Ciências dos Materiais II

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Prof. Me. Régis Barros
UNIDADE II
Ciência dos materiais
 Ligas compostas de ferro e carbono, com teor de carbono até 2% em massa.
 Quanto maior o teor de carbono, mais resistente e frágil é o aço.
 Em aplicações especiais, podem ser utilizados aços com outros elementos de liga, formando 
aços inoxidáveis, aços de ultra-alta resistência, por exemplo.
 Inox: utilizado na indústria alimentícia, farmacêutica, metroviária... locais onde a higiene e a 
não presença de ferrugem é essencial.
 Inox: contém cromo em sua composição.
Definição: aço
 Existem diversas normas (AISI, ABNT, SAE).
Consultar as diversas tabelas existentes. Os dois últimos numerais divididos por 100 indicam a 
quantidade de carbono existente. Exemplos:
Classificação dos aços: como ler os nomes
Nome SAE/ABNT Nomenclatura
10XX
Sem elemento de liga. XX/100 
é a porcentagem de carbono.
43XX
Aço com níquel cromo 
molibidênio
61XX Aço com cromo evanádio
Numerais iniciais diferentes 
de 10
Aço com elemento de liga
Fonte: autoria própria.
Exemplo de aplicação de inox:
Algumas aplicações
Exemplo de aplicação aço de ultra-alta
resistência:
Fonte: 
https://www.agsmg.com.br/pr
oduto/caixa-basica-cirurgia-
ortopedica-delicada/
Fonte: 
https://www.autoindustria.com.br/2017/08/24/novo-
polo-tem-50-de-aco-de-alta-resistencia/
Material Escoamento (MPa) Ruptura (Mpa)
Aço 1010 (laminado a 
quente)
250 450
Aço 1050(laminado a 
quente)
340 630
Alúmínio 6061T6 930 1070
Ferro fundido cinzento 210 800
Valores típicos de propriedades de alguns materiais metálicos
Fonte: leobirck/propriedades-dos-materiais-42963010
 Adição de elemento de liga.
 Processo de fabricação.
 Envelhecimento (no caso de materiais poliméricos).
 Eventual processo de soldagem.
 Tipo de soldagem utilizada.
 Nos aços: aporte de calor altera a microestrutura e muda as propriedades mecânicas.
Fatores que alteram as propriedades mecânicas:
 Pensando um pouco...
Tratamento térmico
 Materiais apresentam propriedades mecânicas de interesse.
 Muitas vezes essas propriedades não atendem a aplicação.
 Aspecto chave: como mudar propriedades sem mudar o material?
 Uma saída é o tratamento térmico.
É uma solução muito comum:
 Alterar a microestrutura.
 Trabalha com base no binômio aporte de 
calor e tempo.
 Aspecto chave: promover transformações 
no estado sólido.
 Auxílio: diagramas de transformação de 
fase em função da temperatura e tempo.
Tratamento térmico
Exemplo de diagrama TTT (temperatura, 
tempo e transformação, utilizado para 
tratamento térmico de aços):
Fonte: https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6443-
principios-tratamento-de-tempera-e-suas-variacoes-tempera-
austempera-martempera
ºC
727
T
Mi
Mf
t1t0
martensita
Pertita
bainita
tempo (escala log)
A1
Foco: aço.
 Composto por ferro e carbono.
 Na forma de ferrita e cementita.
 Em algumas regiões: ferrita e cementita
em lamelas.
 Quando aquecido: forma-se austenita.
 Resfriamento rápido: forma martensita.
Tratamento térmico: como funciona?
A austenita:
 Não magnética.
 Ferro com estrutura CFC.
 Sofre transformação em estado sólido.
A martensita:
 Dura e frágil.
 Estrutura tetragonal.
 É pouco estável.
Imagens de microscópio
Fonte:https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2804051
Martensita Austenita Perlita
Têmpera
 Aquecimento. Resfriamento rápido.
 Aquecer: formar austenita.
 Resfriar: formar fases duras.
