MATERIAIS METÁLICOS –AULA...
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MATERIAIS METÁLICOS – AULA 4
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANACURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAMATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – E (TEC 156)
Profª. Cintia Maria Ariani Fontes
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METAIS FERROSOS� Contêm uma percentagem elevada de ferro em sua
composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte
� Vantagens� São facilmente adaptáveis a qualquer situação de uso devido a � São facilmente adaptáveis a qualquer situação de uso devido a
sua variedade de propriedades físicas e mecânicas
� Desvantagens� Susceptíveis à corrosão
� Exemplos: Aço e o ferro fundido
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MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Matérias primas da industria siderúrgica
� Minério de ferro� Carvão� Calcário
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� Minério de ferro� Óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos são minerais que contêm ferro em
quantidade apreciável
MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Produção em alto-fornos
� Minério de ferro� Tipos mais importantes para a indústria siderúrgica
� Magnetita (óxido ferroso-férrico) → Fe3O4 (72,4% Fe).
� Hematita (óxido férrico) → Fe2O3 (69,9% Fe) -
→� Limonita (óxido hidratado de ferro) → 2FeO3.3H2O (48,3% Fe) � O Brasil possui grandes reservas de minério de ferro com alto teor de
ferro
� Composição
� Parte útil → parte que contém o ferro
� Ganga → impurezas sem valor direto
� Estéril → rocha onde o minério é encontrado
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MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Produção em alto-fornos
� Carvão� Função
� Fornecedor de calor para a combustão
� Fornecedor do carbono para a redução de óxido de ferro
� Fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro gusa
� Tipos � carvão coque ou carvão vegetal� Coque - consiste no aquecimento de carvão mineral a altas
temperaturas, em câmaras hermeticamente fechadas, libera gases de sua estrutura
� Vegetal - Ou de “madeira” é fabricado mediante pirólise da madeira
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MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Produção em alto-fornos
� Calcário (CaCO3)� Usado como fundente
� Tem a função de combinar-se com as impurezas (ganga) do minério e com as cinzas do carvão, formando as chamadas “escórias”
� Outras matérias primas� Minério de manganês
� As “ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio, níquel, tungstênio, titânio, etc.
� A sucata de aço, ou seja, subprodutos da fabricação de aço e itens ou componentes de aço desgastados, quebrados ou descartados
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Processo de produção do aço� Usinas siderúrgicas classificam-se em: integradas e semi-
integradas� Etapas de redução, refino e laminação: integradas� Refino e laminação: semi-integradas
� Etapa de redução: � Ocorre nos alto-fornos. � Redução do oxigênio e outras impurezas existentes no minério
de ferro. Para isso utiliza-se como combustível o coque ou carvão vegetal
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Processo de produção do aço� Etapa de redução:
� Utiliza-se calcário para captar impurezas no minério� Forma-se a escória de alto-forno, muito utilizada pelas
indústrias cimenteiras� Resulta desse processo o ferro-gusa etapa de refino� Resulta desse processo o ferro-gusa etapa de refino
� Etapa de refino:� Ocorre na Aciaria� Ferro-gusa recebe adições de ligas metálicas específicas e injeção
de oxigênio, transformando-se em aço� A quantidade desses materiais varia conforme composição
química desejada8
Processo de produção do aço� Etapa de laminação
� Processo de deformação mecânica� Responsável pela redução da seção do tarugo� Produção de barras de aço, chapas, perfis, cantoneiras, etc.
