Aula3 Aços e Ferros Fundidos

Prévia do material em texto

14/03/2013
1
Introdução aos Aços 
e Ferros Fundidos
Março de 2012
Prof. MsC. Carlos Laurindo
Produção do Aço 
Produção do Aço
� Etapa I - Preparação da Carga (Alto forno)
� Preparação da carga para o alto forno formada por Pelotas, Sinteres e 
Minério de Ferro.
� Etapa II - Redução 
� Transformação do Minério de Ferro em Ferro Gusa com eliminação do 
O2 do minério.
� Etapa III - Refino
� Transformar o Gusa líquido ou sólido + sucata de aço em aço. 
� Etapa IV - Lingotamento Contínuo
� O aço líquido é transformado em lingotes, tarugos ou blocos.
Produção do Aço 
Etapa I – Preparação da Carga
Etapa II – Redução do Minério de Ferro
Etapa III – Refino do Gusa
Etapa IV – Lingotamento Contínuo
14/03/2013
2
Etapa I – Preparação da Carga
� (A) Pelotas⇒ são aglomerados de forma esférica formados pela pelotização de 
minérios de ferro + aditivos
� Fundentes: calcário e dolomita
� Aglomerantes: bentonita e cal hidratada
� Combustível sólido: antracito
� Estas pelotas medem aproximadamente de 5 a 20 mm de diâmetro.
� (B) Sínteres⇒ são aglomerados de forma irregular e esponjoso formado por 
meio de uma sinterização de finos de minério de ferro, fundentes (calcário e 
areia) e finos de coque. As dimensões dos sínteres podem varia entre 5 e 50 
mm.
� (C) Minério de Ferro⇒ em dimensões de 4 a 40 mm.
Etapa I – Preparação da Carga
� O ferro é achado na natureza sob a forma de vários 
compostos, como:
� Hematita é a mais abundante na natureza
Produção do Aço 
Etapa II – Redução da Carga Etapa II – Redução
14/03/2013
3
Etapa III - Redução 
- Ferro gusa com 5% de C
� Ferro gusa extraído de coquilha (pão).
� Ferro gusa transportado por panelas.
Produção do Aço 
Etapa III – Refino do Ferro Gusa
Etapa III – Refino 
(Conversores ⇒ Forno de Panela)
� Conversores a oxigênio (Gusa proveniente do alto forno).
� Eliminar o carbono excedente do Gusa (5% de C)⇒ AÇO.
� Aço ⇒ Liga Fe3C com C variando entre 0,08 a 2,11% 
� Conversores Tipo Bessemer 
Etapa III – Refino (Conversor ou convertedor)
� Conversores Tipo LD 
14/03/2013
4
Etapa III – Refino
� Gusa (sólido) + Sucata de Aço (sólido)
� Forno Elétrico a Arco
Etapa III – Refino (Forno de Panela)
� Correção do Teor de C
� Adição dos elementos de liga ⇒ propriedades mecânicas ↑
� Após este processo o metal líquido (aço) vai para o lingotamento 
contínuo.
Produção do Aço – Etapa
Etapa IV – Lingotamento Contínuo Etapa IV – Lingotamento Contínuo
14/03/2013
5
Etapa IV – Lingotamento Contínuo
Tarugo na zona de curvamento Casca de solidificação.
Classificação dos aços
� SAE (Society of Automotive Engineers)
� AISI (American Iron and Steel Institute-EUA)
� ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas)
SAE 10XX
XX ou XXX teor de carbono ÷100
Ex.: 1020 ⇒Aço-carbono com 0,2% de C
Influência do teor de C
Classificação dos aços
� SAE 1XXX Aços-carbono simples
� SAE 2XXX Aço-carbono ao Ni
� SAE 3XXX Aço-carbono ao Ni – Cr
� SAE 4XXX Aço-carbono ao Mo
� SAE 5XXX Aço-carbono ao Cr
� SAE 6XXX Aço-carbono ao V
� SAE 7XXX Aço-carbono ao Cr -W
� SAE 8XXX Aço-carbono Ni - Cr – Mo
� SAE 92XX Aço-carbono ao Si - Mn
� SAE 93XX,94XX, 97XX e 98XX Aço-carbono Ni - Cr - Mo
14/03/2013
6
Classificação dos aços
� Aços doces ⇒ com C entre 0,15 e 0,25%
� Aços meio-duros (meio doce) ⇒ com C entre 0,25 e 
0,50%
� Aços duros ⇒ com carbono entre 0,50 e 1,40%
� Aços baixo carbono ⇒ com C abaixo de 0,3%
� Aços médio carbono ⇒ com C entre 0,3 e 0,6%
� Aços alto carbono ⇒ com C acima de 0,6% 
Influência do teor de C
Ensaio de Tração
Classificação dos Aços - ASTM
� ASTM (American Society for Testing and Materials).
