Aula 6 Microestrutura dos Materiais Metálicos

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13/02/2014 
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Prof. MSc. João Henrique do Nascimento e Silva 
Araras/SP 
Materiais de Construção 
AULA VI – Microestruturas do 
Materiais Metálicas 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Introdução – Ligas Metálicas 
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Fotografia mostrando vários estágios na fabricação de uma lata de alumínio. A 
lata é formada a partir de uma única folha de uma liga de alumínio. Operações de 
produção incluem desenho, formação da cúpula, limpeza, decoração, e formação 
do pescoço e da flange 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Introdução – Ligas Metálicas 
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Os metais na tabela periódica 
Materiais de Construção - Tintas 
Introdução 
● Ligas metálicas, em virtude de sua composição, são às vezes grupadas em duas 
classes – ferrosas e não-ferrosas. 
 
● As ligas ferrosas são aquelas nas quais o ferro é o principal constituinte e 
incluem aços e ferros fundidos. 
 
● Muitas vezes um problema de materiais e selecionar o material que tem a 
correta combinação de características para uma aplicação específica. 
 
● Portanto, as pessoas envolvidas na tomada de decisão deveriam ter algum 
conhecimento das opções disponíveis. 
 
● A apresentação fornecerá resumidamente uma visão geral de algumas ligas 
metálicas comerciais e suas propriedades. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ligas Ferrosas 
● As ligas ferrosas (das quais o ferro é o constituinte principal), são produzidas 
em maiores quantidades do que as de qualquer outro material. 
 
● Elas são de especialmente importantes como materiais de construções na 
engenharia. 
 
O seu uso largamente difundido é devido a três fatores: 
 
 Composto contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta 
terrestres; 
 
 O ferro metálico e aços podem ser produzidos usando técnicas relativamente 
econômicas de extração, refino, de adição de elementos de liga e de 
fabricação; 
 
 Ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido de que elas podem ser 
elaboradas sob medidas para ter uma larga faixa de propriedades mecânicas e 
físicas. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ligas Ferrosas 
 A principal desvantagem de muitas ligas ferrosas é a sua susceptibilidade à 
corrosão. 
 
Um esquema de classificação para as várias ligas ferrosas é apresentado a 
seguir: 
 
 
 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Classificação 
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Esquema de classificação para as várias ligas ferrosas 
Materiais de Construção - Tintas 
Ligas Ferrosas 
 FERRITA = FERRO α 
• Características: 
• Estrutura: CCC (até a temperatura de 912 
°C) 
• Material ferromagnético a temperaturas 
inferiores a 768 °C 
• Densidade: 7,88 g/cm3 
• Solubilidade máxima do carbono: 
0,002%pC a 727 °C 
• Macio e dúctil 
 AUSTENITA = FERRO γ 
• Estrutura: CFC (tem + posições 
intersticiais) 
• Forma estável do ferro puro a 
temperatura entre 912 ºC a 1394°C 
• Não é ferromagnética 
• Solubilidade máxima do carbono: 
2,14%pC a 1147 °C 
• É mais dura 
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Cementita = Carbeto de Ferro “Fe3C” 
Sistema Fe - Fe3C: Cementita = Carbeto de 
Ferro “Fe3C” 
• Forma-se quando o limite de solubilidade do 
carbono é 
ultrapassado (6,7% de C) 
• É dura e frágil 
• É um composto intermetálico metaestável, 
embora a velocidade de decomposição em 
ferro α e C seja muito lenta 
• A adição de Si acelera a decomposição da 
cementita para formar grafita 
 PERLITA: 
Consiste de lamelas alternadas de fase “α” 
(ferrita) e Fe3C (cementita) 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Diagrama 
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Hipo 
0,002% a 
0,8 % C 
Hiper 
0,8% a 
2,06 % C 
Materiais de Construção - Tintas 
Aços 
● São ligas de ferro-carbono que podem conter apreciáveis concentrações de 
outros elementos ligas (existem milhares de ligas que têm diferentes 
composições e/ou tratamentos térmicos. 
 
● As propriedades mecânicas dos aços são sensíveis ao teor de carbono que é 
normalmente menor do que 1,0 % em peso. 
 
● Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo com a concentração 
de carbono, isto é, em tipos com baixo-carbono, médio-carbono e alto-carbono. 
 
● E subclasses de acordo com a concentração de outros elementos de liga. 
 
 Aços-carbono comuns: Contem apenas concentrações residuais de impurezas 
outras que não são o carbono. 
 
Para aços-liga, elementos de liga são intencionalmente adicionados em 
concentrações específicas. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Aços Baixo-Carbono 
● De todos os diferentes tipos de aços, aqueles produzidos nas maiores 
quantidades caem dentro da classificação baixo-carbono 
 
● Estes geralmente contém menos que 0,25% em peso de C . 
 
● Não respondem aos tratamentos térmicos e para a formação de martensita* 
 
● A microestrutura deste tipo de aço consiste de ferrita e perlita. 
 
● Como uma consequência, estas ligas são relativamente macias e fracas, mas 
têm grande ductilidade e tenacidade. Em adição, elas são usináveis soldáveis e, 
de todos os aços, são os de produção mais barata. 
 
● Suas aplicações típicas incluem componentes do corpo de automóveis, formas 
estruturais (vigas I, cantoneiras de ferro em U ou em L), e chapas que são usadas 
em tubulações, edifícios, pontes e latas de estanho. 
 