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Processo de produção do aço
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CLASSIFICAÇÃOMetais Ferrosos
Aços Ferro-fundido
• Ligas de natureza
complexa• Ligas de Fe-C-Si, com
teor de carbono > 2,14% �
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complexa• Contém entre 0,008 e 2,11% de carbono
• Contém outros
elementos secundários (Si, Mn, P, S) devido ao
processo de fabricação
• As propriedades variam
com o teor de carbono
teor de carbono > 2,14% �
geralmente contém entre 3,0 e 4,5%
• Deve resultar teor de
carbono parcialmente livre, na forma de veios ou
lamelas de grafita
• Fase líquida obtida entre
1150 e 1300ºC � facilidade de fusão da liga
CLASSIFICAÇÃOMetais Ferrosos
Aços Ferro-fundido
Baixa Liga Alta Liga Cinzento Branco
Dúctil Baixo teor Comum
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Dúctil
(nodular)MaleávelBaixo teor
de carbono
C<0,25%
Comum
Alta
resistência
Médio teor de carbono
0,25<C<0,60%
Comum
Tratável
termicamente
Alto teor de
carbono 0,60<C<1,40%
FerramentaComum Inoxidável
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
� Ferro puro antes de fundir� Ferrita ou ferro α
� T ambiente a 912ºC
� Estrutura CCC
� Austenita ou ferro γ� Austenita ou ferro γ� 912ºC a 1394ºC
� Estrutura CFC
� Ferrita δ� 1394ºC a 1538ºC
� Estrutura CCC
Cementita (Fe3C)
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
� Diagrama de fases� Aços hipoeutetóides
� Aços com menos de 0,76% de carbono
� Constitiuidos de perlita e ferrita à temperatura ambienteferrita à temperatura ambiente
� Aços hipereutetóides� Aços com mais de 0,76% de
carbono
� Constitiuidos de perlita e cementita à temperatura ambiente
� Diagrama de fases� Carbono é uma impureza intersticial no ferro solução sólida com a ferrita
α e δ e austenita
� Ferrita α� Solubilidade máxima de C 0,022% (727ºC)
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
Solubilidade máxima de C 0,022% (727ºC)
o Forma e tamanho das posições intersticiais na estrutura CCC
o Influência significativa nas propriedades mecânicas da ferrita• Mole, magnética (T < 768ºC) e densidade de 7,88g/cm3
� Austenita� Instável para T < 727ºC
� Solubilidade do C de 2,14%p (T = 1147ºC)
� Posições intersticiais maiores (CFC), deformações nos átomos de ferro são menores
� Não magnéticas
� Diagrama de fases
� Ferrita δ� Não tem importância tecnológica
� Cementita
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
� Cementita� Limite de solubilidade é excedido na ferrita α e austenita� Dura e frágil
� Quando presente, aumenta a resistência de alguns aços
� Microestrutura� Depende do teor de carbono e do tratamento térmico
� Exemplo: liga com composição eutetóide (0,76%C)� Fase austenita (acima de S)
� Mudanças ocorrem abaixo da temperatura eutetóide (727ºC)
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
Mudanças ocorrem abaixo da temperatura eutetóide (727ºC)
� Camadas alternadas de ferrita α + Fe3C (perlita)� Perlita: propriedades entre a ferrita mole e dúctil e a
cementita dura e frágil
� Microestrutura� Perlita
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
Perlita
cementita
dura frágil
ferrita
mole dúctil
Resistência à tração e
de escoamento e
dureza de Brinell
Ductilidade e
tenacidade
� Microestrutura� São produtos da transformação austenítica
� Bainita (ferrita e cementita): agulhas ou placas
o Mais resistentes e duros que os aços perlíticos
o Apresentam resistência e ductilidade desejável
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
o Apresentam resistência e ductilidade desejável
� Cementita globulizada: microestrutura perlita ou bainita aquecida a temperatura inferior a eutetóide, permanecendo por até 24h
o Menor área de contornos deformação plástica sem restrição (material mole e fraco)
o Extremamente dúcteis e tenazes
� Microestrutura� Martensita: resfriamento rápido de ligas austenizadas de forma a impedir a
difusão do carbono. Caso contrário, formação das fases ferrita e cementita
o Mais dura e mais resistente e mais frágil. Ductilidade desprezível
o Característica não estejam associadas a sua microestrutura. Restrição dos
Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro
o Característica não estejam associadas a sua microestrutura. Restrição dos movimentos de discordâncias pelos átomos de carbono intersticiais
o Recuperação da ductilidade e tenacidade: tratamento térmico conhecido por revenido
o Aquecimento do aço martensítico abaixo da temperatura eutetóide por tempo definido. Alívio de tensões e processo de difusão do carbono formando a cementita e a ferrita. MARTENSITA REVENIDA
MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com baixo teor de carbono - COMUM
� Aços mais produzidos no mundo� Contêm teores de carbono inferiores a 0,25%� Sua microestrutura é composta de ferrita e perlita� São ligas relativamente moles e fracas, porém possuem elevados � São ligas relativamente moles e fracas, porém possuem elevados
valores de ductilidade e tenacidade� Em geral possuem:
� Limite de escoamento: 275MPa
� Limite de resistência à tração entre 415 e 550MPa
� Ductilidade de 25% (alongamento)
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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com baixo teor de carbono – COMUM
� São usináveis, soldáveis, além de serem os mais baratos para serem produzidos
� Aplicações: carcaças de automóveis, formas estruturais (perfis I e H e cantoneiras) e chapas (tubulações, edificações, pontes, e H e cantoneiras) e chapas (tubulações, edificações, pontes, etc.)
