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Ciências dos Materiais Construção Civil -Compreende a construção de edifícios, viadutos, pontes, aeroportos, . . . - Materiais de construção civil: cimento, pedra, areia, tijolo, aço, . . . Construção Mecânica -Compreende a fabricação de máquinas, equipamentos, veículos, . . . -Materiais de construção mecânica: metais, cerâmicos, plásticos e compostos CONCEITO DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA Metálicos Ferrosos Aços Ferros Fundidos Não Ferrosos Cerâmicos Plásticos Compostos Ciências dos Materiais MATERIAIS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO MECÂNICA Ciências dos Materiais PARTICIPAÇÃO DO AÇO EM UM AUTOMÓVEL -Os materiais metálicos são os mais empregados na construção mecânica. -São subdivididos em dois grupos: “materiais metálicos ferrosos e não ferrosos” - Os materiais metálicos ferrosos (aços e ferros fundidos)são empregados em maior quantidade -Dentre os materiais metálicos ferrosos, o aço é o mais utilizado. Ciências dos Materiais MATERIAIS METÁLICOS - A matéria prima básica para a produção dos materiais ferrosos “aços e ferros fundidos” é o minério de ferro, que existe em abundância na crosta terrestre. - O materiais ferrosos apresentam baixo custo de extração e processamento quando comparado a outros metais importantes, como por exemplo o alumínio. - Suas propriedades intrínsecas são bastante significativas. - O Brasil possui enormes reservas de minério de ferro. - Estamos em condições extremamente favoráveis para a implantação de um grande parque siderúrgico. Ciências dos Materiais MATERIAIS METÁLICOS FERROSOS PRINCIPAIS RESERVAS CONHECIDAS MINÉRIO DE FERRO PAIS t (milhões) % de Fe 01 - Brasil 37.757 54 ~ 70 02 - Canadá 10.997 30 ~ 65 03 - Africa Sul 8.600 40 ~ 60 04 - França 8.017 30 ~ 42 05 - Índia 7.239 39 ~ 69 06 - EUA 4.925 22 ~ 60 07 - Suécia 3.370 32 ~ 61 08 - Inglaterra 3.162 20 ~ 56 09 - Venezuela 2.000 63 ~ 68 10 - Alemanha 1.500 20 ~ 27 Ciências dos Materiais RESERVAS DE MINÉRIO DE FERRO Ciências dos Materiais PRODUÇÃO MUNDIAL DE AÇO EM 2010 PRODUÇÃO DE AÇO NA AMÉRICA LATINA PAIS PRODUÇÃO % 01 - Brasil 35.220 51,8 02 - México 18.201 26,8 03 - Argentina 5.626 8,3 04 - Venezuela 3.073 4,5 05 - Chile 1.615 2,4 06 - Colômbia 1.287 1,9 07 - Peru 926 1,4 08 - Trinidad e Tobago 603 0,9 09 - América Central 542 0,8 10 – Equador 463 0,7 11 - Cuba 282 0,4 12 - Uruguai 81 0,1 13 - Paraguai 28 0,0 UNIDADE: t X 1000Fonte: IAB Ciências dos Materiais PRODUÇÃO DE AÇO AMÉRICA LATINA - 2011 ESTADO PRODUÇÃO % 1º - Minas Gerais 11.914 35,3 2º - Rio de Janeiro 6.890 20,4 3º - São Paulo 6.712 19,9 4º - Espírito Santo 6.219 18,4 5º - Rio Grande Sul 815 2,4 6º - Paraná 418 1,2 7º - Bahia 389 1,2 8º - Pernambuco 258 0,8 9º - Ceará 167 0,6 UNIDADE: t X 1000 PRODUÇÃO BRASILEIRA POR ESTADO - 2011 Ciências dos Materiais CONSUMO PER CAPTA DE AÇO Ciências dos Materiais Ciências dos Materiais DISTRIBUIÇÃO SETORIAL DO CONSUMO DE AÇO - 2010 Os materiais cerâmicos constituem um grupo muito extenso de materiais para fins de construção e industriais Principais características dos materiais cerâmicos → Elevado ponto de fusão, o que os torna refratários, ou seja, apresentam estabilidade a elevadas temperaturas → ConduTvidade elétrica nula ou muito pequena → Grande resistência ao ataque químico. → Elevada dureza (consequentemente frágeis) Principais componentes → Elementos metálicos: alumínio, silício, magnésio, berílio, Ttânio e boro → Não metálicos: oxigênio, carbono e nitrogênio Ciências dos Materiais MATERIAIS CERÂMICOS Etapas de fabricação 1-Preparação: ingredientes na forma de pó ou partículas. 2-Conformação: →Líquida: vazamento em moldes de gesso →Semi-líquida (até 20% umidade): sob pressão em moldes metálicos →Sólida: (até 5% de umidade): sob pressão em moldes metálicos →Extrusão: Tjolos e telhas 3-Secagem: →Peças de baixo custo: em ambiente normal, protegidas das interpéries →Louças brancas: temperatura entre 925ºC e 1425ºC →Refratários e eletrônicos: temperaturas acima de 1650°C Ciências dos Materiais MATERIAIS CERÂMICOS TIPOS DE MATERIAIS CERÂMICOS 1- Porcelanas Componentes: mistura de argila, quartzo, feldspato e outros. Aplicações: indústria química e elétrica Química: tanques, tubulações e filtros Elétrica: componentes para voltagens acima 500V 2-Refratários Componentes: sílica, alumina, magnésio,... Aplicações: revestimentos de fornos 3-Óxidos Podem conter um ou mais elementos metálicos Aplicações: Resistores: óxido de Berílio Cadinhos para metais: óxido de zirconio Êmbolos de bombas: óxido de alumínio 4-Vidros Originam-se da fusão da sílica (SiO2) Temperatura de fusão: ~ 1500 ºC Reciclável Ciências dos Materiais MATERIAIS CERÂMICOS Os plásticos são materiais artificiais cujo Carbono é o elemento fundamental. Em geral tem-se a combinação de um átomo de carbono com quatro átomos de outros elementos. Principais tipos de plásticos TERMOPÁSTICOS →Oleofínicos: cabos de ferramentas, canos d’agua, briquedos,... →PoliesTrenos: revesTmento porta refrigerador, maçanetas, ... →Vinílicos: estofamentos →Acrílicos: hélices maríTmas, caixas ar condicionado,... TERMOESTÁVEIS →Fenólicos: carcaça de radio, carcaça de televisão, ... →Poliésteres: malas, correias transportadoras,... →Alquidos: isoladores, chaves elétricas, ... →Epóxis: componentes de estrutura de aviões, componentes eletrônicos,... Ciências dos Materiais MATERIAIS PLÁSTICOS São materiais constituídos por uma mistura de fases macro componentes compostas de materiais que são diferentes sob os pontos de vista de composição química e forma. Principais macro componentes Fibras Partículas Lâminas Escamas Substâncias de enchimento Os componentes determinam a natureza da estrutura interna dos compostos Ciências dos Materiais MATERIAIS COMPOSTOS Principais tipos de materiais compostos Fibrosos (Fibras) Plásticos reforçados com fibras, resina epoxi com fibra de carbono. Particulados (Partículas) Materiais plásticos com partículas metálicas Alumínio = atua como decorativo e melhora condutividade