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TECNOLOGIA MECÂNICA

Prof. Engº Marcos A. Gasparin dos SantosEmail: [email protected]

Departamento de Mecânica/MecatrônicaDepartamento de Mecânica/MecatrônicaCentro Estadual de Educação Tecnológica Paula

Souza – ETEC JORGE STREETAULA-03

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Ítens Conteúdo – Bases Tecnológicas

1 Materiais: Classificação e Propriedades

2 Materiais Metálicos: Ferrosos e Não Ferrosos

3 Aços e Ferros Fundidos: Obtenção e Classificação

4 Aço Liga e Aços Especiais

5 Materiais Não Metálicos: Polímeros, Cerâmicos e Compósitos

6 Tratamentos Superficiais

7 Processos de Decapagem: Mecânica, Química e Eletrolítica

8 Processos Galvânicos: Pintura Líquida, Pintura em Pó, Fosfatização e Zincagema Fogo

9 Tratamento Térmico: Normalização, Recozimento, Têmpera e Revenimento

10 Tratamento Termoquímico: Carbonitretação, Nitretação e Cementação

11 Metalografia: Macrografia e Micrografia

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Ítens Conteúdo – Bases Tecnológicas

12 Processos de Fundição: Introdução, Definição, Tipos de Processos ( Fundição em Areia, Fundição em Casca, Fundição em Moldes Permanentes, Fundição Centrífuga e Fundição de Precisão ou Cera Perdida)

13 Processos de Conformação Mecânica: Processos Primários, Características de Trabalho a Quente, Característica de Trabalho a Frio. Processos (Laminação, Trabalho a Quente, Característica de Trabalho a Frio. Processos (Laminação, Trefilação, Forjamento, Extrusão, Estamapagem)

14 Ordenamento Técnico: Normas Técnicas e Material de apoio

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Data Cronograma de Aula 1º Semestre de 2016

11/02 Apresentação do Professor e da Disciplina e Base tecnológica, Metodologia de Ensino, trabalhos, prazos e etc.

18/02 Materiais: Classificação e propriedades

25/02 Materiais: Classificação e propriedades

03/03 Materiais: Ferrosos e Não Ferrosos03/03 Materiais: Ferrosos e Não Ferrosos

10/03 Materiais: Ferrosos e Não Ferrosos

17/03 Materiais: Ferrosos e Não Ferrosos

24/03 Aços e Ferros Fundidos: Obtenção e Classificação



14/04 Prova Dissertativa

28/04 Aços Liga e Aços Especiais

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Data Cronograma de Aula 1º Semestre de 2016

05/05 Aços Ligas e Aços Especiais

12/05 Materiais Não Metálicos: Polímeros, Cerâmicos e Compósitos

19/05 Materiais Não Metálicos: Polímeros, Cerâmicos e Compósitos

02/06 Tratamentos Superficiais

09/06 Decapagem: Mecânica, Química e Eletrolítica

16/06 Prova Dissertativa

23/06 Resultados e Recuperação

27-30/06 Rematricula

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Metodologia de Aula

• Aulas serão expositivas através de projetor;

• Material será disponibilizado para os alunos através da sala virtual.através da sala virtual.

• Teremos um trabalho de fim de curso, onde a nota será a média do conteúdo do trabalho, apresentação e seção tira dúvidas.

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Bibliografia:

1) Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais – 1ª Ed Rio de Janeiro – PLT – 2008 – Autor: Willian D. Callister Jr.;– Autor: Willian D. Callister Jr.;

2) Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais - 4ª Ed Rio de Janeiro – Ed. Campus – Elieser Van Vlack – 2003.

3) Apostila Centro Paula Souza – ETEC Cel. Fernando Febeliano da Costa.

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3) Tecnologia Mecânica – Processos de Fabricação e Tratamento – Vicente Chiaverini– Ed. MacGraw Hill – 2ª Edição.

4) Metalografia dos Produtos Siderúrgicos 4) Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comum – Hubertus Colpaert – Ed. Edgard Blücher Ltda – 3ª Edição.

5) Aços e Ferros Fundidos – Vicente Chiaverini –Ed. ABM.

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4.0) MATERIAIS FERROSOS E NÃO FERROSOS

4.1) Introdução

• As ligas metálicas, em virtudes da sua composição química são agrupados em duas composição química são agrupados em duas classes:

�Materiais Ferrosos;

�Materiais Não Ferrosos

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• As ligas ferrosas tem como principal elemento o “Ferro (Fe)”, no caso o Aço e o Ferro Fundido (FºFº).

• As ligas não ferrosas, são ligas que não são a • As ligas não ferrosas, são ligas que não são a base do Ferro, isto é, o Ferro em muitas vezes está como impureza em muitos materiais não ferrosos.

