19 MEC MB 2 Tecnologia Mecânica I

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Tecnologia Mecânica I 
 
 SENAI- SP, 1999 
 
 
Trabalho elaborado pela Escola SENAI Roberto Simonsen - Centro Nacional de 
Tecnologia em Mecânica, do Departamento Regional de São Paulo. 
 
 
Coordenação Geral Dionisio Pretel 
 
Coordenação Paulo Roberto Martins 
 Laur Scalzaretto 
 
Organização Adriano Ruiz Secco 
Sílvio Audi 
 
Editoração Adriano Ruiz Secco 
Écio Gomes Lemos da Silva 
Silvio Audi 
 
 
 
Adaptado de 
Supervisores de Primeira Linha - Tecnologia de Materiais 
TC 2000 - Profissionalizante - Materiais 
Metalmecânica – Teoria Caminhão Betoneira 
 
 
 
 
 
Escola SENAI Roberto Simonsen 
Rua Monsenhor Andrade, 298 – Brás 
CEP 03008-000 - São Paulo, SP 
Tel. 011 3322-5000 Fax 011.3322-5029 
E-mail: senaibras@sp.senai.br 
Home page: http://www.sp.senai.br 
 
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página
Gusa 3
Ferro fundido 17
Aços 26
Esforços mecânicos 48
Fundição 53
Forjamento 62
Extrusão 69
Trefilação 75
Laminação 80
Movimentos de usinagem 88
Processos mecânicos de usinagem 96
Velocidade de corte 103
Acabamento superficial 109
Ferramentas de corte 116
Referências bibliográficas 129
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A história do homem é a história do domínio da tecnologia dos
materiais. Não é à toa que alguns de seus períodos se confun-
dem com os materiais mais usados neles: Idade da Pedra, Idade
do Bronze, Idade do Ferro. Ou com atividades econômicas relaci-
onados ao domínio dessa tecnologia, como a Revolução In-
dustrial.
De fato, durante milhares de anos, essa evolução foi bastante
lenta, para depois, em apenas pouco mais de 200 anos, acelerar-
se de forma incrível, proporcionando ao ser humano, principal-
mente nos países industrializados, cada vez mais conforto e tem-
po para lazer.
Este é, com certeza, o verdadeiro motivo que mantém o ser hu-
mano na pesquisa constante de novos materiais: o que ele quer,
na verdade, é viver bem e ter mais tempo para si mesmo e para
sua família. Se ele consegue, ou não, já é outro problema.
De todos os materiais à disposição da indústria, certamente o fer-
ro fundido e o aço são os mais utilizados. E não é só na indústria
mecânica, não: eles estão também na construção civil em edifíci-
os, viadutos e pontes, ajudando a manter unidas as estruturas de
concreto; na indústria elétrica, na fabricação de motores que au-
xiliam a movimentar máquinas e equipamentos industriais.
O que você deve sempre se lembrar é que todo o progresso con-
seguido na tecnologia de fabricação do ferro fundido e do aço
não foi apenas o resultado da abundância do metal na crosta ter-
restre, o que facilitou sua utilização. Foi também conseqüência da
curiosidade do homem para saber mais sobre a estrutura e o
comportamento desses materiais.
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Assim, ao longo da história da humanidade, o homem descobriu
como minerar, beneficiar e melhorar as propriedades dos metais
resultantes desse processo.
Hoje é praticamente impossível encontrar alguma área da ativi-
dade humana na qual o metal não esteja presente e intimamente
ligado ao desenvolvimento. Mas, para isso, o homem percorreu
um longo caminho: o ouro teria sido o primeiro metal a ser usado,
aproximadamente 8.000 anos antes de Cristo. Ele é um metal
encontrado em estado puro na natureza e não necessita de pro-
cesso de beneficiamento. Seu brilho foi o que, provavelmente,
chamou a atenção de nossos antepassados. Contudo, apesar de
ser facilmente trabalhável devido a suas propriedades (alta ducti-
lidade, baixa dureza e baixa resistência mecânica), essas mes-
mas propriedades impediram que o material fosse usado para fi-
nalidades práticas, como a fabricação de armas e ferramentas.
O primeiro metal que foi usado como matéria-prima tanto para
objetos de adorno quanto para ferramentas foi o cobre. Os livros
de História nos ensinam que, 7.000 anos antes de Cristo, o ho-
mem já fazia experiência com esse metal em um lugar hoje cha-
mado Anatólia, lá na antiga União Soviética. Por acaso, os primei-
ros artesãos descobriram que, apesar de bastante dúctil e maleá-
vel, o cobre ficava mais duro quando martelado com outra ferra-
menta. Descobriu também que era fácil soldá-lo com ele mesmo
e que, assim, era possível construir ferramentas mais complexas.
Além disso, o cobre liga-se facilmente a outros metais. Assim,
naturalmente e embora também por acaso, o homem descobriu a
primeira liga que continha como base o cobre e ao qual se acres-
centava arsênico. Parece que um caçador distraído fundiu sem
querer na fogueira do seu acampamento esses dois materiais
que estavam ali juntos, no chão.
O resultado foi um metal muito mais duro e resistente do que o
cobre puro. O homem percebeu isso e passou a preferir essa liga
ao metal puro. Mais tarde ele substituiu o arsênico pelo estanho
que, apesar de mais raro e difícil de ser obtido, era mais seguro
para ser trabalhado. Estava descoberto o bronze.
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Apesar de ser o quarto elemento mais abundante existente na
crosta terrestre (5,01%) e de existir em quantidades muito maio-
res que o cobre (só 0,01%), o ferro só começou a ser usado
muito depois (por volta de 3500 a.C.) devido às dificuldades de
processamento. O homem da Antigüidade conhecia esse metal
como o “Metal do Céu” ou o “Metal das Estrelas”, talvez porque o
ferro que ele usava naquela época fosse retirado de meteoritos.
Esse homem trabalhava o ferro por uma técnica chamada forja-
mento, na qual o metal é aquecido até ficar incandescente, ou
seja, até ficar vermelho, e martelado até atingir a forma desejada.
Assim, não era necessário fundir o metal, pois essa técnica ele
ainda não dominava.
Bem mais tarde, por volta do ano 1000 a.C. na China, foram
construídos os primeiros fornos de redução do minério de ferro
para a produção de aço e, depois, de ferro fundido. Essa tecnolo-
gia, de fundição bem sofisticada, foi desenvolvida, independen-
temente, na Europa só muito mais tarde, no século XIV.
Depois, a partir da segunda metade do século XIX, com o desen-
volvimento do alto-forno e o descobrimento do processo de dimi-
nuição do carbono do ferro-gusa, foi possível obter o ferro fundido
e o aço em grandes quantidades. A partir daí, o caminho estava
aberto para todas as utilizações desses materiais que se fazem
hoje.
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Falamos de História e você viu que levou muito tempo para que o
homem pudesse transformar o ferro no metal mais importante
para a indústria mecânica atualmente, apesar do desenvolvi-
mento do alumínio e do avanço do plástico e da cerâmica. Você
viu que essa demora aconteceu devido às dificuldades de pro-
cessamento do metal.
A natureza dos materiais estão reunidos em dois grandes grupos:
os materiais metálicos e os não-metálicos. No grupo dos materi-
ais metálicos, existem dois grupos: os materiais metálicos ferro-
sos e os materiais metálicos não-ferrosos.
O dicionário diz que metal, quando em estado sólido, é um mate-
rial com estrutura na forma de cristais, compostos por elementos
químicos eletropositivos e que tem como propriedades a dureza,
a resistência mecânica, a plasticidade e a condutividade térmica e
elétrica. E, para que o material metálico seja considerado ferroso,
é preciso que ele se constitua de uma liga de ferro com carbono e
outros elementos como o silício, o manganês, o fósforo, o enxo-
fre. Quando a quantidade de carbono presente no metal ferroso
fica entre 2,11% e 4,5%, temos o ferro fundido. Se a quantidade
de carbono for menor do que 2,11%%, temos o aço.
O problema é que a gente não tropeça em pedaços de ferro fun-
dido e aço, a não ser que vá a um depósito de ferro-velho. Na
natureza, o máximo que se encontra é o minério de ferro, que
precisa ser processado para ser transformado em ferro fundido
ou aço.
Vamos ver, então, que história é essa de minério. Bem, os metais
podem estar puros na natureza, como o ouro e a platina, ou sob a
forma de minerais, ou seja, combinações de metais com outroselementos formando óxidos, sulfetos, hidratos, carbonatos.
Óxidos são compostos constituídos por um elemento químico
qualquer ligado ao oxigênio. Por exemplo: Al2O3 (alumínia), Fe2O3
(hematita).
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Sulfetos são compostos constituídos por um elemento químico
qualquer ligado ao enxofre. Por exemplo: Cu2S.
Hidratos são compostos que contêm água em sua estrutura: Cu-
SO4 - 5H2O.
Carbonatos são compostos que apresentam o grupo CO3 em sua
estrutura. Por exemplo: CaCO3 (carbonato de cálcio).
Quando o mineral contém uma quantidade de metal e de impure-
zas que compensa a exploração econômica, ele recebe o nome
de minério. O lugar onde esses minérios aparecem em maior
quantidade é chamado de jazida. O Brasil, por exemplo, possui
grandes jazidas de minério de ferro. E, por falar em minério de
ferro, o quadro a seguir resume informações sobre ele.
Tipo
Designação
mineralógica
Designação
química
Fórmula
Teor
metálico
Observações
Carbonato Siderita
Carbonato
ferroso
FeCO3 25 a 45% Existe pouco no Brasil
Magnetita
Óxido ferroso-
férrico
Fe3O4 45 a 70%
Tem propriedades
magnéticas
Óxidos Limonita
Óxido férrico
triidratado
Fe2O3 .
3H2O
40 a 60%
Utilizando no alto-
forno após pelotização
ou sinterização
Hematita Óxido férrico Fe2O3 45 a 70% Abundante no Brasil
Adaptado de: Materiais de Construção, Eládio G. R. Petrucci, Porto Alegre: Editora Globo,
1976, pág. 219
Além dos elementos da fórmula química mostrados no quadro
acima, o minério de ferro contém ainda cal, sílica, alumina, enxo-
fre, manganês e magnésio, em quantidades bem pequenas. Para
o processo de transformação, alguns deles são considerados im-
purezas.
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Mas será que a gente usa o minério assim, do jeito que ele sai da
jazida? Claro que não! Imagine o padeiro usando os grãos de tri-
go do modo como eles saem lá do campo, onde foram cultiva-
dos... Não dá para fazer o pão, certo? Com o minério de ferro é a
mesma coisa: é preciso prepará-lo para que ele fique adequado
para ser empregado como matéria-prima. O processo até que
não é complicado, embora exija uma tecnologia que o homem
demorou para dominar.
A principal função da preparação do minério de ferro é torná-lo
adequado ao uso no alto-forno. O que a gente faz durante esse
processo depende da qualidade do minério de que se dispõe. Por
exemplo, nas jazidas do Brasil há grande quantidade de minério
de ferro em pó. Isso significa que, cerca de 55% do minério é en-
contrado em pedaços que medem menos de 10 mm. Como o
alto-forno, equipamento onde se produz o ferro-gusa, só trabalha
com pedaços entre 10 e 30 mm, isso se tornou um problema. Po-
rém, o aumento das necessidades mundiais de aço trouxe condi-
ções econômicas para se desenvolver processos que permitem a
utilização desse tipo de minério: esses processos são a sinteriza-
ção e a pelotização.
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Com a sinterização, são obtidos blocos feitos com partículas de
minério de ferro, carvão moído, calcário e água. Isso tudo é mis-
turado até se obter um aglomerado. Depois, essa mistura é colo-
cada sobre uma grelha e levada a um tipo especial de equipa-
mento que, com a queima de carvão, atinge uma temperatura
entre 1.000ºC e 1.300ºC. Com esse aquecimento, as partículas
de ferro derretem superficialmente, unem-se umas às outras e
acabam formando um só bloco poroso. Enquanto ainda está
quente, esse bloco é quebrado em pedaços menores chamados
sínter.
Outra maneira de beneficiar o minério de ferro é por meio da pe-
lotização. Por esse processo, o minério de ferro é moído bem fino
e depois umedecido para formar um aglomerado. O aglomerado
é, então, colocado em um tipo de moinho em forma de tambor.
Conforme esse tambor gira, os aglomerados vão sendo unidos
até se transformarem em pelotas (daí o nome: pelotização). De-
pois disso, essas pelotas são submetidas à secagem e queima
para endurecimento.
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Depois que o minério de ferro é beneficiado, ele vai para o alto-
forno para se transformar em ferro-gusa. O ferro-gusa é a maté-
ria-prima para a fabricação do aço e do ferro fundido. Só que
nesse processo, a gente não coloca só o minério de ferro no alto-
forno, põe fogo embaixo e pronto. O ferro-gusa também tem sua
“receitinha” com “ingredientes” especiais. Esses ingredientes são
os fundentes, os desoxidantes, desfosforizantes (materiais que
ajudam a eliminar as impurezas) e os combustíveis.
O fundente, isto é, o material que ajuda o minério de ferro a se
fundir, é o calcário. Esse material é uma rocha constituída por
carbonato de cálcio que, por sua vez, é uma combinação de cál-
cio com carbono e oxigênio.
Para eliminar as impurezas que, como dissemos lá atrás, os mi-
nérios contêm, temos que colocar, em nossa receita, materiais
que ajudam a eliminá-las. Assim, por exemplo, a cal é usada
como fundente, ou seja, torna líquida a escória do ferro-gusa. O
minério de manganês ajuda a diminuir os efeitos nocivos do en-
xofre que é uma impureza que torna o aço mais frágil. Esse miné-
rio é também um desoxidante, isto é, elimina oxigênio que con-
tamina o aço.
Os combustíveis são muito importantes na fabricação do ferro-
gusa, pois precisam ter um alto poder calorífico. Isso quer dizer
que têm de gerar muito calor e não podem contaminar o metal
obtido. Dois tipos de combustíveis são usados: o carvão vegetal e
o carvão mineral.
Por suas propriedades e seu elevado grau de pureza, o carvão
vegetal é considerado um combustível de alta qualidade. Na in-
