Aula 02 - Metais Ferrosos

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BACHARELADO EM ARQUITETURA
DISCIPLINA DE TECNOLOGIAS DE 
CONSTRUÇÕES III
Profa. Ms. Fernanda Vieira Amorim
fernanda.vieira@grupounibra.com
Aula 02 – Metais Ferrosos
1
Conceitos básicos Metais Ferrosos
Conceitos básicos Metais Ferrosos
Conceitos básicos Metais Ferrosos
Conceitos básicos Metais Ferrosos
➢ Ferro (Fe) e suas Ligas
➢O Fe é um metal que se caracteriza
por apresentar várias fases
alotrópicas, apresenta ponto de
fusão a 1538ºC, abaixo dessa
temperatura ele cristaliza-se.
Conceitos básicos Metais Ferrosos
➢ Os materiais metálicos ferrosos 
classificam-se como:
➢ Ferro Puro;
• Eletrolíticos;
• Comercial (Esponja, Armco, Pudlado);
➢ Ligas de Ferro-Carbono (Fe-C)
• Comuns (Maleáveis, Não maleáveis, 
Maleabilizáveis);
• Especiais ou Complexa
Conceitos básicos Metais Ferrosos
➢ Ligas de Adição ou Fe-Ligas Não Maleáveis:
• Ferro Gusa
• Ferro Fundido
➢ Ligas de Adição ou Fe-Ligas Maleáveis:
• Ferro (Nodular, Fundido e Inoculado)
• Aço (De origem fundida ou plástica)
Conceitos básicos Metais Ferrosos
Conceitos básicos Metais Ferrosos
Conceitos básicos Metais Ferrosos
➢ Os materia
Conceitos básicos Metais Ferrosos
➢ ALTO FORNO
Forno vertical para produção
de ferro gusa, produto ferroso
intermediário para produção
dos aços e ferros fundidos,
através de reações de redução.
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
https://www.youtube.com/watch?v=xnPW4H8j7RY
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ ALTO FORNO
Matérias Primas
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ Minério de Ferro
Rocha que possuí um percentual elevado
do elemento Ferro (Fe) que torna
economicamente viável a sua extração
para produção dos produtos ferrosos.
➢ • Fe2O3 - Hematita
➢ • Fe3O4 – Magnetita
➢ • Fe2O3.nH2O – Limonita
➢ • Fe2CO3 – Carbonato de cálcio
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ Minério de Ferro
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ CARVÃO
➢ Funções:
• Fornecer energia (calor) a partir da
sua queima para desencadear as
reações termoquímica de redução do
minério;
• criar um ambiente redutor no interior
do alto forno para extrair o oxigênio
do ferro .
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ CARVÃO
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ CARVÃO
Composição dos diversos tipos de carvão mineral
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ CARVÃO
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ FUNDENTE
➢ Funções:
• Reagir com a ganga (escória) do
minério separando-a do elemento
ferro;
• Reagir com a ganga baixando o seu
ponto de fusão.
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ FUNDENTE
➢ Ganga ácida + fundente básico
Escória
➢ Ganga básica + fundente ácido
CaCO3
Calcário
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ A ESCÓRIA AO SAIR DO FORNO É COLOCADA EM
TANQUE DE ÁGUA (TANQUES DE GRANULAÇÃO).
➢ RESULTANDO A ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO FORNO.
➢ UTILIZADA NA PRODUÇÃO DE CIMENTO PORTLAND DE
ALTO FORNO ( CPIII ) E (CPII E).
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ AR
➢ Funções:
• Combustão do carbono, gerando calor para as
reações
• Termoquímicas.
• Transferir calor por convecção para as camadas
altas do forno.