 Resfriamento pode ser feito em 
diversos meios.
Principais tipos de tratamento térmico
No diagrama TTT:
Fonte: COLPAERT,H. Metalografia dos produtos 
siderúrgicos comuns. Revisão André Luiz V.da
Costa e Silva, 4ºed. S.Paulo: Edgar Blucher,2008.
650
425
205
1
401
555
Tempo, segundos
202
285
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
 º
C
A1
F
bainita
Perlita
Perlita
fina
dureza 
brinell
martensita
Revenimento
 Utilizado quando a têmpera deixa a dureza 
e a resistência maiores que o desejado.
 Consiste no reaquecimento em temperatura 
mais baixa.
 Normalmente realizado após a têmpera.
Principais tipos de tratamento térmico
No diagrama TTT:
Fonte: https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6443-principios-
tratamento-de-tempera-e-suas-variacoes-tempera-austempera-martempera
Comportamento térmico – centro da peça
Comportamento térmico – superfície da peça
Temperatura de revenimento
Transformação
Ms
Mf
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
Martensita Martensita revenida
TEMPO
Recozimento
 Aplicado em aços após o forjamento.
 Utilizado para diminuir as tensões 
internas no material.
 “ Regenerar” a estrutura dos grãos.
Principais tipos de tratamento térmico
Gráfico de recozimento:
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354027/mod_resource/c
ontent/3/Aula%20-%20Tratamentos%20T%C3%A9rmicos.pdf
Aquecimento prolongado abaixo da ZC
Zona Crítica
Resfriamento
lento no forno
Cementação
 É um tratamento termoquímico.
 Adiciona uma camada à superfície 
do material.
 Geralmente aplicado quando se 
deseja dureza superficial e um núcleo 
mais maleável.
 Atmosfera do forno rica em carbono.
Principais tipos de tratamento térmico
Exemplo:
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354027/mod_resource/content/3
/Aula%20-%20Tratamentos%20T%C3%A9rmicos.pdf
O tratamento térmico de têmpera em aços altera as propriedades mecânicas dos mesmos. De 
acordo com o que foi estudado nessa primeira parte, assinale a alternativa correta sobre o 
tratamento de têmpera.
a) Produz aumento de ductilidade nas ligas de aço.
b) Provoca redução das tensões internas.
c) Reduz a dureza.
d) Reduz a resistência a tração.
e) Aumenta a dureza.
Interatividade
O processo de têmpera causa aumento da resistência mecânica do material. Conforme 
estudado na unidade I, resistência mecânica e a ductilidade são propriedades concorrentes.
Logo, ao temperar o material, causa-se diminuição no tamanho do grão do material, fazendo 
com que as discordâncias tenham mais dificuldade em se mover.
Isso faz com que ocorra aumento na resistência do material.
Logo, a alternativa correta é:
e) Aumenta a dureza.
Resposta
Definição:
Ferro fundido
É a liga de ferro e carbono com teor de carbono maior que 2% e menor e igual a 
7% (em massa)
 Notar: o aumento de porcentagem em massa de carbono parece pequena, mas é 
suficiente para dar origem a um novo material.
 Seu regime elástico é não linear.
 Absorção de vibração (motores a 
combustão, base de máquinas, etc).
 Estabilidade dimensional frente a variação 
de temperatura.
Aplicações dos ferros fundidos
Fonte: fundição Tupy.
Exemplos:
Ferro fundido cinzento
Tipos de ferro fundido
 Possui os carbonetos em forma de veio.
 É bastante frágil.
 Baixo custo (feito de sucata).
 Muito utilizado na absorção de vibrações.
Microestrutura:
Fonte: https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-
conteudo-ler.php?codConteudo=136
 Elevada resistência à abrasão.
 Extremamente frágil.
 Muito utilizado em equipamento 
de mineração.
Ferro fundido branco
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3629494/mod_resource/
content/1/Aula%208-%20Ferros%20Fundidos.pdf
Microestrutura:
 Bom compromisso entre 
resistência e ductilidade.