dústria siderúrgica brasileira, esse tipo de combustível participa,
ainda, em cerca de 40% da produção total de ferro fundido. Suas
duas grandes desvantagens são o prejuízo ao ambiente (desflo-
restamento) e a baixa resistência mecânica, muito importante no
alto-forno, porque o combustível fica embaixo da carga e tem que
agüentar todo o seu peso.
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O carvão mineral produz o coque, que é o outro tipo de combus-
tível usado no alto-forno. Para que ele tenha bom rendimento,
deve apresentar um elevado teor calorífico e alto teor de carbono,
além de apresentar grande resistência ao esmagamento para re-
sistir ao peso da coluna de carga.
Além de serem combustíveis, tanto o coque quanto o carvão ve-
getal têm mais duas funções: gerar gás redutor ou agir direta-
mente na redução, e assegurar a permeabilidade à coluna de
carga. Isso quer dizer que eles permitem que o calor circule com
facilidade através da carga.
Juntando-se essas matérias-primas dentro do alto-forno, obtém-se
o ferro-gusa, a partir do qual se fabrica o aço e o ferro fundido.
O ferro-gusa é um material duro e quebradiço, formado por uma
liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande quan-
tidade de carbono e um pouco de silício, manganês, fósforo e en-
xofre.
O grande problema tecnológico que envolve a fabricação do gu-
sa, é a obtenção das altas temperaturas que favoreçam a absor-
ção do carbono.
Um povo chamado Hitita foi o primeiro a explorar a “indústria” do
ferro, mais ou menos 1.700 anos antes de Cristo, ao sul do Cáu-
caso. Para obter o ferro, eles faziam um buraco no chão e, dentro
dele, aqueciam uma mistura do minério e carvão vegetal.
Desse modo, formava-se uma massa pastosa que eles batiam,
para eliminar as impurezas e, depois, trabalhavam por forjamen-
to. Com esse processo, fabricavam punhais, espadas e armadu-
ras que “exportavam” para os países vizinhos.
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A próxima etapa foi o desenvolvimento de um forno semi-
enterrado onde se colocavam camadas de minério de ferro e car-
vão e no qual era soprado ar, por um fole manual, que aumentava
a combustão, do mesmo jeito que as labaredas na churrasqueira
aumentam, quando a gente abana as brasas de carvão. Nessas
condições, a temperatura podia atingir entre 1.000ºC e 1.200ºC e
se obtinha uma massa pastosa de ferro, da qual o oxigênio do
minério havia sido eliminado por redução.
Aevolução seguinte foi a elevação das cubas acima do solo. A
combustão era ativada por foles movidos a energia hidráulica (ro-
das d’água), que também movia os martelos que batiam na mas-
sa de metal que saía do forno.
Na Europa, no começo do século XIV, os fornos tinham se torna-
do tão altos e as condições de insuflação de oxigênio tão aperfei-
çoadas, que a temperatura de combustão aumentou muito. Isso
permitiu que o ferro absorvesse carbono e, finalmente, saísse lí-
quido do forno. Esse produto, embora duro e quebradiço, podia
ser novamente derretido com mais facilidade e ser vazado em
moldes. Surgiam o alto-forno e a fundição.
Com o desenvolvimento dos processos de eliminação do excesso
de carbono, o alto-forno aumentou a produção do aço, introduziu
novos processos de fabricação (trefilação e laminação), criou no-
vos produtos e novas necessidades. Isso trouxe um sério proble-
ma ecológico: começou a faltar madeira para a produção de car-
vão vegetal usado nos fornos. Na Inglaterra, no século XVIII, fi-
nalmente, descobriu-se que o coque, um produto sólido da desti-
lação do carvão mineral, servia como combustível para produzir o
Trefilação
 é um processo de
fabricação por conformação
mecânica, que transforma
materiais metálicos em fios.
Laminação
 também é um
processo de conformação
mecânica, que transforma
materiais metálicos em
chapas.
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ferro-gusa. Daí, para chegar ao alto-forno como o conhecemos
hoje, foi um caminho muito mais fácil e rápido.
Hoje, um alto-forno pode ter até 35 metros de altura. Fica dentro
de um complexo industrial chamado usina siderúrgica e é o prin-
cipal equipamento utilizado na metalurgia do ferro. Sua produtivi-
dade diária gira em torno de 8.000 toneladas.
Alto-forno
O alto-forno é construído de tijolos e envolvido por uma carcaça
protetora de aço. Todas as suas partes internas, sujeitas a altas
temperaturas, são revestidas com tijolos chamados “refratários”
porque suportam essas temperaturas sem derreter. Três zonas
fundamentais caracterizam o alto-forno: o fundo chamado cadi-
nho; a segunda seção chamada rampa; e a seção superior cha-
mada cuba.
O cadinho é o lugar onde o gusa líquido é depositado. A escória
(conjunto de impurezas que devem ser separadas do gusa), que
A primeira empresa siderúr-
gica brasileira a utilizar
coque no alto-forno foi a
Companhia Siderúrgica
Nacional (CSN), implantada
em Volta Redonda, no
estado do Rio de Janeiro.
Era uma empresa estatal,
criada por decreto do
governo de Getúlio Vargas,
em 9 de abril de 1941 e
privatizada em 2 de abril
de 1993.
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se forma durante o processo, flutua sobre o ferro que é mais pe-
sado. No cadinho há dois furos: o furo de corrida, aberto de tem-
pos em tempos para que o ferro líquido escoe, e o furo para o
escoamento da escória.
Como a escória flutua, o furo para seu escoamento fica acima do
furo de corrida. Assim, sobra espaço para que uma quantidade
razoável de ferro seja acumulada entre as corridas.
Na rampa, acontecem a combustão e a fusão. Para facilitar esses
processos, entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que
são furos distribuídos uniformemente por onde o ar pré-aquecido
é soprado sob pressão.
A cuba ocupa mais ou menos dois terços da altura total do alto-
forno. É nela que é colocada, alternadamente e em camadas su-
cessivas, a carga, composta de minério de ferro, carvão e os fun-
dentes (cal, calcário).
Quando o minério de ferro, o coque e os fundentes são introduzi-
dos na parte superior (goela) da rampa, algumas coisas aconte-
cem:
• os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eli-
minado do minério de ferro;
• a ganga se funde, isto é, as impurezas do minério se derre-
tem;
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• gusa se funde, quer dizer, o ferro de primeira fusão se derre-
te;
• ferro sofre carbonetação, quer dizer, o carbono é incorporado
ao ferro líquido;
• certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou
seja, algumas impurezas são incorporadas ao gusa.
Tudo isso não é nenhuma mágica. São, apenas, as reações quí-
micas provocadas pelas altas temperaturas obtidas lá dentro do
forno que trabalham com o princípio da contra-corrente. Isso quer
dizer que enquanto o gás redutor, resultante da combustão sobe,
a carga sólida vai descendo.
Por causa dessa movimentação, três zonas aparecem dentro do
alto-forno:
• a zona onde ocorre o pré-aquecimento da carga e a redução,
ou eliminação do oxigênio, dos óxidos de ferro;
• a zona de fusão dos materiais;
• a zona de combustão que alimenta as duas primeiras.
A redução dos óxidos de ferro acontece à medida que o minério,
o agente redutor (coque ou carvão vegetal) e os fundentes (calcá-
rio ou dolomita) descem em contra-corrente, em relação aos ga-
ses. Esses são o resultado da queima do coque (basicamente,
carbono) com o oxigênio do ar quente (em torno de 1.000ºC) so-
prado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustão,
principalmente para cima, e queimam os pedaços de coque que
estão na abóbada (ou parte superior) da zona de combustão.
A escória é uma espécie de massa vítrea formada pela reação
dos fundentes com algumas impurezas existentes no minério. Ela
pode ser aproveitada para a fabricação de fertilizantes ou de ci-
mentos para isolantes térmicos.
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Conforme o coque vai se queimando, a carga vai descendo para
ocupar os espaços vazios. Esse movimento de descida vai se es-
palhando lateralmente pela carga, até atingir toda a largura da
cuba.
As reações de redução, carbonetação e fusão que nós descre-
vemos anteriormente geram dois produtos líquidos: a escória e o
ferro-gusa, que são empurrados para os lados, pelos gases que
estão subindo e escorrem para o cadinho, de onde saem pelo
furo de corrida (gusa) e pelo furo da escória.
Ao sair do alto-forno, o gusa (com teor de carbono entre 3,0 e
4,5%) pode seguir um, entre dois caminhos: pode ir para a fundi-
ção, para ser usado na fabricação de peças de ferro fundido, ou
pode ir para a aciaria, onde pode ser misturado com sucata de
aço ou, eventualmente, com outros metais, para se transformar
em aço, ou seja, uma liga ferrosa com um teor de carbono de
menos de 2,11%.
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Esse material é “filho” do gusa, funde a temperaturas bem mais
baixas que o aço e apresenta características que o tornam um
material único, indicado para aplicações bem específicas.
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Os ferros fundidos são ligas de ferro e carbono com teores ele-
vados de silício e são fabricados a partir do ferro-gusa. Só que no
ferro fundido, o carbono está presente com teores entre 2,11% e
4,5%. E, se eles têm mais carbono, o que acontece? Claro! Eles
ficam mais duros do que o aço. Além disso, por causa do silício,
forma-se grafite em sua estrutura. Por isso eles são... Isso mes-
mo! Mais frágeis! Portanto, não é possível forjá-los, estirá-los, la-
miná-los ou vergá-los em qualquer temperatura.
Mas, como é que o gusa se transforma em ferro fundido? A
transformação acontece em dois tipos de fornos: o forno elétrico
e o forno cubilô. No forno elétrico, o processo é semelhante ao de
produção do aço.
O forno cubilô trabalha com ferro-gusa, sucata de aço, calcário
(para separar as impurezas), ferro-silício, ferro-manganês e co-
que, como combustível. Ele funciona sob o princípio da contra-
corrente (como o alto-forno), ou seja, a carga metálica e o coque
descem e os gases sobem.
Para começar, limpa-se o forno, que é uma carcaça cilíndrica,
vertical de aço, revestida internamente com tijolos refratários. Em
seguida, coloca-se um pouco de madeira e o coque no fundo e
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ateia-se fogo. Quando o fogo atravessa toda a camada de coque
e madeira, liga-se o sopro de ar. Nesse momento, é iniciada a
carga: em camadas, são colocadas quantidades predeterminadas
de ferro-gusa, sucata, coque e fundente (calcário). Esse carre-
gamento continua, atéatingir o nível da porta de carga e assim
deve ser mantido durante toda a operação.
Por falar nisso, essa operação pode ser intermitente ou contínua.
Se ela for intermitente, a corrida metálica, ou seja, a retirada do
ferro fundido do forno, é feita periodicamente, sempre que neces-
sário. No segundo caso, o material fundido (metal e escória) é
despejado continuamente na calha de vazamento.
Nessa calha, há uma bacia que separa a escória do metal. Esta,
por apresentar menor densidade, flutua e escorre lateralmente. O
ferro corre para a panela de fundição.
O forno cubilô não permite que se faça um controle rigoroso da
composição química do metal. Por isso, ele é empregado para a
produção de ferro fundido que será usado na fabricação de peças
que não sofrerão grandes esforços. Para a produção de ferros
fundidos de alta qualidade, são usados fornos elétricos ou fornos
cubilô em conjunto com os fornos elétricos.
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O ferro fundido é o que chamamos de uma liga ternária. Isso quer
dizer que ele é composto de três elementos: ferro, carbono
(2,11% a 4,5%) e silício (1 a 3%). Existe ainda o ferro fundido li-
gado, ao qual outros elementos de liga são acrescentados para
dar alguma propriedade especial à liga básica.
Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira
como o material é resfriado ou tratado termicamente, o ferro fun-
dido será cinzento, branco, maleável ou nodular. O que determina
a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do
material depois que ele resfriou. E essa aparência, por sua vez, é
determinada pela forma como o carbono se apresenta depois que
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a massa metálica solidifica. E ele se apresenta sob duas formas:
como cementita (Fe3C) ou como grafita, um mineral de carbono
usado, por exemplo, na fabricação do lápis.
Assim, no ferro fundido cinzento, o carbono se apresenta sob a
forma de grafita, em flocos ou lâminas, que dá a cor acinzentada
ao material. Como o silício favorece a decomposição da cemen-
tita em ferro e grafita, esse tipo de liga ferrosa apresenta um teor
maior de silício (até 2,8%). Outro fator que auxilia na formação da
grafita é o resfriamento lento.
Os ferros fundidos cinzentos apresentam boa usinabilidade e
grande capacidade de amortecer vibrações. Por causa dessas
características, são empregados nas indústrias automobilística,
de equipamentos agrícolas e de máquinas e, na mecânica pesa-
da, na fabricação de blocos e cabeçotes de motor, carcaças e
platôs de embreagem, suportes, barras e barramentos para má-
quinas industriais.
O ferro fundido branco é formado no processo de solidificação,
quando não ocorre a formação da grafita e todo o carbono fica na
forma de carboneto de ferro (ou cementita). Daí, sua cor clara.
Para que isso aconteça, tanto os teores de carbono quanto os de
silício devem ser baixos e a velocidade de resfriamento deve ser
maior. Nos ferros fundidos brancos ligados, elementos como o
cromo, o molibdênio e o vanádio funcionam como estabilizadores
dos carbonetos, aumentando a dureza.
	
