Unidade 6 - Ligas de Aço

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Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687
Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos
Fábio Oliveira
2015/2
Classificação Geral
PRINCIPAIS MATERIAIS 
METÁLICOS
FERROSOS NÃO FERROSOS
FERROS 
FUNDIDOS
Cu e SUAS LIGAS
AÇOS LIGADOSAÇOS CARBONO
AÇOS Al e SUAS LIGAS
O Ferro
O ferro é o metal mais utilizado pelo homem. A
abundância dos minerais, o custo relativamente
baixo de produção e as múltiplas propriedades
físico-químicas que podem ser obtidas com
adição de outros elementos de liga são fatores
que dão ao metal uma extensa variedade de
aplicações.
O Ferro
O ferro no uso prático, está sempre ligado ao
carbono e a outros elementos e, assim, no
âmbito da ciência dos materiais e também na
linguagem do dia-a-dia, a palavra ferro pode ser
entendida como uma liga dos elementos
químicos ferro, carbono e outros.
Alotropia do Ferro
Ferro – Principais Características
• Temperatura de fusão – 1538 °C;
• Massa específica – 7,866 g/cm3;
• Resistência elétrica – 0, 099 ohm. mm2/m;
• Condutibilidade elétrica – (cu = 100) : 12,5%;
• Alongamento – 28%;
• Dureza Brinell – 60 a 80 Kg/mm2;
• Resistência à tração – 200 a 300 N/mm2.
Definições Básicas
• Ferro “puro”: material que contém, no máximo,
0,008% de carbono em sua composição.
• Aços carbono: é a liga que contém de 0,008 a 2,11%
de carbono em peso.
• Aços liga: contém além de carbono outros elementos
em sua liga.
• Ferro Fundido: ligas com teores de carbono variando
entre 2,11 e 6,67% em peso.
Definições Básicas
Sendo o aço maleável e dúctil, estas propriedades podem
ser obtidas com o aquecimento do material. As elevadas
temperaturas do aço se distinguem pelas suas cores. O aço
não é um bom material para fusões; enquanto apresenta
defeitos e uma alta contração (1,6%). Já o ferro se solda
muito bem por qualquer método; passa do estado líquido
para o sólido através de um intervalo onde é possível a
união de duas partes.
Minério de ferro
Ocorrência de ferro na natureza:
Substância Nome Mineralógico Percentual 
de Ferro
Fe3O4
Fe2O3
Fe2O3 . H2O
2 Fe2O3 . 3 H2O
Magnetita
Hematita
Goethita
Limonita
72,4 %
69,9 %
62,9 %
59,8 %
FeCO3 Siderita 48,2 %
FeS Pirita 46,5 %
Beneficiamento do 
Minério de Ferro
Extração do 
minério da mina
Alto forno
Aciaria
PelotizaçãoSinterização
Beneficiamento
Finos de minério
Por que os Finos de 
Minérios são indesejáveis?
Poros
Finos de 
Minérios
A etapa posterior é a redução do
minério de ferro:
Fe2O3 (s) + 3C (s) → 2Fe (s) + 3CO (g)
Sinterização
• Obtêm blocos feitos com partículas de minério
de ferro, carvão moído, calcário e água.
• Isso tudo é misturado até se obter um
aglomerado, formando um só bloco poroso,
que ainda quente, é quebrado em pedaços
menores chamados sínter.
Pelotização
• Aglomeração de materiais finos abaixo de
0,149 mm.
• Pelota: aglomerado de 8 a 18 mm.
• Vantagens: permite o aproveitamento dos
finos de minério melhorando o desempenho
do processo posterior.
Beneficiamento do 
Minério de Ferro
Produção do Minério de Ferro
• O Brasil é o segundo país do mundo em termos de reservas de minério de
ferro (~16 bilhões de toneladas).
Produção do Minério de Ferro
• O Brasil é também o segundo maior produtor de minério de ferro do
mundo (~400 milhões de toneladas/ano).
O Mercado Bilionário do Ferro
Isto é Dinheiro, 16/03/2012. http://www.istoedinheiro.com.br/noticias/79639_O+NOVO+ELDORADO+DA+MINERACAO
http://minasrio.angloamerican.com.br/
Coque
• Carvão mineral/vegetal
• 16 h a 1300° C
• Sem contato com o ar
• Voláteis são destilados e
evaporados
Alto Forno
Alto Forno
Alto Forno
Produção
1,7 t de Fe2O3 (e SiO2 impureza)
0,25 t de CaCO3
0,5 t de Carvão (CV ou CM)
2,0 t de ar (H2O, N2, H2, ...)
1,0 tonelada de Ferro Gusa
0,2 a 0,4 t de escória
2,3 a 3,5 t de gás (reaproveitável)
Obtenção do aço e do ferro fundido
Efeito dos Elementos de Liga
Principais objetivos
• Alterar as propriedades mecânicas
• Aumentar a usinabilidade
• Aumentar a temperabilidade
• Conferir dureza a quente
• Conferir resistência à corrosão
• Etc...
Efeito dos Elementos de Liga
• Alumínio: utilizado em pequenas proporções
como desoxidante e controlador do tamanho
dos grãos.