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4.2) LIGAS FERROSAS

• São aquelas onde o ferro (Fe) é o constituinte principal , são ligas produzidas em grandes quantidades e o seu uso é o resultado de quantidades e o seu uso é o resultado de 3(três) fatores, como segue:

�O composto contendo Ferro(Fe) existe em abundância na crosta terrestre;

�O Ferro(Fe) metálico e as ligas de Aço podem ser produzidos usando técnicas de:

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� Extração Mineral;

� Beneficiamento do minério;

� Formação de Ligas;

� Fabricação econômica.

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� Fabricação econômica.

�As ligas Ferrosas são extremamente versáteis, elas possuem uma variedade de propriedades físicas e mecânicas.

�A principal desvantagem das Ligas Ferrosas e a sua susceptibilidade a corrosão.


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4.2.1) Aços

• Os Aços são ligas Binárias Ferro-Carbono(Fe-C) que podem conter outros elementos de formação da liga, como: Mn, Si, Cr, Mo e etc.da liga, como: Mn, Si, Cr, Mo e etc.

• As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que normalmente é inferior a 1,0%.

• Alguns Aços são classificados em função ao teor de carbono, que são aços de baixo, médio e de

alto carbono.

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• Também há subclasses em função do elemento de liga.

• Aços Comum ao Carbono contém apenas concentrações residuais de impurezas além do concentrações residuais de impurezas além do Carbono e de um pouco de Manganês(Mn).

• Os Aços Liga possuem vários elementos de liga em concentrações bem definidas que confere aos aços uma mudança de suas propriedades mecânicas.

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4.2.1.1) Aço de Baixo Teor de Carbono

• São os que são produzidos em maior quantidade.

• Estes Aços contém geralmente menos do que • Estes Aços contém geralmente menos do que 0,25% de Carbono contido, e não se consegue aumentos de resistência mecânica por tratamento térmico, somente por trabalho de conformação a frio.

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• A microestrutura consiste em microconstituintes de Ferrita e Perlita.

• Como conseqüência, estas ligas são moles e fracas, porém possuem uma ductilidade e

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fracas, porém possuem uma ductilidade e tenacidade excepcional.

• São materiais fáceis de usinar e de soldar, e os mais baratos de serem produzidos, por não requerem elementos de liga.


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• Aplicações:

� Componentes de carcaça de automóveis;

� Formas estruturais (vigas I, canaletas e etc.);

� Chapas para tubulação;

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� Chapas para tubulação;

� Pontes;

� Latas estanhadas;

� Etc.


• Aços de Alta Resistência e Baixa liga(ARBL): são aços de baixo carbono que contém outros elementos de liga, tais como:

� Cobre;

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� Cobre;

� Vanádio;

� Níquel;

� Molibdênio.


• Que estes elementos de liga podem estar contidos com teores mais altos que 10%.

• Assim, possuem maior resistência mecânica através de tratamentos térmicos,

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através de tratamentos térmicos, adicionalmente são dúcteis, conformáveis e podem ser usinados.

• Em meios de atmosfera normais, são resistentes à corrosão do que os Aços Comum ao carbono.


4.2.1.2) Aço de Médio Teor de Carbono

• Os Aços com médio teor de carbono possuem concentração de carbono entre 0,25% a 0,60% de Carbono contido, estas ligas podem ser

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de Carbono contido, estas ligas podem ser tratadas termicamente para melhorar as suas propriedades mecânicas.

• São utilizados com maior freqüência na condição na condição de martensíticarevenida.


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• A adição de Cromo (Cr), Níquel(Ni) e Molibdênio(Mo) melhoram a capacidade dessas ligas de serem tratadas termicamente, dando origem a uma variedade de combinações de resistência e ductilidade.resistência e ductilidade.

• Estes Aços são aplicados em:�Rodas e os trilhos de trem;�Engrenagens;� Virabrequim;�Outros elementos estruturais de alta resistência.

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4.2.1.3) Aço de Alto Teor de Carbono

• São Aços com teor entre 0,60% e 1,4%, são mais duros e os mais resistentes, porém são menos ductéis.menos ductéis.

• São usados na condição de Aço temperado e revenido, são especialmente resistentes ao desgaste e a abrasão.

• Os Aços para ferramentas corte e matrizes, são ligas com alto teor de carbono.

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• Muitas destas ligas contém Cromo(Cr), Vanádio(V), Tungstênio(W) e Molibdênio(Mo).

• Esses elementos de ligas combinados com o carbono formam compostos à base de carbono formam compostos à base de Carbonetos, os quais são muitos duros e resistentes ao desgaste e à abrasão.