Por causa da elevada dureza, os ferros fundidos brancos são frá-
geis, embora tenham uma grande resistência à compressão, ao des-
gaste e à abrasão. Essa resistência e dureza se mantêm mesmo em
temperaturas elevadas. Por isso, esse tipo de material ferroso é em-
pregado em equipamentos de manuseio de terra, mineração e moa-
gem, rodas de vagões e revestimentos de moinhos.
O ferro fundido maleável é um material que reúne as vantagens
do aço e as do ferro fundido cinzento. Assim, ele tem, ao mesmo
tempo, alta resistência mecânica e alta fluidez no estado líquido,
o que permite a produção de peças complexas e finas.
O ferro fundido maleável é produzido a partir de um ferro fundido
branco submetido a um tratamento térmico, por várias horas, que
torna as peças fabricadas com esse material mais resistentes ao
choque e às deformações. Dependendo das condições do trata-
mento térmico, o ferro pode apresentar o núcleo preto ou branco.
O ferro fundido maleável de núcleo preto (ou americano) passa
por um tratamento térmico em atmosfera neutra, em que a ce-
mentita se decompõe em ferro e carbono e, no qual, o carbono
forma uma grafita compacta, diferente da forma laminada dos fer-
ros fundidos cinzentos. Ele é usado para a fabricação de suportes
de molas, caixas de direção, cubos de rodas, bielas, conexões
para tubulações hidráulicas e industriais.
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O ferro fundido maleável de núcleo branco passa
por um tratamento térmico, em atmosfera
oxidante, no qual o carbono é removido por
descarbonetação, não havendo formação de
grafita. Por causa disso, ele adquire característi-
cas semelhantes às de um aço de baixo carbono
e pode ser soldado. É um material indicado para
a fabricação de barras de torção, corpos de
mancais, flanges para tubos de escapamento.
Finalmente, temos o ferro fundido nodular, cuja estrutura apresenta
partículas arredondadas de grafita. Isso é obtido com a adição de
elementos, como o magnésio, na massa metálica ainda líquida.
Com o auxílio de tratamentos térmicos adequados, esse material
pode apresentar propriedades mecânicas, como a ductilidade, a
tenacidade, a usinabilidade e as resistências mecânica e à corro-
são, melhores do que as de alguns aços-carbono.
Por causa disso e do menor custo de processamento, está subs-
tituindo alguns tipos de aços e os ferros fundidos maleáveis na
maioria de suas aplicações. Mancais, virabrequins, cubos de
roda, caixas de diferencial, peças de sistema de transmissão de
automóveis, caminhões e tratores são produtos fabricados com o
ferro fundido nodular. Essas informações estão reunidas no qua-
dro a seguir:
Tipo de ferro fundido Propriedades Produtos
Ferro fundido cinzento Boa usinabilidade.
Capacidade de amortecer
vibrações.
Blocos e cabeçotes de
motor, carcaças e platôs de
embreagem, discos e
tambores de freio; suportes,
bases e barramentos de
máquinas industriais.
Ferro fundido branco Dureza e fragilidade.
Elevada resistência à
compressão.
Resistência ao desgaste e
à abrasão.
Equipamentos de manuseio
de terra, mineração e
moagem; rodas de vagões;
revestimentos de moinhos.
Ferro fundido maleável
(preto ou branco)
Alta resistência mecânica e
alta fluidez no estado
líquido.
Resistência ao choque e às
deformações.
Suportes de molas, caixas
de direção, cubos de roda;
conexões para tubulações
hidráulicas e industriais;
suportes de barras de
torção, copos de mancais,
flanges para tubos de
escapamento.
Ferro fundido nodular Ductilidade, tenacidade,
usinabilidade.
Resistência mecânica e à
corrosão.
Mancais, virabrequins,
caixas de diferencial,
carcaças de transmissão,
caixas satélites para
automóveis, caminhões e
tratores.
Os produtos de ferro fundido, assim como os de aço, e de qual-
quer outro tipo de material, são normalizados, ou seja, seguem as
normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
Nos catálogos, esses produtos são apresentados de acordo com
designações ou especificações dessas normas.
Você deve se lembrar, também, que as propriedades dos ferros
fundidos em particular e de outros metais, em geral, são melho-
radas não só com a adição de elementos de liga, mas também
por meio de tratamento térmico, ou seja, um tratamento em que o
metal é aquecido e resfriado sob condições controladas. Esse
tipo de tratamento interfere na estrutura do material.
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Os produtos fabricados são normalizados por um conjunto de
normas ou padrões, de modo a garantir que as matéria primas e
os componentes de um projeto apresentem as características e
propriedades adequadas, bem como a permitir repor com facili-
dade qualquer peça.
Os catálogos de fabricantes trazem sempre as normas técnicas relati-
vas aos produtos existentes no mercado e são atualizados deacordo
com a modernização da indústria.
No Brasil, essas informações são padronizadas pela norma NBR
6589 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) que,
por sua vez, é uma reunião das normas estabelecidas pela AISI
(American lron and SteeL lnstitute - Instituto Americano do Ferro
e do Aço) e pela SAE (Society of Automotive lndustry - Sociedade
da lndústria Automotiva).
As normas para o ferro fundido estão baseadas nos dados cor-
respondentes a suas propriedades de resistência à tração, alon-
gamento e limite de escoamento e são representadas por núme-
ros e letras. Para cada tipo de ferro fundido existe um padrão e
uma representação.
Assim, o ferro fundido cinzento é classificado pela norma NBR
6589, de acordo com seus limites de resistência à tração. A clas-
sificação é codificada por duas letras e um número de três dígi-
tos: FC-XXX. As letras FC indicam que é o ferro cinzento e o
número indica a resistência à tração em MPa, abreviatura de Me-
ga Pascal, é uma unidade de medida de pressão equivalente a
um Newton por milímetro quadrado ou a aproximadamente um
décimo de quilograma-força por milímetro quadrado.
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A classificação do ferro fundido cinzento pode ser vista na tabela
a seguir.
Tipos MPa
FC-100 100
FC-150 150
FC-200 200
FC-250 250
FC-300 300
FC-400 400
Por exemplo: FC-200 é um ferro fundido cinzento com 200 Mpa
ou aproximadamente 20 kgf/mm2 de resistência à tração.
O ferro fundido nodular é designado por um conjunto de duas le-
tras e um número de cinco dígitos, no qual os três primeiros alga-
rismos indicam a resistência à tração em MPa e os dois últimos, a
porcentagem de alongamento. Segundo a norma NBR 6916, o
ferro fundido modular é classificado nos seguintes tipos: FE
38017, FE 42012, FE 50007, FE 60003, FE 70002 e FE 80002.
Isso significa que FE 50007 é um ferro fundido modular com 500
MPa de resistência à tração e 7,0% de alongamento mínimo.
O ferro fundido maleável de núcleo preto é normalizado pela NBR
6590. Sua designação é composta por três letras e cinco dígitos,
dos quais os três primeiros indicam a resistência à tração em
MPa e os dois últimos representam a porcentagem de alonga-
mento: FMP 30006, FMP 35012, FMP 45007, FMP 50005, FMP
55005, FMP 65003, FMP 70002. Assim, FMP 55005 é um ferro
fundido maleável de núcleo preto com 550 MPa de limite de re-
sistência à tração e 5% de alongamento mínimo.
O ferro fundido maleável de núcleo branco é normalizado pela
NBR 6914 e designado por um conjunto de quatro letras e cinco
dígitos, seguindo o mesmo critério dos ferros fundidos maleáveis
de núcleo preto: FMBS 38012.
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Para o ferro fundido branco não existe uma norma brasileira Se-
gue-se a norma americana ASTM (American Society for Testing
and Materiais - Sociedade Americana de Testes e Materiais) que,
por intermédio da especificação A532-75a, indica as classes em
I, lI, lll, e tipos A, B, C, D , de acordo com a dureza Brinell, o tipo
de moldagem, o tratamento térmico e a composição química.
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Mesmo quando os métodos de fabricação eram bastante rudi-
mentares os artesãos da Antigüidade, na Ásia e, mais tarde, na
Europa medieval, conseguiam fabricar o aço. O aço daquela épo-
ca chamava-se “aço de cementação”. Era uma liga de ferro e
carbono obtida aquecendo-se o ferro em contato com um material
carbonáceo durante um longo tempo. O aço de Wootz, da Índia,
o aço de Damasco e os aços de Toledo, na Espanha, são exem-
plos desse tipo de aço.
Como você deve se lembrar, o problema desses artesãos era que
eles não conseguiam produzir o ferro e, conseqüentemente, o
aço em larga escala. O grande salto da Revolução Industrial foi,
exatamente, desenvolver os métodos corretos para fabricar aços
de melhor qualidade e em quantidades que atendessem às novas
necessidades das indústrias que surgiam.
A partir das pesquisas, foram criadas várias maneiras de se
transformar o ferro gusa em aço. Na verdade, para que isso
aconteça, uma série de reações e modificações químicas aconte-
cem dentro do gusa e elas são sempre as mesmas. O que muda
é o ambiente onde essas reações acontecem e a maneira como
elas são provocadas. Vários tipos de fornos são usados nesses
processos:os conversores e os fornos elétricos
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O produto que sai do alto-forno é o ferro-gusa, uma matéria-
prima com grandes quantidades de carbono e impurezas nor-
mais, como o silício, o manganês, o fósforo e o enxofre. Por cau-
sa disso, o gusa é duro e quebradiço.
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Para transformar o gusa em aço, é necessário que ele passe por
um processo de oxidação - combinação do ferro e das impurezas
com o oxigênio  até que a concentração de carbono e das im-
purezas se reduza a valores desejados.
Até que se descobrisse como fazer isso, os engenheiros deram
tratos à bola. A idéia apresentada, simultaneamente, por um in-
glês, Henry Bessemer, e por um americano, William Kelly, em
1847, foi injetar ar sob pressão a fim de que ele atravessasse o
gusa. Esse processo permitiu a produção de aço em grandes
quantidades.
Os fornos que usam esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou
oxigênio diretamente no gusa líquido, são chamados “converso-
res” e são de vários tipos. Os mais conhecidos são:
• Conversor Bessemer
• Conversor Thomas
• Conversor LD (Linz Donawitz)
O primeiro conversor sobre o qual vamos falar é o Bessemer. É
constituído por uma carcaça de chapas de aço, soldadas e rebi-
tadas. Essa carcaça é revestida, internamente, com uma grossa
camada de material refratário, isto é, aquele que resiste a altas
temperaturas. Seu fundo é substituível e é cheio de orifícios por
onde entra o ar sob pressão. A grande sacada desse forno é seu
formato (os livros técnicos dizem que ele se parece a uma pêra
bem estilizada) que permite seu basculamento. Quer dizer, ele é
montado sobre eixos que permitem colocá-lo na posição hori-
zontal, para a carga do gusa e descarga do aço, e na posição
vertical para a produção do aço.
Este forno não precisa de combustível. A alta temperatura é al-
cançada e mantida, devido às reações químicas que acontecem
quando o oxigênio do ar injetado entra em contato com o carbono
do gusa líquido. Nesse processo, há a combinação do oxigênio
com o ferro, formando o óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, se
combina com o silício (Si), o manganês (Mn) e o carbono (C),
eliminando as impurezas sob a forma de escória e gás carbônico.
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Esse ciclo dura, em média, 20 minutos e o aço resultante desse
processo tem a seguinte composição: 0,10% (ou menos) de car-
bono, 0,005% de silício, 0,50% de manganês, 0,08% de fósforo e
0,25% de enxofre.
O outro conversor é o Thomas, bastante semelhante ao Besse-
mer: ele também é basculante, também processa gusa líquido e
também usa ar nesse processo. A diferença está no revestimento
refratário desse conversor, que é feito com um material chamado
dolomita, que resiste ao ataque da escória à base de cal e, por
isso, esse material permite trabalhar com um gusa com alto teor
de fósforo.
As reações químicas que acontecem dentro desse conversor são
as mesmas que acontecem no conversor Bessemer, ou seja, oxi-
dação das impurezas, combustão do carbono e oxidação do fer-
ro. Esse processo, porém, tem duas desvantagens: não elimina o
enxofre do gusa e o revestimento interno do forno é atacado pelo
silício. Assim, o gusa deve ter baixo teor de silício.
O conversor LD usa também o princípio da injeção do oxigênio. A
diferença é que o oxigênio puro é soprado sob pressão na super-
fície do gusa líquido. Essa injeção é feita pela parte de cima do
conversor. Como é isso? Vamos explicar.
Esse tipo de conversor é constituído de uma carcaça cilíndrica de
aço resistente ao calor, revestido internamente por materiais re-
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fratários de dolomita ou magnesita. A injeção do oxigênio é feita
por meio de uma lança metálica composta de vários tubos de
aço. O jatode oxigênio é dirigido para a superfície do gusa líqui-
do e essa região de contato é chamada de zona de impacto.
Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa e a
temperatura chega a atingir entre 2.500 e 3.000ºC. Isso provoca
uma grande agitação do banho, o que acelera as reações de oxi-
dação no gusa líquido. Nesse conversor, a contaminação do aço
por nitrogênio é muito pequena porque se usa oxigênio puro. Isso
é um fator importante para os aços que passarão por processo
de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminação causa
defeitos na solda.
O uso de conversores tem uma série de vantagens: alta capaci-
dade de produção, dimensões relativamente pequenas, simplici-
dade de operação e o fato de as altas temperaturas não serem
geradas pela queima de combustível, mas pelo calor que se des-
prende no processo de oxidação dos elementos que constituem a
carga de gusa líquido.
Vazamento
 é a
operação de
descarga do aço
do conversor
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Por outro lado, as desvantagens são: impossibilidade de trabalhar
com sucata, perda de metal por queima, dificuldade de controlar
o processo com respeito à quantidade de carbono, presença de
considerável quantidade de óxido de ferro e de gases, que devem
ser removidos durante o vazamento.
Dos conversores, saem aços usados na fabricação de chapas,
tubos soldados, perfis laminados, arames.
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Na primeira parte da nossa aula falamos sobre como transformar
o gusa em aço. Isso poderia dar a falsa impressão de que só o
gusa é matéria-prima para sua fabricação. Se apenas isso fosse
possível, os ferros-velhos não existiriam. E quem ainda não ven-
deu sua sucatazinha lá no ferro-velho do bairro, para ganhar uma
grana extra? Pois é, a gente pode fabricar aço a partir de sucata,
sim. Só que tem que usar outro tipo de forno.
É nos fornos elétricos que se transforma sucata em aço. Por esse
processo, transforma-se energia elétrica em energia térmica, por
meio da qual ocorre a fusão do gusa e da sucata, sob condições
controladas de temperatura e de oxidação do metal líquido. É um
processo que permite, também, a adição de elementos de liga
que melhoram as propriedades do aço e lhe dão características
excepcionais. Por causa disso, esse é o melhor processo para a
produção de aços de qualidade.
Os fornos elétricos são basicamente de dois tipos: a arco elétrico
e de indução. O forno a arco elétrico é constituído de uma carca-
ça de aço feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de
modo a formar um recipiente cilíndrico com fundo abaulado. Essa
carcaça é revestida na parte inferior (chamada soleira) por mate-
riais refratários, de natureza básica (dolomita ou magnesita) ou
ácida (sílica), dependendo da carga que o forno vai processar. O
restante do forno é revestido com tijolos refratários silicosos. Os
eletrodos responsáveis, juntamente com a carga metálica, pela
formação do arco elétrico estão colocados na abóbada (parte su-
perior) do forno.
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A carga de um forno a arco é constituída, basicamente, de sucata
e fundente (cal). Nos fornos de revestimento ácido, a carga deve
ter mínimas quantidades de fósforo e enxofre. Nos fornos de re-
vestimento básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas
de silício.
Durante o processo, algumas reações químicas acontecem: a
oxidação, na qual oxidam-se as impurezas e o carbono, a desoxi-
dação, ou retirada dos óxidos com a ajuda de agentes desoxi-
dantes, e a dessulfuração, quando o enxofre é retirado. É um
processo que permite o controle preciso das quantidades de car-
bono presentes no aço.
Outro forno que usa a energia elétrica para a produção do aço é
o forno de indução, que também processa sucata. O conjunto
que compõe esse forno é formado de um gerador com motor de
acionamento, uma bateria de condensadores e uma câmara de
aquecimento. Essa câmara é basculante e tem, na parte externa,
a bobina de indução.
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O cadinho é feito de massa refratária socada dentro dessa câma-
ra, onde a sucata se funde por meio de calor produzido dentro da
própria carga.
Para a produção do aço, liga-se o forno, e os pedaços de sucata
que devem ser de boa qualidade vão sendo colocados dentro do
forno, à medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fu-
são se completa e que a temperatura desejada é atingida, adicio-
na-se cálcio, silício ou alumínio, que são elementos desoxidantes
e têm a função de retirar os óxidos do metal.
As vantagens da produção do aço nos fornos elétricos são: maior
flexibilidade de operação; temperaturas mais altas; controle mais
rigoroso da composição química do aço; melhor aproveitamento
térmico; ausência de problemas de combustão, por não existir
chama oxidante; e processamento de sucata.
Por outro lado, as principais desvantagens são o custo operacio-
nal (custo da energia elétrica) e a baixa capacidade de produção
dos fornos.
O aço produzido nos fornos elétricos pode ser transformado em
chapas, tarugos, perfis laminados e peças fundidas.
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Para ajudar a organizar todas as informações desta aula na sua
cabeça, preparamos um quadro que resume o que você leu até
agora.
Tipo de
forno
Combustível
Tipo de
carga
Capacidade
de carga
Vantagens Desvantagens
Conversor
Bessemer
Injeção de ar
comprimido.
Gusa
líquido.
10 a 40 ton.
Ciclo curto de
processamento
(10 a 20 minutos).
Impossibilidade de
controle do teor de
carbono.
Elevado teor de óxido
de ferro e nitrogênio
no aço.
Gera poeira composta
de óxido de ferro,
gases e escória.
Conversor
Thomas
Injeção de ar
comprimido.
Gusa
líquido,
cal.
Em torno de
50 ton.
Alta capacidade
de produção.
Permite usar
gusa com alto
teor de fósforo.
O gusa deve ter baixo
teor de silício e
enxofre.
Elevado teor de óxido
de ferro e nitrogênio
no aço.
Gera poeira composta
de óxido de ferro,
gases e escória.
Conversor
LD
Injeção de
oxigênio puro
sob alta
pressão.
Gusa
líquido,
cal.
100 ton.
Mínima contami-
nação por
nitrogênio.
Gera poeira composta
de óxido de ferro,
gases e escória.
Forno a
arco
elétrico.
Calor gerado
por arco
elétrico.
Sucata
de aço +
gusa,
minério
de ferro,
cal.
40 a 70 ton.
Temperaturas
mais altas.
Rigoroso controle
da composição
química. Bom
aproveitamento
térmico.
Pequena capacidade
dos fornos.
Custo operacional.
Forno de
indução
Calor gerado
por corrente
induzida
dentro da
própria carga.
Sucata
de aço.
Em torno de
8 ton.
Fusão rápida.
Exclusão de
gases. Alta
eficiência.
Pequena capacidade
dos fornos. Custo
operacional.
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O modo de se fabricar o aço depende da matéria-prima que você
tem à disposição: gusa líquido pede fornos com injeção de ar; su-
cata pede fornos elétricos. O tipo de aço que você tem, após a
fabricação, também depende desses processos: fornos a ar pro-
duzem aços-carbono comuns; fornos elétricos produzem aços de
melhor qualidade, cuja composição química pode ser mais rigo-
rosamente controlada.
Uma coisa sobre a qual não falamos, foi a respeito dos elementos
que podem ser acrescentados a esses aços, para que eles te-
nham suas propriedades melhoradas.
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A Química e suas leis organizam as relações entre os átomos de
cada elemento. Assim, as ligas metálicas são, na verdade, o que
chamamos de uma solução sólida. Ou seja, a mistura completa
dos átomos de dois ou mais elementos onde pelo menos um é
metal.
Nos metais, as soluções sólidas são formadas graças à ligação
entre os átomos dos metais, causada pela atração entre os íons
positivos e a “nuvem eletrônica” que fica em volta dos átomos. A
figura a seguir representa, esquematicamente, tipos de soluções
sólidas.
Só que, para que isso aconteça, os tamanhos e a estrutura dos
átomos dos elementos de liga devem ser parecidos e ter proprie-
dades eletroquímicas também parecidas. O cobre e o ferro, por
exemplo, dissolvemmuitos metais. Os átomos de carbono, por sua
vez, por serem relativamente pequenos, dissolvem-se intersticial-
mente, ou seja, ocupando espaços vazios, entre os átomos do fer-
ro.
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Por isso, o aço mais comum que existe é o aço-carbono, uma liga
de ferro com pequenas quantidades de carbono (máximo 2,11%)
e elementos residuais, ou seja, elementos que ficam no material
metálico após o processo de fabricação.
Dentro do aço, o carbono, juntando-se com o ferro, forma um
composto chamado carbeto de ferro (Fe3C), uma substância
muito dura. Isso dá dureza ao aço, aumentando sua resistência
mecânica. Por outro lado, diminui sua ductilidade, sua resistência