� ASTM A36⇒ Aços baixo carbono estrutural;
� ASTM A53⇒ Aços para tubos preto, revestido de zinco, com ou 
sem costura;
� ASTM A242 ⇒ Aços estruturais de alta resistência e baixa liga;
� ASTM A243 ⇒ Aços chapas e barras de aço de baixo carbono e 
média resistência.
14/03/2013
7
AÇOS INOXIDÁVEIS
� Ligas de Fe3C – Cr com Cr ≥ de 12% podendo conter 
também Ni e Mo e outros elementos;
� Alta resistência à corrosão;
� As principais famílias de aços inoxidáveis, classificados 
segundo a sua microestrutura:
� Ferríticos
� Austeníticos
� Martensíticos
� Duplex
Aços Inoxidáveis AUSTENÍTICOS
� São aços baixo C ligados ao Cr (16 a 26%) e Ni (6 a 
22%)
� Vantagens: são de boa soldagem, alta ductilidade, 
grande resistência à corrosão, adequados para 
trabalharem até 925ºC, bons para trabalhos à baixa 
temperatura e não são magnéticos.
� Aplicações: equipamentos para indústria química e 
petroquímica, equipamentos para indústria alimentícia e 
farmacêutica, baixelas, construção civil e utensílios 
domésticos.
Aços Inoxidáveis FERRÍTICOS
� Aços baixo C ligados ao Cr (11 a 17%)
� Vantagens: eles possuem boa soldagem, podem ser
dobrados e cortados, sua resistência cresce por trabalho
a frio e são magnéticos.
� Aplicações: eletrodomésticos (fogões, geladeiras, etc),
balcões frigoríficos, moedas, indústria automobilística,
talheres, placas de sinalização e fachadas;
Aços Inoxidáveis MARTENSÍTICOS
� Aços ao C acima de 0,1% ligados apenas ao Cr (12 a
18%)
� Vantagens: tem resistência moderada à corrosão,
elevada dureza e são magnéticos.
� Aplicações: cutelaria, instrumentos cirúrgicos como
bisturi e pinças, facas de corte e discos de freio
especiais.
14/03/2013
8
Aços Inoxidáveis DUPLEX
� Composto pela combinação de dois tipos de
microestrutura: ferrítica e austenítica.
� Principal característica: é a excelente resistência à
corrosão em meios agressivos e alta plasticidade sem
estricção, alta resistência a corrosão.
� Aplicações: Indústria petroquímica (em unidades de
dessanillização, dessulfuração e equipamentos para
destilação. Ideal para ambientes corrosivos.
Aços Inoxidáveis - CLASSIFICAÇÃO
� Austeníticos:
� AISI 304 e 304 L⇒ indústria alimentícia, baixelas e para 
utensílios domésticos
� AISI 316 e 316 L⇒ ideais para soldagem
� Ferríticos:
� AISI 409⇒ sistemas de exaustão para industria automotiva
� AISI 446⇒ válvulas para altas temperaturas
� AISI 430⇒ Móveis e decoração
� Martensíticos: 
� AISI 410⇒ armas de fogo e cutelaria
� AISI 440 A⇒ cutelaria e instrumentos cirúrgicos
FERROS 
FUNDIDOS
Micrografias
FERROS FUNDIDOS
� Os ferros fundidos são ligas de ferro, carbono e silício. 
(Fe3C-Si).
� O teor de C varia entre 2,11 e 6,67% e 
Si entre 1 e 3%;
� Os ferros fundidos dividem-se em quatros tipos:
�Branco
�Cinzento
�Nodular 
�Maleável
14/03/2013
9
Ferro Fundido CINZENTO
� Mais comum e baixo custo.
� Elevada usinabilidade e absorve as vibrações;
� Permite a fundição de peças com paredes finas e 
complexas; 
� Aplicações: Indústria de máquinas e 
equipamentos, indústria automobilística, 
ferroviária, naval e outras.
Ferro Fundido BRANCO
� Elevada dureza e resistência a abrasão;
� Baixa usinabilidade;
� Este tipo de ferro fundido não possui grafita livre
em sua microestrutura;
� Aplicação: equipamentos para a moagem de
minérios, pás de escavadeiras e outros
componentes similares.
Ferro Fundido NODULAR e DÚCTIL
� Carbono (grafite) na forma esferoidal. 
� Boa usinabilidade e razoável estabilidade 
dimensional. 
