unifacs materiais metálicos aula 1 lucas nao horiuchi [email protected] 05/fev/10

UNIFACSMateriais Metálicos

AULA 1

Lucas Nao [email protected]

05/Fev/10

1. Introdução1. IntroduçãoMateriais Metálicos

Carga Horária – 60h Dia: Sextas-feiras;Horário: 19:00~21:50h;Facilitador: Lucas N. Horiuchi

[email protected]

mailto:[email protected]

1. Introdução1. Introdução

1. Noção geral de aços (estruturas do Fe, propriedades, classificação, nomenclaturas);

2. Diagrama de Fe-Fe3C;3. Materiais de Construção Mecânica (Aço C, aços ligas,

aços Inoxidáveis);

4. Ferros Fundidos;5. Ligas Não-Ferrosas (Ligas Al; Cu; Ni; Ti);6. Seleção de materiais;7. Corrosão (tipos de corrosão, mecanismos de

corrosão, meio de proteção);

Conteúdo Programático

P1

P2

P3

1. Introdução1. IntroduçãoAvaliações

Tipo de avaliação Peso Data• Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar• Avaliação escrita (P2) 2,0 14/mai• Avaliação escrita (P3) 1,5 11/jun

ARHTE 1,0

• 2ª Chamada 18/jun• Avaliação Final 3,0 09/jul


Básica • CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica Vol I e III. Makron Books do Brasil, São Paulo, 2ª

ed., 1986. • CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro:

LTC, 1999.• COTRELL, H. A. Introdução à Metalurgia: Lisboa: Fundação Calouse Gulbenkian, 1976.• REED-HILL, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Guanabara Dois, 1982.

Complementar • VAN VLACK, Lawrence Hall / Ferrao, Luiz Paulo Camargo. Principios de ciencia dos

materiais. Edgard Blucher. (1988) Sao Paulo. Cdu: 620.1 Cutter: V284p.• GENTIL, V.; "Corrosão" Ed. Guanabara - Rio de Janeiro, 1987 453p. • CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos, ABM.

Referências Bibliográficas


- Introdução;- Noção geral de aços;- Estruturas do Fe;- Propriedades;- Classificação;- Nomenclaturas.

Aula 1


Ferro:

- O ferro é utilizado em ligas;

- Importante como material de construção em engenharia;

- Seu uso é importante devido a 3 fatores:1) Fe existe em abundância;2) Custo de fabricação relativamente

econômicas;3) Ligas de Fe são versáteis.

- Desvantagem: corrosão

Introdução


Ferro:Introdução

1. Introdução1. IntroduçãoIntrodução


7 linhas horizontais, cada uma sendo chamada de período.

As linhas verticais da tabela são denominadas de famílias e estão divididas em 18 colunas. Os elementos que estão na mesma coluna possuem propriedades químicas e físicas semelhantes.


Metal: Brilho metálico, boa condutividade térmica e elétrica;Ligas: Adição de elementos químicos diferentes;Aço-carbono: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 0,05 e

2,0% de C;Aços-liga: Aços com adição de outros elementos químicos (Cr, Ni, Mn,

etc.);Ferro fundido: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 2,0 e

6,7% de C.

Estrutura do Ferro (Fe)


Estrutura (célula) cúbica de corpo centrado (CCC)

Estrutura (célula) cúbica de face centrada (CFC)



ALOTROPIA:Fenômeno que consiste em um elemento poder cristalizar-se em um ou mais sistemas cristalinos.

MaterialAlotrópico

δδ


• Ferrita (α - alfa).– Solução sólida de carbono em CCC, caracteriza-se pela baixa

solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% à 727 °C.

• Austenita ( - gama).– Solução sólida de carbono em Fe CFC;

• Ferrita (δ - delta).– Solução sólida de carbono em ferro CCC, sendo estável até 1538

°C, quando a ferro se liquefaz. A solubilidade do carbono é baixo, atingindo um máximo de 0,09% a 1495 °C. quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α.