 
*Martensita é uma fase metaestável composta por ferro que está supersaturada com carbono. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Baixo-Carbono 
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Aço carbono com grão visível de grande maciez. Composto basicamente de ferrita 
(grande quantidade) e de perlita (pequena quantidade) com cementita na 
estrutura. 
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Aços Baixo-Carbono 
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Aço carbono após tratamento térmico com grãos menores (impossível vê-los 
individualmente). Estrutura básica do aço é de muita perlita com cementita na 
estrutura e algumas ferrita. 
Materiais de Construção - Tintas 
Aços Baixo-Carbono 
● Outro grupo de aços de baixo-carbono são os chamados aços de baixa-liga e 
alta resistência mecânica (High Strength Low Alloy HSLA). 
 
● Eles contém outros elementos de liga tais como cobre, vanádio, níquel e 
molibdênio, em concentrações combinadas de até 10% em peso, o que confere 
ao aço maior resistência mecânica do que os aços-carbono de baixo-carbono. 
 
● Estes aços são dúcteis, conformáveis e usináveis e aceitam tratamentos 
térmicos. 
 
● Em atmosfera normais, os aços HSLA são mais resistentes à corrosão do que os 
aços-carbono comuns, os quais foram substituídos pelos aços HSLA em muitas 
aplicações onde a resistência estrutural é crítica (por exemplo, pontes, torres, 
colunas de suporte em edifícios de alta-elevação e vasos de pressão. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Classificação dos Aços 
● A Sociedade dos Engenheiros Automotivos (SAE), o Instituto Americano de 
Ferro e Aço (AISI) e a Sociedade Americana para Teste e Materiais (ASTM), são 
responsáveis pela classificação de aços bem como de outras ligas. 
 
A designação AISI/SAE para estes aços é um número de quatro dígitos, composto 
da seguinte forma: 
 
 Os dois primeiros dígitos indicam o teor dos elementos de liga; 
 Os dois últimos, a concentração de carbono. 
 
Para aços-carbono, os dois primeiros dígitos são 1 e 0; aços-liga são designados 
por outras combinações de dois dígitos iniciais (por exemplo, 13, 41, 43). 
 
Os terceiro e quarto dígitos representam a porcentagem em peso de carbono 
multiplicado por 100. Por exemplo, um aço 1020 é um aço-carbono comum 
contendo 0,20% C em peso. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Aços Médio-Carbono 
● Um sistema unificado de numeração (“UNS”, em inglês) é usado para indexação 
uniforme tanto de ligas ferrosas quanto de ligas não-ferrosas. 
 
● Cada número UNS consistede um prefixo de uma única letra seguido por um 
número de 5 dígitos. 
 
● A letra é indicativa da família de metais à qual uma liga pertence. 
 
● A designação UNS para estas ligas começa com um G, seguido pelo número 
AISI/SAE, o quinto dígito é zero. A tabela contém as características mecânicas e 
aplicações típicas de vários destes aços. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Baixo-Carbono 
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Composições de cinco aços –carbono de baixo-carbono, três aços de baixa-liga e 
alta resistência mecânica. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Baixo-Carbono 
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Características mecânicas de materiais laminados a quente e aplicações típicas 
para vários aços-carbono e aços de baixa-liga e alta resistência mecânica. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Baixo-Carbono 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Baixo-Carbono 
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Aço HSLA com adição de vanádio 
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Materiais de Construção - Tintas 
Aços Médio-Carbono 
● Os aços de médio-carbono têm concentrações de carbono entre 0,25 e 0,60% 
em peso de C. 
 
● Estas ligas podem ser tratadas termicamente por têmpera* e, revenimento** 
para melhorar suas propriedades mecânicas; mais duros, mas menos tenazes e 
dúcteis. 
 
● Eles são muitas vezes utilizados na condição revenida, tendo microestruturas 
de martensita revenida. 
 
● Os aços-carbono de médio-carbono têm baixas temperabilidades e só podem 
ser tratados termicamente com sucesso em seções muito finas e com taxas de 
resfriamento muito grandes. 
 
● A presença de impurezas aumenta a resposta a tratamentos térmicos. 
 
 
 
* A têmpera comum causa um grau elevado de tensões internas podendo gerar trincas e empenos em peças mais delicadas , a microestrutura que 
se deseja obter na têmpera comum é a martensita . 
** Tem como objetivo aliviar as tensões reduzindo significativamente sua fragilidade reduzindo consequentemente a dureza obtida na têmpera, 
altas temperaturas entre 550/650° C e baixas temperaturas estão entre 300/400° C, resfriado ao ar. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Aços Médio-Carbono 
● Adição de cromo, níquel e molibdênio melhora a capacidade destas ligas de 
serem tratadas termicamente, dando origem a uma variedade de combinações 
de resistência mecânica-ductilidade. 
 