� Aços com baixo teor de carbono - AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL)
� Contêm outros elementos em sua liga � Cobre, vanádio, níquel e molibdênio em teores que podem chegar a 10% � geralmente < 3%
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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)
� Aços com baixo teor de carbono - AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL)� Limite de resistência à tração superior devido a tratamento
térmico � > 480 MPa� São dúcteis, conformáveis e podem ser soldados com facilidade� São dúcteis, conformáveis e podem ser soldados com facilidade� Quando apresentam elevada resistência à corrosão atmosférica
são conhecidos como aços patináveis (camada de óxido compacta e aderente)
� Aços com médio teor de carbono� Teor de carbono em torno de 0,25 e 0,60%� São mais resistentes que os aços com baixo teor de C, porém
comprometem um pouco a ductilidade e tenacidade do material23
MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com médio teor de carbono
� Podem ser tratados termicamente para melhorar suas propriedades mecânicas� Produção de peças com seções delgadas e com taxas de resfriamento
rápido
� Uso de elementos de liga como, cromo, níquel e molibidênio melhoram a � Uso de elementos de liga como, cromo, níquel e molibidênio melhoram a capacidade do aço ser tratado termicamente
� Aplicações� Rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e outras peças de
máquinas e componentes estruturais de alta resistência
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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com elevado teor de carbono
� Teor de carbono entre 0,6 e 1,4%� São duros e mais resistentes, porém menos dúcteis� São resistentes à abrasão� Os aços para ferramentas são aços contendo outros elementos, � Os aços para ferramentas são aços contendo outros elementos,
como, cromo, vanádio, tungstênio e molibidênio� Esses elementos combinam com o carbono formando carbetos muito
duros e resistentes à abrasão
� Aplicações� Ferramentas de corte, molas, arames de alta resistência, componentes
agrícolas de alta resistência
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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Alta liga)� Aço inoxidável
� Resistentes a corrosão� Esta característica pode ser melhorada com a adição de Ni e Mb
� Elemento de liga predominante é o cromo� Teor acima 10,5%
� Confere a formação de camada passiva (Cromo III)
� Camada que protege o aço contra a corrosão atmosférica
� Impermeável ao ar e à água
� Película com capacidade regenerativa
� O níquel, molibidênio e o vanádio também contribuem para a passivação
� Existem mais de 150 tipos de aços inoxidáveis, dos quais 15 tipos são mais comuns
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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Alta liga)� Aço inoxidável
� Microestrtura apresenta três classes� Austenítica (CFC)
� Possuem 0,15% de carbono e no mínimo 16% de cromo e níquel e/ou manganês
o Retém a estrutura austenítica até o ponto de fusão da ligao Retém a estrutura austenítica até o ponto de fusão da liga
o Composição típica � 18%Cr e 10%Ni � Inox 18/10 � Aço de maior resistência à corrosão e não magnético
� Não pode ser tratado termicamente
� Martensítica
� Possui alta resistência mecânica e pode ser tratado termicamente
� Ligas de cromo (12 a 14%), molibidênio (0,2 a 1%), níquel (0 a 2%) e carbono (0,2 a 1%)
� Quanto maior o teor de carbono, maior a fragilidade do aço27
MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Alta liga)� Aço inoxidável
� Microestrtura apresenta três classes� Ferrítica (CCC)
� São compostos da fase ferrita-α� Ligas de cromo (10,5 a 27%) e muito pouco níquel
� Grande parte das ligas incluem molibidênio, alumínio ou titânio
� Não podem ser tratados termicamente
� Ferríticos e austeníticos são endurecidos e tem sua resistência mecânica aumentada por deformação plástica à frio
� Aplicações� Cutelaria, utensílios domésticos, instrumentos cirúrgicos, equipamentos
industriais, industria aeroespacial e automotiva e em edificações
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Site Gerdau
http://www.gerdau.com/produtos-e-servicos/processo-de-producao-do-
aco.aspx?language=pt-BR
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