Tecnologia dos Materiais - Ciência dos Materiais

Rockwell para um material com dureza esperada de 80HRB? 
 
A primeira coisa a ser feita é descobrir a profundidade aproximada atingida pelo 
penetrador. 
Para isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell normal), e constatado 
que esta escala usa penetrador esférico. 
Com essas informações, deve ter escolhido a fórmula: P = 0,002 ´ (130 - 80) para 
encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os cálculos, deve ter concluído que 
esta profundidade é de aproximadamente 0,1 mm. 
Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em geral, a pelo menos 17 vezes 
a medida da profundidade, a espessura mínima da chapa deve ser de 1,7 mm. 
Como você viu, o ensaio de dureza Rockwell tornou possível avaliar a dureza de 
materiais que não poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, há 
situações em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell são recomendáveis. Por isso, a 
próxima aula será dedicada a outro tipo de ensaio de dureza, o ensaio Vickers. 
 
Ensaios de Dureza Vickers e Knoop 
 
Figura 16. Penetradores para ensaio Vickers e Knoop. 
 
 
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OUTROS ENSAIOS 
 
Ensaio de Compressão - É a aplicação de carga compressiva uniaxial em um corpo-de-
prova. A deformação linear obtida pela medida da distância entre as placas que 
comprimem o corpo versus a carga de compressão consiste na resposta desse tipo de 
ensaio, basicamente utilizado nas indústrias de construção civil e de materiais cerâmicos. 
Além disso, fornece resultados de análise estatística, permitindo quantificar o 
comportamento mecânico do concreto, da madeira, dos compósitos e de materiais de 
baixa ductilidade (frágeis). Os resultados numéricos obtidos no ensaio de compressão 
são similares aos obtidos no ensaio de tração. 
 
 
 
Figura 17. Ensaio de Compressão 
 
Ensaio de Torção – Consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo-de-prova 
geralmente de geometria cilíndrica. Mede-se o ângulo de deformação (θ) como função do 
momento torsor aplicado (Mt). Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de 
componentes mecânicos, como motores de arranque, turbinas, motores de máquinas 
pesadas e outros, principalmente por ter a vantagem de fornecer dados quantitativos das 
características mecânicas dos materiais que compõem o eixo, particularmente as tensões 
de cisalhamento. Entre os principais resultados do ensaio, destacam-se: limite de 
escoamento à torção, módulo de ruptura à torção e módulo de elasticidade transversal 
(G). 
 
 
 
 
 
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Figura 18. Eixo de transmissão de caminhões e esquema do ensaio de torção. 
 
Ensaio de Impacto – O comportamento dúctil-frágil dos materiais pode ser mais 
amplamente caracterizado por estes ensaios. A carga é aplicada na forma de esforços 
por choque (dinâmicos), sendo o impacto obtido por meio da queda de um martelete ou 
pêndulo, de uma altura determinada, sobre a peça a examinar. As massas utilizadas no 
ensaio são intercambiáveis, possuem diferentes pesos e podem cair de alturas variáveis. 
Os ensaios mais conhecidos são denominados Charpy e Izod, dependendo da 
configuração geométrica do entalhe e do modo de fixação do corpo-de-prova na 
máquina. Como resultado do ensaio, obtém-se a energia absorvida pelo material até a 
fratura. A principal aplicação desse ensaio refere-se à caracterização do comportamento 
dos materiais, na transição da propriedade dúctil para a frágil como função da 
temperatura, possibilitando a determinação da faixa de temperaturas na qual um material 
muda de dúctil para frágil. O ensaio de impacto é largamente utilizado nas indústrias 
naval e bélico, e em particular, nas construções que deverão suportar baixas 
temperaturas. 
 
Figura 19. Equipamento para ensaio de impacto. 
Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos Materiais, Editora LTC. 
2000, Telecurso, Ensaio de Impacto. 
 