� Alta resistência ao impacto (resiliência);
� Alta resistência à tração e a compressão;
� Possuem boa ductilidade;
� Aplicações: válvulas para vapor e produtos 
químicos, cilindros para papel, virabrequins, 
engrenagens, etc.
Ferro Fundido MALEÁVEL
� É obtido a partir do branco. 
� Facilidade de usinagem;
� Boa resistência ao choque;
� Apresenta certa contração na solidificação, o que 
exige cuidados na fundição para evitar falhas. 
� Aplicações:conexões para tubulações, sapatas 
de freios, caixas de engrenagens, cubos de rodas, 
bielas, etc. Algumas aplicações: válvulas para 
vapor e produtos químicos, cilindros para papel, 
virabrequins, engrenagens, etc.
14/03/2013
10
Tratamentos Térmicos 
CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção , Tratamentos Térmicos – Mecânica, Senai ES e Companhia 
Siderúrgica de Cubatão , 1997
� Objetivo:
� Melhorar as propriedades mecânicas dos aços.
� Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:
� 1 – aquecimento
� 2 – manutenção da temperatura
� 3 – resfriamento (ar, água, óleo ...)
Tratamentos Térmicos - Tipos
1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, 
modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como:
a - Têmpera
b - Revenimento
c - Recozimento
2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina 
camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a 
peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente 
resfriado são:
a - Cementação
b - Nitretação
Tratamentos Térmicos - Têmpera
� É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior 
do que 0,35% de carbono.
� O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.
Fases da têmpera
� 1ª Fase: Aquecimento 
A peça é aquecida em forno acima da zona crítica – entre 750 e 900°C 
para os aços carbonos;
� 2ª Fase: Manutenção da temperatura 
Atingida a temperatura desejada, a peça deve ser mantida por algum 
tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda sua massa.
Tratamentos Térmicos - Têmpera
Fases da têmpera (Continuação)
� 3ª Fase: Resfriamento 
A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada 
em água, salmora, óleo ou ar.;
Efeitos da Têmpera
� 1 - Aumento considerável da dureza do aço.
� 2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O
aço torna-se muito quebradiço).
� Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro 
tratamento térmico denominado revenimento.
14/03/2013
11
Tratamentos Térmicos - Revenimento
� É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a
finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos 
quebradiço.
� Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta
consideravelmente a sua resistência aos choques. Geralmente, toda 
peça temperada passa por um revenimento
� O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até uma 
certa temperatura resfriando-a em seguida. 
� As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e 
para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.
Tratamentos Térmicos - Recozimento
� O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade
eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais
com tensões internas resultantes de outros processos de fabricação 
como por exemplo: forjamento, da laminação, trefilação etc...
Tipos de recozimento 
1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.
2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material este tipo 
de recozimento é chamado de NORMALIZAÇÃO.
Tratamentos Térmicos - Recozimento
Fazes do recozimento
1ª Fase: Aquecimento
A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o 
material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC).
2ª Fase: Manutenção da temperatura
A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura 
recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da 
mesma.
3ª Fase: Resfriamento
O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto 
maior for a porcentagem de carbono do aço.
Tratamentos Térmicos - Recozimento
3ª Fase: Resfriamento (Continuação)
No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes
processos:
1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco
usado).
2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou
outros materiais. 
3 - Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar
dentro do próprio forno.
14/03/2013
12
Tratamentos Térmicos - Recozimento
Efeitos do recozimento no aço
� Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-
se voltar a sua dureza normal.
� Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o 
facilmente usinável.
Tratamentos Térmicos - Cementação
Muitas peças de mecânica necessitam ter elevada dureza externa
para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam
permanecer “moles”, para suportarem choques. Essas peças 
geralmente são em aço de baixa porcentagem de
carbono e recebem um tratamento denominado CEMENTAÇÃO.
A cementação é um tratamento que consiste em aumentar a
porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça.
Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas
adquirem elevada dureza enquanto as partes internas
permanecem sem alterações. 
Tratamentos Térmicos - Cementação Tratamentos Térmicos - Cementação
A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor
de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante).
Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa
a absorver parte do carbono do carburante.
Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o
carburante, mais espessa se tornará a camada.
Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou
gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que
se forma a camada.
14/03/2013
13
Tratamentos Térmicos - Nitretação
Nitretação
É um processo semelhante à cementação, que se faz aquecendo
o aço a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na presença de um
gás denominado Nitrogênio. Após algum tempo, obtém-se uma
fina camada, extremamente dura, não havendo necessidade de
se temperar a peça.