ao choque e à soldabilidade, e torna-o difícil de trabalhar por
conformação mecânica. Esse tipo de aço constitui a mais impor-
tante categoria de materiais metálicos usada na construção de
máquinas, equipamentos, estruturas, veículos e componentes
dos mais diversos tipos, para os mais diferentes sistemas mecâ-
nicos.
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As impurezas, como o manganês, o silício, o fósforo, o enxofre e
o alumínio fazem parte das matérias-primas usadas no processo
de produção do aço. Elas podem estar presentes no minério ou
ser adicionadas para provocar alguma reação química desejável,
como a desoxidação, por exemplo.
Por mais controlado que seja o processo de fabricação do aço, é
impossível produzi-lo sem essas impurezas. E elas, de certa for-
ma, têm influência sobre as propriedades desse material. Quando
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adicionadas propositalmente são consideradas elementos de liga,
conferindo propriedades especiais ao aço. Às vezes, elas ajudam,
às vezes, elas atrapalham. Assim, o que se deve fazer é controlar
suas quantidades.
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O manganês é a impureza encontrada em maior quantidade no
aço (até 1,65%). Na produção do aço, ele é adicionado para auxi-
liar na desoxidação do metal líquido e para neutralizar o efeito
nocivo do enxofre. Nesse processo, ele se combina primeiro com
o enxofre e forma o sulfeto de manganês (MnS). Isso aumenta a
forjabilidade do aço, a temperabilidade, a resistência ao choque e
o limite elástico. Em quantidades maiores, ele se combina com
parte do carbono e forma o carbeto de manganês (Mn3C), que é
muito duro. Isso diminui a ductilidade do aço.
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Outro elemento que é adicionado ao metal líquido para auxiliar na
desoxidação é o alumínio. Ele é usado para "acalmar" o aço, ou
seja, para diminuir ou eliminar o desprendimento de gases que
agitam o aço quando ele está se solidificando.
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O fósforo é um elemento cuja quantidade presente no aço deve
ser controlada, principalmente, nos aços duros, com alto teor de
carbono. Quando ultrapassa certos limites, ele faz o aço ficar
mais duro ainda e, por isso, mais frágil a frio. Isso quer dizer que
a peça de aço, com valores indesejáveis de fósforo, pode quebrar
facilmente quando usada em temperatura ambiente. Um teor de
fósforo em torno de 0,04% faz o aço se romper se for deformado
a quente, porque forma um composto que se funde a uma tempe-
ratura muito menor (1.000ºC) que a do ferro (1.500ºC). Em aços
de baixo teor de carbono, por outro lado, seu efeito nocivo é me-
nor, pois nesse caso o fósforo auxilia no aumento da dureza, e
também aumenta a resistência à tração, a resistência à corrosão
e a usinabilidade.
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O enxofre é uma impureza muito difícil de ser eliminada. No aço,
ele pode se combinar com o ferro e formar o sulfeto ferroso
(FeS), que faz o aço se romper, com facilidade ao ser laminado,
forjado ou vergado em temperaturas acima de 1.000ºC. Assim, o
teor máximo de enxofre permitido é de 0,05%.
Sabendo que o enxofre se combina melhor com o manganês do
que com o ferro, os profissionais que entendem de metalurgia
colocam no aço uma quantidade de manganês duas vezes maior
do que a de enxofre, porque ele vai “preferir” se combinar com o
manganês. Com isso, forma-se o sulfeto de manganês (MnS) que
se solidifica em níveis de temperatura semelhantes aos do aço.
Por isso, sua presença no aço não é tão nociva.
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O silício é acrescentado ao metal líquido, para auxiliar na desoxi-
dação e impedir a formação de bolhas nos lingotes. Ele está pre-
sente, no aço, em teores de até 0,6%, e não tem grande influên-
cia sobre suas propriedades.
O enxofre, o manganês, o silício e o alumínio também formam,
dentro do aço, compostos chamados de “inclusões não-
metálicas”. Essas inclusões são partículas alongadas ou em for-
ma de esferas muito pequenas que ficam espalhadas no meio do
material metálico. O alumínio, por exemplo, combina-se com o
oxigênio e forma um composto chamado alumina (Al2O3). Quando
em quantidades reduzidas, a alumina, que se apresenta sob a
forma de partículas muito pequenas, afeta minimamente as pro-
priedades do aço.
Outras inclusões não-metálicas são os silicatos, formados a partir
do silício e que favorecem o aparecimento de microtrincas na es-
trutura do aço; e os sulfetos, formados a partir do enxofre, que
causam menor influência que os silicatos no surgimento de mi-
crotrincas.
Lingote é uma
barra de metal
fundido.
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Há ainda outros elementos, como os gases introduzidos no pro-
cesso de fabricação (hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) e os resí-
duos de metais provenientes das sucatas (níquel, cobre, mo-
libdênio e cromo).
Sabendo o que a presença de cada uma dessas impurezas causa
ao material, é possível, a partir de um controle de suas quantida-
des e do conhecimento da composição exata do aço, utilizar o
material adequado ao processo de fabricação e ao tipo de peça
que se quer fabricar.
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Mas, se você precisa fabricar um produto que tenha aplicações
especiais como, por exemplo, recipientes para a indústria quími-
ca, que devem ser resistentes aos ataques de produtos químicos,
certamente o aço que você usará também terá que ter caracterís-
ticas especiais. Isso é obtido com o auxílio dos tratamentos térmi-
cos e dos elementos de liga. Na verdade, você tem três possibili-
dades para melhorar a resistência mecânica de qualquer metal:
aplicar processos de fabricação por conformação mecânica,
como prensagem e laminação, por exemplo; pode, também, tratar
o metal termicamente, ou seja, submetê-lo a aquecimento e res-
friamento sob condições controladas. Ou acrescentar elementos
de liga. Tudo isso vai mexer com a estrutura do metal-base.
Os aços-liga ou aços especiais são obtidos mediante a adição e
dosagem de certos elementos ao aço-carbono quando esse está
sendo produzido.
Os principais elementos que adicionam-se aos aços são os se-
guintes: alumínio (Al), manganês (Mn), níquel (Ni), cromo (Cr),
molibdênio (Mo), Vanádio (V), Silício (Si), cobre (Cu), cobalto (Co)
e tungstênio (W).
Com a adição desses elementos, de forma isolada ou combinada
em porcentagens variáveis, fabrica-se uma enorme variedade de
aços-liga, cada qual com suas características e aplicações. Por
exemplo, os aços normalmente utilizados para fabricar ferra-
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mentas de corte são conhecidos pelo nome de aços rápidos. Es-
ses aços apresentam, em sua composição, porcentagens variá-
veis de cromo, tungstênio, vanádio, cobalto, manganês e mo-
libdênio. Por sua vez, os aços inoxidáveis apresentam de 12 a
17% de cromo em sua composição, além de porcentagens variá-
veis de silício, manganês e níquel.
De um modo geral, ao introduzir elementos de liga nos aços visa-
se aos seguintes objetivos:
• alterar as propriedades mecânicas;
• aumentar a usinabilidade;
• aumentar a temperabilidade;
• conferir dureza a quente;
• aumentar a capacidade de corte;
• conferir resistência ao desgaste;
• conferir resistência ä corrosão;
• conferir resistência à oxidação (ao calor);
• modificar as características elétricas e magnéticas.
Na tabela, a seguir, são mostrados os efeitos dos elementos de
liga mais comuns, que são incorporados nos aços especiais, con-
siderando a influênciaque eles exercem em algumas proprieda-
des que os aços especiais devam apresentar.
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Elementos
de liga
Influência na
estrutura
Influências nas
propriedades Aplicações Produtos
Níquel
Refina o grão.
Diminui a velocidade de
transformação na estrutura
do aço.
Aumento da
resistência à tração.
Alta ductilidade.
Aço para construção
mecânica.
Aço inoxidável.
Aço resistente a altas
temperaturas.
Peças para
automóveis.
Utensílios domésti-
cos.
Caixas para
tratamento térmico.
Manganês
Estabiliza os carbonetos.
Ajuda a criar microestrutura
dura por meio de têmpera.
Diminui a velocidade de
resfriamento.
Aumento da
resistência mecânica
e temperabilidade da
peça.
Resistência ao
choque.
Aço para construção
mecânica.
Peças para
automóveis e peças
para uso geral em
engenharia
mecânica.
Cromo
Forma carbonetos.
Acelera o crescimento dos
grãos.
Aumento da
resistência à corrosão
e à oxidação.
Aumento da
resistência a altas
temperaturas.
Aços para constru-
ção mecânica.
Aços-ferramenta.
Aços inoxidáveis.
Produtos para a
indústria química;
talheres; válvulas e
peças para fornos.
Ferramentas de
corte.
Molibdênio Influência na estabilizaçãodo carboneto.
Alta dureza ao rubro.
Aumento de
resistência à tração.
Aumento de
temperabilidade.
Aços-ferramenta.
Aço cromo-níquel.
Substituto do
tungstênio em aços
rápidos.
Ferramentas de
corte.
Vanádio
Inibe o crescimento dos
grãos.
Forma carbonetos.
Maior resistência
mecânica. Maior
tenacidade e
temperabilidade.
Resistência à fadiga à
abrasão.
Aços cromo-vanádio. Ferramentas de
corte.
Tungstênio
Forma carbonetos muito
duros.
Diminui a velocidade das
transformações.
Inibe o crescimento dos
grãos.
Aumento da dureza.
Aumento da
resistência a altas
temperaturas.
Aços rápidos.
Aços-ferramenta.
Ferramentas de
corte.
Cobalto Forma carbonetos (fraca-
mente).
Aumento da dureza.
Resistência à tração.
Resistência à
corrosão e à erosão.
Aços rápidos.
Elemento de liga em
aços magnéticos.
Lâminas de turbina
de motores a jato.
Silício
Auxilia na desoxidação.
Auxilia na grafitização.
Aumenta a fluidez.
Aumento da
resistência à oxidação
em temperaturas
elevadas.
Melhora da tempera-
bilidade e de
resistência à tração.
Aços com alto teor
de carbono.
Aços para fundição
em areia.
Peças fundidas.
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Os ferros fundidos, os aços-carbono e os aços-liga podem ser
identificados por processos químicos (análises químicas) ou por
meio da prova da centelha, que é um processo físico.
A prova da centelha consiste em encostar, levemente, a amostra de
ferro ou aço no rebolo de uma esmerilhadeira em funcionamento, de
preferência no escuro. Isso permite ao operador observar a cor, o
aspecto e a luminosidade das centelhas, o que exige bastante habili-
dade e prática.
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Exemplos são dados a seguir.
Aço-carbono com baixo teor em carbono - a cor das centelhas
é amarelada e o feixe é moderado.
Aço-carbono com médio teor em carbono - os feixes são
curtos, mais brilhantes e abertos, formando estrelas.
Aço-carbono com alto teor em carbono - os feixes são
compridos e brilhantes, formando grande quantidade de
estrelas.
Ferro fundido cinzento - os feixes são curtos e pouco brilhan-
tes e de cor vermelho-escuro.
Aço inoxidável - os feixes são curtos, alaranjados e estrela-
dos.
Aço rápido - os feixes são curtos, de cor vermelho pardo e
sem estrelas.
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Dada a grande variedade de tipos de aço, criaram-se sistemas
para a sua classificação.
A classificação mais generalizada é a que considera a composi-
ção química dos aços e, entre os sistemas de classificação co-
nhecidos, destacam-se o do American Iron and Steel Institute
(AISI) (Institudo Americano de Ferro e Aço) e o da Society of Au-
tomotive de Engineers (SAE) (Sociedade Automotiva de Enge-
nheiros), além do sistema da Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT).
Inicialmente veremos as classificações AISI e SAE. Essas asso-
ciações seguem, aproximadamente, o mesmo método numérico
de identificação e que, em linhas gerais, é o seguinte:
• são designados quatro algarismos para designar os aços;
• os dois primeiros algarismos indicam o tipo e o teor aproxima-
do dos elementos da liga;
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• os dois últimos algarismos especificam o teor de carbono;
• as letras XX correspondem aos algarismos indicativos dos teores
de carbono;
• a letra C (na classificação AISI) indica que o aço foi produzido
pelo processo Siemens-Martin;
• a letra E indica aço produzido em forno elétrico;
• a letra B designa aço ao boro;
• quando o primeiro algarismo é 1, os aços são simplesmente
aços-carbono, desprezando-se seus teores mínimos de man-
ganês, silício, fósforo e enxofre. Nesse caso, esses teores são
considerados iguais a zero;
quando o primeiro algarismo for:
2 trata-se de aço ao níquel
3 trata-se de aço ao níquel-cromo
4 trata-se de aço ao molibdênio
5 trata-se de aço ao cromo
6 trata-se de aço ao cromo-vanádio
7 trata-se de aço ao tungstênio
8 trata-se de aço ao níquel-cromo-molibdênio
9 trata-se de aço ao silício-manganês
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A tabela a seguir mostra classificação dos aços, segundo os siste-
mas SAE e AISI. Ela deve ser consultada quando necessário.
Designação Tipo de aço
SAE AISI
10 XX C 10 XX aços ao carbono comuns
11 XX C 11 XX aços de fácil usinagem com alto teor de enxofre
13 XX 13 XX aços ao manganês com 1,75% de Mn
23 XX 23 XX aços-níquel com 3,5% de Ni
25 XX 25 XX aços-níquel com 5% de Ni
31 XX 31 XX aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr
33 XX E 33 XX aços-níquel cromo com 3,5% de Ni e 1,57% de Cr
40 XX 40 XX aços-molibdênio com 0,25% de Mo
41 XX 41 XX aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%; 0,20% ou 0,25% de Mo
43 XX 43 XX aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,82% de Ni; 0,50% ou 0,80% de Cr e 0,25% de Mo
46 XX 46 XX aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,05% de Ni; 0,45% de Cr e 0,20% de Mo
48 XX 48 XX aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo
50 XX 50 XX aços-cromo com 0,27%; 0,40% ou 0,50% de Cr
51 XX 51 XX aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr
511 XX E 511 XX aços de médio cromo para rolamentos com 1,02% de Cr
521 XX E 521 XX aços de alto cromo para rolamentos com 1,45% de Cr
61 XX 61 XX aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V no mínimo
86 XX 86 XX aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni; 0,50% ou 0,65% de Cr e 0,20% de Mo
92 XX 92 XX
aços-silício-manganês com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn; 1,40% ou 2% de Si;
0%; 0,17%; 0,32% ou 0,65% de Cr
93 XX 93 XX aços-níquel-molibdênio com 3,25% de Ni; 1,20% de Cr e 0,12% de Mo
98 XX 98 XX aços-níquel-cromo-molibdênio com 1% de Ni; 1,20% de Cr e 0,12% de Mo
XX B XX XX B XX aços-boro com 0,0005% de B no mínimo
Aço 1010. É um aço ao carbono SAE pertencente à categoria 10
XX.
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Portanto, um aço 1010 é um aço ao carbono com aproximada-
mente 0,10% de carbono. Observe que os elementos de liga fo-
ram desprezados, ou seja, foram considerados iguais a zero.
Aço 2350. É um aço ao níquel SAE ou AISI pertencente à catego-
ria 23 XX
Logo, um aço 2350 é um aço ao níquel com aproximadamente
3% de níquel e 0,50% de carbono.
Aço 5130. É um aço ao cromo com aproximadamente 1% de
cromo e 0,30% de carbono. Veja, na tabela, que esse aço é do
tipo 51 XX SAE ou AISI.
Aço 9220. É um aço silício-manganês com aproximadamente 2%
de silício e manganês e 0,2% de carbono.
O sistema brasileiro da ABNT baseou-se nos sistemas SAE e AI-
SI para elaborar seu sistema de classificação.
A seguir, são apresentadas duas tabelas da ABNT: uma para a
classificação dos aços-liga e outra para a classificação dos aços-
carbono. Em ambas estão a porcentagem aproximada dos ele-
mentos de liga.
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Classificação ABNTde aços-liga
Designação C,% Mn,% Si,% Cr,% Ni,% Mo,%
1340 0,38 - 0,43 1,60 - 1,90 0,20 - 0,25 - - -
4130 0,28 - 0,33 0,40 0 0,60 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - 0,15 - 0,25
4135 0,33 - 0,38 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - 0,15 - 0,25
4140 0,38 - 0,43 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - 0,15 - 0,25
4320 0,17 - 0,22 0,45 - 0,65 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 1,65 - 2,00 0,20 - 0,30
4340 0,38 - 0,43 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 1,65 - 2,00 0,20 - 0,30
5115 0,13 - 0,18 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - -
5120 0,17 - 0,22 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - -
5130 0,28 - 0,33 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - -
5135 0,33 - 0,38 0,60 - 0,80 0,20 - 0,35 0,80 - 1,05 - -
5140 0,38 - 0,43 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - -
5160 0,55 - 0,65 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,70 - 0,90 - -
E52100 0,95 - 1,00 0,25 - 0,45 0,20 - 0,35 1,30 - 1,60 - -
6150 0,48 - 0,53 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,80 - 1,10 - -
8615 0,13 - 1,18 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8620 0,18 - 0,23 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8630 0,28 - 0,33 0,70 - 0,90 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8640 0,38 - 0,43 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8645 0,43 - 0,48 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8650 0,48 - 0,53 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
8660 0,55 - 0,65 0,75 - 1,00 0,20 - 0,35 0,40 - 0,60 0,40 - 0,70 0,15 - 0,25
E9315 0,13 - 0,18 0,45 - 0,65 0,20 - 0,35 1,00 - 1,40 3,00 - 3,50 0,08 - 0,15
O tipo 6150 tem 0,15% min. De vanádio.
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Aço-carbono conforme ABNT
Limites de composição química, % na análise de panelaABNT C Mn P máx. S máx. SAE
1005 0,06 máx. 0,35 máx. 0,040 0,050 -
1006 0,08 máx. 0,25 - 0,40 0,040 0,050 1006
1008 0,10 máx. 0,30 - 0,50 0,040 0,050 1008
1010 0,08 - 0,13 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1010
1011 0,08 - 0,13 0,60 - 0,90 0,040 0,050 -
1012 0,10 - 0,15 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1012
1013 0,11 - 0,16 0,50 - 0,80 0,040 0,050 -
1015 0,13 - 0,18 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1015
1016 0,13 - 0,18 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1016
1017 0,15 - 0,60 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1017
1018 0,15 - 0,20 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1018
1019 0,15 - 0,20 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1019
1020 0,18 - 0,23 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1020
1021 0,18 - 0,23 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1021
1022 0,18 - 0,23 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1022
1023 0,20 - 0,25 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1023
1025 0,22 - 0,28 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1025
1026 0,22 - 0,28 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1026
1029 0,25 - 0,31 0,60 - 0,90 0,040 0,050 -
1030 0,28 - 0,34 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1030
1035 0,32 - 0,38 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1035
1037 0,32 - 0,38 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1037
1038 0,35 - 0,42 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1038
1039 0,37 - 0,44 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1039
1040 0,37 - 0,44 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1040
1042 0,40 - 0,47 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1042
1043 0,40 - 0,47 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1043
1044 0,43 - 0,50 0,30 - 0,60 0,040 0,050 -
1045 0,43 - 0,50 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1045
1046 0,43 - 0,50 0,70 - 1,00 0,040 0,050 1046
1049 0,46 - 0,53 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1049
1050 0,48 - 0,55 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1050
1053 0,48 - 0,55 0,70 - 1,00 0,040 0,050 -
1055 0,50 - 0,60 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1055
1060 0,55 - 0,65 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1060
1064 0,60 - 0,70 0,50 - 0,80 0,040 0,050 1064
1065 0,60 - 0,70 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1065
1069 0,65 - 0,75 0,40 - 0,70 0,040 0,050 -
1070 0,65 - 0,75 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1070
1074 0,70 - 0,80 0,50 - 0,80 0,040 0,050 1070
1075 0,70 - 0,80 0,40 - 0,70 0,040 0,050 -
1078 0,72 - 0,85 0,30 - 0,60 0,040 0,050 1078
1080 0,75 - 0,88 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1080
1084 0,80 - 0,93 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1084
1085 0,80 - 0,93 0,70 - 1,00 0,040 0,050 -
1086 0,80 - 0,93 0,30 - 0,50 0,040 0,050 1086
1090 0,85 - 0,98 0,60 - 0,90 0,040 0,050 1090
1095 0,90 - 1,03 0,30 - 0,50 0,040 0,050 1095
Observação: Aplicável somente a produtos semi-acabados para forjamento, barras laminadas a quente,
barras laminadas a quente e acabadas a frio, fio-máquina.
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Para finalizar, podemos dizer que os aços-carbono e os aços-
liga ocupam um lugar de destaque em termos de aplicações.
Com eles constroem-se: edifícios, automóveis, caminhões, navi-
os, submarinos, pontes, motores, engrenagens, máquinas ope-
ratrizes, utensílios domésticos e uma imensa variedade de ob-
jetos que a sociedade moderna utiliza no dia-a-dia.
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Na construção de peças e componentes, devemos observar se os
materiais empregados possuem as diversas propriedades físicas
e mecânicas que lhe serão exigidas pelas condições e solicita-
ções no trabalho que executam. A seguir mostraremos algumas
dessas propriedades. A densidade de um material está relaciona-
da com o grau de compactação da matéria.
Fisicamente, a densidade (ρ) é definida pela massa (M) dividida
pelo volume (V).
ρ = 
V
M
 