 
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SIDERURGIA 
 
Para poder fabricar o aço e o ferro fundido, precisa-se do ferro gusa. É um material duro 
e quebradiço, formado por uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma 
grande quantidade de carbono e um pouco de silício (Si), manganês (Mn), fósforo (P) e 
enxofre (S). 
O grande problema tecnológico que envolve a fabricação do gusa é a obtenção das altas 
temperaturas que favoreçam a absorção do carbono.A história da metalurgia nos conta 
que os fornos primitivos eram: 
- Tipo poço fechado 
- Tipo de forja catalã, sendo que ambos usavam carvão vegetal como 
combustível. 
 
Figura 20 – Fornos primitivos usados na redução do minério de ferro, pelo emprego de 
carvão vegetal como combustível. 
 
Estes dois tipos de fornos usavam o processo de redução direta (ferro não era obtido 
no estado líquido): 
C + O2 → CO2 CO2 + C → CO 
CO + FeXOY → Fe + CO2 
Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (líquido de alta viscosidade), misturado 
com as impurezas do minério. 
O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente dúctil, mole, maleável e 
podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Após ser 
retirado do forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoção das 
impurezas. O resultado final era uma barra ou “lupa”, posteriormente reaquecida e 
trabalhada por martelamento (ferro pudlado). 
 
 
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Nos fornos primitivos tinha-se a possibilidade de absorção de certa quantidade de 
carbono (até 1%), o que por rápido resfriamento poderia elevar drasticamente a dureza 
do material (têmpera). 
Na Europa, no começo do século XIV, os fornos usados tinham se tornado tão altos e as 
condições de insuflação de oxigênio tão aperfeiçoadas, que a temperatura de combustão 
aumentou muito. Isso permitiu que o ferro absorvesse carbono e, finalmente, saísse 
líquido do forno. Esse produto, embora duro e quebradiço, podia ser novamente derretido 
com mais facilidade e ser vazado em moldes. Surgiram o alto forno e a fundição. 
 
Na Inglaterra, no século XVIII, descobriu-se que o coque, um produto sólido da destilação 
do carvão mineral, servia como combustível para produzir o ferro-gusa. 
Fornos chaminé: Carga → introduzida pelo topo 
 Ar → soprado pela parte inferior 
1500 → Inglaterra → Alto forno mais próximo aos modernos 
1619 → Inglaterra → Introdução do coque 
1800 → Inglaterra → Aquecimento do ar 
 
Hoje, um alto forno pode ter até 35 metros de altura. Fica dentro de um complexo 
industrial chamado usina siderúrgica e é o principal equipamento usado na metalurgia do 
ferro. 
 
As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes: 
- Minério de ferro 
- Carvão 
- Calcáreo 
Minério de Ferro 
 
O minério de ferro é a principal matéria-prima do alto-forno, pois é dele que se extrai 
o ferro. Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, 
carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes para a indústria siderúrgica são os 
óxidos, sendo eles: 
- 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). 
Obs.: O Brasil possui grandes reservas de minério de ferro de alta qualidade (alto 
teor de ferro). 
O minério de ferro é composto por três partes a saber: 
- Útil → parte que contém o ferro 
- Ganga → impurezas sem valor direto 
- Estéril → rocha onde o minério é encontrado. 
O minério de ferro pode ser classificado como Rico (60 a 70% de Fe), Médio (50-
60% de Fe) e Pobre (<50%) 
Beneficiamento do minério de ferro 
O termo genérico “beneficiamento” compreende uma série de operações que têm 
como objetivo tornar o minério mais adequado para a utilização nos altos-fornos. Estas 
 
 
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operações são britamento, peneiramento, mistura, moagem, concentração, classificação 
e aglomeração (principal). A aglomeração visa melhorar a permeabilidade da carga do 
alto-forno, reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Os processos 
mais importantes de aglomeração são a sinterização e a pelotização. 
A sinterização consiste