térmica Cobre= melhora condutividade elétrica Chumbo= melhora a capacidade de amortecimento Lamelares (Lâminas) Correias de tecido/borracha, vidro de segurança (vidro/resina/vidro). Escamados (Escamas) Escamas são mantidas juntas por um aglomerante. Os compostos de mica são muito importantes como isolantes de motores elétricos. Enchidos (Substâncias de enchimento) Esqueleto preenchido com outro material Ciências dos Materiais MATERIAIS COMPOSTOS INTRODUÇÃO -O que entendemos por construção mecânica -Do que se ocupa a construção civil -Materiais utilizados na construção mecânica -metálicos, cerâmicos, plásticos e compostos. METÁLICOS -São os mais empregados na construção mecânica -Minério de ferro: abundância, custo transformação -Informações sobre produção e consumo de aço MATERIAIS CERÂMICOS -Constituem grupo extenso -Principais características -Principais componentes metálicos e não metálicos -Etapas de fabricação -Tipos de cerâmicos: porcelanas, refratários, óxidos e vidros MATERIAIS PLÁSTICOS -Material artificial -Principais tipos: termoplásticos e termoestáveis MATERIAIS COMPOSTOS -Principais macro componentes -Principais materiais compostos Ciências dos Materiais RESUMO DA INTRODUÇÃO Os aços são divididos e dois grandes grupos: aços ao carbono e aços ligados. AÇO AO CARBONO Liga ferro – carbono contendo de 0,008 à 2,0% de carbono e elementos de liga (silício, manganês, cromo, níquel, enxofre, molibdênio, . . .) em teores residuais. AÇO LIGADO Liga ferro – carbono contendode 0,008 à 2,0% de carbono e elementos de liga (silício, manganês, cromo, níquel, enxofre, molibdênio, . . .) em teores acima dos residuais. Estes elementos são adicionados intencionalmente para conferir alguma propriedade ao aço Exemplos : Cromo (eleva dureza), Enxofre (melhora usinabilidade), . . . Ciências dos Materiais DEFINIÇÃO DE AÇO EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NAS PROPRIEDADES DOS AÇOS PROPRIEDADES MECÂNICAS ELEMENTO DE LIGA D U R EZ A R ES IS T. TR A Ç Ã O LI M .E SC O A M EN TO A LO N G A M EN TO R ED U Ç Ã O Á R EA R ES IS T. IM PÁ C TO EL A ST IC ID A D E FO R JA B IL ID A D E U SI N A B IL ID A D E Silicio ↑ ↑ ↑↑ ↓ ~ ↓ ↑↑↑ ↓ ↓ Cromo ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ~ Niquel ↑ ↑ ↑ ~ ~ ~ ~ ↓ ↓ Manganês ↑ ↑ ↑ ~ ~ ~ ↑ ↑ ↓ Aluminio ~ ~ ~ ~ ↓ ↓ ~ ↓↓ ~ Molibdênio ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ~ ↓ ↓ Cobre ↑ ↑ ↑↑ ~ ~ ~ ~ ↓↓↓ ~ Enxofre ~ ~ ~ ↓ ↓ ↓ ~ ↓↓↓ ↑↑↑ Fósforo ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓↓↓ ~ ↓ ↑↑ Ciências dos Materiais EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NAS PROPRIEDADES DOS AÇOS INTRODUÇÃO - Produção mundial atual de aço é cerca de 1,5 bilhões de toneladas anuais. - Necessidade de nomenclatura padronizada para comercialização. - Maioria dos países possui norma específica regulamentando a nomenclatura. Alemanha :DIN França :AFNOR Itália :UNI Inglaterra :BS Japão :JIS EUA :SAE Brasil :ABNT - Países se juntaram em blocos tais como o Mercosul e a Comunidade Européia. - Norma adotada no Brasil a partir do ano 2.000: “NORMA BRASILEIRA ABNT NBR NM 87:2000” ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR = Norma Brasileira NM = Norma Mercosul Ciências dos Materiais NOMENCLATURA DOS AÇOS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA DESIGNAÇÃO Palavra COPANT (Comissão Panamericana de Normas Técnicas) Seguida de um número de 4 ou 5 dígitos, dependendo do tipo de aço Dois primeiros dígitos: indicam a família do aço Dois ou três dígitos seguintes: indicam 100 vezes o valor médio de Carbono que o aço contém A presença de Boro, Chumbo ou Enxofre é indicada através da inserção das letras B, L ou S entre os dois primeiros e os dois ou três algarismos finais. COPANT 5140 Família = 51 Teor de Carbono = 0,40% Ciências dos Materiais NOMENCLATURA DOS AÇOS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA COPANT YY XX COPANT YY XXX YY = família XX = teor de carbono do aço x 100 COPANT 5140 Família = 51 Teor de Carbono = 0,40% Ciências dos Materiais DETALHAMENTO DA NOMENCLATURA AÇO FAMÍLIA % ~ “c” Copant 1045 10 0,45 Copant 4340 43 0,40 Copant 8620 86 0,20 Copant 52100 52 1,00 Copant 15B36 15 0,36 (*) Copant 12L14 12 0,14 (**) Copant 43S40 43 0,40 (***) (*) = Boro (**) = Chumbo (***) = Enxofre Ciências dos Materiais EXEMPLOS DE TIPOS DE AÇOS Ciências dos Materiais FAMILIAS DOS AÇOS Não existe um valor único para o teor de cada elemento químico. A norma ABNT NBR NM 87:2000 especifica os limites máximo e mínimo de cada elemento. Exemplo - 01 Para o aço Copant 8640 os elementos químicos especificados e seus respectivos limites, são: ELEMENTO MÍNIMO MÁXIMO Carbono (C) 0,38 0,43 Manganês (Mn) 0,75 1,00 Silício (Si) 0,15 0,35 Níquel (Ni) 0,40 0,70 Cromo (Cr) 0,40 0,60 Molibdênio (Mo) 0,15 0,25 Família 86 Ni ~ 0.55 Cr ~ 0,50 Mo ~ 0,20 Ciências dos Materiais COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AÇOS ABNT NBR NM 87:2000 Exemplo – 02 Aço Copant 1010 ELEMENTO MÍNIMO MÁXIMO Carbono (C) 0,08 0,13 Manganês (Mn) 0,30 0,60 Fósforo (P) 0,00 0,040 Enxofre (S) 0,00 0,050 Exemplo – 03 Aço Copant 52100 ELEMENTO MÍNIMO MÁXIMO Carbono (C) 0,96 1,10 Manganês (Mn) 0,25 0,45 Silício (Si) 0,15 0,35 Cromo (Cr) 1,30 1,60 Família 52 com alto Carbono Cr ~ 1,45% Ciências dos Materiais COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AÇOS ABNT NBR NM 87:2000 AÇOS CARBONO DESIGNAÇÃO CARBONO MANGANÊS FÓSFORO ENXOFRE C Mn P S 1010 0,08 / 0,13 0,30 / 0,60 max 0,040 max 0,050 1020 0,18 / 0,23 0,30 / 0,60 max 0,040 max 0,050 1045 0,43 / 0,50 0,60 / 0,90 max 0,040 max 0,050 1050 0,48 / 0,55 0,60 / 0,90 max 0,040 max 0,050 1070 0,65 / 0,75 0,60 / 0,90 max 0,040 max 0,050 1080 0,75 / 0,88 0,60 / 0,90 max 0,040 max 0,050 1090 0,85 / 0,98 0,60 / 0,90 max 0,040 max 0,050 AÇOS RESSULFURADOS DESIGNAÇÃO CARBONO MANGANÊS FÓSFORO ENXOFRE C Mn P S 1110 0,08 / 0,13 0,30 / 0,60 max 0,040 0,08 / 0,13 1141 0,37 / 0,45 1,35 / 1,65 max 0,040 0,08 / 0,13 1146 0,42 / 0,49 0,70 / 1,00 max 0,040 0,08 / 0,13 1151 0,48 / 0,55 0,70 / 1,00 max 0,040 0,08 / 0,13 Ciências