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ Reações em Alto Forno
➢ Zona de calcinação:
• Desidratação do minério
• Descarbonatação do fundente (calcário)
CaCO3 + calor→ CaO + CO2
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ Reações em Alto Forno
➢ Zona de redução do minério (400ºC a 1300ºC):
• Reação direta pelo Carbono
Fe2O3 + 3C→ 2Fe + 3CO
• Reações indiretas através do monóxido de carbono
Fe2O3 + CO→ 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO→ 3FeO + CO2
FeO + CO→ Fe + CO2
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Processo do Alto Forno
➢ Reações em Alto Forno
➢ Zona de carbonetação do ferro (400ºC a 1300ºC):
• Reações de carbonetação do ferro
Fe3O4 + 6CO→ Fe3C + CO2
Fe + 2CO→ Fe3C + CO2
3FeO + 5CO→ Fe3C + CO2
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Processo do Alto Forno
➢ Reações em Alto Forno
➢ Zona de combustão (1550ºC a 2000ºC):
C + CO2 = CO2 + 94,2Kcal
C + CO2 = 2CO + 41,0Kcal
➢ Zona de liquefação (1600ºC):
Situada no cadinho estando o gusa e a escória
completamente no estado líquido, com a escória flutuando
sobre o gusa
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Processo do Alto Forno
➢ Composição Média
Metais Ferrosos
Processo do Alto Forno
➢ Ferro e Aço
O ferro é encontrado na natureza geralmente sob a forma de
óxidos, nos minérios de ferro dos quais é extraído quase sempre
em forte aquecimento, em presença de coque ou carvão de madeira
em fornos adequados (Alto- Forno), nos quais o óxido é reduzido e
ligado ao carbono. Forma-se assim uma liga de Fe-C que, depois
de refinada, transforma-se em matéria prima, para o fabrico da
grande maioria das peças metálicas, atualmente empregadas,
apresentando excelentes propriedades mecânicas e custo
relativamente baixo.
Metais Ferrosos
➢ Definição de Ferro e Aço
Estes produtos são obtidos por via líquida, isto é, são elaborados no
estado de fusão. São chamados:
➢ Aços quando possuem de 0,008 a 2,11% C.
➢ Ferro quando possuem teores de carbono até 6,7% C.
➢ Habitualmente essa liga contém outros elementos como Manganês
(Mn), Silício (Si), Enxofre (S) e Fósforo (P), que em baixo teores são
considerados impurezas normais.
Metais Ferrosos
Metais Ferrosos
➢ O aço é um produto resultante do(a):
• Refino do gusa bruto no conversor Bessemer ou a Oxigênio;
• Refino do gusa bruto com sucata de aço e Fofo em fornos
Siemens-Martin, Elétrico, etc;
• Repuxão de sucata de aço em qualquer forno menos do tipo
conversor.
Metais Ferrosos
Metais Ferrosos
➢ O Fe é um metal que se caracteriza por:
• Apresentar várias fases alotrópicas;
• Apresentar ponto de fusão a 1538ºC.
• É dividido em:
• Puro;
• Gusa;
• Fundido;
• Ligas.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Puro
• Eletrolítico: Obtido através da eletrólise de sais ferrosos e apresenta
alto índice de pureza. É empregado atualmente sob as formas de tubos.
Por ser de difícil produção torna-se caro, sendo usado apenas em
laboratórios.
• Esponja: Proveniente da redução dos óxidos de ferro e à baixa
temperatura (Máx. 1100°C), sem fusão da matéria. O ferro é separado
da ganga eletromagneticamente e briquetado; usado na metalurgia do
pó e como redutor em solução ácida. Como exemplo:
• Varetas para soldas, mancais e retentores auto-lubrificáveis.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Puro
• Ligas de Fe-C Comuns: São as que apresentam em sua composição
elementos normais (C, S , Mg, Si, Pb), em porcentagem controlada.
• Ligas de Fe-C Especiais ou Complexas
São as que apresentam em sua composição elementos diferentes, além
dos comuns.
Quando o percentual de carbono é baixo, este metalóide se apresenta
combinado com o ferro sob forma de Carbureto (Fe3C) ou Cementita.
Com teores mais elevados esta substância se decompõe ficando o
Carbono livre sob a forma de grafita.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Gusa
É o produto da redução do minério de ferro no alto forno, contendo
elevado teor de carbono.
A presença do carbono torna o material:
•Duro;
•Frágil;
•Não maleável;
•Fundível e
•Impuro (S, P, Si, Mg, etc)
Metais Ferrosos
➢ Ferro Gusa
Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injeta-se
ar em seu interior. O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir
1200ºC derrete o minério. O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do
alto forno.
A este ferro dá-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa.
As impurezas ou escórias por serem 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.