● Suas aplicações típicas incluem facas, martelos, talhadeiras, serras de metal, 
molas, pistões, engrenagens. 
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Aços Médio-Carbono 
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Aços Médio-Carbono 
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Aços Médio-Carbono 
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Aços Médio-Carbono 
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a A concentração percentual de carbono, em peso vezes 100, é inserida no lugar 
 do “xx”pra cada aço específico 
 
b Exceto para ligas 13xx, concentração de manganês é menor que 1,00 wt%. 
 Exceto para ligas 12xx, concentração de manganês é menor que 0,35 wt%. 
 Exceto para ligas 11xx e 12xx, concentração de enxofre é menor que 0,04 wt%. 
 Exceto para ligas 92xx, concentração de silício varia entre 0,15 e 0,35 wt%. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Médio-Carbono 
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a Classificado como aço de alto-carbono. 
Materiais de Construção - Tintas 
Aços Alto-Carbono 
● Os aços alto-carbono, normalmente tendo teores de carbono entre 0,60 e 
1,4% de peso em C. 
 
● São os mais duros, os mais fortes e ainda menos dúcteis. 
 
● Eles são quase sempre usados temperados e revenidos e, como tal, são 
especialmente resistentes à abrasão e capazes de manter uma aresta cortante 
pontiaguda. 
 
● Os aços para ferramentas e matrizes são aços alto-carbono, usualmente 
contendo cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio. 
 
● Estes elementos se combinam com o C para formar compostos de carbeto (ou 
carboneto) muito duros e muito resistente ao desgaste (por exemplo, Cr23C6; V4C3 
e WC). 
 
● Suas aplicações incluem aços são utilizados como ferramentas de corte e 
matrizes para transformação mecânica e conformação de materiais, bem como 
em facas, navalhas, lâminas de serra, molas e fios de alta resistência mecânica. 
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Aços Alto-Carbono 
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Aços Alto-Carbono 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Alto-Carbono 
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a O balanço da composição é o ferro. Concentração de manganês entre 
 0,1 e 1,4 wt%, dependendo da liga; concentração de silício entre 0,2 e 
 1,2 wt%, dependendo da liga. 
Materiais de Construção - Tintas 
Aços Inoxidáveis 
● Os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão (enferrujamento) 
numa variedade de ambientes especialmente o atmosférico. 
 
● Seu elemento de liga predominante é o cromo; uma concentração de pelo 
menos 11% de Cr em peso é requerida para uma aço ser considerado inox. 
 
● A resistência à corrosão do aço também pode ser melhorada pela adição de 
níquel e de molibdênio. 
 
● Resistentes a corrosão a temperaturas de até 1000ºC. 
 
● Aços inoxidáveis são divididos em três classes com base na fase predominante 
constituinte da microestrutura: Martensítico, ferrítico ou austenítico. 
 
 Martensítico  Tratável termicamente, magnético 
 Ferrítico  Não tratável termicamente, magnético 
 Austenítico  Mais resistente à corrosão, não magnético 
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Materiais de Construção - Tintas 
Aços Inoxidáveis 
● Uma larga faixa de propriedades mecânicas combinadas com excelentes 
resistência à corrosão torna os aços inoxidáveis muito versáteis em sua 
aplicabilidade. 
 
● A tabela a seguir lista vários aços inoxidáveis, por classe, juntamente com sua 
composição, propriedades mecânicas típicas e aplicações. 
 
● Também incluído na tabela há um aço inoxidável de resistência mecânica ultra-
alta (17-7 PH) que é usualmente forte e resistente à corrosão. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Aços Inoxidáveis 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido 
● Genericamente, os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com teores 
de carbono acima de 2,1% em peso. 
 
● Na prática, entretanto, muitos ferros fundidos contém entre 3,0 e 4,5% de peso 
e, em adição outros elementos de liga. 
 
● Um re-exame do diagrama de fase ferro-carboneto de ferro revela que ligas 
dentro desta faixa de composição se tornam completamente líquidas em 
temperaturas entre aproximadamente 1.150 e 1.300 °C (2.100 e 2.350 °F), que é 
consideravelmente inferior àquela de fusão dos aços. 
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Ferro Fundido 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido 
● Assim eles podem ser facilmente fundidos e são susceptíveis à fundição. 
 
● Além disso, alguns ferros fundidos são frágeis e a fundição é a técnica de 
fabricação mais conveniente. 
 
● Para a maioria dos ferros-fundidos, o carbono existe como grafita e tanto a 
microestrutura quanto o comportamento mecânico dependem da composição e 
do tratamento térmico. 
 
● Os tipos mais comuns de ferros fundidos são: Cinzento, nodular, branco, 
maleável e grafita compacta. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Cinzento 
● Os teores de carbono e de silício de ferros fundidos cinzentos variam entre 2,5 
e 4,0 % em peso e entre 1,0 e 3,0 % em peso respectivamente. 
 
● Para a maioria destes ferros fundidos, a grafita existe na forma de flocos 
(similares aos flocos de milho), que são normalmente circundados por uma 
matrizde ferrita-α ou de perlita. 
 
● A microestrutura de um ferro fundido cinzento típico é mostrada na figura a 
seguir. 
 
● Por causa destes flocos de grafita, uma superfície fraturada toma uma 
aparência cinza, de onde provem o seu nome. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Fotomicrografias óticas de vários ferros fundidos 
a Ferro fundido cinzento: Os flocos escuros de grafita estão embutidos 
 numa matriz de ferrita-α 500x. 
b Ferro fundido nodular (dúctil): Os nódulos escuros de grafita estão 
 circundados por uma matriz de ferrita- α 200x. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Fotomicrografias óticas de vários ferros fundidos 
c Ferro fundido branco: As regiões claras de cementita estão circuladas 
 por perlita, que tem uma estrutura em camadas de ferrita-cementita 
 400x. 
d Ferro fundido maleável: Roseta (carbono de revenimento) escuras de 
 grafita numa matriz de ferrita-α 150x. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Fotomicrografias óticas de vários ferros fundidos 
e Ferro fundido grafita compacta: Partículas de grafita escura com 
formato de vermes embebidas em uma matriz de ferrita- α 100x. 
Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Cinzento 
● Mecanicamente o ferro fundido cinzento é comparativamente franco e frágil à 
tração como consequência da sua microestrutura. 
 