Efeito dos Elementos de Liga
• Chumbo: apesar de não se ligar ao aço auxilia
na usinagem
Efeito dos Elementos de Liga
• Cobalto: aumenta a dureza do aço sob altas
temperaturas
Efeito dos Elementos de Liga
• Cobre: melhora a resistência à corrosão por
agentes atmosféricos, se utilizado em teores
de 0,2 a 0,5%.
Efeito dos Elementos de Liga
• Cromo: melhora a resistência à corrosão,
aumenta a resistência à tração e aumenta a
resistência ao
desgaste.
Efeito dos Elementos de Liga
• Manganês: para cada 1% de manganês
adicionado a liga, aumenta-se em 100 Mpa a
resistência à
tração.
Efeito dos Elementos de Liga
• Molibdênio: para aços inoxidáveis melhora a
resistência à tração. Para os demais, aumenta
a resistência a dureza
após a têmpera.
Efeito dos Elementos de Liga
• Níquel: para cada 1% de níquel adicionado a
liga, aumenta-se em 40 Mpa a resistência à
tração.
Efeito dos Elementos de Liga
• Tungstênio: aumenta a resistência à tração
em altas temperaturas.
Efeito dos Elementos de Liga
• Vanádio: refina a estrutura do aço impedindo
o crescimento dos grãos. Forma carbonetos
duros e estáveis e é
utilizado em aços
para ferramentas.
Elementos Prejudiciais à Liga
• Fósforo: causa fragilização no aço, efeito
acentuado com o aumento do teor de
carbono. Deve ser
cuidadosamente
controlado no pro-
cesso produtivo.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Estanho: causa fragilização à frio, semelhante
ao fósforo. Sua presença no aço se deve a
presença de chapas
soldadas ou estanha-
das na sucata.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Oxigênio: endurece o aço tornando-o frágil e
menos tenaz. Durante o processo produtivo,
adiciona-se elementos
desoxidantes fazendo
com que o oxigênio se
torne inofensivo.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Hidrogênio: causa fragilização e pode ser
eliminado durante o processo produtivo
através de desgasei-
ficação.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Enxofre: indesejável na maioria dos casos. É
oriundo dos processos de fabricação. Se combinado
com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço
quebradiço. Se combinado
com o manganês facilita a
usinagem.
Efeito do Teor de Carbono
• Influência direta nas propriedades mecânicas
Efeito do Teor de Carbono
Efeito dos Elementos de Liga nas 
Propriedades Mecânicas
Normas e Padronização
Padrão internacional, existe?
Infelizmente não existe um padrão
internacional. Pelo contrário, existem várias
classificações aceitas pelo mundo.
Objetivo
Por conta da grande variedade dos aços,
sistemas de classificação são criados, onde os
mais utilizados são:
• SAE – Society of Automotive Engeneers
(Sociedade de Engenharia Automotiva)
• AISI – American Iron and Steel Institute
(Instituto Americano de Ferro e Aço)
• ABNT – Associação Brasileira de Normas
Técnicas
Como utilizar?
As três instituições citadas seguem,
aproximadamente, o mesmo método numérico
de identificação:
UTILIZAÇÃO DE QUATRO NÚMEROS
Primeiro algarismo
É um número de 1 a 9 e identifica o aço,
determinado pelo tipo de elemento de liga básico:
Número Tipo de aço
1 Aço carbono
2 Aço níquel
3 Aço níquel-cromo
4 Aço molibdênio
5 Aço cromo6 Aço cromo-vanádio
7 Aço cromo-tungstênio
8 Aço níquel-cromo-molibdênio
9 Aço silício-manganês
Segundo algarismo
Indica o grupo dentro do tipo. Um elemento de
liga simples é indicado por seu percentual médio:
Exemplos:
- aço SAE 5140 – o número 1 indica 1% de cromo
- aço SAE 8640 – para um aço com mais de um
elemento de liga, o número 6 indica uma
combinação dos percentuais dos elementos de liga,
de acordo com o processo produtivo
Terceiro e Quarto algarismos
Indica o percentual médio de carbono em
centésimos percentuais:
Exemplo:
- aço SAE 1035 – o número 35 indica 0,35% de
carbono na liga
Resumindo...
aço SAE 1045:
- 1 = indica o tipo de aço (aço carbono)
- 0 = indica o grupo dentro do tipo (aço comum)
- 45 = indica o teor médio de carbono (0,45% de
carbono aproximadamente)
Observações
• Na classificação da AISI a letra B no meio dos
quatro algarismos, indica a presença de Boro
na fórmula. Ex.: AISI 50B20
• Na classificação da AISI a letra antes dos números
indica o processo pelo qual o aço foi produzido.
Ex.: AISI E3315 – produzido em forno elétrico
Equivalências 
Exercícios
1. Fale sobre o ferro gusa e qual sua importância na fabricação
do aço.
2. Explique a função de cada um dos quatro algarismos
utilizados na padronização dos aços.
3. Comente sobre os efeitos do carbono no ferro. Cite
exemplos.
4. Defina aço e ferro fundido.
5. Defina sinterização e pelotização indicando seus benefícios
no processo de fabricação do aço.