• Cementita (Fe3C).– É um carboneto de ferro de alta dureza existente até o teor de

carbono de 6,69%.



Formado basicamente de Ferro e Carbono:- Cor acinzentada- Peso específico: 7,8 g/cm3

- Temperatura de fusão: 1350 oC a 1400 oC

Aços carbono

Fe=1,24 Fe=1,24 ÅÅC=0,77 C=0,77 ÅÅ

Solução Sólida intersticial de Fe-CSolução Sólida intersticial de Fe-C

1. Introdução1. IntroduçãoInfluência do C no aço

Efeito de Carbono no aço:

- Aumento da dureza;

- Aumento da resistência mecânica (LRT e Lesc);

- Diminuição do alongamento;

- Redução da tenacidade;

- Menor facilidade na soldagem.

1. Introdução1. IntroduçãoPropriedades dos materiais

Propriedade dos Materiais: - Fusibilidade - Plasticidade - Maleabilidade - Ductilidade - Temperabilidade - Usinabilidade - Tenacidade - Resiliência - Soldabilidade


• Fusibilidade– É a propriedade que o material possui de passar do

estado sólido para o líquido sob ação do calor.

Metal Sólido Metal Fundido

– Ela é caracterizada pela temperatura de fusão;– Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente

fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.

Propriedades


• Plasticidade– É a propriedade que apresentam certos materiais de

se deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades mecânicas.

Propriedades


• Maleabilidade– É a característica apresentada pelo material em se

deformar plasticamente sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica.

• Ductilidade– corresponde a elongação total do material devido à

deformação plástica, antes da ruptura;– Pode ser compreendido também com a capacidade

de ser fazer fio;• Soldabilidade

– É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos.

Propriedades


• Temperabilidade– É a propriedade que determina a profundidade e

distribuição da dureza produzida pela têmpera.• Usinabilidade ou maquinabilidade

– É a capacidade de se deixar trabalhar em máquinas operatrizes (torno, fresadora, plaina...).

• Tenacidade– Corresponde à capacidade do material absorver

energia até sua ruptura.

Propriedades


• Resiliência– Corresponde à capacidade do material em

absorver energia quando este é deformado elasticamente.

Propriedades


• Efeito do elemento carbono nos aços. Quanto maior o teor de carbono, observa-se:– Aumento da resistência mecânica

• Limite de resistência• Limite de escoamento

– Diminuição do alongamento– Aumento da dureza– Redução da tenacidade– Menor facilidade na soldagem

Aços Carbono


Dure

zaDu

reza

LRT

Alongamento

Teor de CTeor de C


Os critérios usados na classificação dos aços são:

A. quanto à composição química;B. quanto à aplicação;C. quanto ao processo de fabricação;D. quanto à normas técnicas.

Classificação dos Aços


Extra – doce < 0,15% CBaixo Carbono

Doce 0,15 - 0,30% C

Meio – doce 0,30 - 0,40% CMédio Carbono

Meio – duro 0,40 - 0,60% C

Duro 0,60 - 0,70% CAlto Carbono

Extra – Duro 0,70 - 1,20% C

A. Quanto à composição química


São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas.

Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em:– Aços de baixa liga – quando o somatório dos teores

dos elementos de liga é inferior a 5%.– Aços de alta liga – quando o somatório dos elementos

de liga (teores) é superior a 5%.

Aços Especiais (liga)


•Aços de construção: são usados na manufatura de componentes de equipamentos industriais.

•Aços para ferramentas e matrizes: compreendem os aços resistentes ao choques, para trabalho a frio e a quente e aços rápidos.

•Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos, mais aços refratários.

•Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imans permanentes, para núcleos de transformadores,...

B. Quanto à aplicação


– Aços Siemens – Martin;– Aços Bessemer;– Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-

Donawitz;– Aços elétricos, etc.