● As pontas dos flocos de grafita são pontiagudas e dirigidas de tensão quando 
uma tensão externa de tração for aplicada. 
 
● Já a resistência mecânica e ductilidade destes são muito maiores para cargas de 
compressão. 
 
● Ferros fundidos cinzentos têm algumas características desejáveis, de fato, são 
utilizados extensivamente. 
 
● Eles são muito eficientes no amortecimento de energia vibracional; isto é 
representado na figura a seguir, que compara as capacidades relativas de 
amortecimento do aço e do ferro fundido cinzento. 
 
● Estruturas basais para máquinas e equipamentos pesados que são expostos a 
vibrações frequentemente construídas deste material. 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Comparação das capacidades relativas de amortecimento de vibração 
do (a) aço e (b) ferro fundido cinzento 
Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Cinzento 
● Em adição, ferros fundidos cinzentos exibem uma alta resistência ao desgaste. 
 
● No estado líquido eles têm uma alta fluidez à temperatura de fundição, que 
permite a fundição de peças tendo formais intrincadas, sendo a contração de 
fundição normalmente baixa. 
 
● Finalmente, e talvez o mais importante, ferros cinzentos são os mais baratos 
dos materiais metálicos. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Anilha da marca Jaguar de 3Kg fabricada em ferro fundido cinzento. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Cinzento 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
● A adição de uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério no ferro fundido 
cinzento antes da fundição produz uma microestrutura e conjunto de 
propriedades mecânicas distintamente diferentes. 
 
● A grafita ainda se forma, mas como nódulos ou partículas esféricas em vez de 
flocos. 
 
● A liga resultante é chamada ferro fundido nodular (ou também chamado ferro 
fundido dúctil), sendo sua microestrutura típica mostrada na figura a seguir. 
 
● A fase matriz que circunda estas partículas é de perlita ou de ferrita, 
dependendo do tratamento térmico. 
 
● Para uma peça no estado bruto de fundição ela é normalmente uma perlita. 
 
● Entretanto, um tratamento térmico durante várias horas a cerca de 700 °C 
(1.300 °F) fornecerá uma matriz de ferrita. 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
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Ferro fundido Nodular (dúctil): Os Nódulos escuros de grafita estão 
circundados por uma matriz de ferrita-α 200x. 
Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
● As peças fundidas são mais fortes e muito mais dúcteis do que no caso de 
ferros fundidos cinzentos. 
 
● De fato, o ferro fundido dúctil tem características mecânicas que se aproximam 
do aço. 
 
● Por exemplo, ferro fundido ferrítico tem resistência à tração variando entre 
55.000 e 70.000 psi (380 e 480) e ductilidades (como porcentagem de elongação) 
de 10 a 20%. 
 
● Aplicações típicas deste material incluem válvulas, corpos da bomba, eixos 
virabrequins, engrenagens e outros componentes automotivos e de máquinas. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Dúctil - Nodular 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Branco 
● Para ferros fundidos de baixo teor de silício (<1,0% de Si em peso) e altas taxas 
de resfriamento, a maioria do carbono existe como cementita em vez de grafita. 
 
● Uma superfície de fratura desta liga tem uma aparência branca e assim é 
denominado ferro fundido branco. 
 
● Uma fotomicrografia ótica mostrando a microestrutura de ferro fundido branco 
é apresentada na figura a seguir. 
 
● Seções espessas podem ter apenas uma camada superficial de ferro fundido 
branco que foi arrefecida (resfriamento brusco e profundo) durante o processo 
de fundição; ferros fundidos cinzentos se formam nas regiões interior e, que se 
resfriam mais lentamente 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Branco 
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Fero fundido branco: As regiões claras de cementita circundadas por 
perlita, que tem uma estrutura em camadas de ferrita-cementita 400x. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Branco 
● Como consequência da grande quantidade da fase cementita, o ferro fundido 
branco é extremamente duro, mas também muito frágil, ao ponto de ser 
potencialmente não-usinável. 
 
● Seu uso está limitado a aplicações que necessitam de uma superfície muito 
dura e resistente ao desgaste e sem um alto grau de ductilidade, por exemplo, 
como rolos em moinhos de rolos. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Branco 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Maleável 
● Geralmente o ferro fundido branco é usado como um intermediário na 
produção de um outro ferro fundido o ferro fundido maleável. 
 
● O aquecimento de ferro fundido branco até temperaturas entre 800 e 900 C 
(1.470 e 1.650 F) durante um prolongado período de tempo à temperatura do 
tratamento e numa atmosfera neutra (para prevenir a oxidação) causa a 
decomposição da cementita, formando grafita, que existe na forma de cachos ou 
rosetas circundadas por uma matriz de ferrita ou de perlita, dependendo da taxa 
de resfriamento. 
 