3dm
kg
Exemplo: o cobre tem maior densidade que o aço:
ρ Cu = 8,93 kg/ dm3
ρ aço = 7,8 kg/ dm3
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Todo corpo tende a resistir aos esforços que lhe são aplicados.
Dá-se o nome de resistência à maior ou menor capacidade que o
material tem de resistir a um determinado tipo de esforço.
Se tomarmos dois diferentes materiais e submetê-los ao mesmo
tipo de esforço, o que primeiro deformar- se permanentemente é
o que menor resistência terá a esse tipo de esforço (não é neces-
sário que o material se rompa, basta que fique deformado). Toda
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força externa gera no material tensões de acordo com o tipo de
solicitação.
As solicitações externas. podem exercer sobre o material cargas
de flexão, cisalhamento, torção, tração, flambagem ou compres-
são,.
Flexão cisalhamento
torção tração
flambagem compressão
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Quando um determinado material é submetido a um esforço
qualquer, tende a se deformar. Há dois tipos de deformação:
plástica e elástica.
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Deformação permanente. Uma vez cessados os esforços, o ma-
terial não volta à sua forma original.
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Deformação não permanente. Uma vez cessados os esforços, o
material volta a sua forma original.
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Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, não
suportando choques, enquanto que os materiais menos duros re-
sistem melhor aos choques. Assim, os materiais que possuem
baixa resistência aos choques são chamados frágeis. Exemplo:
ferro fundido e vidro.
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Pode-se dizer que a ductilidade é o oposto da fragilidade. São
dúcteis os materiais que por ação de força se deformam plasti-
camente, - conservando a sua coesão, por exemplo cobre, alumí-
nio e aço com baixo teor de carbono.
Na figura abaixo temos um fio de cobre de 300mm de compri-
mento. Se puxarmos este fio, ele se esticará até um comprimento
de 400 a 450mm sem romper-se, porque o cobre possui boas
qualidades de ductilidade.
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Se, um material é resistente e possui boas características de
alongamento para suportar um esforço considerável de torção,
tração ou flexão, sem romper-se, é chamado tenaz.
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A chave da figura abaixo pode ser tracionada e flexionada sem
romper-se facilmente porque é de um material tenaz.
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Uma mola deve ser elástica. Por ação de uma força, deve defor-
mar-se e, quando cessada a força, deve voltar à posição inicial.
Para comprovarmos a elasticidade do aço para molas, prende-
mos.a mola na morsa por um lado e a estiramos pelo outro lado
até que se estique.
Quando a soltamos, se a mola voltar à posição inicial é porque o
aço possui boa elasticidade.
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As ferramentas devem ser duras para que não se desgastem e
possam penetrar em um material menos duro.
A dureza é, portanto, a resistência que um material oferece à pe-
netração de outro corpo.
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���
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Os processos de transformação dos metais e ligas metálicas em
peças para utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e
variados: você pode fundir, conformar mecanicamente, soldar,
utilizar a metalurgia do pó e usinar o metal e, assim, obter a peça
desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados
quando se escolhe o processo de fabricação. Como exemplo,
podemos lembrar: o formato da peça, as exigências de uso, o
material a ser empregado, a quantidade de peças que devem ser
produzidas, o tipo de acabamento desejado, e assim por diante.
Dentre essas várias maneiras de trabalhar o material metálico, a
fundição se destaca, não só por ser um dos processos mais anti-
gos, mas também porque é um dos mais versáteis, principal-
mente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos
das peças que se pode produzir por esse processo.
Mas, afinal, o que é fundição? É o processo de fabricação de pe-
ças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal
líquido a cavidade de um molde com formato e medidas corres-
pondentes aos da peça a ser fabricada.
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A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a
obtenção de peças com formas praticamente definitivas, com mí-
nimas limitações de tamanho, formato e complexidade, e tam-
bém é o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do
lingote que se realizam os processos de conformação mecânica
para a obtenção de chapas, placas, perfis etc.
Sempre que se fala em fundição, as pessoas logo pensam em fer-
ro. Mas esse processo não se restringe só ao ferro, não. Ele pode
ser empregado com os mais variados tipos de ligas metálicas,
desde que elas apresentem as propriedades adequadas a esse
processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez.
Temperatura de fusão é a temperatura em que o metal passa do
estado sólido para o estado líquido.
Fluidez é a capacidade de uma substância de escoar com maior
ou menor facilidade. Por exemplo, a água tem mais fluidez que o
óleo porque escorre com mais facilidade.
A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns
3000 a.C. Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais
recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em alcançar as
temperaturas necessárias para a realização do processo. A arte
cerâmica contribuiu bastante para isso, pois gerou as técnicas
básicas para a execução dos moldes e para o uso controlado do
calor já que forneceu os materiais refratários para a construção
de fornos e cadinhos.
Sem dúvida, as descobertas da Revolução Industrial, como os
fornos Cubilô os fornos elétricos, e a mecanização do processo,
muito contribuíram para o desenvolvimento da fundição do ferro
e, conseqüentemente, do aço. A maioria dos equipamentos de
fundição foi concebida basicamente nesse período, quando surgi-
ram também os vários métodos de fundição centrífuga. Ao século
XX coube a tarefa de aperfeiçoar tudo isso.
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Para entender melhor a importância disso, basta lembrar que a
produção de máquinas em geral e de máquinas-ferramenta, má-
quinas operatrizes e agrícolas é impensável sem a fundição.
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Normalmente na fabricação de peças utilizam sempre produtos
semi-acabados, ou seja, chapas, barras, perfis, tubos, fios e ara-
mes, como matéria-prima. Quer dizer, existem várias etapas de
fabricação que devem ser realizadas antes que o material metáli-
co se transforme em uma peça.
Por outro lado, a fundição parte
diretamente do metal líquido e,
no mínimo, economiza etapas
dentro do processo de fabrica-
ção. Vamos, então, ver mais
algumas vantagens desse
processo.
a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e inter-
nas desde as mais simples até as bem complicadas, com
formatos impossíveis de serem obtidos por outros processos.
b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas
somente pelas restrições das instalações onde são produzi-
das. Isso quer dizer que é possível produzir peças de poucos
gramas de peso e com espessura de parede de apenas al-
guns milímetros ou pesando muitas toneladas.
c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com
isso, a produção rápida e em série de grandes quantidades
de peças.
d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões
variados de acabamento (mais liso ou mais áspero) e tolerân-
cia dimensional (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) em função do pro-
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cesso de fundição usado. Por causa disso, há uma grande
economia em operações de usinagem.
Tolerância dimensional é a faixa dentro da qual uma medida
qualquer pode variar. Por exemplo, o desenho especifica uma
medida de 10 mm, com uma tolerância dimensional de ±
1mm. Isso quer dizer que essa medida pode variar entre 9 e
11 mm.
e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque
permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimi-
tadas.
Essas vantagens demonstram a grande diversidade de peças
que podem ser produzidas por esse processo e que os outros
não conseguem alcançar. Para você ter uma idéia, um automóvel
não poderia sair do lugar se não fosse o motor. Nele, a maioria
das peças é feita por meio de processos de fundição.
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A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é
constituída pelas ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbo-
no) e não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e magnésio).
O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição
pode ser resumido nas seguintes operações:
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Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato
aproximado da peça a ser fundida.
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Esse modelo vai servir para a construção
do molde e suas dimensões devem prever
a contração do metal quando ele se
solidificar bem como um eventual sobre-
metal para posterior usinagem da peça.
Ele é feito de madeira, alumínio, aço,
resina plástica e até isopor.
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O molde é o dispositivo no qual o metal
fundido é colocado para que se obtenha a
peça desejada. Ele é feito de material refratá-
rio composto de areia e aglomerante. Esse
material é moldado sobre o modelo que, após
retirado, deixa uma cavidade com o formato
da peça a ser fundida.
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Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finali-
dade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são
colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para rece-
ber o metal líquido.
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Etapa em que acontece a fusão do metal.
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O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido.
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Após determinado período de tempo em que a peça se solidifica
dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do tipo de mol-
de e do metal (ou liga metálica), ela é retirada do molde (desmol-
dagem) manualmente ou por processos mecânicos.
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A rebarbação é a retirada dos canais de alimentação, massalotes
e rebarbas que se formam durante a fundição. Ela é realizada
quando a peça atinge temperaturas próximas às do ambiente.
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São as vias, ou condutos, por onde o metal líquido passe para
chegar ao molde.
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É uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços
que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se
contraindo.
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A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de in-
crustações da areia usada na confecção do molde. Geralmente
ela é feita por meio de jatos abrasivos.
Essa seqüência de etapas é a que normalmente é seguida no
processo de fundição por gravidade em areia, que é o mais utili-
zado. Um exemplo bem comum de produto fabricado por esse
processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões.
O processo de fundição por gravidade com moldagem em areia
apresenta variações. As principais são:
• fundição com moldagem em areia aglomerada com argila;
• fundição com moldagem em areia aglomeradacom resinas.
A fundição por gravidade usa também moldes cerâmicos. Esse
processo recebe o nome de fundição de precisão.
Existe ainda um outro processo de fundição por gravidade que
usa moldes metálicos. Quando são usados moldes metálicos, não
são necessárias as etapas de confecção do modelo e dos mol-
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des, por nós descritas. Outro processo que usa molde metálico é
o processo de fundição sob pressão.
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Quando um novo produto é criado, ou quando se quer aperfeiço-
ar algo que já existe, o departamento de engenharia geralmente
tem alguns critérios que ajudam a escolher o tipo de processo de
fabricação para as peças projetadas.
No caso da fundição, vários fatores podem ser considerados:
• formato e complexidade da peça
• tamanho da peça
• quantidade de peças a serem produzidas
• matéria-prima metálica que será usada
Além disso, as peças fundidas apresentam características que
estão estreitamente ligadas ao processo de fabricação como por
exemplo:
• acréscimo de sobremetal, ou seja, a camada extra de metal
que será desbastada por processo de usinagem.
• furos pequenos e detalhes complexos não são feitos na peça
porque dificultam o processo de fundição, embora apareçam
no desenho. Esses detalhes são depois executados também
por meio de usinagem.
• arredondamento de cantos e engrossamento das paredes da
peça para evitar defeitos como trincas e melhorar o preen-
chimento com o metal líquido.
Como em todo o processo, às vezes, alguma coisa “sai errado” e
aparecem os defeitos. Alguns defeitos comuns das peças fundi-
das são:
• inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas
da peça. Isso causa problemas de usinagem: os grãos de
areia são abrasivos e, por isso, estragam a ferramenta. Além
disso, causam defeitos na superfície da peça usinada.
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• defeitos de composição da liga metálica que causam o apa-
recimento de partículas duras indesejáveis no material. Isso
também causa desgaste da ferramenta de usinagem.
• rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de so-
lidificação, causado por projeto de massalote malfeito.
• porosidade, ou seja, a existência de “buraquinhos” dentro de
peça. Eles se originam quando os gases que existem dentro
do metal líquido não são eliminados durante o processo de
vazamento e solidificação. Isso causa fragilidade e defeitos
superficiais na peça usinada.
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Uma das profissões mais antigas do mundo é a do ferreiro. Quem
não se lembra de já ter visto, em filmes históricos ou de faroeste,
um homem bem forte, todo suado, retirando com uma tenaz um
pedaço de metal incandescente do fogo, colocando-o sobre uma
bigorna e martelando com força para que o metal adquirisse a for-
ma desejada? Podia ser uma espada, a parte de uma armadura, ou
uma ferradura. Não importa o que fosse produzido, tudo dependia
da força e da arte do homem, seu martelo e sua bigorna.
Hoje em dia, o martelo e a bigorna foram substituídos por máqui-
nas e matrizes que permitem a produção constante de milhares
de peças. Esse processo de conformação mecânica, tão antigo
quanto o uso dos metais, é o forjamento.
O forjamento, um processo de conformação mecânica em que o
material é deformado por martelamento ou prensagem, é empre-
gado para a fabricação de produtos acabados ou semi-acabados
de alta resistência mecânica, destinados a sofrer grandes esfor-
ços e solicitações em sua utilização.
Embora, hoje em dia, o forjamento seja feito por meio de equi-
pamentos, o princípio do processo continua o mesmo: aplicação
individual e intermitente de pressão, quer dizer, o velho martela-
mento, ou então, a prensagem.
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O forjamento por martelamento é feito aplicando-se golpes rápi-
dos e sucessivos no metal. Desse modo, a pressão máxima
acontece quando o martelo toca o metal, decrescendo rapida-
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mente de intensidade à medida que a energia do golpe é absor-
vida na deformação do material. O resultado é que o martela-
mento produz deformação principalmente nas camadas superfici-
ais da peça, o que dá uma deformação irregular nas fibras do
material. Pontas de eixo, virabrequins, discos de turbinas são
exemplos de produtos forjados fabricados por martelamento.
No forjamento por martelamento são usados martelos de forja
que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de
uma massa de 200 a 3.000 kg que cai livremente ou é impulsio-
nada de uma certa altura que varia entre 1 e 3,5 m.
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No forjamento por prensagem, o metal fica
sujeito à ação da força de compressão em baixa
velocidade e a pressão atinge seu valor máximo
pouco antes de ser retirada, de modo que as
camadas mais profundas da estrutura do material
são atingidas no processo de conformação. A
deformação resultante é, então, mais regular do
que a produzida pela ação dinâmica do martela-
mento. Palhetas de turbinas e forjados de liga
leve são produtos fabricados por prensagem.
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O forjamento por prensagem é realizado por prensas mecânicas
ou hidráulicas. As prensas mecânicas, de curso limitado, são aci-
onadas por eixos excêntricos e podem aplicar cargas entre 100 e
8.000 toneladas. As prensas hidráulicas podem ter um grande
curso e são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade de
aplicação de carga fica entre 300 e 50.000 toneladas. Elas são
bem mais caras que as prensas mecânicas.
As operações de forjamento são realizadas a quente, em tempe-
raturas superiores às de recristalização do metal. É importante
que a peça seja aquecida uniformemente e em temperatura ade-
quada. Esse aquecimento é feito em fornos de tamanhos e for-
matos variados, relacionados ao tipo de metal usado e de peças
a serem produzidas e vão desde os fornos de câmara simples até
os fornos com controle específico de atmosfera e temperatura.
Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.
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Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que
ajuda a fornecer o formato final da peça forjada. E ajuda também
a classificar os processos de forjamento, que podem ser:
forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre.
As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de
compressão, altas solicitações térmicas e, ainda, a choques me-
cânicos. Devido a essas condições de trabalho, é necessário que
essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, re-
sistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta re-
sistência ao desgaste. Por isso, elas são feitas, em sua maioria,
de blocos de aços-liga forjados e tratadas termicamente. Quando
as solicitações são ainda maiores, as matrizes são fabricadas
com metal duro.
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No forjamento livre, as matrizes têm geometria ou formatos bas-
tante simples. Esse tipo de forjamento é usado quando o número
de peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é
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grande. É o caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e
anéis de grande porte.
A operação de forjamento livre é realizada em várias etapas.
Como exemplo, a ilustração mostra o estiramento de uma parte
de uma barra. Observe a peça inicial (a) e o resultado final (e). A
operação é iniciada com uma matriz de pequena largura. O esti-
ramento acontece por meio de golpes sucessivos e avanços da
barra (b, c, d, e). A barra é girada 90º e o processo repetido (f).
Para obter o acabamento mostrado em g, as matrizes são troca-
das por outras de maior largura.
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No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato
da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, há forte res-
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trição ao escoamento do material para as laterais. Essa matriz é
construída em duas metades: a metade de baixo fica presa à bi-
gorna e nela é colocado o metal aquecido. A outra metade está
presa ao martelo (ou à parte superiorda prensa) que cai sobre a
metade inferior, fazendo o material escoar e preencher a cavida-
de da matriz.
Uma peça forjada acabada geralmente não é conformada em um
só golpe, porque tanto a direção quanto a extensão na qual o
metal pode escoar são pequenas. Por isso, para a confecção de
uma única peça são necessárias várias matrizes com cavidades
correspondentes aos formatos intermediários que o produto vai
adquirindo durante o processo de fabricação.
A matriz apresenta uma cavidade extra em
sua periferia e que tem o objetivo de
conter o excesso de material necessário
para garantir o total preenchimento da
matriz durante o forjamento. Esse excesso
de material chama-se rebarba e deve ser
retirado da peça em uma operação poste-
rior de corte.
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A rebarba é um dos proble-
mas do forjamento por
matriz fechada. Para
minimizá-lo, as matrizes
apresentam calhas para
evitar que a rebarba seja
muito grande.
Para peças não muito complexas, são aplicadas as seguintes
etapas no forjamento em matriz fechada:
• Corte do blank, ou seja, do pedaço de metal em barra no
tamanho necessário.
• Aquecimento - realizado em fornos.
• Forjamento intermediário, realizado somente quando é difícil
a conformação em uma única etapa.
• Forjamento final - feito em matriz, já com as dimensões finais
da peça.
• Tratamento térmico - para a remoção das tensões, homoge-
neização da estrutura, melhoria da usinabilidade e das pro-
priedades mecânicas.
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Os produtos forjados também apresentam defeitos típicos. Eles
são:
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Caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na cavidade
da ferramenta. Isso altera o formato da peça e acontece quando
são usados golpes rápidos e leves do martelo.
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Causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em tempe-
ratura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
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Causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as
rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas rebarbas e podem
penetrar na peça durante a operação de rebarbação.
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Originam-se no interior da peça, como conseqüência de tensões
originadas por grandes deformações.
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São descontinuidades originadas pela dobra de superfícies, sem
a ocorrência de soldagem. Elas são causadas por fluxos anor-
mais de material quente dentro das matrizes, incrustações de re-
barbas, colocação inadequada do material na matriz.
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Causadas pela camada de óxidos que se formam durante o
aquecimento. Essas incrustações normalmente se desprendem
mas, ocasionalmente, podem ficar presas nas peças.
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Caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, cau-
sada pelo aquecimento do metal.
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Gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos,
formando películas de óxidos. Ela é causada pelo aquecimento
próximo ao ponto de fusão.
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A extrusão é um processo de fabricação de produtos semi-
acabados, ou seja, produtos que ainda sofrerão outras opera-
ções, tais como corte, estampagem, usinagem ou forjamento,
antes de seu uso final. Como resultado disso, obtém-se uma das
importantes características do produto extrudado: seção transver-
sal reduzida e grande comprimento.
O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a pas-
sagem de um bloco de metal através do orifício de uma matriz.
Isso é conseguido aplicando-se altas pressões ao material com o
auxílio de um êmbolo.
Trata-se de um processo de fabricação relativamente novo, se
comparado com a maioria dos outros processos de conformação
mecânica. As primeiras experiências com extrusão foram feitas
com chumbo no final do século passado. O maior avanço aconte-
ceu durante a Segunda Guerra Mundial, com a produção de
grandes quantidades de perfis de alumínio para serem usados na
indústria aeronáutica.
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Atualmente, não só metais mais dúcteis, como o alumínio e suas
ligas e o cobre e suas ligas, podem passar pelo processo de ex-
trusão. Também é possível fabricar produtos de aço ao carbono e
aço inoxidável por meio de extrusão. Produtos de plástico, princi-
palmente embalagens, também são fabricados por extrusão.
No que se refere ao uso do alumínio, as variedades de perfis que
se pode fabricar é quase ilimitada. As seções obtidas são mais
resistentes porque não apresentam juntas frágeis e há melhor
distribuição do metal. O processo fornece, também, uma boa
aparência para as superfícies.
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De acordo com o tipo de metal, que deve suportar rigorosas con-
dições de atrito e temperatura, e com a seção a ser obtida, a ex-
trusão pode ser realizada a quente ou a frio.
O metais mais duros, como o aço, passam normalmente pelo
processo de extrusão a quente. Esse processo envolve as se-
guintes etapas:
1. fabricação de lingote ou tarugo de seção circular.
2. aquecimento uniforme do lingote ou tarugo.
3. transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de