C. Quanto ao processo de fabricação


– Aços Siemens – Martin: forno horizontal, carga por cima e descarga do aço por orifício inferior;



– Aços Bessemer: produzidos em fornos basculante, com orifícios no fundo (ar pressurizado);



Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-Donawitz usa fundentes (cal e fluorita) para a reação de oxidação das impurezas do aço (Si, P, S, Mn) e redução do teor de carbono, formando escória.



– Aços elétricosC. Quanto ao processo de fabricação


• Exemplo de representação do aço ABNT para construção civil:ABNT CA 25A – aços para construção civil com sesc=25Kgf/mm2.

• ABNT – SAE – construção mecânicaSAE 1010 - aço carbono com 0,10% de carbono.SAE 1008 - aço carbono com 0,08% de carbono.

D. Quanto as normas técnicas

1 – indica que é um aço carbono, desconsidera a presença de pequenas quantidades de outros metais como Mn, Si, P, S;0 – indica a % de elementos de liga.


Aço-carbono – Largamente utilizadoAço-carbono – Largamente utilizado

- Boa ductilidade e maleabilidade- Boa ductilidade e maleabilidade

O aço-carbono pode ser:O aço-carbono pode ser:

- Soldado- Soldado - Curvado- Curvado

- Forjado- Forjado - Torcido- Torcido

- Dobrado- Dobrado - Trabalho com ferramentas de corte- Trabalho com ferramentas de corte

- Trefilados- Trefilados - Laminados- Laminados

Aplicações do Aço


Aplicações

1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce)Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria

2) 0,15% a 0,30% (doce)Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas.

3) 0,30% a 0,40% (meio doce)Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura

4) 0,40% a 0,60% (meio duro)Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos

5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc.

Aplicações do aço Carbono


• A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos:– aumentar a dureza e a resistência mecânica;– conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças

de grandes dimensões;– diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de

modo a reduzir a inércia de uma parte móvel;– conferir resistência à corrosão;– aumentar a resistência ao calor;– aumentar a resistência ao desgaste;– aumentar a capacidade de corte;– melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

Aplicações dos Aços Liga

1. Introdução1. IntroduçãoElementoDe ligas

Influência na estrutura Influência nas propriedades

Aplicações Produtos

Níquel Refina o grão.Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço.

Aumenta a LRT.Boa ductilidade.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis.Utensílios domésticos.Caixa para tratamento térmico.

Manganês. Estabiliza os carbonetos.Aumenta temperabilidade.Diminui a velocidade de transformações.

Aumento da resistência mecânica e temperabilidade.Resistência ao choque.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis e peças para usos gerais em engenharia mecânica

Cromo. Forma carbonetos.Acelera o crescimento dos grãos.

Aumenta a resistência a corrosão e a oxidação.Aumento da resistência a altas temperaturas.

Aços para a construção mecânica. Aços-ferramentas.Aços inoxidáveis.

Indústria química; talheres; válvulas e peças para fornos.Ferramentas de cortes.

Molibdênio Influência na estabilidade do carboneto.

Alta dureza ao rubro.Aumento da LRT.Aumento da temperabilidade.

Aços-ferramentas, Aço cromo-níquel, substitui W em aços rápidos.

Ferramentas de cortes.

Vanádio Inibe o crescimento grãos.Forma carbonetos.

Maior resistência mecânica, tenacidade e temperab.Resistência a fadiga e abrasão.

Aços cromo-vanádio. Ferramentas de cortes.

Tungstênio Forma carbonetos duros.Diminui a velocidade das transformações.Inibe crescimento dos grãos.

Aumento da dureza.Resistência da resistência a altas temperaturas.

Aços rápidos.Aços-ferramentas.

Ferramentas de corte.

Cobalto. Forma carboneto.(fracamente).

Aumento da dureza.Resistência à tração.Resistência à corrosão.Resistência à erosão.

Aços rápidos.Aços ferramenta.

Ferramentas de cortes.

Silício. Auxilia na desoxidação.Auxilia na grafitização.Aumenta a fluidez.

Resistência a temperaturas elevadas.Melhora temperab./ LRT.