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• Estes Aços são usados em:

�Ferramentas de Corte;

�Matrizes para modelação;

�Conformação de materiais;

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�Conformação de materiais;

�Fabricação de Facas e Lâminas de Corte;

�Molas;

�Arames com alta resistência.


4.2.2) Aço Inoxidável

• São os Aços altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes.

• Seu elemento de liga predominante é o

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• Seu elemento de liga predominante é o Cromo(Cr), com no mínimo de 11% de Cromo contido.

• A resistência à corrosão pode ser melhorada através da adição de Níquel e Molibdênio


• São produzidos em 3(três) classes com base na fase constituinte predominante na sua microestrutura:

�Ferrítica;

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�Ferrítica;

�Austeníticos;

�Martensítica.

• Os Aços Martensíticos são capazes de ser submetidos a tratamento térmico.


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• Para Aços Inoxidáveis Austeníticos o campo da fase da Austenita (γ – CFC) se estende até a temperatura ambiente.

• Os Aços Inoxidáveis Ferríticos são compostos pela fase Ferrita(α -CCC).fase Ferrita(α -CCC).

• Os Aços Inoxidáveis Ferríticos e Austeníticos são endurecidos e têm a sua resistência aumentada por meio de deformação plástica a frio, isto é, conformação mecânica a frio, uma vez que não podem ser tratados termicamente.

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• Os Aços Inoxidáveis Ferríticos e Austeníticossão os mais resistentes à corrosão, devido ao alto teor de Cromo e Níquel.

• Os Aços Ferrítiocos e Martensíticos são • Os Aços Ferrítiocos e Martensíticos são magnéticos, os Aços Inoxidáveis Austeníticosnão são magnéticos.

• Estes Aços Inoxidáveis tem diversas aplicações, como segue:

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�Turbinas a Gás;

�Caldeiras a vapor;

�Fornos de Tratamentos Térmicos;

�Aeronaves;�Aeronaves;

�Etc.

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4.2.3) Ferro Fundido

• É uma liga de Fe-C-Si

• É considerada uma liga ternária devido a presença do Silício.

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presença do Silício.

• Os teores de Si podem ser maiores que o do próprio Carbono.

• O Silício influi muito nas propriedades mecânicas dos ferro fundidos.


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1) COMPOSIÇÃO TÍPICA DOS FERRO FUNDIDOS• C : 2-4%• Si : 0,5-3%• Mn : <1%• S : < 0,2%• S : < 0,2%• O teor de C (>2%) está acima do teor que pode

ser retido em solução sólida na austenita, como conseqüência o ferro fundido tem Carbono parcialmente livre na forma de veios ou lamelas de Grafite.

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2) EFEITOS DO SILÍCIO

• Substitui parcialmente o carbono

C equivalente = % C (em peso) + 1/3 % Si (em

peso)

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peso)

• Para se usar o diagrama Fe-Fe3C deve-se levar em conta também o teor de Si, que promove a formação de grafite em vez de cementita.


3) PROPRIEDADES DOS FERROS FUNDIDOS

• Baixo custo;

• Ponto de fusão mais baixo;

• Boa fluidez.• Boa fluidez.

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4) CLASSIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS

• Os Ferros Fundidos são classificados segundo:

�Composição química;

�Taxa de resfriamento;�Taxa de resfriamento;

�Adição de inoculantes.

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5) MICROESTRUTURA DOS FERRO FUNDIDOS

• A microestrutura dos fofos é controlada:

�Pela composição química;

�Pelo processo de fabricação.�Pelo processo de fabricação.

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6) FATORES QUE FAVORECEM A FORMAÇÃO DO GRAFITE

• Alto teor de C;

• Alto teor de Si;• Alto teor de Si;

• Resfriamento lento;

• Seções espessas;

• Presença de : S, P, Al, Mg, Sb, Sn, Cu, Ni, Co;

• Inoculantes.

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7) FATORES QUE FAVORECEM A FORMAÇÃO DA CEMENTITA

• Baixo teor de C;

• Baixo teor de Si;• Baixo teor de Si;

• Resfriamento rápido;

• Seções finas;

• Adição de : Ti, V, Zr, Cr, Mn, Mo.

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8) CLASSIFICAÇÃO DOS FOFOS QUANTO AO TIPO DE LIGA

• Ferro Fundido Cinzento;

• Ferro fundido Branco;• Ferro fundido Branco;

• Ferro Fundido Mesclado;

• Ferro Fundido Maleável;

• Ferro Fundido Nodular.

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8.1) FERRO FUNDIDO CINZENTO• É caracterizado pelos fatores que favorecem a

formação do grafite.• A fratura é de cor cinzenta.• É barato a sua produção e o mais usado.