● Uma fotomicrografia de um ferro fundido maleável é apresentada a seguir. 
 
● A microestrutura é similar àquela de um ferro fundido nodular, o que explica a 
resistência mecânica relativamente alta e a apreciável ductilidade (ou 
maleabilidade). 
 
● Aplicações deste aço incluem hastes de conexão, engrenagens de transmissão e 
caixa diferencial para indústria automotiva e também flanges, conexões de tubos 
e partes de válvulas para linha férrea, marinha e outros serviços pesados. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Maleável 
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Ferro fundido maleável: Rosetas de carbono (carbono revenimento) 
escuras de grafita numa matriz de ferrita-α 150x. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ferro FundidoGrafita Compacta 
● Uma adição recente à família dos ferros fundidos é o ferro fundido de grafita 
compacta (ou CGI). 
 
● Como nos ferros fundidos cinzas, dúcteis e maleáveis, o carbono existe como 
grafita, sendo sua formação promovida pela presença de sílica. 
 
● A concentração de sílica para este ferro fundido se situa entre 1,7 e 3,0 wt%, 
considerando que a concentração de carbono está entre 3,1 e 4,0 wt%. 
 
● A microestrutura da grafita nas ligas CGI possuem a forma de vermes (ou 
forma vermicular), como mostrado na figura a seguir. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Ferro Fundido Grafita Compacta 
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Ferro fundido grafita compacta: Partículas de grafita escura com 
formato de vermes embebidas em uma matriz de ferrita-α 100x. 
Materiais de Construção - Tintas 
Ferro Fundido Grafita Compacta 
● Em comparação com outros ferros fundidos as características desejáveis do CGI 
incluem: 
 
 Alta condutividade térmica; 
 
 Melhor resistência ao choque térmico (isto é, fraturas resultantes de 
mudanças bruscas de temperaturas); 
 
 Menor oxidação à temperatura elevadas. 
 
● Ferros fundidos de grafita compacta estão começando a serem usados em 
importantes aplicações, que incluem: Blocos de motores a diesel, coletores de 
exaustores, caixas de câmbio, discos de freios para trens de alta velocidade e 
volantes. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Ligas Não-Ferrosas 
● Aços e outras ligas ferrosas são consumidas em grandes quantidades porque 
possuem uma larga faixa de propriedades mecânicas, podem ser fabricadas com 
relativa facilidade e são economicamente vaiáveis. 
 
Entretanto, elas possuem algumas limitações, tais como: 
 
 Massa específica relativamente alta; 
 
 Comparativamente baixa condutividade elétrica e 
 
 Inerentes susceptibilidade a corrosões em alguns ambientes comuns. 
 
● Assim, para muitas aplicações, é vantajoso (ou mesmo necessário) o uso de 
outras ligas tendo uma combinação mais apropriada de propriedades. 
 
● Os sistemas de ligas são classificados quer de acordo com o metal base, quer de 
acordo com alguma característica específica que um grupo de ligas 
compartilham. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Cobre e as ligas à base de cobre, possui uma combinação desejável de 
propriedades físicas, têm sido utilizado em várias aplicações desde a antiguidade. 
 
● Um cobre não ligado é tão macio e dúctil que é difícil de usinar, tendo uma 
capacidade quase ilimitada de ser trabalhando a frio. 
 
● Além disso, o cobre é altamente resistente à corrosão em diversos ambientes 
incluindo o ambiente atmosférico, a água do mar e alguns produtos químicos 
industriais. 
 
● As propriedades mecânicas e de resistência à corrosão do cobre podem ser 
melhoradas por elementos de liga. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Muitas ligas de cobre não podem ser endurecidas ou fortalecidas por 
procedimentos de tratamento térmico, consequentemente, trabalho a frio e o 
estabelecimento de soluções sólidas por adição de elementos devem ser 
utilizados para melhorar tais propriedades mecânicas. 
 
● As ligas de cobre mais comuns são os latões para os quais o elemento de liga 
predominante é o zinco (impureza substitucional). 
 
● Como pode ser observado no diagrama de fase cobre-zinco, a fase α é estável 
para concentrações de aproximadamente 35% de Zn em peso. 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Cobre e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Esta fase tem uma estrutura cristalina CFC e os latões α são relativamente 
macios e facilmente trabalhados a frio. 
 
● Ligas de latão tendo um maior teor de zinco contém as fases tanto α quanto β’ 
à temperatura ambiente. 
 
● A fase β’ tem uma estrutura cristalina CCC é mais dura e mais forte do que a 
fase α. 
 
● Consequentemente, ligas α + β’ são geralmente trabalhada a quente. 
 
 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Cobre e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Alguns dos latões comuns são latões amarelos, navais e de cartucho, metal de 
“muntz” e metal de douração. 
 
● Alguns dos usos comuns para ligas de latão incluem jóias de vestuário, caixas de 
cartuchos, radiadores de automóvel, instrumentos musicais e moedas. 
 
● As composições, propriedades e usos típicos de várias destas ligas estão listadas 
na tabela abaixo. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Cobre e suas ligas 
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Cobre e suas ligas 
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Cobre e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Os bronzes são ligas de cobre e vários outros elementos, incluindo estanho, 
alumínio, silício e níquel. 
 
● Estas ligas são mais fortes do que os latões, e possuem um alto grau de 
resistência à corrosão. 
 