Aços alto carbono.Aços para a fundição em areia.

Peças fundidas.


• Quatro algarismos para designar os aços;• Os dois últimos algarismos teor de carbono• Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a

quantidade aproximada dos elementos da liga;• Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são

simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero;

SAE 1 0 4 0Nomenclatura dos aços

1. Introdução1. IntroduçãoNomenclatura dos aços


1 aço carbono

2 Ni

3 Ni – Cr

4 Mo

5 Cr

6 Cr – V

7 W

8 Ni – Cr – Mo

9 Si - Mn

Classificação quanto ao primeiro número dos 4 algarismos:Nomenclatura dos aços


• Exemplos– SAE 2350

• Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C;

– SAE 5130• Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C;

– SAE 9220• Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e

0,20% C.

Nomenclatura dos aços


10 XX Aços ao carbono comuns.

11 XX 12 XX

Aços de fácil usinagem com alto teor de enxofre.

13 XX15 XX

Aços ao manganês com 1,75% de Mn.

Designação C % Mn % Si %

1340 0,38 – 0,43 0,60 – 0,90 0,20 –0,25

Nomenclatura dos aços


Efeito dos elementos de adição (liga):

- Vanádio (V): Tenacidade e excelente desoxidante;

- Cromo (Cr): Aumento a resistência ao desgaste;

- Boro (B): Resistência a fadiga;

- Níquel (Ni): Boa ductilidade e resistência à corrosão;

- Tungstênio (W): Alta resistência mesmo em altas TºC;

- Manganês (Mn): Ductilidade, resistência ao desgaste/choque;

- Silício (Si): Aumenta a elasticidade e resistência;

- Alumínio (Al): Desoxidante;

- Molibdênio (Mo): alta resistência ao amolecimento;

Aços Liga


• Condições de serviço que exigem aços liga:– Altas temperaturas: fluência, oxidação;– Baixa temperaturas: fratura frágil;– Meio corrosivo: corrosão acelerada;– Produtos especiais: contaminação;– Segurança: materiais tóxicos, explosivos, inflamáveis;– Alta resistência: grandes esforços.

Aços Liga


Fabricação do Aço

1. Introdução1. IntroduçãoFunções de cada um:

• Calcário: Separa a escória do ferro gusa;• Minério de manganês: desulfurante e desoxidante;• Carvão ou coque: Combustível e redutor;• Produto final: Ferro gusa (3,5 a 4,5% de C); escória; gás

de alto forno (reaproveitável).

1. Introdução1. IntroduçãoProcesso de fabricação do aço Processo de obtenção do açoProcesso de obtenção do aço

Processo Forno elétrico Processo Forno elétrico

Processo alto fornoProcesso alto forno

1. Introdução1. IntroduçãoCaminho de formação do aço

Processo Siemens – MartinProcesso Siemens – Martin

Conversor LDConversor LD

O metal líquido é submetido a injeção de oxigênio até obter-se o aço O metal líquido é submetido a injeção de oxigênio até obter-se o aço com o teor de carbono desejado.com o teor de carbono desejado.

C + OC + O22 CO CO22

Metal líquido + oxigênio injetado Metal líquido + oxigênio injetado Dióxido de carbono liberado Dióxido de carbono liberado

Alto fornoCarro torpedo

Forno Siemens -

Martin

Ferro Gusa

1. Introdução1. IntroduçãoObtenção do aço (4 etapas)

1º etapa – Alto fornoPara se obter 1000 tons de ferro gusa a proporção a se colocar no forno é

a aproximadamente: - 1560 tons de minério de ferro;- 300 tons de calcário;- 23 tons de minério de manganês;- 800 tons de coque.


2º etapa – AciariaElimina impurezas do ferro gusa;Oxidação das impurezas (fonte O2)

3º etapa – Vazamento e lingotamento

4º etapa – Conformação (ex. laminação).

Obtenção do aço (4 etapas)


Obrigado pela atenção!!

Dúvidas?

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