico (tetragonal). • Destinam-se a aplicações especiais - estruturas oceânicas, submarinos e outras que requerem um elevado controle de qualidade na construção.

• Aços vazados:

Usados na manufatura de componentes estruturais pesados, com formas complexas, como acontece na estrutura da proa, do leme e hélices.

Aços Baixo Carbono

Aços Carbono

Microestrutura de ferrita (CCC) e perlita (CCC + Fe3C)

Macios e pouco resistentes, muito dúcteis e tenazes

Insensíveis a tratamentos térmicos

Baixo custo

Usos em painéis de carros, tubos, pregos, arame...

Alta resistência, baixa liga (HSLA)

Contém outros elementos tais como Cu, Va, Ni e Mo

Mais resistentes mecanicamente e à corrosão

Aceitam tratamentos térmicos

Usado em estruturas para baixas temperaturas, chassis de caminhões, vagões...

Aços Médio Carbono

Aços Carbono

Utilizados na forma de martensita (fase extremamente dura e frágil) temperada (tratamento térmico para aumentar tenacidade).

Usos em facas, martelos, talhadeiras, serras de metal...

Tratáveis termicamente

A presença de impurezas aumenta a resposta a tratamentos térmicos.

Se tornam mais resistentes mas menos dúcteis e tenazes.

Usos em molas, pistões, engrenagens...

Aços Alto Carbono

Aços Carbono (Ferramenta)

Extremamente duros e fortes, pouco dúcteis.

Resistentes ao desgaste.

Se combina com Cr, V e W para formar carbetos (Cr23C6,V4C3 e WC) que são extremamente duros e resistentes.

Usos em moldes, facas, lâminas de barbear, molas...

Influência dos elementos de liga nos aços

Com a adição de certos elementos são obtidos aços-liga

com resistência à tração e à corrosão, elasticidade,

dureza, melhores

Aço rápido

Tratamentos dos aços:

Tratamentos mecânicos:

podem ser feitos com alteração da forma

- a frio (por exemplo a estiragem)

- a quente (por exemplo o forjamento, estampagem e laminagem)

Sem alterar a forma: exemplos;

- martelagem

- “galetage” (compressão superficial com rolos)

Recozimento - Processo no qual a chapa sofre um aquecimento à alta temperatura e resfriamento lento; tem como finalidade melhorar a uniformidade da microestrutura interna, de forma que a chapa atenda a aplicações onde se exige reduzida tendência a empenamento

. Têmpera – Aquecimento a alta temperatura seguido de resfriamento é rápido em meio com água, salmoura ou mesmo ar. O objetivo final desta operação, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, é o aumento do limite de resistência à tração e também dureza.

Revenimento - É o tratamento térmico que normalmente acompanha a têmpera; além de aliviar ou remover tensões internas, corrige a excessiva dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductibilidade e resistência ao choque.

Tratamento térmico

Provocam alteração da microestrutura, sem alterar a composição

química do material.

Tratamentos superficiais:

Têm como finalidade melhorar a qualidade da superfície

das peças através de um depósito de outro material.

• Metalização

• Electrodeposição (zincagem, estanhagem, niquelagem,

cadmiagem, cobragem, cromagem a cromoduro)

• Combinação química (fosfotização)

Classificação dos aços