● Geralmente elas são mais utilizadas quando necessária a resistência a tração 
em adição à resistência à corrosão. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Cobre e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Cobre e suas ligas 
● Uma geração recente de ligas de cobre de alta resistência são cobres de berílio. 
 
● Elas podem ser fundidas, trabalhadas a quente, ou trabalhadas a frio. 
 
● Altas resistências mecânicas são atingidas por tratamento de endurecimento 
por precipitação. 
 
● Estas ligas são caras por causa das adições de berílio, que variam entre 1,0 e 
2,5% em peso. 
 
● Aplicações incluem mancais e buchas do elementos de aterrisagem de aviões a 
jato, molas, instrumentos cirúrgicos e dentais. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Cobre e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Alumínio e suas ligas 
● Alumínio e suas ligas são caracterizados por uma massa específica 
relativamente baixa (2,7 g/cm3 quando comparada com 7,9 g/cm3 para o aço), 
altas condutividades elétrica e térmica e uma alta resistência à corrosão em 
alguns ambientes, incluindo o ambiente atmosférico. 
 
● Muitas destas ligas são facilmente conformadas em virtude da alta ductilidade, 
isto é evidenciado pela fina folha da lâmina de alumínio em que o material 
relativamente puro pode ser laminado. 
 
● Uma vez que o alumínio tem uma estrutura CFC, sua ductilidade é retida 
mesmo em muitas baixas temperaturas. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Alumínio e suas ligas 
● A limitação principal do alumínio é o seu baixo ponto de fusão 660 °C (1.220 
°F), que restringe a temperatura máxima na qual este pode ser usado. 
 
● Algumas das aplicações mais comuns de ligas de alumínio incluem partes 
estruturais de aeronaves, latas de refrigerantes, carroceria de ônibus e partes 
automotivas (bloco de motor, pistões e tubos de distribuição). 
 
● A composição, propriedades e aplicações de várias ligas trabalhadas 
mecanicamente e fundidas estão contidas na tabela a seguir. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Alumínio e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Magnésio e suas ligas 
● Talvez a característica mais destacada do magnésio seja a sua massa específica 
(1,7 g/cm3), que é a mais baixa de todos os metais estruturais. 
 
● Portanto suas ligas são usadas onde o peso é uma consideração importante 
(por exemplo, em componentes de aeronaves). 
 
● A temperatura ambiente o magnésio e suas ligas são difíceis de deformar; de 
fato, apenas pequenos graus de trabalho a frio podem ser impostos sem 
recozimento. 
 
● Consequentemente, a maioria das fabricações é feita por fundição ou por 
trabalhoa quente a temperaturas entre 200 e 350 °C (400 a 650 °F). 
 
● O magnésio tal como alumínio, tem um ponto baixo de fusão (651 a 1204 °F). 
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Materiais de Construção - Tintas 
Magnésio e suas ligas 
● Quimicamente, o magnésio e suas ligas são relativamente instáveis e 
especialmente susceptíveis à corrosão em ambientes marinhos. 
 
● Por outro lado, as resistências à corrosão e oxidação são relativamente boas na 
atmosfera normal. 
 
● Pós finos de magnésio entram em ignição facilmente quando aquecidos ao ar; 
consequentemente cuidados deveriam ser tomados quando se estiver 
manuseando-o neste estado. 
 
● Estas ligas são também classificadas como fundidas ou como trabalhadas 
mecanicamente e algumas delas são termicamente tratáveis. 
 
 ● Alumínio, zinco, manganês e algumas terras raras* são os principais elementos 
de liga. 
 
* Lantânio, Cério, Praseodímio, Neodímio, Promécio, Samário, Európio, Gadolínio, Térbio, Disprósio, 
Hólmio, Érbio, Túlio, Itérbio, Lutécio, Escândio e Ítrio. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Magnésio e suas ligas 
● A tabela a seguir lista várias ligas de magnésio comuns, suas composições, 
propriedades e aplicações. 
 
● Estas ligas são usadas em aplicações de aeronaves e mísseis, bem como 
bagagem e rodas automotivas. 
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Magnésio e suas ligas 
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Magnésio e suas ligas 
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Magnésio e suas ligas 
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Magnésio e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Titânio e suas ligas 
● Titânio e suas ligas são materiais de engenharia relativamente novos que 
possuem extraordinária combinação de propriedades. 
 
● O metal puro tem baixa massa específica (4,5 g/cm3), alto ponto de fusão 
(1.668 °C ou 3035 °F) e um módulo de elasticidade de 15,5.106 psi (107 GPa). 
 
● Ligas de titânio são extremamente fortes; resistência à tração à temperatura 
ambiente são tão altas quanto 200.000 psi (1,4 Gpa) são atingíveis, fornecendo 
destacáveis resistências mecânicas específicas. 
 
● Além disso, as ligas são altamente dúcteis e facilmente forjadas e usinadas. 
 
● A maior limitação do titânio é a sua reatividade química com outros materiais a 
elevadas temperaturas. 
 
● Esta propriedade obrigou o desenvolvimento de técnicas não convencionais de 
refino, fusão e fundição; consequentemente, ligas de titânio são caras. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Titânio e suas ligas 
 
● Apesar desta reatividade à alta temperatura a resistência à corrosão de ligas de 
titânio às temperaturas normais é alta; elas são virtualmente imunes aos 
ambientes atmosférico marinho e uma variedade de ambientes industriais. 
 