O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em formas
denominadas lingoteiras. Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da
lingoteira recebendo o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA
Metais Ferrosos
➢ Ferro Gusa
• Aplicação
O ferro gusa é utilizado basicamente como principal matériaprima para a
fabricação de ferro fundido e aços.
Para a transformação em aço o mesmo é transportado ainda no estado
líquido. No estado sólido, é utilizado para a fabricação do fero fundido.
É basicamente uma liga de ferro-carbono com alto teor de carbono e
teores variáveis de Si, Ma, P e S. Existem vários tipos, devido à natureza
das matérias primas empregadas no alto forno e ao processo de produção.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Gusa
De um modo geral, a maioria dos ferros gusas possíveis de serem
obtidos em alto-forno está compreendida na seguinte faixa de
composição:
Metais Ferrosos
➢ Ferro Gusa
Ao se quebrar um lingote de ferro gusa sua parte interna apresenta as
tonalidades branca(prateada) ou cinzenta. No primeiro a
predominância da cementita o que torna o gusa duro, frágil e de
elevado ponto de fusão, servindo apenas para produção do aço. No
segundo a predominância é da grafita (C livre), usado para fundição e
parte, também, na produção do aço.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Fundido
O fefo é o produto da segunda fusão (refusão) do gusa.
Teores de carbono entre 2,11 e 6,7 %.
É o produto de grande aplicação nas industriais devido aos seguintes
fatores:
• Baixo custo;
• Boa capacidade de absorver vibrações (Amortecedores);
• Alta res. à compressão e ao desgaste;
• Boa res. à fadiga e concentrações de tensões;
• Facilidade de obtenção de peças complexas na fundição.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Fundido
Quanto à sua constituição o fefo pode ser :
• Cinzento: Mostra uma cor escura ao fraturar e apresenta elementos
de liga tais como o Carbono(C) e o Silício(S).
• Branco: Mostra uma cor clara ao fraturar diferenciando, em sua
formação, apenas no processo de fabricação.
• OBS: O carbono total é a soma do carbono combinado na
cementita (cinzento) e do carbono grafítico (branco).
• Mesclado: Coloração mista entre o branco e o cinzento; apresenta
variável de ambos.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Fundido
Alta Resistência: É constituído de ferrita, perlita, e grafita, também
conhecido com o nome de fonte acerada.
Produtos Maleáveis
São as ligas Fe-C e apresentam plasticidade.
Obtido a partir de ferro fundido branco mediante a um T. Térmico que
transforma todo Fe combinado em grafita na forma de nódulos.
Metais Ferrosos
➢ Ferro Fundido
• Ferro Nodular ou Dúctil: Obtido pelo acréscimo de pequenas
quantidades de Mg e Ce à panela com a qual se consegue a grafita
(Nódulos ou Esferas), para distribuição uniforme.
Se a este ferro adicionarmos até 3,5% Ni, ele se torna inoxidável.
Suas principais características são:
• Alta tenacidade;
• Fluidez;
• Alongamento até 18% (recozido);
• Res. Ao desgaste;
• Soldabilidade;
• Usinabilidade (Maior que o Fe Cinzento);
• Temperabilidade.