extrusão. Essa etapa deve ser executada o mais rapidamente
possível para diminuir a oxidação na superfície do metal
aquecido.
4. execução da extrusão: com o tarugo aquecido apoiado diante
da câmara de extrusão, o pistão é acionado e o material é
empurrado para o interior da câmara.
5. fim da extrusão: o pistão recua e a câmara se afasta para a
retirada do disco e da parte restante do tarugo.
6. remoção dos resíduos de óxido com o auxílio de disco raspa-
dor acionado pelo pistão.
Lingote é o bloco de metal produzido por fundição.
Tarugo é o bloco de metal obtido pela laminação de um lingote.
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Considerando-se que o trabalho a quente traz problemas de oxi-
dação do bloco de metal e das ferramentas de extrusão, a tempe-
ratura de trabalho deve ser a mínima necessária para fornecer ao
metal o grau de plasticidade adequado.
Devido à intensa deformação produzida durante a extrusão, pode
ocorrer um sensível aquecimento do metal. Portanto, a tempera-
tura máxima do processo deve ser seguramente inferior à tempe-
ratura de “liquação”, ou seja, aquela em que acontece a fusão do
contorno dos grãos.
Se a temperatura de extrusão ficar muito próxima à de liquação, o
aquecimento produzido pelo atrito e pela compressão da matriz,
poderá atingir a temperatura de fusão e impedir a fabricação do
produto por extrusão.
Deve-se lembrar, também, de que a temperatura do material na
zona de deformação depende da velocidade de deformação e do
grau de compressão. Isso significa que a temperatura aumenta
quando aumentam a velocidade e a deformação, por causa do
aumento do atrito devido ao aumento da velocidade de deforma-
ção e do grau de compressão.
Na extrusão a quente, as reduções de área conseguidas são da
ordem de 1:20 (um para vinte). Isso significa que, se você tiver
uma barra de 100 mm2 de área, ela pode ter sua área reduzida
para 5 mm2.
Os materiais mais dúcteis, como o alumínio, podem passar por
extrusão tanto a frio quanto a quente e obtêm reduções de área
da ordem de 1:100 (um para cem).
Na extrusão a frio, o material endurece por encruamento durante
a deformação porque os grãos do metal se quebram e assim
permanecem, aumentando as tensões na estrutura e, conse-
qüentemente, sua dureza. Na extrusão a quente, os grãos se re-
constituem após a extrusão por causa da alta temperatura.
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A extrusão pode ser realizada de duas maneiras básicas: direta
ou indiretamente.
Na extrusão direta o bloco metálico a ser processado é colocado
em uma câmara ou cilindro, e empurrado contra uma matriz atra-
vés de um pistão, acionado por meios mecânicos ou hidráulicos.
Para proteger o pistão da alta temperatura e da abrasão resul-
tantes do processo de extrusão direta, emprega-se um bloco de
aço, chamado de falso pistão entre o material metálico e o êm-
bolo. Usa-se tambémum pedaço de grafite entre o metal e o
pistão a fim de assegurar que todo o material metálico passe pela
matriz.
Nesse processo, a deformação ocorre na matriz, enquanto que o
resto do material é contido pelas paredes do cilindro. Desse
modo, não se produz nenhuma instabilidade no material. Isso tor-
na possível alcançar elevadas reduções (até 99%) no material
processado.
Na extrusão indireta, o êmbolo é oco e
está ligado à matriz. A extremidade oposta
da câmara é fechada com uma placa. O
êmbolo oco empurra a matriz de encontro
ao metal e este sai da matriz em sentido
contrário ao movimento da haste.
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Como não há movimento relativo entre o bloco de metal e as pa-
redes da câmara, as forças de atrito são muito menores e as
pressões necessárias são também menores do que na extrusão
direta. Por outro lado, como o êmbolo é furado, as cargas a se-
rem utilizadas são limitadas e não é possível obter perfis com
formatos complexos. Por isso, o processo de extrusão direta é o
mais empregado.
Os equipamentos usados na extrusão consistem em prensas ho-
rizontais, mecânicas ou hidráulicas, com capacidades normais
entre 1 500 e 5 mil toneladas. Prensas hidráulicas conseguem
cargas de até 30 mil toneladas!
Além dessas prensas, são necessários equipamentos auxiliares
para a realização do processo. Eles incluem fornos para aqueci-
mento dos tarugos, fornos de tratamento térmico, além de equi-
pamentos para transporte e corte dos perfis.
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Existem vários defeitos típicos dos processos de extrusão. Por
exemplo: no processo de extrusão, a deformação não é uniforme.
Por isso, o centro do tarugo move-se mais rapidamente que a pe-
riferia, e forma-se uma “zona morta” ao longo da superfície exter-
na do tarugo. Quando a maior parte do bloco de metal já passou
pela matriz, a superfície externa move-se para o centro e começa
a fluir pela matriz. Como essa superfície externa contém uma pe-
lícula de óxido, aparecem linhas internas de óxido no interior do
produto.
Se esse produto for cortado transversalmente, esse óxido apare-
cerá na forma de um anel que não permite a colagem das partes
a ele adjacentes.
Outro defeito que pode aparecer por causa da diferença de velo-
cidade entre o núcleo do tarugo e a periferia, é a formação de
uma cavidade no centro da superfície do material em contato com
o pistão, quando o processo de extrusão atinge a etapa final.
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Essa cavidade cresce gradualmente em diâmetro e profundidade,
transformando a barra em um tubo. Por isso, essa parte final do
produto deverá ser descartada. O aspecto desse defeito é seme-
lhante ao de um rechupe interno.
O arrancamento é o defeito que se forma na superfície do pro-
duto e aparece na forma de perda de material da superfície,
quando o produto passa muito rapidamente pela matriz.
Produtos fabricados pelo processo de extrusão podem apresentar
também bolhas na superfície. Elas podem ser causadas pela pre-
sença de hidrogênio e materiais provenientes da fundição do lin-
gote ou por ar contido dentro do recipiente da prensa.
Os defeitos que acabamos de descrever podem ser evitados da
seguinte forma:
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• descartar a porção final do produto.
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• não extrudar o tarugo até o fim;
• aquecer o recipiente a uma temperatura 50ºC menor que a
temperatura do tarugo;
• não deixar o diâmetro do produto extrudado ultrapassar um
valor a partir do qual o anel de óxido começa a aparecer.
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• diminuir a velocidade de extrusão;
• diminuir a temperatura de extrusão.
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• eliminar gases dissolvidos no metal líquido durante a fundição
do lingote.
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O princípio do processo de trefilação é, de certa forma, parecido
com o da extrusão, ou seja, é necessário que o material metálico
passe por uma matriz para ter seu diâmetro diminuído e seu
comprimento aumentado. A grande diferença está no fato de que,
em vez de ser empurrado, o material é puxado. Além disso, a tre-
filação é normalmente realizada a frio.
Por esse processo, é possível obter produtos de grande compri-
mento contínuo, seções pequenas, boa qualidade de superfície e
excelente controle dimensional.
Existem bancos de tração de até 100 toneladas, capazes de tra-
balhar a uma velocidade de até 100 m/min, percorrendo distânci-
as de até 30 metros. Em alguns casos, vários conjuntos desse
tipo podem ser montados em série, a fim de produzir arames e fi-
os com diâmetros ainda menores.
A barra que deve ser trefilada é chamada de fio de máquina. Ela
deve ser apontada, para facilitar a passagem pela fieira, e presa
por garras de tração que vão puxar o material para que ele adqui-
ra o diâmetro desejado.
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A fieira é uma ferramenta
cilíndrica que contém um furo
no centro por onde passa o fio,
e cujo diâmetro vai diminuindo.
Assim seu perfil apresenta o
formato de um funil.
A razão da presença desse ângulo, geralmente maior que o ân-
gulo de trefilação, é facilitar a lubrificação e, conseqüentemente,
a passagem do material. A lubrificação é necessária para facilitar
a passagem do metal pela fieira, a fim de diminuir o atrito entre o
fio e o cone de trabalho.
O cilindro de calibração serve para ajustar o diâmetro do fio. O
cone de saída, por sua vez, permite a saída livre do fio.
A fieira é construída de metal duro para fios de diâmetro maior
que 2 mm, ou diamante para fios de diâmetro de até 2 mm. Es-
ses materiais são usados para que a fieira possa resistir às con-
dições severas e grandes solicitações características desse pro-
cesso.
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O processo de trefilação compreende as seguintes etapas:
• laminação e usinagem para a produção do fio máquina.
• decapagem mecânica ou química que retira os óxidos pre-
sentes na superfície do fio máquina.
• Trefilação.
• tratamento térmico de recozimento, quando é necessário
restabelecer o ductilidade do material.
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Para a trefilação propriamente dita, existem dois tipos básicos de
máquinas de trefilar:
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Nessa máquina, o fio é tracionado, ou seja, puxado, e depois de
passar pelo furo da fieira, ele vai para um anel tirante que acu-
mula o fio antes de liberar sua movimentação em direção a uma
segunda fieira onde o processo se repete. Isso é feito quantas
vezes forem necessárias para obter a bitola desejada para o fio.
Ao término desse processo, o fio é enrolado em uma bobinadeira.
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Essa máquina é usada para a trefilação de fios metálicos de pe-
queno diâmetro. Nela, o fio parte de uma bobina, passa por uma
roldana e segue alinhado até a primeira fieira. Na saída da fieira,
o fio é tracionado por um anel tirante e é enrolado nele com um
número de voltas que depende da força do atrito necessária para
tracionar o fio através da primeira fieira.
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O movimento helicoidal do fio provoca seu deslizamento lateral
pelo anel e o sistema prossegue dessa forma para as demais fiei-
ras e anéis.
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Como já dissemos, os produtos trefilados caracterizam-se por
seu grande comprimento e pequena seção transversal.
Dependendo de sua utilização, formato, seção transversal, eles
recebem uma denominação. Assim, as barras possuem diâmetro
maior que 5 mm; os arames ou fios possuem diâmetro menor. O
arame é usado para a construção mecânica. O fio é usado em
aplicações elétricas.
Esses produtos apresentam os seguintes defeitos típicos:
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Causado por partículas duras retidas na fieira e que se despren-
dem depois.
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Com estrangulamento, causada por esforço excessivo devido à
lubrificação deficiente, excesso de espiras no anel tirante, anel ti-
rante rugoso, anel tirante com diâmetro incorreto, redução exces-
siva.
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Ao redor damarca de inclusão, causada por partícula dura inclu-
sa no fio inicial proveniente da laminação ou extrusão.
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Aberta em duas partes, causada por trincas de laminação.
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Causadas por redução grande e parte cilíndrica pequena, com in-
clinação do fio na saída; ruptura de parte da fieira com inclusão
de partículas no contato fio-fieira; inclusão de partículas duras
estranhas.
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Causada por redução pequena e ângulo de fieira muito grande,
com acentuada deformação da parte central.
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A laminação é um processo de conformação mecânica pelo qual
um lingote de metal é forçado a passar por entre dois cilindros
que giram em sentidos opostos, com a mesma velocidade. Assim
consegue-se a redução da espessura do metal a cada passe de
laminação, que é como se chama cada passagem do metal pelos
cilindros de laminação.
Ao passar entre os cilindros, o material sofre deformação plástica.
Por causa disso, ele tem uma redução da espessura e um au-
mento na largura e no comprimento. Como a largura é limitada
pelo tamanho dos cilindros, o aumento do comprimento é sem-
pre maior do que o da largura.
Se você quer saber como isso funciona, pare numa pastelaria e
veja como o pasteleiro estica a massa. Observe como, a cada
passada, ele reajusta a distância entre os cilindros. Veja que a
massa fica cada vez mais comprida e mais fina.
A laminação pode ser feita a quente ou a frio.
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Ela é feita a quente quando o material a ser conformado é difícil
de laminar a frio ou quando necessita de grandes reduções de
espessura. Assim, o aço, quando necessita de grandes reduções,
é sempre laminado a quente porque, quando aquecido, sua es-
trutura cristalina apresenta a configuração CFC ( cubico de face
centrada). Além disso, nesse tipo de estrutura, as forças de coe-
são são menores, o que também facilita a deformação.
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A laminação a frio se aplica a metais de fácil conformação em
temperatura ambiente, o que é mais econômico. É o caso do co-
bre, do alumínio e de algumas de suas ligas.
A laminação a frio também pode ser feita mesmo em metais cuja
resistência à deformação é maior. São passes rápidos e brandos
cuja finalidade é obter maior exatidão nas dimensões das chapas.
Em alguns casos, a dureza e a resistência do material melhoram
já que, nesse caso, ele fica “encruado”. Quando se necessita de
exatidão dimensional e ductilidade, a chapa laminada a frio passa
por um tratamento térmico chamado recozimento.
Encruamento é o resultado de uma mudança na estrutura do
metal, associada a uma deformação permanente dos grãos do
material, quando este é submetido à deformação a frio. O encru-
amento aumenta a dureza e a resistência mecânica.
Sendo a quente ou a frio, a laminação parte
dos lingotes que, passando pelos laminado-
res, pode se transformar em produtos de
uso imediato como trilhos, vigas e perfis.
Pode se transformar também em produtos
intermediários que serão usados em outros
processos de conformação mecânica.
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É o caso de tarugos que passarão por forjamento, extrusão e tre-
filação e das chapas que serão estampadas para a fabricação de
automóveis, ônibus, fogões, geladeiras.
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O laminador é o equipamento que realiza a laminação.Mas, não é
só de laminadores que a laminação é composta. Um setor de la-
minação é organizado de tal modo que a produção é seriada e os
equipamentos são dispostos de acordo com a seqüência de ope-
rações de produção, na qual os lingotes entram e, ao saírem, já
estão com o formato final desejado seja como produto final, seja
como produto intermediário.
As instalações de uma laminação são compostas por fornos de
aquecimento e reaquecimento de lingotes, placas e tarugos, siste-
mas de roletes para deslocar os produtos, mesas de elevação e
basculamento, tesouras de corte e, principalmente, o laminador.
Ele é um conjunto mecânico bem parecido com a máquina do
pasteleiro. É composto de:
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�����6�É o laminador propriamente dito e que contém a
gaiola, os cilindros e os acessórios.
�������6�É a estrutura que sustenta os cilindros.
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Os cilindros são as peças-chave dos laminadores, porque são
eles que aplicam os esforços para deformar o metal. Eles podem
ser fundidos ou forjados; são fabricados em ferro fundido ou aço
especial, dependendo das condições de trabalho a que eles são
submetidos. Podem ser lisos, para a produção de placas e cha-
pas, ou com canais, para a produção de perfis.
Os laminadores podem ser montados isoladamente ou em gru-
pos, formando uma seqüência de vários laminadores em série.
Esse conjunto recebe o nome de trem de laminação. Junto a
esse conjunto, trabalham os equipamentos auxiliares, ou seja, os
empurradores, as mesas transportadoras, as tesouras, as mesas
de elevação.
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Os laminadores podem ser classificados quanto ao número de ci-
lindros que eles apresentam. Assim temos:
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Composto de dois cilindros de mesmo
diâmetro, que giram em sentidos
opostos, na mesma velocidade.
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Três cilindros dispostos uns sobre os
outros. Quando o material passa pela
primeira vez, ele passa entre o cilindro
inferior e médio. Quando ele retorna,
passa pelo cilindro médio e superior.
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Apresenta quatro cilindros: dois inter-
nos (de trabalho) e dois externos (de
apoio).
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Apresenta quatro cilindros combinados:
dois horizontais e dois verticais. Ele é
utilizado para a laminação de trilhos.
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Apresenta seis cilindros dos quais dois
são de trabalho e quatro são de apoio.
A laminação nunca é feita de uma só vez. Assim como o pastelei-
ro passa a massa pela máquina várias vezes até que ela tenha a
espessura desejada, o metal também é passado diversas vezes
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pelo laminador a fim de que o perfil ou a chapa adquiram ou o
formato, ou a espessura adequada para o próximo uso.
Nessas passagens, você obtém inicialmente a laminação de des-
baste, cuja função é transformar os lingotes de metal em produ-
tos intermediários ou semi-acabados como blocos, placas e taru-
gos. Esses produtos passam depois pelos laminadores acabado-
res onde são transformados em produtos acabados como perfila-
dos, trilhos, chapas, tiras.
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Para obter um produto laminado, ele tem que passar diversas ve-
zes pelos laminadores. Na verdade, esse processo tem várias
etapas, porque além da passagem pelos cilindros, algumas coi-
sas vão acontecendo à medida que o produto vai sendo lamina-
do. Essas etapas são, em geral, as seguintes:
1. O lingote, pré-aquecido em fornos especiais, passa pelo lami-
nador de desbaste e se transforma em placas.
2. A placa é reaquecida e passa então por um laminador que
quebra a camada de óxido que se formou no aquecimento.
Nessa operação usa-se também jato de água de alta pressão.
3. Por meio de transportadores de roletes, a placa é levada a um
outro laminador que diminui a espessura e também aumenta
a largura da placa original. Na saída dessa etapa, a chapa
também passa por um dispositivo que achata suas bordas e
por uma tesoura de corte a quente.
4. Finalmente, a placa é encaminhada para o conjunto de lami-
nadores acabadores, que pode ser formado de seis laminado-
res quádruos. Nessa etapa ela sofre reduções sucessivas, até
atingir a espessura desejada e se transformar finalmente em
uma chapa.
5. Quando sai da última cadeira acabadora, a chapa é enrolada
em bobina por meio de bobinadeiras.
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Para a obtenção de espessuras ainda menores, a laminação
prossegue, porém a frio. Para isso, as bobinas passam por um
processo de limpeza da superfície chamado de decapagem.
Após a laminação a frio, que dá à superfície da chapa um aca-
bamento melhor, ela é rebobinada. A bobina resultante passa por
umprocesso de tratamento térmico que produz a recristalização
do material e anula o encruamento ocorrido durante a deforma-
ção a frio.
Além da grande variedade de produtos de aço que se pode fabri-
car por laminação, esse processo de conformação mecânica
também é aplicável ao cobre e suas ligas, ao alumínio e sua li-
gas, à borracha e ao papel.
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Cada produto industrial tem características que o diferenciam dos
outros. Não é diferente com relação aos produtos laminados.
Por exemplo, as formas desses produtos são muito simples: bar-
ras, perfis, chapas. Seu comprimento é sempre muito maior que
sua largura e, na maioria dos casos, as espessuras também são
reduzidas.
Os produtos laminados são empregados tanto na construção civil
(casas, apartamentos, prédios industriais, pontes, viadutos),
quanto na indústria mecânica, na usinagem para a produção em
série de grandes quantidades de peças como parafusos, brocas,
pinos, eixos, barras de seções diversas e chapas trabalhadas (fu-
radas, cortadas, fresadas, retificadas). Em geral, o formato ade-
quado do produto laminado, próximo do produto final usinado,
aumenta muito a produtividade dos setores de usinagem.
Além das características, os produtos laminados apresentam de-
feitos que, geralmente, originam-se dos defeitos de fabricação do
próprio lingote. Assim, os defeitos mais comuns dos produtos la-
minados são:
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Podem ter origem nos rechupes ou nos gases retidos durante a
solidificação do lingote. Eles causam tanto defeitos de superfície
quanto enfraquecimento da resistência mecânica do produto.
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São respingos de metal que se solidificam nas paredes da lingo-
teira durante o vazamento. Posteriormente, eles se agregam ao
lingote e permanecem no material até o produto acabado na for-
ma de defeitos na superfície.
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 Aparecem no próprio lingote ou durante as operações de redu-
ção que acontecem em temperaturas inadequadas.
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são provenientes de reduções excessivas em que um excesso de
massa metálica ultrapassa os limites do canal e sofre recalque no
passe seguinte.
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São partículas resultantes da combinação de elementos presentes
na composição química do lingote, ou do desgaste de refratários e
cuja presença pode tanto fragilizar o material durante a laminação,
quanto causar defeitos na superfície.
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Acontecem pela concentração de alguns elementos nas partes
mais quentes do lingote, as últimas a se solidificarem. Elas po-
dem acarretar heterogeneidades nas propriedades como também
fragilização e enfraquecimento de seções dos produtos
laminados.
Além disso, o produto pode ficar empenado, retorcido, ou fora de
seção, em conseqüência de deficiências no equipamento, e nas
condições de temperatura sem uniformidade ao longo do processo.
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Usinagem é o processo de fabricação que consiste em remover o
sobremetal de uma peça ou de um bloco de aço para obter um ou
vários produtos. Assim, removendo o sobremetal, a peça adquire
a forma, as dimensões e o acabamento que estão especificados
no desenho de execução ou desenho da peça.
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O sobremetal removido da peça ou material bruto é transformado
em cavaco. E cavaco é o excedente do ferro fundido, do aço, do
alumínio, do bronze e de outros materiais retirados de uma peça
durante o processo de usinagem. Portanto, os cavacos são cons-
tituídos por lascas, pedaços ou fragmentos extraídos de material
usado na fabricação de uma peça qualquer.
A remoção do sobremetal ocorre em duas fases: desbaste e aca-
bamento da peça.
Desbaste é a fase inicial da usinagem. É utilizada para dar forma
ao material que ainda não passou pelo acabamento definitivo.
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Na fase do desbaste, os cavacos obtidos são grossos e a super-
fície da peça desbastada apresenta sulcos profundos.
No acabamento, podemos obter um produto com dimensões fi-
nais e rugosidade adequada.
No acabamento, os sulcos produzidos na superfície quase não
são percebidos, pois os cavacos obtidos, em geral, são finos.
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O sobremetal pode ser removido ,manualmente, com o auxílio de
uma ferramenta de corte, como é o caso da limagem. A remoção
do sobremetal também pode ser feita mecanicamente, por exem-
plo, na furação.
As ferramentas de corte são classificadas em monocortantes e
multicortantes.
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As ferramentas monocortantes, conhecidas por bite, apresentam
barras com extremidades adequadamente afiadas para o tipo de
operação e de material a ser trabalhado.
A associação ou combinação de ferramentas monocortantes dá
origem às ferramentas multicortantes. Por essa razão, as multi-
cortantes de múltiplas facas de corte, ao contrário das monocor-
tantes que apresentam apenas uma.
As facas de corte também são conhecidas por arestas de corte
ou lâminas de corte.
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O conjunto mecânico responsável pelos movimentos destinados à
remoção do sobremetal recebe a denominação de máquina ope-
ratriz ou máquina-ferramenta.
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Existe, na indústria, uma variedade de máquina operatrizes. Pro-
vavelmente, você conheça ou opere algumas delas: tornos, fre-
sadoras, mandriladoras, plainas, furadeiras, retificadas cilíndricas
ou planas, máquinas copiadoras e máquinas de eletroerosão.
 