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• É barato a sua produção e o mais usado.• É de boa resistência Mecânica (até 40 Kgf/mm2) e ao

desgaste é material de fácil usinagem.• É obtido pelo resfriamento lento.• É de fácil fusão em fornos.• Elevado coeficiente de amortecimento(os veios de

grafita absorvem o impacto e o som).


• DUREZA BRINELL da ordem de: 150 HRB: 87

• Composição química dos Ferros Fundidos Cinzentos varia:

�C : 2,5-4%�C : 2,5-4%

�Si : 1-3%

�Mn : 0,4 -1%

• Alto teor de Si melhora a Resistência à corrosão e a Fluidez.

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• ESTRUTURA TÍPICA DOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

• Grafita lamelar devido ao Carbono livre na matriz de ferrita, perlita ou outra estrutura

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matriz de ferrita, perlita ou outra estrutura proveniente da austenita.


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• EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA

�Tendem decompor a cementita (efeito grafitizante): Si, Al, Ni, Cu, Ti;

�Tendem a estabilizar os carbonetos, �Tendem a estabilizar os carbonetos, retardando a formação da grafita: Mn,Cr, Mo, V.

�Todos os elementos de liga tendem a aumentar a resistência à tração e a dureza;

�Elementos mais eficientes são: V, Mo e Cr.

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• Ferro fundido de baixo teor de liga

apresentam elevada resistência ao desgaste e resistência à tração.

• Ferro fundido de alto teor de liga é similar aos • Ferro fundido de alto teor de liga é similar aos aços e confere resistência à corrosão, ao calor e etc.

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• TRATAMENTO TÉRMICO DOS FºFºS CINZENTOS

• O comportamento dos ferros fundidos cinzentos frente ao tratamento térmico é similar aos aços, exceto pela presença do carbono livre.

Os tratamentos térmicos são de:• Os tratamentos térmicos são de:

�Alívio de tensões;

�Recozimento;

�Normalização;

�Têmpera e revenido.

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8.2) FERRO FUNDIDO BRANCO

• É caracterizado pelos fatores que favorecem a formação da Cementita, isto é, a maioria do Carbono está na forma da Cementita.Carbono está na forma da Cementita.

• A fratura é de cor branca.

• É de mais alta resistência Mecânica, isto é, Duro e Frágil, sendo que sua usinagem é praticamente impossível.

• É obtido pelo resfriamento rápido.

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APLICAÇÕES FERROS FUNDIDOS BRANCOS• Aplica-se onde elevada resistência à abrasão é

necessária.• Exemplos: �Paredes e bolas de moínhos;�Paredes e bolas de moínhos;� rodas para trem;�Matrizes;� recipientes para moagem de cimento;�Usado como intermediário na produção de Ferro

Fundido Maleável.

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COMPOSIÇÃO TÍPICA DOS FERROS FUNDIDOS

BRANCOS

• Tem teores de Fe, C e Si menores que o Ferro Fundido Cinzento:Fundido Cinzento:

C: 1,8-3,6%

Si: 0,5-1,9%

Mn: 0,25-0,8%

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ELEMENTOS DE LIGA DOS FERROS FUNDIDOSBRANCOS• Ni, Cr e Mo para aumentar a resistência ao

desgaste entre outras propriedades.ESTRUTURA TÍPICA DOS FERROS FUNDIDOSESTRUTURA TÍPICA DOS FERROS FUNDIDOSBRANCOS• A estrutura é quase que totalmente cementita

devido a fabricação e composição.• Obtido pelo processo de coquilhamento (para

eliminar a grafitização).

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TRATAMENTO TÉRMICO DOS FERROS FUNDIDOS BRANCOS• OBJETIVOS: Reduzir tensões devido ao coquilhamento

(periferia da peça é constituída de ferro fundido branco devido a alta taxa de resfriamento e núcleo de ferro fundido cinzento devido a taxa de resfriamento ser menor. Ex. prático: cilindros laminadores).Ex. prático: cilindros laminadores).

• Melhorar as propriedades (a estrutura bruta de fusão é dendrítica de característica frágil)

• Temperatura : 815 °C Tempo: 18 horas• Resfriamento:1) 5°C/hora até 650°C;2) Resfriamento no forno.

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4.2.8.3) FERRO FUNDIDO MESCLADO

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Questionário:

1) Como são agrupadas as ligas metálicas?

2) Alguns Aços são classificados em função ao teor de carbono, que são aços de baixo, médio e de alto carbono.Correta afirmação?carbono.Correta afirmação?

3) Como são classificados os Aços Comuns?

4) Como são classificados os Aços Inoxidáveis?

5) Os ferros fundidos são ligas metálicas com Teor de Carbono abaixo de 2,0%! Correta afirmação?

6) Quais são os tipos de Ferro Fundidos?

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