● Eles são comumente utilizadas em estruturas de aeronaves, veículos espaciais e 
nas indústrias de petróleo e química. 
 
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Titânio e suas ligas 
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Titânio e suas ligas 
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Titânio e suas ligas 
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Titânio e suas ligas 
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Titânio e suas ligas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais Refratários 
● Metais que têm temperaturas de fusão extremamente altas são classificados 
como metias refratários. 
 
● Incluídos neste grupo estão o Nióbio (Nb), o Molibdênio (Mo), o Tungstênio 
(W) e o Tântalo (Ta). 
 
● As temperaturas de fusão variam de 2568 °C (4474 °F) para o Nióbio até 3410 
°C (6170 °F), a temperatura de fusão mais alta de qualquer metal, para o 
tungstênio. 
 
● A ligação interatômica destes metais é extremamente forte, o que explica as 
altas temperaturas de fusão, e, em, adição, pequenos módulos elásticos; altas 
resistências mecânicas e altas durezas, tanto à temperatura ambiente quanto à 
elevadas temperaturas. 
 
● As explicações destes metais são variadas. Por exemplo, tântalo e molibdênio 
são ligados com aço inoxidável para melhorar sua resistência à corrosão. 
r95 
Materiais de Construção - Tintas 
Metais Refratários 
● Ligas de molibdênio são utilizadas para matrizes de extrusão e partes 
estruturais em veículos espaciais. 
 
● Filamentos de lâmpadas incandescentes, tubos de raio-X e eletrodos de 
soldagem empregam ligas de tungstênio. 
 
● Tântalo é imune ao ataque químico por virtualmente todos os ambientes à 
temperaturas inferiores a 150 °C e é frequentemente usado em aplicações que 
requerem um tal material resistente à corrosão. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Superligas 
● As superligas têm superlativas combinações de propriedades. 
 
● A maioria delas é usada em componentes de turbinas de aeronaves, que 
devem suportar exposições aos ambientes severamente oxidantes e altas 
temperaturas para razoáveis períodos de tempo. 
 
● Integridade mecânica sob estas condições e crítica; neste sentido, densidade é 
uma importante consideração porque as tensões centrífugas são diminuídas em 
membros rotativos quando a densidade é reduzida. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Fabricação de Ligas Metálicas 
● Ocasionalmente, quem dita se um material é adequado para uma aplicação é a 
facilidade da produção na forma desejada e o custo envolvido. 
 
● Técnicas de fabricação de metais e suas ligas são conformados ou 
manufaturados em produtos úteis. 
 
● Elas são procedidas por refino, por adição de elementos de liga, e às das vezes 
por processo de tratamento térmico que produzem ligas com as características 
desejadas. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fabricação de Ligas Metálicas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Conformação 
● Operações de conformação são aquelas nas quais a forma de uma peça de 
metal é mudada por deformação plástica. 
 
● Naturalmente, a deformação deve ser induzida por força ou tensão externa, a 
magnitude da qual devendo exceder o limite de escoamento do material. 
 
● Muitos materiais metálicos são especialmente susceptíveis a estes 
procedimentos, sendo pelo menos moderadamente dúcteis e capazes de alguma 
deformação permanente sem o surgimento de trincas ou fraturas. 
 
● Quando a deformação é realizada em uma temperatura acima daquela na qual 
ocorre recristalização, o processo é denominado trabalho a quente, do contrario 
trabalho a frio. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fabricação de Ligas Metálicas 
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Materiais de Construção - Tintas 
Forjamento 
● É realizado por martelamento sobre uma única peça de metal. 
 
Uma força é aplicada sobre duas metades de uma matriz tendo a fôrma acabada, 
de tal forma o metal é deformado na cavidade entre duas referidas metades de 
matriz. 
 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Forjamento 
● Peças forjadas têm estruturas de grão ou se destacam e a melhor combinação 
de propriedades mecânicas. 
 
Chaves de boca, rodas de trens e virabrequins de automotivos são artigos típicos 
conformados usando esta técnica. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Laminação 
● É o processo de deformação mais amplamente utilizado. 
 
● Consiste em passar uma peça de metal entre os rolos. 
 
● Uma redução na espessura resulta das tensões compressivas exercidas pelos 
rolos. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Laminação 
● A laminação a frio pode ser usada na produção de chapa, tira e lâmina com alta 
qualidade de acabamento superficial. 
 
● Formas circulares bem como vigas I e trilhos de ferrovia são fabricados usando 
rolos ranhurados. 
r105 
Materiaisde Construção - Tintas 
Extrusão 
● Uma barra de metal é forçada através de um orifício numa matriz por uma 
força compressiva que é aplicada a um êmbolo percutor; a peça extrusada que 
emerge tem a forma desejada e uma área de seção reta reduzida. 
r106 
Materiais de Construção - Tintas 
Extrusão 
● Produtos de extrusão incluem hastes e tubulações que têm geometrias de 
seção reta bastante complicadas, tubulação sem costura pode também ser 
extrusada. 
r107 
Materiais de Construção - Tintas 
Estiramento 
● É o puxamento de uma peça de metal através de uma matriz que tem um furo 
cônico por meio de uma força de tração que é aplicada no lado da saída. 
 
● Resulta em uma redução da seção reta, com um correspondente aumento em 
comprimento. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Estiramento 
● A operação total de estiramento pode consistir de um número de matrizes 
numa sequência em série. 
 