A escolha de uma ou outra máquina depende das especificações
técnicas exigidas da peça tais como formato do produto, acaba-
mento superficial e exatidão dimensional. Portanto, com o auxílio
das máquinas operatrizes, é possível obter superfícies com for-
matos diversos, isto é, planas, curvas, cilíndricas, cônicas e ou-
tras, como mostra a figura a seguir.
Além de atender às especificações técnicas exigidas na fabrica-
ção de determinado produto, as máquinas operatrizes tanto fabri-
cam peças unitárias quanto produtos em larga escala.
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Os principais movimentos de usinagem são: movimento de corte;
movimento de avanço e movimento de profundidade.
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O movimento de corte consiste na volta ou curso dado no materi-
al bruto ou na ferramenta para remover o sobremetal localizado
neste percurso. Nos manuais, catálogos e demais documentos, o
movimento de corte é indicado pelas letras mc. O movimento de
corte gera o comprimento do cavaco.
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Já o movimento de avanço possibilita a retirada do sobremetal
nas voltas ou cursos seguintes, dando origem á espessura do ca-
vaco. O movimento de avanço é indicado nos manuais, catálogos
e demais documentos pelas letras ma.
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O movimento de profundidade, por sua vez, permite a regulagem
do corte, gerando a largura do cavaco. Nos manuais, catálogos e
demais documentos, o movimento de profundidade é indicado
pelas letras mp. O movimento de profundidade difere do movi-
mento de avanço uma vez que é realizado a cada passe feito.
Observação - Passe é o percurso realizado no movimento de
avanço.
Em algumas situações de usinagem, podem ocorrer dois movi-
mentos de avanço: um movimento principal (map) e um movi-
mento secundário (mas).
torneamento de superfícies curvas
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Pelo que você acabou de ver, podemos estabelecer as seguintes
relações:
• movimento de corte → comprimento do cavaco
• movimento de avanço → espessura do cavaco
• movimento de profundidade → largura do cavaco
Veja nas figuras a seguir exemplos de situações em que os mo-
vimentos de usinagem estão indicados de maneira associada.
Observação - Para designar esses movimentos, adotaremos a
partir daqui as letras: mc; ma; mp; map e mas.
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Damos o nome de processos mecânicos de usinagem ao con-
junto dos movimentos destinados à remoção do sobremetal me-
diante o emprego de uma determinada ferramenta.
Os processos mecânicostêm, portanto, a finalidade de conferir
forma, dimensão e acabamento superficial à peça que está sendo
executada.
Os movimentos de usinagem são executados de acordo com o
processo de usinagem empregado. Por exemplo, para executar
uma peça cilíndrica, o movimento de corte deve ser rotativo. A
execução de uma peça plana solicita o movimento de corte linear.
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Os processos mecânicos de usinagem são normalizados e pa-
dronizados pela norma NBR 6175. Por meio dela, as indústrias
brasileiras e estrangeiras adotam a mesma denominação e clas-
sificação para definir os processos de usinagem.
O uso da mesma linguagem técnica apresenta inúmeras vanta-
gens, entre elas:
• Facilitar o processo de comunicação e intercâmbio;
• Garantir a confiabilidade do produto, ou seja, que foi subme-
tido ao processo adequado de usinagem;
• Possibilitar o entendimento correto de manuais técnicos e
outros documentos relacionados às operações de usinagem.
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Segundo a norma NBR 6175, existem inúmeros processos de
usinagem, que se subdividem em vários subprocessos. A opção
por um ou outro processo depende de alguns fatores, tais como:
• formato da peça (plano, curvo, cilíndrico ou cônico);
• exatidão dimensional;
• acabamento superficial.
Você vai conhecer agora algumas características importantes dos
principais processos mecânicos de usinagem de acordo com as
especificações da norma NBR 6175.
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O torneamento é o processo usado para obter produtos com su-
perfícies cilíndricas, planas e cônicas de diâmetros diversos.
O processo de torneamento abrange os seguintes passos:
1. A peça a executar é presa à placa do torno (máquina
operatriz).
Observação - A ferramenta de corte é presa ao porta-
ferramenta.
2. A peça acoplada ao torno, gira ao redor do eixo principal de
rotação da máquina e desenvolve o movimento de corte;
3. A ferramenta de corte se desloca simultaneamente em senti-
do longitudinal ou transversal à peça, realizando o movimento
de avanço;
4. A partir do movimento sincronizado da peça e da ferramenta
de corte são obtidas superfícies planas, cilíndricas e cônicas
com diâmetros sucessivamente menores.
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O processo de usinagem denominado furação é empregado para
obter peças com furos.
Na furação são utilizadas diferentes máquinas-operatrizes, que
contam com o auxílio da broca, que é uma ferramenta multicor-
tante. A escolha da ferramenta depende do formato e das dimen-
sões da peça que será furada.
Para fazer os furos, a peça ou a ferramenta desenvolvem movi-
mentos rotativos. A peça ou a ferramenta se desloca e, ao mes-
mo tempo, desenvolve o movimento de avanço em sentido para-
lelo ao eixo da broca.
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É usado para obter superfícies com formatos:
• Planos, paralelos ao eixo de rotação da ferramenta;
• Planos, perpendiculares ao eixo de rotação da ferramenta.
O fresamento também é empregado para obter formas combina-
das desses dois tipos de superfície.
A fresa é a ferramenta multicortante empregada para realizar o
fresamento. A fresa realiza o movimento de corte; a ferramenta
gira e a peça ou a ferramenta se desloca, realizando o movi-
mento de avanço.
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É o processo de usinagem por abrasão utilizado na execução de
peças que devem apresentar dimensões e formas rigorosas, ru-
gosidade superficial muito pequena ou, ainda, peças com dureza
elevada (acima de 40 HRc),
Na retificação, são empregadas ferramentas abrasivas rotativas
denominadas rebolos. Os rebolos são responsáveis pela realiza-
ção do movimento de corte. Dependendo do perfil do rebolo, as
superfícies a serem usinadas (internas ou externas) podem ser
cilíndricas, cônicas, planas, entre outras.
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Para que haja corte de um determinado material por meio de
uma ferramenta, é necessário que o material ou a ferramenta se
movimente um em relação ao outro.
O modo para determinar ou comparar a rapidez desse movi-
mento é a velocidade de corte, representada pelo símbolo Vc.
Velocidade de corte é, pois, o espaço percorrido pela ferramenta
ou peça em uma unidade de tempo.
A Vc pode variar de acordo com o tipo e a dureza da ferramenta
e também com a resistência à tração do material a ser usinado.
Matematicamente a velocidade de corte é representada pela fór-
mula:
Vc = e
t
Nessa fórmula, Vc é a velocidade de corte, e é o espaço percor-
rido pela ferramenta e t é o tempo gasto.
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A velocidade de corte é, geralmente, indicada para uso nas má-
quinas-ferramenta e se refere à quantidade de metros dentro da
unidade de tempo (minuto ou segundo): 25 m/min (vinte e cinco
metros por minuto) e 40 m/s (quarenta metros por segundo), por
exemplo.
Em algumas máquinas-ferramenta onde o movimento de corte é
rotativo, por exemplo o torno, a fresadora e a furadeira, a peça ou
a ferramenta é submetida a um movimento circular. Por isso, a
velocidade de corte é representada pelo perímetro do material ou
da ferramenta (pid), multiplicado pelo número de rotações (n) por
minuto em que o material ou ferramenta está girando.
Matematicamente, pode-se dizer que, em uma rotação: Vc d
t
=
pi
Em “n” rotações: Vc dn
t
=
pi
Nessa fórmula, pi é igual a 3,14 (valor constante), d é o diâmetro
da peça ou da ferramenta e n é o número de rotações por minuto.
Como o número de rotações é determinado a cada minuto, a Vc
pode ser representada: Vc dn
min
=
pi
1
ou Vc = pidn.
O diâmetro da peça é dado, geralmente, em milímetros. Assim,
para obter a velocidade teórica em metros por minuto, é necessá-
rio converter a medida do diâmetro em metros: Vc dn= pi
1000
 ou
Vc dn m min= pi
1000
( / )
Observação
1m = 1000mm
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Nas máquinas-ferramentas onde o movimento de corte é linear,
por exemplo, na plaina, brochadeira e serra alternativa a peça ou
a ferramenta são submetidas a um movimento. Nessas máquinas
a velocidade é variável de zero até um valor máximo, porque a
peça ou a ferramenta pára nas extremidades do curso e vai au-
mentando a velocidade até chegar ao seu valor máximo.
A velocidade de corte é representada pelo dobro do curso (c)
percorrido pela peça ou a ferramenta multiplicado pelo número de
golpes (n) realizados no espaço de tempo de um minuto.
Matematicamente, isso significa que:
em um golpe, Vc c
t
=
2
em golpes em um minuto, Vc c
min
=
2
1
em “n” golpes por minuto, Vc cn
min
=
2
1
, ou seja, Vc cn= 2
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O comprimento do curso é, geralmente, apresentado em milíme-
tros. Para obter a velocidade em metros por minuto, deve-se con-
verter a medida do curso em metros. Matematicamente:
Vc cn m min= 2
1000
( / )
Observação
No cálculo da velocidade de corte para máquinas-ferramenta,
como as plainas, o valor de c (curso) é determinado pela soma do
comprimento da peça mais 30 mm, que é a folga necessária para
a ferramenta entrar e sair da peça.
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Retificação é a operação de usinagem por abrasão na qual se
usa uma ferramenta multicortante denominada rebolo. Ela tem
por finalidade corrigir irregularidades na superfície da peça de
modo que ela apresente medidas mais exatas.
Na retificação, a fim de obter o melhor resultado na operação,
deve-se considerar a velocidade do rebolo. Assim, os rebolos não
devem ultrapassar a velocidade periférica máxima indicada pois,
com o aumento da velocidade, ocorre um aumento da força cen-
trífuga que pode romper o rebolo.
A velocidade máxima é determinada em função do tipo de agluti-
nante do rebolo e do tipo de trabalho a ser realizado.
A tabela a seguir mostra as velocidades máximas recomendadas
para cada tipo de aglutinante.
Aglutinante Velocidade periférica
máxima
vitrificado 35 m/s
borracha 35 m/s
mineral 16 m/s
resina sintética 45 m/s�	�
Em função do tipo de retificação as velocidades recomendadas
são mostradas na tabela a seguir.
Tipos de retificação Velocidade periférica (m/s)*
retificação cilíndrica 25/30
retificação interna 15/20
retificação plana 20/25
retificação da ferramenta 18/20
corte 80
* Para ferro fundido cinzento, valem os valores menores.
 Para aço, os valores maiores.
É importante observar que na retificação as velocidades de corte
são apresentadas em metros por segundo (m/s), devido as velo-
cidades serem muito elevadas quando comparadas com as velo-
cidades de corte da usinagem de ferramentas clássicas (ferra-
menta de aço-rápido e metal duro).
Exemplo:
Para um rebolo vitrificado cuja a velocidade periférica normal é da
ordem de 30/35 m/s a velocidade do grão seria de 1.800 / 2.100
m/min, enquanto uma fresa costuma trabalhar a 90 m/min.
A velocidade de corte é um dado muito importante para a opera-
ção das máquinas-ferramenta porque é ela que determina o de-
sempenho da máquina e a durabilidade da ferramenta. Na maio-
ria dos casos, ela não precisa ser calculada porque é um valor de
tabela facilmente encontrável em catálogos, manuais e outras
publicações técnicas, elaboradas depois de numerosas experiên-
cias, baseadas em avanços preestabelecidos.
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1. Material da peça
• material duro ⇒ baixa velocidade de corte
• material mole ⇒ alta velocidade de corte
2. Material da ferramenta
• pouco resistente ⇒ baixa velocidade de corte
• muito resistente ⇒ alta velocidade de corte
3. Acabamento superficial desejado
4. Tempo de vida
5. Refrigeração
6. Condições da máquina e de fixação
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Um conjunto de variáveis interfere na formação do acabamento
superficial. Os mais importantes são: os dados de corte, os flui-
dos de corte e a ferramenta.
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Os dados ou parâmetros de corte abrangem o avanço e a veloci-
dade de corte. Ambos são decisivos para a obtenção da qualida-
de superficial.
A distância entre um sulco e outro depende do avanço emprega-
do, que varia em cada processo de usinagem. Superfícies com
baixa rugosidade necessitam de mais tempo de corte, pois a for-
mação de sulcos pequenos exige o emprego de um avanço tam-
bém pequeno. A escolha adequada do processo de usinagem é
importante para determinar a qualidade superficial ou o nível de
rugosidade do produto. Além de interferir no tempo de corte em-
pregado e, consequentemente, no tempo de fabricação, o pro-
cesso de usinagem influi nos custos de produção.
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Proporção entre tempo de corte e processos de usinagem
Onde:
a. retificação cilíndrica
b. retificação plana
c. torneamento
d. fresamento frontal
e. alargamento
f. fresamento tangen-
cial
g. furação
h. aplainamento
Comparando, no gráfico, o tempo relativo de corte na obtenção
de uma rugosidade Ra de 0,8µm por torneamento e por retifica-
ção cilíndrica, temos os seguintes valores:
• no torneamento 3,5 (curva c)
• na retificação cilíndrica: 2 (curva a)
Logo, o tempo de usinagem é 1,75 vezes maior (3,5:2) no torne-
amento.
Observação - Tempo relativo de corte é o tempo que uma peça
leva para ser obtida em relação à outra.
A formação da aresta postiça de corte afeta a rugosidade superfi-
cial e, em conseqüência, prejudica o acabamento superficial da
peça. Aumentando em 40% a velocidade de corte em relação à
velocidade de desbaste, podemos diminuir e até eliminar, em al-
guns casos, a formação da aresta postiça de corte, garantindo
melhor qualidade da superfície do produto.
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A aplicação de fluidos de corte ou líquidos refrigerantes, como
óleos de corte diluídos em água, também afeta o acabamento
superficial. Algumas vantagens da aplicação dos fluidos de corte
são:
• isolar o cavaco da superfície da ferramenta;
���
• evitar a formação da aresta postiça de corte;
• retirar os cavacos da região de corte para não danificarem a
peça;
• impedir que os cavacos fiquem entalados entre a ferramenta
e a superfície da peça.
Aplicando, portanto, os fluidos de corte podemos obter o acaba-
mento superficial correto e a adequada formação de cavacos.
Veja, a seguir, a variação da rugosidade de uma superfície em
que diversos fluidos de corte foram aplicados em razão do avan-
ço empregado.