 Custo de produção mais elevado. 
 Usado para fabricar roldanas, dutos, 
mancais, etc.
Ferro fundido nodular
Microestrutura:
Fonte: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3629497/mod_resource/
content/1/Aula%208-%20Ferros%20Fundidos.pdf
O tratamento térmico!
 Quanto mais tempo no forno, mais energia 
térmica é disponibilizada.
 O carboneto que está em forma de veios 
tende a virar nódulos.
 Para a mesma composição química podem 
haver microestruturas diferentes em função 
do tratamento térmico.
O que faz os tipos de ferro variarem?
Exemplo: esferoidização. Carboneto antes e 
depois do tratamento.
Fonte: https://aco.com.br/aco/coalescimento/
 As curvas tensão-deformaçãodo FoFo (ferro fundido) não costumam ter linearidade 
no regime elástico.
 Cuidado ao utilizar a resiliência desse tipo de material.
Conforme citado anteriormente...
Fonte: 
https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/471
420/LOM3011/EM_cap5_Compressao.pdf
843
562
281
0,01 0,02 0,03
Deformação
Ferro fundido cinzento
Compressão
x
x
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
Exemplo: consultar tabelas
Qual a temperatura ideal de austenitização para cada tipo de aço ou ferro?
Material Temperatura austenita (ºC) Classe de material
Aço AISI H13 1030 Aço p/ trabalho a quente
Aço AISI 420 1030 Aço Inox
Aço AISI M2 1200 Aço rápido
Aço AISI D6 970 Aço trabalho a frio
Fonte: DOWLING, 2012
 Comportamento mecânico diferente 
dos metais.
 Apresentam temperatura de amolecimento.
 Essa temperatura pode coincidir com o uso 
do equipamento.
 Envelhecem (perdem propriedades 
estéticas e mecânicas) com o tempo.
 Sensíveis a alguns produtos químicos.
Rapidamente: cuidados ao usar polímeros
Exemplos de aplicações de polímeros:
 Utensílios domésticos.
 Aplicações de alta tecnologia (blindagem, 
telas de Oled, etc.)
 Aplicações em conjunto com outros 
materiais (por exemplo, fibra de carbono).
 Substituição de peças metálicas na 
indústria automotiva (menor custo e maior 
facilidade de processamento).
 O encruamento, também chamado de trabalho a frio, é um fenômeno modificativo 
da estrutura cristalina dos metais e ligas pouco ferrosas, em que a deformação 
plástica realizada abaixo da temperatura de recristalização causará o aumento de 
discordâncias na estrutura cristalina e consequentemente o aumento de resistência do 
metal. Resumindo, o encruamento é o aumento do limite elástico do material (resistência a 
tração) por deformação plástica. Quanto maior a deformação plástica, maior a resistência do 
material. Considere as figuras ilustrativas de dois processos de fabricação responda: qual 
dos processos confere maior resistência mecânica ao material conformado? 
Interatividade
Fonte:https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquiv
os/471420/LOM3011/EM_cap5_Compressao.pdf
Compressão direta Cisalhamento
 O processo de compressão direta confere maior resistência mecânica ao material, uma vez 
que ele promove deformação plástica em maior grau que o processo de cisalhamento. Isso 
ocorre pelo fato de o processo de cisalhamento provocar corte localizado e a compressão 
direta deforma o material por inteiro, causando a movimentação de defeitos do tipo 
discordância. A comparação das microestruturas pode ser verificada na figura a seguir:
Resposta:
Fonte:https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/198349/001098920.pdf?sequence=1
 Materiais- aplicações de engenharia, seleção e integridade (disponível no AVA).
 Ciência dos materiais-6ª edição – James F. (disponível no AVA).
 Principios de ciência dos materiais- Vlack (disponível no AVA).
 Mechanical behavior of materials - Norman Dowling.
 Ciência e engenharia de materiais- W.D.Callister
Referências para estudo
ATÉ A PRÓXIMA!