● Hastes, fios e tubulações são comumente fabricados desta maneira. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Fundição 
● É um processo de fabricação no qual um metal inteiramente liquefeito é vazado 
na cavidade de um molde de forma desejada e quando este se solidifica assume a 
forma do molde, mas experimenta alguma contração. 
 
Técnica de fundição são empregadas quando: 
 
 A forma acabada é tão grande ou complicada que qualquer outro método 
seria impraticável; 
 
 Qualidade e resistência não são considerações importantes (isto é, é aceito 
que a inevitável existência de defeitos internos e uma estrutura de grão 
menos desejável conduz a características mecânicas pobres); 
 
 Uma liga em particular é de ductilidade tão baixa que a conformação por 
trabalho frio seria difícil; 
 
 Em comparação a outros processos de fabricação a fundição é a mais 
econômica. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Fundição em areia 
● É provavelmente o método mais comum, onde areia é usada como material do 
molde. 
 
● Um molde em duas peças é formado pela compactação da areia ao redor de 
um modelo que tem a forma da peça fundida desejada. 
 
● Além disso, um sistema de alimentação é usualmente incorporado no molde 
para acelerar o escoamento do metal liquido para dentro da cavidade e minimizar 
os defeitos internos de fundição. 
 
● Partes fundidas em areia incluem blocos de cilindros de automotivos, hidrantes 
de incêndio e grandes conexões de tubos. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fundição em areia 
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Fundição em areia 
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Fundição em areia 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fundição em areia 
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Fundição em areia 
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Materiais de Construção - Tintas 
Fundição em matriz 
● Na fundição em matriz, o metal líquido é forçado para dentro de um molde sob 
pressão e numa velocidade relativamente alta, e deixando solidificar-se com a 
pressão mantida. 
 
● Um molde (ou matriz) permanente de aço em duas peças é usado e quando 
grampeadas juntas, as duas peças formam a forma desejada. 
 
● Quando completa solidificação tiver sido alcançada, as peça da matriz são 
abertas e a peça fundida ejetada. 
 
● Altas taxas de fundição são possíveis, tornando este um método barato, além 
disso um único conjunto de matrizes pode ser usado em milhares de fundições. 
 
● Entretanto, esta peça presta-se apenas para peças relativamente pequenas e as 
ligas de zinco, alumínio, chumbo, e magnésio que têm baixa temperaturas de 
fusão. 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fundição em matriz 
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Materiais de Construção – Ligas Metálicas 
Fundição em matriz 
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Materiais de Construção - Tintas 
Fundição de investimento / cera (espuma) perdida 
● Para fundição de investimento (às vezes chamada fundição de cera ou espuma 
perdida), o modelo é feito de um cera ou de um plástico que tem baixo ponto de 
fusão. 
 
● Ao redor do modelo é vazado uma lama fluida, que forma um molde sólido (ou 
investimento), sendo usualmente usado gesso. 
 
● O molde é então aquecido, de tal maneira que o modelo se funde e é 
queimado, deixando para trás uma cavidade de molde tendo a forma desejada. 
 
● Esta técnica é empregada quando alta precisão dimensional, reprodução de 
detalhe fino e um excelente acabamento são requeridos, como por exemplo, na 
joalheria e nas coroas e implantes dentários. 
 
● Para a fabricação de lâminas (os pás) para turbinas a gás e propulsores de 
motores a jato é também usada na fundição de investimento. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metalurgia do pó 
● Outra técnica de fabricação envolve a compactação do pó de um metal, seguida 
por um tratamento térmico para produzir uma peça mais densa. 
 
● A metalurgia do pó torna possível produzir uma peça virtualmente não-porosa 
tendo propriedades quase equivalentes àquelas do material matriz inteiramente 
denso. 
 
● Este método é especialmente adequado para metais tendo baixa ductilidade, 
uma vez que apenas deformações plásticas das partículas do pó tendem a 
ocorrer. 
 
● Metais com alta temperatura de fusão são de difíceis fusão, fundição e 
fabricação podem ser facilmente trabalhados usando metalurgia do pó. 
 
● Além disso, partes que requerem tolerâncias dimensionais muito estreitas (por 
exemplo, buchas e engrenagens) podem ser produzidas economicamente usando 
esta técnica. 
 
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Materiais de Construção - Tintas 
Soldagem 
● Na soldagem duas ou mas partes metálicas são unidas para formar uma única 
peça quando a fabricação como uma única parte é cara ou inconveniente. 
 
● Metais tanto similares quanto dissimilares podem ser soldados juntos. 
 
● A ligação para ajuntamento é metalúrgica (envolvendo alguma difusão) em vez 
de unicamente mecânica, como ocorre com o rebitamento ou a junção com 
parafuso e porca. 
 
● Existe uma variedade de métodos de soldagem, incluindo soldagem a arco e 
soldagem a gás, bem como brazagem e soldagem com solda branca. 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – PONTO DE FUSÃO 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – RESISTIVIDADE ELÉTRICA 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – CONDUTIVIDADE TÉRMICA 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – RESISTÊNCIA MECÂNICA 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – DENSIDADE 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – RESISTÊNCIA ESPECÍFICA 
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Materiais de Construção - Tintas 
Metais – TENACIDADE À FRATURA 
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