Metais Ferrosos
Metais Ferrosos
https://www.youtube.com/watch?v=ow_Bu9_HX6g
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Ferro - : solução sólida de C no Fe CCC
É virtualmente a mesma ferrita-, apenas ocorrendo em uma faixa mais elevada de 
temperatura – não tem importância tecnológica
Ferro -  (austenita): solução sólida de C no Fe CFC
Máxima solubilidade – em 1147°C – 2,14% em peso de C
Na faixa em que é estável, a austenita é mole e dúctil
Ferro -  (ferrita): solução sólida de C no Fe CCC
Máxima solubilidade – em 727°C – 0,022% em peso de C
Material mole e dúctil
Na pureza em que é encontrada, seu limite de resistência é 
inferior a 32Kgf/mm2
Características das Soluções sólidas
➢ Classificação quanto à composição química:
- aços comuns (ao carbono)
- aços especiais (ligas)
• Aços ao Carbono – propriedades – %C
- não contem quantidade apreciável de elemento de liga
- apresentam teores de impurezas – normais:
P – 0,04% (máx) S – 0,05% (máx)
Si – 0,10% e 0,35% Mn – 0,25% e 0,90%
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto à composição química:
Aços ao Carbono
- Quanto ao teor de Carbono:
- até 0,15% C – extra doce
- 0,15% a 0,30% C – doce
- 0,15% a 0,30% C – meio doce
- 0,15% a 0,30% C – meio duro
- 0,70% a 0,80% C – duro
- acima de 0,80% C – extra duro
baixo carbono
médio carbono
alto carbono
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto à composição química:
Aços especiais (ligas) – contem um ou mais elementos de liga 
(além de Fe e C)
quantidades de elementos de liga – modificam ou melhoram 
substancialmente uma ou mais propriedades (físicas, mecânicas ou 
químicas)
- Quanto ao teor de elementos de liga:
- aços baixa liga – somatório dos elementos de liga (teores) é 
inferior a 5%
- aços alta liga - somatório dos elementos de liga (teores) é 
superior a 5%
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto à aplicação:
• aços de construção
• componentes industriais
• laminados à quente ou forjados (s/TT) – estruturas metálicas 
e peças em geral
• c/TT em aços C – aços de elevada RM, aços para cementação 
e nitretação, aços para molas
• aços para ferramentas e matrizes
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto à aplicação:
• Aços inoxidáveis 
• Aços refratários – resistência à fluência a quente
• Aços com características especiais
- aços para imãs permanentes
- aços para núcleos de transformadores
- aços com coeficiente de dilatação definido
martensíticos
ferríticos
austeníticos
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto à microestrutura:
• Ferríticos: não endurecíveis
• Perlíticos: baixa liga; podem ter ferrita ou cementita
• Austeníticos: 20% a 30% elementos de liga (Cr, Ni ou Mn), alta 
estabilidade da austenita
• Martensíticos: possuem alta resistência à oxidação em meio 
atmosférico, inclusive sem queda significativa de dureza (até 500°C). 
• Cementíticos: alto teor de C, resultando alto teor de carbonetos
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto ao processo de fabricação:
- Aços Bessemer
- Aços LD
- Aços elétricos
- etc
Aços alta liga e alta qualidade – obtidos em fornos elétricos
Aços de conversores – qualidade inferior
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a marca registrada:
são classificados com a identificação do fabricante e com 
codificação peculiar a cada fabricante em particular
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
ABNT – Norma brasileira 
SAE - AISI – Normas americanas
DIN - Norma alemã
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
• ABNT – norma brasileira 
NBR 6006 – classifica as aços-carbono e aços de baixo teor de liga – critérios 
adotados pela AISI e SAE
Aços-carbono: %Si e %Mn não ultrapassam 0,6%Si e 1,65%Mn
Também são considerados os teores:
Max 0,1% Al, mín 0,0005%B, máx. 0,3%Cu ou máx 0,35%Pb
Se adicionados elementos como Se, Te, Bi (melhoram usinabilidade) e Nb ainda são 
aços-carbono.
*Aços-liga: possuem outros elementos de liga
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
SAE – Society of Automotive Engineers
AISI – American Iron and Steel Institute
UNS – Unifield Numbering System
Letras XX ou XXX – cifras indicadoras dos teores de carbono
Ex.: classe 1023 – AISI-SAE – aço carbono com 0,23% C
G10230 – UNS – mesmo teor de carbono
Designações 
coincidem
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
Dois primeiros algarismos: diferenciam os vários tipos de aços entre 
si, pela presença ou somente de Carbono como principal elemento de 
liga (além das impurezas) ou de outro elemento de liga, como Ni e 
Cr, além do C.
10 – aço ao carbono
11 – aços de fácil usinagem com alto enxofre
40 – aços ao molibdênio, com 0,25% de Mo em média
Classificação dos aços
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
SAE-AISI
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
➢ Classificação quanto a Normas Técnicas:
DIN - Deutsches Institut für Normung
Critérios diferenciados:
• DIN 17100 – “aços para construção em geral” –
Ex.: em função do limite de resistência à tração:
St 42 – aço com limite de resist. à tração entre 42 e 50 kgf/mm2
St 60 – limite de resistência à tração entre 60 e 72 kgf/mm2
DIN 17200 – classificação de acordo coma composição química
C35 – aço-carbono com 0,35% C
Classificação dos aços
➢ Capítulo 20 e 21, Livro Falcão Bauer Vol. 2.
Metais Ferrosos