dos Materiais COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AÇOS ABNT NBR NM 87:2000 AÇOS CARBONO DE ALTO MANGANÊS DESIGNAÇÃO CARBONO MANGANÊS FÓSFORO ENXOFRE C Mn P S 1524 0,19 / 0,25 1,35 / 1,65 max 0,040 max 0,050 1536 0,30 / 0,37 1,20 / 1,50 max 0,040 max 0,050 1541 0,36 / 0,44 1,35 / 1,65 max 0,040 max 0,050 1548 0,44 / 0,52 1,10 / 1,40 max 0,040 max 0,050 AÇOS LIGADOS DESIGNAÇÃO CARBONO MANGANÊS SILÍCIO NIQUEL CROMO MOLIBDÊNIO C Mn Si Ni Cr Mo 4130 0,28 / 0,33 0,40 / 0,60 0,15 / 0,35 - 0,80 / 1,10 0,15 / 0,25 5120 0,17 / 0,22 0,70 / 0,90 0,15 / 0,35 - 0,70 / 0,90 - 52100 0,98 / 1,10 0,25 / 9,45 0,15 / 0,35 - 1,30 / 1,60 - 8640 0,38 / 0,43 0,75 / 1,00 0,15 / 0,35 0,40 / 0,70 0,40 / 0,60 0,15 / 0,25 9262 0,55 / 0,65 0,75 / 1,00 1,80 / 2,20 - 0,25 / 0,40 - Ciências dos Materiais COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AÇOS ABNT NBR NM 87:2000 SIMILARIDADES COPANT SAE DIN BS AFNOR UNI 1010 1010 C 10 045 A 10 XC 10 C 10 1020 1020 C 22 050 A 20 XC 18 C 20 1045 1045 C 45 080 A 47 XC 48 C 45 12L14 12L14 9SMnPb28 - - 9SMnPb28 1541 1541 40Mn6 150 M 36 40M6 - 4142 4142 42CrMo4 708 A 42 42CD 4 40CrMo4 5135 5135 37Cr4 530 A 36 38C4 38Cr4 8620 8620 21NiCrMo2 805 A 20 20NCD2 20NiCrMo2 Ciências dos Materiais SIMILARIDADES Conceito de liga Quando misturamos dois elementos (A e B) que se combinam, formamos uma liga binária composta pelos elementos A e B. Da mesma maneira, ao misturamos três elementos (A, B e C) que se combinam, formamos uma liga terciária composta pelos elementos A, B e C. O diagrama de equilíbrio ferro – carbono refere-se ao diagrama de equilíbrio de uma liga binária composta dos elementos ferro e carbono. Ele é obtido experimentalmente, por pontos, e apresenta as temperaturas em que ocorrem as diversas transformações dessas ligas em função do seu teor de carbono. Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO Te m p e ra tu ra º C Teor de carbono Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO Detalhamento do diagrama -01 No eixo das ordenadas estão indicadas as temperaturas desde 0ºC até 1600ºC. No eixo das abscissas estão indicadas as ligas ferro – carbono com teores de carbono variando de 0 à 6,7%. A região do diagrama que diz respeito aos aços é a região compreendida entre 0,008 e 2,0% de carbono; acima de 2,0 até 6,7% de carbono estão os ferros fundidos. Obs.: 1-Acima de 4,0 / 4,5% de carbono essas ligas apresentam pequena ou nenhuma importância comercial. 2-O diagrama de equilíbrio ferro-carbono é, de fato, um diagrama Fe – Fe₃C pois na extremidade direita, quando o carbono atinge 6,7% forma-se o carboneto de ferro ou Fe₃C. Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO Detalhamento do diagrama -02 Linha líquidus: acima dela todas as ligas estão totalmente liquidas. Linha sólidus: abaixo dela todas as ligas estão totalmente sólidas Obs.: entre as duas linhas, líquidus e sólidus, as ligas estão parte líquida e parte sólida. Linhas de transformação na fase sólida (GS – SE– OS – SK): indicam o início e o fim das transformações na fase sólida. Zona crítica: é a região delimitada pelas linhas de transformação na fase sólida. Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO Detalhamento do diagrama -03 Ponto A: à temperatura de 1534º corresponde ao ponto de fusão do ferro puro. Ponto S: denominado ponto eutetóide, corresponde a uma liga com 0,8% de carbono -Aços eutetóides : C = 0,8%: -Aços hipo-eutetóides : 0,008% < C < 0,8% -Aços hiper-eutetóides : 0,8% < C < 2,0% Ponto C: denominado ponto eutético, corresponde a uma liga com 4,3% de carbono (liga com menor ponto de fusão: 1147ºC) Ponto D: corresponde ao ponto de fusão do Fe₃C. Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO Ciências dos Materiais DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO - CARBONO AUSTENITA Origem do nome: metalurgista inglês Roberts Austen Estrutura: grãos poligonais irregulares Propriedades: boa resistência mecânica, não magnética e estável acima de 723ºC FERRITA Origem do nome: do latim Ferrum Estrutura: grãos poligonais irregulares Propriedades: baixa dureza, baixa resistência a tração, alta resistência ao choque e elevado alongamento CEMENTITA Origem do nome: do latim Caementum Composição: carboneto de ferro (Fe₃C) com 6,67% de carbono Propriedades: elevada dureza e baixa ductilidade PERLITA Composição: mistura mecânica com 88% (ferrita) e 12% (cementita) Propriedades: intermediárias entre as duas, mantida as proporções Ciências dos Materiais CONSTITUINTES DOS AÇOS E SUAS INFLUÊNCIAS NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS �Toda empresa produtora de aço é denominada USINA SIDERÚRGICA �As usinas siderúrgicas são divididas em dois grupos USINAS SIDERÚRGICAS INTEGRADAS USINAS SIDERÚRGICAS NÃO INTEGRADAS �USINAS SIDERÚRGICAS INTEGRADAS Produzem aço a partir do minério de ferro (minério de ferro → ferro gusa → aço) Ex.: Usiminas, CSN, Açominas �USINAS SIDERÚRGICAS NÃO INTEGRADAS Produzem aço a partir de sucata de aço e ferro gusa (sucata de aço + ferro gusa → aço) Ex.: Gerdau Mogi, Gerdau Pinda, Gerdau Charqueadas Ciências dos Materiais USINAS SIDERÚRGICAS PRIINCIPAIS FONTES DE SUCATA � RETORNO (gerada na própria usina siderúrgica) � INDUSTRIAL (gerada na indústria) � OBSOLECÊNCIA CLASSIFICAÇÃO DA SUCATA �QUANTO A DENSIDADE � Baixa densidade : ex.: cavacos de usinagem � Média densidade : ex.: pedaços de barras � Alta densidade : ex.: bases de máquinas Obs.: sucatas de baixa ou média densidade podem, quando prensadas, ser transformadas em alta densidade, �QUANTO A COMPOSIÇÃO QUÍMICA � Classificadas de acordo com o elemento de liga predominante em sua composição. Exemplos: Sucata de aço carbono (sem elemento de liga) Sucata de aço molibdênio Sucata de aço níquel Ciências dos Materiais ALGUMAS INFORMAÇÕES SOBRE SUCATA DE AÇO Introdução A construção mecânica exige peças metálicas dentro de determinados requisitos de propriedades mecânicas, de modo a torná-las aptas a suportarem satisfatoriamente as condições de serviço a que estarão sujeitas. Na grande maioria dos casos os processos de produção não conferem às peças as propriedades desejadas. Como por exemplo, uma peça fundida ou submetida a processamento a frio apresenta tensões que poderão ser prejudiciais durante o uso. Daí a necessidade de submetê-las a determinados tratamentos térmicos com o objetivo de atingir as propriedades especificadas. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais O tratamento térmico surgiu há muitos séculos atrás quando o homem descobriu que o aquecimento e resfriamento podiam modificar as propriedades mecânicas dos aços, isto é, torná-los mais duros, mais moles, mais maleáveis, ... Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que os aços eram resfriados e a quantidade de carbono que possuíam influíam decisivamente nessas modificações. Um tratamento térmico é feito em três fases distintas: 1 - aquecimento 2 - manutenção da temperatura 3 – resfriamento TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Definição Por tratamento térmico (TºTº) compreendemos a operação de aquecer um material a uma determinada temperatura , deixá-lo algum tempo nesta temperatura e em seguida resfriá-lo em condições especificadas com a finalidade de obter propriedades especiais. As propriedades mecânicas dos aços dependem, em princípio, de suas estruturas; os tratamentos térmicos modificam, em maior ou menor escala, a estrutura dos aços, resultando, como consequência, na alteração mais ou menos acentuada de suas propriedades. Os diversos tratamentos térmicos são executados através da alteração da temperatura de aquecimento e velocidade de resfriamento dos materiais. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Principais objetivos dos tratamentos térmicos �Remoção de tensões residuais decorrentes de processos mecânicos de conformação � Refino da microestrutura (diminuição do tamanho de grão) �Aumento ou diminuição de dureza �Aumento ou diminuição da resistência mecânica �Aumento da ductilidade �Melhoria da usinabilidade �Aumento da resistência ao desgaste �Melhoria da resistência ao impacto �Modificação de propriedades magnéticas �Remoção de gases : desidrogenação TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Observações 1-Em geral, a melhora de uma das propriedades (ou várias propriedades) mediante um determinado tratamento térmico é conseguida com prejuízo das propriedades inversamente proporcionais. Ex.: aumento da dureza provoca redução da resistência ao impacto. Em função disso o tratamento térmico a ser aplicado em um determinado material deve ser criteriosamente escolhido. Devemos analisar todo o conjunto e não somente a peça a ser tratada. 2-Não se verifica, pela simples aplicação de um tratamento térmico, qualquer alteração na composição química no material da peça tratada. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Fatores de influência nos tratamentos térmicos Considerando que o tratamento térmico é um ciclo tempo x temperatura, os fatores que devem ser inicialmente considerados são: �Temperatura de aquecimento �Tempo de permanência na temperatura �Velocidade de resfriamento �Atmosfera do forno TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Temperatura de aquecimento Para cada tipo de liga e tratamento térmico existe a temperatura indicada de aquecimento. De maneira geral os tratamentos térmicos dos aços são realizados em temperaturas dentro do campo austenítico, visando a sua completa austenitização. A velocidade de aquecimento depende do tamanho e da forma do componente; velocidade muito elevada pode causar distorções ou até mesmo trincas nas peças. Normalmente, as taxas de aquecimento empregadas pela indústria são determinadas pelos fabricantes dos fornos, sendo que os valores típicos em fornos de aquecimento resistivo estão entre 600 e 1200°C /h. Obs. fornos de indução apresentam taxas mais elevadas. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Tempo de permanência na temperatura de tratamento O tempo de permanência na temperatura de tratamento é a soma do tempo para a homogeneização da temperatura na peça e o tempo da transformação de fase. A literatura normalmente descreve a equação empírica abaixo para a determinação do tempo de permanência em aços para CM: tp: tempo de permanência em “horas” tp = 0,5. eeq eeq:espessura equivalente em “pol” Obs.: para fornos com duas fontes de calor a espessura equivalente é 0,5 da maior espessura da peça em polegadas. Ex. para uma peça com espessura de ~ 4”, a eeq é 2” (4 x 0,5) e o tempo de permanência (tp) será de 1h. Períodos superioresao descrito, provocam descarbonetação e crescimento do tamanho de grão. Períodos inferiores ao descrito podem ser insuficientes para provocar a transformação da estrutura. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Atmosfera do forno A atmosfera do forno pode influenciar diretamente no resultado do tratamento térmico. A presença de oxigênio na atmosfera do forno provoca oxidação do ferro e consequentemente a descarbonetação superficial da peça. Este fenômeno começa a se manifestar a partir de 500ºC. A presença de carbono na atmosfera provoca a carbonetação superficial . O ideal seria que os tratamentos fossem realizados em fornos à vácuo ou com atmosferas inertes, à base de argônio. TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Resfriamento É o fator mais importante pois é ele que determina efetivamente a estrutura final da peça e, em consequência, as suas propriedades mecânicas finais. Para a escolha do meio de resfriamento adequado deve ser considerada a estrutura final desejada na peça. Os principais meios de resfriamento são: � O próprio forno � O ar � Meios líquidos � Meios sólidos TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Resfriamento 1-Desligando o forno Forno 2-Abaixando controladamente a temperatura do forno 1.a- aquecido 1-Ar tranquilo 1.b- temperatura ambiente Ar 1.c-frio 2-Ar forçado 1-Tipo (óleo, água, polímeros ou soluções aquosas) Meios Líquidos 2-Temperatura (aquecido ou não) 3-Agitação (com ou sem agitação) Meios Sólidos (areia, vermiculita, cal,...) TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Severidade de um meio de resfriamento É a capacidade do meio em retirar calor da peça; quanto maior a severidade maior a capacidade de retirada de calor. Velocidades relativas de resfriamento Padrão: cilindro de liga Fe-Ni, com 1” de diâmetro, à 550ºC, resfriado em água em agitação a velocidade de 38ºC/seg. Considerando-se o meio “água em agitação” como velocidade 1.00, a tabela abaixo indica as velocidades relativas dos outros meios. MEIO DE RESFRIAMENTO VELOCIDADE RELATIVA Polímeros especiais 1.230 Água em agitação 1.000 Óleo em agitação 0.400 Ar forçado 0.032 Ar tranquilo 0.015 TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais Velocidades relativas de resfriamento em meios líquidos Padrão: esfera de liga Ni-Cr, com 4mm de diâmetro, à 860ºC, resfriado em água à 18ºC. Obs.: o meio “água à 18ºC” considerado como velocidade 1.00. MEIO DE RESFRIAMENTO VELOCIDADE RELATIVA Solução aquosa - 10% NaOH 2.060 Solução aquosa - 10% NaCl 1.960 Água à 0ºC 1.060 Água à 18ºC 1.000 Água à 25ºC 0.720 Óleo 01 0.300 Óleo 02 0.220 Água à 50ºC 0.170 Óleo 03 0.140 Tetracloreto de carbono 0.055 Água à 75ºC 0.047 TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS Ciências dos Materiais RECOZIMENTO É um tratamento térmico com o qual se procura dar ao material um estado muito próximo ao do equilíbrio termodinâmico (químico e estrutural) Consiste em aquecer o material até a uma temperatura em torno da zona crítica , deixá-lo aquecido durante um certo tempo e, a seguir, esfriá-lo lentamente. Objetivos: � reduzir a dureza � eliminar as tensões residuais � aumentar a ductilidade � facilitar o trabalho a frio � regularizar a estrutura bruta de fusão � melhorar a usinabilidade � eliminar os efeitos de TºTº ou mecânico anterior Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS RECOZIMENTO RECOZIMENTO O tratamento genérico recozimento abrange os seguintes tratamentos � Recozimento total (ou pleno) � Recozimento isotérmico (ou crítico) � Recozimento para alívio de tensões � Esferoidização Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS RECOZIMENTO Recozimento Total Recozimento Isotérmico Alívio de Tensões Esferoidização Temperatura de aquecimento Eutetóides e Hipoeutetóides: 50ºC acima A3 Hipereutetóides: acima do limite inferior de A1 Idem à do Recozimento Total Abaixo do limite inferior de A1 Aquecimento e resfriamento alternado acima e abaixo de A1 Resfriamento Lento, dentro do forno 1-Rápido até a temperatura de formação de perlita. 2-Permanência nesta temperatura até transformação total. 3-Resfriamento rápido até a temperatura ambiente Lento, ao ar Lento Objetivos Eliminar efeitos de TºTº ou mecânico anterior Eliminar efeitos de TºTº ou mecânico anterior Aliviar tensões residuais de conformação mecânica, solidificação e soldagem Melhorar a usinabilidade de aços alto carbono Estrutura obtida Perlita e Ferrita Perlita e Ferrita Mesma anterior ao tratamento Esferoidizada Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS RECOZIMENTO Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS RECOZIMENTO NORMALIZAÇÃO A normalização consiste na austenitização completa do aço, seguida de resfriamento ao ar. Tem por objetivo refinar e homogeneizar a estrutura, eliminando os pontos críticos resultantes de trabalhos anteriores e também prepara o material para outros tipos de tratamentos térmicos. É indicada normalmente para homogeneização de estrutura após o forjamento, laminação ou fundição e antes da tempera. Temperaturas de aquecimento � Aços eutetóides e hipo eutetóides: 30ºC acima da temperatura de recozimento � Aços hiper eutetóides: 50º acima do limite superior da zona crítica (Acm) Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS NORMALIZAÇÃO TEMPERATURA DE AQUECIMENTO Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS NORMALIZAÇÃO NORMALIZAÇÃO Propriedades mecânicas em relação ao recozido �Mais elevadas � Dureza � Resistência a tração �Limite de escoamento �Inferiores �Alongamento �Estricção (redução de área) Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS NORMALIZAÇÃO TÊMPERA Introdução O tratamento térmico de têmpera tem como objetivo a obtenção de uma microestrutura que proporcione propriedades de dureza, resistência mecânica e resistência ao desgaste, elevadas. A peça a ser temperada é inicialmente aquecida à temperatura de austenitização e em seguida submetida a um resfriamento rápido em um meio com água, óleo, salmoura ou mesmo ar. A microestrutura resultante é composta predominantemente de martensita, uma fase que apresenta elevada dureza. A martensita é o constituinte mais duro e mais frágil dos aços; sua dureza varia conforme o teor de carbono do aço Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA Cuidados a serem tomados no aquecimento � Controlar a temperatura e tempo de aquecimento (excesso causa crescimento de grãos e a falta tempera imperfeita). � Trabalhar com atmosfera controlada para evitar descarbonetação. � Apoiar bem a peça. � Aquecer gradativamente a peça. Cuidados a serem tomados no resfriamento � Escolher o meio de menor severidade que dê as propriedades requeridas. � Agitar o banho ou a peça impedindo a fixação de bolhas e garantindo o contato metal/meio de têmpera. � Estudar a colocação da peça no meio de tempera a fim de esfriá-la o mais homogeneamente possível. Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA Motivos que podem causar dureza insuficiente no TºTº de têmpera: �Aço especificado incorretamente �Descarbonetação superficial da peça �Tempo de permanência na temperatura insuficiente �Meio de têmpera inadequado ou aquecido Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA SUPERFICIAL Introdução Em um grande número de aplicações o endurecimento superficial é mais conveniente que o endurecimento total, principalmente em regiõesespecíficas de componentes que sofrerão solicitação de desgaste a abrasão. O endurecimento é localizado e as características originais do núcleo do componente são preservadas. Processos de endurecimento superficial: � Encruamento por conformação mecânica a frio. Ex.: jato de granalhas ou trefilação. � Tratamento químico da superfície. Ex.: aplicação de “cromo duro” � Tratamentos termoquímicos. Ex.: cementação, nitretação e carbonitretação. � Têmpera superficial. Ex.: por chama e por indução. Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA SUPERFICIAL Definição Têmpera superficial é um processo em que a superfície da peça é aquecida à temperatura de austenitização, mantida durante um tempo nesta temperatura e, em seguida, submetida a um resfriamento rápido que provoca a transformação martensítica na sua superfície, enquanto que as propriedades mecânicas do núcleo permanecem inalteradas. Os tipos de têmpera superficial são � Têmpera por chama � Têmpera por indução Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA SUPERFICIAL POR CHAMA Têmpera em que o aquecimento provém de chama direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento. A chama é resultado da combustão do acetileno, propano ou outro gás. Em alguns equipamentos, para se obter um aquecimento uniforme a peça pode girar Esquema simplificado Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA SUPERFICIAL POR INDUÇÃO Têmpera em que o aquecimento da peça é produzido por uma bobina de indução elétrica seguida de um resfriamento brusco, normalmente em água. O meio de têmpera pode ser jato de água, imersão ou outro arranjo. Com bobinas de formato adequado, a têmpera por indução permite uma precisa definição da área a endurecer. Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA TÊMPERA SUPERFICIAL POR INDUÇÃO Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS TÊMPERA REVENIMENTO Definição O revenimento é o tratamento térmico que objetiva reduzir a dureza e as tensões internas obtidas na têmpera e aumentar a ductilidade e a tenacidade da peça, a valores pré-determinados. Processo Consiste no reaquecimento de peças temperadas, a temperaturas situadas abaixo da linha inferior de transformação A1 do aço, seguido de resfriamento controlado. O resfriamento deve ser lento, podendo ser feito em banho de sal, de óleo ou mesmo à temperatura do forno, esfriando juntamente com este. Com raras exceções, o revenimento dos aços é normalmente realizado entre 175 e 700ºC e tempos que variam de 30 minutos até 4 horas. Ciências dos Materiais TRATAMENTOS TÉRMICOS DOS AÇOS REVENIMENTO ENSAIO DE DUREZA INTRODUÇÃO CONCEITOS DE DUREZA Não existe um conceito único da propriedade dureza; o conceito depende do profissional que está utilizando a propriedade. � Eng Mecânico: resistência à penetração de um material duro em outro. � Eng Metalúrgico: resistência à deformação plástica. � Técnico em usinagem de metais: medida de resistência ao corte do metal. � Mineralogista: resistência ao risco que um material pode fazer em outro. Ciências dos Materiais PRINCIPAIS TIPOS DE ENSAIOS DE DUREZA 1-Dureza por risco 2-Dureza por penetração 3-Dureza por choque Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA INTRODUÇÃO ENSAIO DE DUREZA MOHS 1 - DUREZA POR RISCO Com este tipo de medida vários minerais estão relacionados quanto a possibilidade de um riscar o outro. ESCALA DE MOHS (1.822) É a mais antiga. Consiste na tabela de 10 minerais dispostos em ordem crescente quanto a possibilidade de um riscar o outro Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA MOHS ESCALA Talco 01 Gipsita 02 Calcita 03 Fluorita 04 Apatita 05 Ortoclásio 06 Quartzo 07 Topázio 08 Safira 09 Diamante 10 A maioria dos metais está entre as durezas 4 e 10 na escala de Mohs Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA BRINELL 2 -DUREZA POR PENETRAÇÃO 2.A – DUREZA BRINELL Proposta por J.A.Brinell (1.900), denominada dureza Brinell e simbolizada por HB. ENSAIO Consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço de diâmetro “D”, sobre a superfície plana, polida e limpa de um metal através de uma carga “Q”, durante um tempo “t”. Esta compressão provocará a impressão de uma calota esférica com diâmetro “d”. A leitura do diâmetro “d” possibilitará, junto com “Q” e “D”, o cálculo da dureza Brinell do material. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais DEFINIÇÃO Quociente entre a carga aplicada e a área da superfície da calota Q 2Q HB = ----- = ------------------------- Sc π.D (D- √D² – d²) unidade: kgf / mm² ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais VARIAÇÃO DA CARGA E ESFERA Inicialmente foi proposto carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro. Em função da dureza do material e tamanho da amostra estas variáveis podem ser alteradas MATERIAL DIÂMETRO DIÂMETRO CARGA DUREZA ESFERA IMPRESSÃO (kgf) BRINELL (mm) (mm) AÇO “A” 10 6,3 3.000 85 7 4,4 1.470 85 5 3,13 750 87 1,19 0,748 42,5 86 AÇO “B” 10 4,75 3.000 159 7 3,33 1.470 158 5 2,35 750 163 1,19 0,567 42,5 158 AÇO “C” 10 3,48 3.000 306 7 2,43 1.470 308 5 1,75 750 302 1,19 0,411 42,5 311 ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais LOCALIZAÇÃO DA IMPRESSÃO - afastamento das bordas do corpo de prova ~ 2,5 x “d” - distância entre duas impressões ~ 5 x “d” - espessura do corpo de prova ~ 10 x “d” “d” = diâmetro da calota esférica ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais RELAÇÃO EMPÍRICA : Dureza Brinell e o limite de resistência a tração convencional RT = k . HB RT = limite de resistência a tração k = depende do material HB = dureza Brinell do material RT (unidade) = kgf/mm² ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais Relação entre a dureza Brinell e o limite de resistência a tração convencional RT = k . HB MATERIAL k Aço Carbono 0.36 Aço ligado 0,33 Níquel recozido 0,49 Cobre recozido 0,52 Latão recozido 0,55 Liga de alumínio 0,40 ENSAIO DE DUREZA BRINELL Ciências dos Materiais 2.B – DUREZA ROCKWELL Desenvolvida por Rockwell (1.922) e simbolizada por HR seguida da letra que indica a escala utilizada. O resultado é lido diretamente na máquina eliminando o tempo de medição e diminuindo a possibilidade de erros pessoais. PENETRADORES São pequenos e podem não prejudicar as peças ensaiadas. Esféricos: confeccionados em aço temperado. Cônicos: confeccionados em diamante com 120º de conicidade. ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO Aplica-se uma pré-carga que é regulada com ajuda do ponteiro auxiliar existente no mostrador do equipamento (aplicada manualmente com a elevação do prato de sustentação da amostra). Após a aplicação da pré-carga aplica-se a carga maior com velocidade controlada e constante. Retirada a carga maior efetua-se a leitura diretamente no mostrador do equipamento ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ESCALAS Designadas por letras A, B, C, ... que aparecem após a sigla HR. Para cada escala existem penetrador e carga específica. OBSERVAÇÕES 1-Cobrem toda gama de durezas encontradas nos metais. 2-Dureza em material desconhecido: iniciar pelaescala mais alta para evitar danificação ao penetrador. AMOSTRA Superfície deve ser lixada para evitar irregularidades que ocasionem erros (a pré-carga também serve para evitar o efeito das irregularidades) - espessura do corpo de prova mínimo: ~ 10 x profundidade da impressão - distância entre duas impressões: ~ 3 x diâmetro da impressão ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL ESCALA PENETRADOR CARGA MAIOR COR (kgf) B Esfera: 1,59 mm 100 Vermelha C Diamante 150 Preta A Diamante 60 Preta D Diamante 100 Preta E Esfera: 3,17 mm 100 Vermelha F Esfera: 1,59 mm 60 Vermelha G Esfera: 1,59 mm 150 Vermelha H Esfera: 3,17 mm 60 Vermelha K Esfera: 3,17 mm 150 Vermelha L Esfera: 6,35 mm 60 Vermelha M Esfera: 6,35 mm 100 Vermelha P Esfera: 6,35 mm 150 Vermelha R Esfera: 12,70 mm 60 Vermelha S Esfera: 12,70 mm 100 Vermelha V Esfera: 12,70 mm 150 Vermelha ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA VICKERS 2.C – DUREZA VICKERS Desenvolvida por Smith e Sandland (1.925). O nome é função da Cia Vickers – Armstrong Ltda, que fabricou as máquinas mais conhecidas para este tipo de ensaio. Simbolizada por “HV”. ENSAIO A carga é aplicada levemente na superfície plana da amostra e mantida por cerca de 18 segundos, depois dos quais é retirada. A leitura da impressão (diagonais) é realizada com auxílio de microscópio. CARGA Não é especificada; tem que ser tal que provoque uma impressão possível de ser medida. Varia de 1 a 100 / 120 kgf Ciências dos Materiais Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA VICKERS CÁLCULO DA DUREZA Carga 1,8544 x Q HV = ------------------------------- = ---------------- Área da sup. Piramidal L² Q = carga aplicada L = média das 2 diagonais unidade : kgf / mm² Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA VICKERS PENETRADOR Pirâmide de diamante de base quadrada com um ângulo de 136º entre as faces opostas FORMA DA IMPRESSÃO É um losango regular, ou seja, quadrado, e, pela medida “L” de suas diagonais pode-se calcular a dureza Vickers. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA VICKERS PRINCIPAIS VANTAGENS DO ENSAIO 1-Impressões extremamente pequenas que não inutilizam a peça 2-Grande precisão na medida (deformação nula no penetrador) 4-Aplicação para toda gama de durezas encontradas nos diversos materiais AMOSTRA Exige preparação cuidadosa para tornar nítida a impressão APLICAÇÃO Determinação de processos de produção, pesquisas, etc. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA VICKERS ENSAIO DE DUREZA MICRODUREZA 2.D – MICRODUREZA A microdureza refere-se a ensaios realizados com cargas menores que 1kgf. O penetrador pode ser a pirâmide de diamante Vickers ou a pirâmide alongada de Knoop. O procedimento de teste é semelhante ao do teste padrão Vickers, exceto que é feito numa escala microscópica, com instrumentos de precisão mais alta. A superfície a ser testada requer um acabamento metalográfico. Ciências dos Materiais PENETRADOR KNOOP Pirâmide de diamante de base alongada, conforme desenho abaixo. FORMA DA IMPRESSÃO A impressão tem forma piramidal com uma relação entre diagonais de 7:1. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA MICRODUREZA CÁLCULO DA DUREZA KNOOP Carga Q HK = ------------------------------- = ---------------- Área da sup. Piramidal 0,07028 Lm² Q = carga aplicada (gf) Lm = diagonal maior (microns) unidade : gf / mm² Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA MICRODUREZA APLICAÇÕES DO ENSAIO DE MICRODUREZA � Determinação de camadas temperadas, cementadas, descarbonetadas, etc. � Desenvolvimento de processos de produção � para materiais frágeis muito duros e seções muito finas. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA MICRODUREZA 3 – DUREZA POR CHOQUE 3.A – DUREZA POLDI ENSAIO Uma esfera de aço é colocada entre o material que se deseja medir a dureza e um material padrão e comprimida com auxílio de uma “martelada”. A compressão provocará a impressão de duas calotas esféricas: uma no material padrão e outra no material que se deseja medir a dureza. As leituras de ambos os diâmetros das calotas esféricas proporcionará o cálculo da dureza Poldi do material. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA POLDI Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA POLDI Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA POLDI 3 – DUREZA POR CHOQUE 3.B – DUREZA SHORE (para metais endurecidos) ENSAIO Um martelo, com ponta de diamante arredondada cai de certa altura (~ 25 cm) dentro de um cilindro de vidro sobre a superfície que se deseja medir a dureza. A altura do primeiro ressalto, medida na escala graduada, corresponde à dureza Shore do material. Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA SHORE Ciências dos Materiais ENSAIO DE DUREZA SHORE ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO OBJETIVO DO ENSAIO É empregado no estudo de fratura frágil e consta como teste obrigatório para a aceitação de materiais que serão utilizados em baixa temperatura EXEMPLOS - peças externas de aeronaves - indústria naval: cascos de navios, amarras e âncoras - equipamentos industriais utilizados em baixas temperaturas Ciências dos Materiais CORPOS DE PROVA São especificados pela norma ASTM E-23 e dividem-se em duas classes: Charpy: medem 55 mm de comprimento com uma secção quadrada de 10 mm de lado. São divididos em três tipos (A, B e C) de acordo com o entalhe confeccionado no centro do corpo de prova: - tipo “A”: entalhe em forma de “V” - tipo “B”: entalhe em forma de “buraco de fechadura” -tipo “C”: entalhe em forma de “U” Izod: mede 75 mm de comprimento com uma secção quadrada de 10 mm de lado; o entalhe é sempre feito em forma de “V” à distância de 28 mm de uma das extremidades. Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO CORPOS DE PROVA CHARPY Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO CORPO DE PROVA IZOD Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO TÉCNICA DO ENSAIO O martelo, montado na extremidade de um pêndulo, é ajustado a certa altura “h” de tal maneira que sua energia potencial tenha valor fixo e conhecido. O martelo solto bate no corpo de prova e, depois de deforma-lo e rompe-lo, sobe até uma altura “h’” que é inversamente proporcional à energia absorvida para deformar e romper o corpo de prova. A energia absorvida é lida diretamente no mostrador do equipamento. Quanto menor for a altura “h’” atingida pelo martelo, mais energia o corpo de prova absorveu. Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO TÉCNICA DO ENSAIO Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO INTRODUÇÃO ENSAIO DE IMPACTO CHARPY Os corpos de prova são livremente apoiados na máquina com uma distância entre apoios especificada em 40 mm (posição horizontal). Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO CHARPY ENSAIO DE IMPACTO IZOD O corpo de prova é engastado à máquina de ensaio ficando o entalhe na altura da superfície do engaste (posição vertical) Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO IZOD ENSAIO DE IMPACTO BRUGGER Desenvolvido pela ZF-Alemanha, tem como objetivo determinar a resistência ao impacto de materiais destinados à fabricação de engrenagens. O corpo de prova é forjado, usinado, cementado, temperado e revenido; as suas duas extremidades simulam dentes de engrenagem. O impacto é efetuado na face de cada um dos dentes. Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO BRUGGER INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA É a temperatura onde há mudança no caráter de ruptura do material, passando de dúctil a frágil e viceversa. TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO A temperatura tem influência decisiva no ensaio e deve sempre ser mencionada no resultado Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO TEMPERATURA RETIRADA DE CORPOS DE PROVA RESULTADO DO ENSAIO O resultado do ensaio deve mencionar: - Tipo do ensaio realizado (Charpy, Izod ou Brugger) - Corpo de prova ensaiado (ex.: Charpy tipo A, B ou C) - Região e sentido da retirada da amostra - Temperatura de realização do ensaio - Unidade: energia (ex.: Joule, kgf x m) Toda norma deve especificar a região e o sentido da retirada das amostras para confecção dos corpos de prova. Ciências dos Materiais ENSAIO DE IMPACTO RESULTADO ENSAIO DE TRAÇÃO INTRODUÇÃO É o mais importante de todos os ensaios destrutivos. Consiste em submeter um material a um esforço que tende a alonga-lo ou estica-lo, objetivando determinar, entre outras propriedades, a sua resistência a tração. Geralmente realizado em corpos de prova padronizados para poder comparar os resultados. Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO CORPOS DE PROVA São padronizados por diversas associações de normas técnicas. - placas e chapas : CP’s retangulares - produtos acabados de seção circular : CP’s cilíndricos - barras finas ou arames : CP’s segmentos do material As dimensões dos CP’s dependem do tamanho da amostra que se dispõe e da capacidade da máquina de ensaio. Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO CORPOS DE PROVA Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO EXECUÇÃO DO ENSAIO O corpo de prova é fixado na máquina de ensaio que aplica esforços crescentes na direção axial. As deformações correspondentes são medidas através de um aparelho especial chamado extensômetro. O corpo de prova é levado até a ruptura. Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO EXECUÇÃO DO ENSAIO Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO GRÁFICO: TENSÃO x DEFORMAÇÃO Pode ser traçado por pontos ou obtido através da máquina de ensaio. É o resultado da deformação obtida em função da tensão aplicada. A uniformidade das deformações termina no momento em que começa a aparecer o fenômeno de estricção ou diminuição da seção do CP. A ruptura ocorre na região estrita. Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO GRÁFICO: TENSÃO x DEFORMAÇÃO Tensão Deformação LR - - - - - - - - - - - - - - - - - - LE - - - Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO ELASTICIDADE - PLASTICIDADE Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO EXTENSÔMETRO Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO ALONGAMENTO: Ɛ = (Lf – L0) * 100 / L0 Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO REDUÇÃO DE ÁREA OU ESTRICÇÃO: RA = (A0 – Af) * 100 / A0 Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO DEFINIÇÕES TENSÃO Resistência de um CP a uma força externa aplicada sobre ele, por unidade de área. T=F/A DEFORMAÇÃO Variação de uma dimensão qualquer desse corpo de prova quando submetido a um determinado esforço. Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO ESCOAMENTO Fenômeno no qual o CP apresenta uma grande variação dimensional com tensão constante. Indica o início da plasticidade e é mais facilmente verificado nos materiais dúcteis. LIMITE DE ESCOAMENTO É a tensão atingida durante o escoamento LIMITE DE RESISTÊNCIA É a tensão máxima suportada pelo material Ciências dos Materiais ENSAIO DE TRAÇÃO METAL DÚCIL É aquele que apresenta região plástica muito extensa. METAL FRÁGIL É aquele que apresenta região plástica muito pequena ou mesmo nula Ciências dos Materiais
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