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O tipo de ferramenta interfere no acabamento superficial.
Ferramentas com ponta chanfrada, por exemplo, são emprega-
das em peças que exigem uma rugosidade mais áspera.
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O gráfico abaixo indica o avanço (a) em função da rugosida-
de(Ra) esperada de acordo com os ângulos de posição princi-
pal(χp) e secundário(χs) da ferramenta.
 Consultando o gráfico anterior, verificamos que:
• utilizando uma ferramenta aguda com χp = 45°, χs = 45° e
avanço de 0,02mm/ volta, a rugosidade esperada será de
2,6µm.
Ainda, consultando o gráfico anterior, notamos que:
• utilizando uma ferramenta aguda com χp = 90°, χs = 15° para
obter uma rugosidade de 1,6µm, o avanço deverá ser de
aproximadamente 0,023mm/volta.
Ferramentas com raio de ponta são indicadas para peças com
baixa rugosidade.
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Observe na figura a seguir exemplo de justaposição de rugosida-
des causadas pelo raio de ponta e pela freqüência da força de
corte.
A tabela a seguir mostra o raio de ponta e o avanço em função da
rugosidade superficial
Raio de ponta (mm)
0,2 0,4 0,8 1,2 1,6 2,4
Valor de Ra
(µm)
avanço (a) mm/v
0,6 0,05 0,07 0,10 0,14 0,14 0,17
1,6 0,08 0,12 0,16 0,20 0,23 0,29
3,2 0,12 0,16 0,23 0,29 0,33 0,40
6,3 - 0,23 0,33 0,40 0,47 0,57
8,0 - - 0,40 0,49 0,57 0,69
As ferramentas multicortantes não apresentam precisão em sua
construção nem em seu movimento de corte. Por isso, quase
sempre um de seus dentes desempenha a função de gerador da
superfície. O grafico a seguir mostra o valor da rugosidade
superficial no fresamento tangencial
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Consultando o gráfico anterior, verificamos que:
• no fresamento tangencial em que o diâmetro da fresa é
160mm e o avanço 2mm/v, a rugosidade superficial deve ser
aproximadamente 1,6µm.
O para obter uma rugosidade aproximada de 1,6µm, utilizando
uma fresa com 80mm de diâmetro, o avanço deve ser aproxima-
damente 1,4mm/v.
No fresamento frontal, a posição das pastilhas (facas) no cabe-
çote da fresa determina a rugosidade superficial.
A precisão da montagem (f) das pastilhas no cabeçote demanda
um tempo considerável, que depende do número de pastilhas, do
estado do desgaste do cabeçote e da habilidade do operador.
Para obter a rugosidade correta e reduzir o tempo de posiciona-
mento das pastilhas no cabeçote, podemos utilizar uma pastilha
alisadora; a qual apresenta uma aresta longa, em torno de 10mm.
A pastilha alisadora é montada no cabeçote porta-fresa com
0,03mm mais saliente em relação às demais, devendo gerar uma
rugosidade aproximada de 0,8µm.
A rugosidade é influenciada pela perpendicularidade do eixo-
árvore e pela mesa porta-peças.
Observação eixo-árvore é o eixo que sustenta a ferramenta.
Para obter um melhor acabamento superficial, no fresamento
frontal, o fabricante da máquina pode executar o eixo porta-fresa
de forma ligeiramente inclinada (1o) em relação à peça, pois os
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sulcos obtidos não se cruzarão. A superfície, no entanto, ficará li-
geiramente abaulada. Nessas condições, o valor aproximado da
rugosidade pode ser obtido na tabela a seguir.
Avanço por dente(f) em (mm/volta/dente)Rugosidade Ra
(µm) 0,01 0,02 0,03 0,05 0,08
0,8 - - - - -
1,6 0,08 - - - -
3,2 0,45 0,16 - - -
6,3 1,1 0,8 0,55 0,01 -
12,5 2,5 2,3 2,0 1,43 0,57
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As ferramentas de corte são empregadas para cortar materiais
metálicos e não metálicos por desprendimento de cavaco. São
constituídas de materiais com elevadadureza, o que lhes permite
cortar materiais de dureza inferior.
Existem dois fatores de influência nas ferramentas de corte: a du-
reza dos materiais de que são feitas e o ângulo da geometria de
corte da ferramenta.
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Normalmente os materiais das ferramentas de corte são aço car-
bono, aço rápido, metal duro e cerâmica.
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O aço carbono utilizado para ferramentas de corte tem teores de
carbono que variam entre 0,7 e 1,5%; é utilizado em ferramentas
para usinagem manual ou em máquinas-ferramenta como, por
exemplo, limas, talhadeiras, raspadores e serras. As ferramentas
de aço carbono são utilizadas para pequenas quantidades de pe-
ças e não se prestam a altas produções; são pouco resistentes a
temperaturas de corte superiores a 250º C, daí a desvantagem de
usar baixas velocidades de corte.
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As ferramentas de aço rápido possuem, além do carbono, vários
elementos de liga, tais como tungstênio (W), cobalto (Co), cromo
(Cr), vanádio (Va), molibdênio (Mo) e boro (B), que são respon-
sáveis pelas propriedades de resistência ao desgaste e aumen-
tam a resistência de corte a quente até 550o C, possibilitando
maior velocidade de corte em relação às ferramentas de aço car-
bono.
Outra vantagem das ferramentas de aço rápido é que são reafiá-
veis, além de que um grande número de arestas de corte pode
ser produzido numa mesma ferramenta. As ferramentas de aço
rápido são comercializadas em forma de bastões de perfis qua-
drados, redondos ou lâminas, conhecidos como bites.
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Metal duro ou carbeto metálico, conhecido popularmente como
carboneto metálico, compõe as ferramentas de corte mais utiliza-
das na usinagem dos materiais na mecânica.
O metal duro difere totalmente dos materiais fundidos, como o
aço; apresenta-se em forma de pó metálico de tungstênio (W),
tântalo (Ta), cobalto (Co) e titânio (Ti), misturados e compactados
na forma desejada, recebendo o nome de briquete. O último es-
tágio de fabricação do metal duro é a sinterização, em que os bri-
quetes se tornam uma peça acabada de metal duro em forma de
pastilha, sob uma temperatura entre 1 300 e 1 600o C.
Todo esse processo garante ao metal duro grande resistência ao
desgaste, com as vantagens de alta resistência ao corte a quen-
te, pois até uma temperatura de 800oC a dureza mantém-se inal-
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terada; possibilidade de velocidades de corte de 50 a 200m/min,
até vinte vezes superior à velocidade do aço rápido.
Devido à alta dureza, os carbetos possuem pouca tenacidade e ne-
cessitam de suportes robustos para evitar vibrações. As pastilhas de
metal duro podem ser fixadas por soldagem, sendo afiáveis, ou me-
canicamente, por meio de suportes especiais que permitem inter-
câmbio entre elas e neste caso não são reafiáveis; são apresenta-
das em diversas formas e classes, adequadas a cada operação; a
escolha das pastilhas é feita por meio de consulta a tabelas específi-
cas dos catálogos de fabricantes.
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As ferramentas de cerâmica são pastilhas sinterizadas, com uma
quantidade aproximada de 98 a 100% de óxido de alumínio; pos-
suem dureza superior à do metal duro e admitem velocidade de
corte cinco a dez vezes maior. São utilizadas nas operações de
acabamento de materiais tais como ferro fundido e ligas de aço;
sua aresta de corte resiste ao desgaste sob temperatura de 1
200o C.
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O fenômeno de corte é realizado pelo ataque da cunha da ferra-
menta; o rendimento desse ataque depende dos valores dos ân-
gulos da cunha, pois é esta que rompe as forças de coesão do
material da peça. Os ângulos e superfícies na geometria de corte
das ferramentas são elementos fundamentais para o rendimento
e a durabilidade delas.
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A denominação das superfícies da ferramenta, dos ângulos e das
arestas é normalizada pela norma brasileira NBR 6163:1990.
Para a compreensão dos ângulos das ferramentas, é necessário
estabelecer um sistema de referência que facilita consultas mais
rápidas a catálogos técnicos. Esse sistema de referência é cons-
tituído por três planos ortogonais, quer dizer, perpendiculares en-
tre si, e que são:
• plano de referência - PR - é o plano que contém o eixo de ro-
tação da peça e passa pelo ponto de referência sobre a
aresta principal de corte; é um plano perpendicular à direção
efetiva de corte.
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• plano de corte - PC - é o plano que passa pela aresta de corte
e é perpendicular ao plano de referência.
• plano de medida - PM - é o plano perpendicular ao plano de
corte e ao plano de referência; passa pelo ponto de referência
sobre a aresta principal de corte.
Os ângulos da ferramenta de corte são classificados em: de folga
α (alfa), de cunha β (beta), de saída γ (gama), de ponta ε (epsi-
lon), de posição χ (chi) e de inclinação de aresta cortante λ
(lambda).
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����� ��α
É o ângulo formado entre a superfície de folga e o plano de corte
medido no plano de medida da cunha cortante; influencia na di-
minuição do atrito entre a peça e a superfície principal de folga.
Para tornear materiais duros, o ângulo α deve ser pequeno; para
materiais moles, α deve ser maior. Geralmente, nas ferramentas
de aço rápido α está entre 6 e 12o e em ferramentas de metal
duro, α está entre 2 e 8o .
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�����,���β
Formado pelas superfícies de folga e de saída; é medido no plano
de medida da cunha cortante. Para tornear materiais moles, β =
40 a 50o ; materiais tenazes, como aço, β = 55 a 75o ; materiais
duros e frágeis, como ferro fundido e bronze, β = 75 a 85o.
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����.
���γ
Formado pela superfície de saída da ferramenta e pelo plano de
referência medido no plano de medida; é determinado em função
do material, uma vez que tem influência sobre a formação do ca-
vaco e sobre a força de corte. Para tornear materiais moles,
γ = 15o a 40o ; materiais tenazes, γ = 14o ; materiais duros,
γ = 0o a 8o . Geralmente, nas ferramentas de aço rápido, γ está
entre 8 e 18o ; nas ferramentas de metal duro, entre -2o e 8o .
A soma dos ângulos α, β e γ , medidos no plano de medida, é
igual a 90o.
α + β + γ = 90o
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É formado pela projeção das arestas lateral e principal de corte
sobre o plano de referência e medido no plano de referência; é
determinado conforme o avanço. O campo de variação situa-se
entre 55o e 120o e o valor usual é 90o.
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������	
������������χ
Formado pela projeção da aresta principal de corte sobre o plano
de referência e pela direção do avanço medido no plano de refe-
rência. Direciona a saída do cavaco e influencia na força de corte.
A função do ângulo χ é controlar o choque de entrada da ferra-
menta. O campo de variação deste ângulo está entre 30o e 90o ; o
valor usual é 75o .
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!����χ
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É o ângulo formado entre a projeção da aresta lateral de corte
sobre o plano de referência e a direção de avanço medido no
plano de referência; sua principal função é controlar o acaba-
mento; no entanto, deve-se lembrar que o acabamento superficial
também depende do raio da ferramenta.
A soma dos ângulos χ , ε e χs, medidos no plano de referência, é
igual a 180o.
χ + ε + χs = 180o
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������������������λ
É o ângulo formado entre a aresta principal de corte e sua proje-
ção sobre o plano de referência medido no plano de corte. Tem
por finalidade controlar a direção do escoamento do cavaco e o
consumo de potência, além de proteger a ponta da ferramenta e
aumentar seu tempo de vida útil; o ângulo de inclinação pode va-
riar de -10o a + 10o ; em geral, λ = -5o .
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 λ �������
É usado nos trabalhos de desbaste e em cortes interrompidos de
peças quadradas, com rasgos ou com ressaltos, em materiais du-
ros, quando a ponta da ferramenta for a parte mais baixa em re-
lação àaresta de corte. Nesta situação, o cavaco se apresenta
sob forma helicoidal a contínua.
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 Diz-se que λ é positivo quando a ponta da ferramenta em rela-
ção à aresta de corte for a parte mais alta; é usado na usinagem
de materiais macios, de baixa dureza. Nesta situação, o cavaco
se apresenta sob forma helicoidal contínua.
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 λ ��	��
Diz-se que λ é neutro quando a ponta da ferramenta está na
mesma altura da aresta de corte; é usado na usinagem de mate-
riais duros e exige menor potência do que λ positivo ou negativo.
O cavaco se apresenta espiralado e contínuo, situação em que
um grande volume pode ocasionar acidentes.
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Experimentalmente, determinaram-se os valores dos ângulos
para cada tipo de material das peças; os valores de ângulo para
os materiais mais comuns encontram-se na tabela.
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Ângulos recomendados em função do material
Material Ângulos
α β γ
Aço 1020 até 450N/mm2
Aço 1045 420 a 700N/mm2
Aço 1060 acima de 700N/mm2
Aço ferramenta 0,9%C
Aço inox
FoFo brinell até 250HB
FoFo maleável ferrítico brinell até 150HB
FoFo maleável perflítico brinell de 160HB a 240HB
Cobre, latão, bronze (macio)
Latão e bronze (quebradiço)
Bronze para bucha
Alumínio
Duralumínio
8
8
8
6 a 8
8 a 10
8
8
8
8
8
8
10 a 12
8 a 10
55
62
68
72 a 78
62 a 68
76 a 82
64 a 68
72
55
79 a 82
75
30 a 35
35 a 45
27
20
14
14 a 18
14 a 18
0 a 6
14 a 18
10
27
0 a 3
7
45 a 48
37 a 45
Duroplástico
Celeron, baquelite
Ebonite
Fibra
10
15
10
80 a 90
75
55
5
0
25
Termoplástico
PVC
Acrílico
Teflon
Nylon
10
10
8
12
75
80 a 90
82
75
5
0
0
3
Além dos ângulos, também as pontas de corte são arredondadas
em função do acabamento superficial da peça; o raio é medido no
plano de referência da ferramenta. Alguns valores, em função do
material da ferramenta, são:
aço rápido: rε = 4x s; ou rε ≥ p4 ;
metal duro: s < 1,0mm/r ⇒ rε = 1mm
 s ≥ 1,0mm/r ⇒ rε = s
onde
rε ⇒ raio da ponta da ferramenta
s ⇒ avanço
p ⇒ profundidade
mm/r ⇒ unidade de avanço
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A posição da aresta principal de corte indica a direção do avanço;
segundo a norma ISO 1832/85, a ferramenta pode ser direita, re-
presentada pela letra R (do inglês “right”), esquerda, representa-
da pela letra L (do inglês “left”), ou neutra, representada pela letra
N.
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SENAI-SP. Metalmecânica - Teoria Caminhão Betoneira. V. 1.
Por Regina Célia Roland Novaes e Selma Ziedas. São Paulo,
1997.
SENAI-SP. Metalmecânica - Teoria Caminhão Betoneira. V. 2.
Por Abílio José Weber e Adriano Ruiz Secco. São Paulo,
1997.
FRM/SENAI-SP. Telecurso 2000 – Profissionalizante – Materi-
ais Por Luis Rodrigues da Silva e Regina Célia Roland No-
vaes. São Paulo, 1997.
SENAI-SP. Tecnologia de Materiais (Manutenção Mecânica 4).
Por Marcos José de Morais Silva e Dirceu Della Coletta. São
Paulo, 1989.