Questionário Aços e Ferros Fundidos
– Baixar no Eureka
– Entregar respondido a mão em folha de 
papel almaço 
– Complementa a 1a nota parcial.
Polímeros – Compósitos e 
Cerâmicas
Polímeros
São moléculas muito grandes constituída pela repetição de pequenas e 
simples unidades químicas denominada por monômeros, unidas através de 
ligações covalentes. (ver Callister)
C
a
Calor + Pressão + Catalisador 
(UV)
14/03/2013
14
Polímeros - Classificação
� Termoplásticos: São os chamados plásticos, constituindo a maior parte 
dos polímeros comerciais. 
� Podem ser fundidos diversas vezes;
� Sua reciclagem é possível; 
� As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob 
temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo 
frágeis.
� Termorígidos: São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de 
temperatura.
� Altas temperaturas promove a decomposição do material antes de 
sua fusão; 
� Sua reciclagem é muito difícil.
� Elastómeros (Borrachas): Classe intermediária entre os termoplásticos e 
os termorrígidos: apresentam alta elasticidade.
� Sua reciclagem é muito difícil.
Polímeros - Aplicações
� Poliestireno (PS) ⇒⇒⇒⇒ Copos, garrafas, caixas de CDs, cassetes ...
� Polietileno (PE) ⇒⇒⇒⇒ Baldes, sacos de lixo, sacos de embalagens...
Polímeros - Aplicações
� Polipropileno (PP)⇒⇒⇒⇒ Cadeiras, poltronas, pára-choques de automóveis ...
� Diaminohexano (Poliamida - nylon) ⇒⇒⇒⇒ Fibras, cordas, roupas...
Polímeros - Aplicações
� Policloreto de Vinila (PVC) ⇒ Tubos, conexões, forros ...
� Polimetil-metacrilato (PMMA - Acrílicos) ⇒ Plástico transparente muito 
resistente usado em movéis, objetos domésticos, óculos ...
14/03/2013
15
Polímeros - Aplicações
� Politetrafluoretileno (PTFE – Teflon)⇒ Revestimento antiaderente para 
indústria e para interior de panelas ... 
� Poliuretano (PU) ⇒ Espumas rígidas e flexíveis, isolantes ...
Polímeros - Aplicações
� Isopreno (Borracha Natural)⇒⇒⇒⇒ Pneus, câmaras de ar, objetos de borracha ...
� Acrilonitrila butadieno estireno (ABS)⇒⇒⇒⇒ Capacetes, Peças para indústriaautomotiva, peças em plástico... 
Polímeros - Aplicações
� Polioxibenzimetilenglicolanidrido (Baquelite) ⇒⇒⇒⇒ Pneus, câmaras de ar, 
objetos de borracha ...
� Politileno tereftalato (PET) ⇒⇒⇒⇒ Garrafas e recipiente ...
Materiais Compósitos
� Materiais compósitos são aqueles que possuem pelo menos 
dois componentes ou duas fases (Matriz e Reforço), com 
propriedades físicas e químicas nitidamente distintas, em sua 
composição. 
� Separadamente os constituintes do compósito mantém suas 
características, porém quando misturados eles formam um 
composto com propriedades impossíveis de se obter com 
apenas um deles. 
� Alguns exemplos são metais e polímeros, metais e cerâmicas ou 
polímeros e cerâmicas.
14/03/2013
16
Materiais Compósitos
� O material matriz ⇒Confere estrutura ao material 
compósito, preenchendo os espaços vazios que ficam entre 
os materiais reforços e mantendo-os em suas posições 
relativas, (ex.: resinas, metais ou cerâmicas).
� Os materiais reforços ⇒ Realçam propriedades mecânicas, 
eletromagnéticas ou químicas do material compósito como 
um todo, (ex. fibras sintéticas ou naturais, etc.)
Materiais Compósitos –
Aplicações 
� A titulo de curiosidade já antigas civilizações utilizavam compósitos 
(palha+barro) na produção de tijolos..
� Capacete (kevlar) de proteção individual de algumas forças militares; 
� Colete à prova de bala (kevlar); 
� Concreto armado (cimento e aço); 
� Bicicletas (Fibra de carbono + Resina); 
� Varas (salto com vara); 
� Alguns barcos (fibra de vidro ou carbono);
� Pranchas de Surf e Windsurf (PU + Resina);
� Pás dos helicópteros e peças de aviões; 
� Varas de Pesca (grafite ou carbono ou fibra de vidro + Resina);
� Peças para automóveis (fibras naturais + resina); 
� Móveis (fibras naturais + resina).
Materiais Compósitos – Aplicações Materiais Compósitos – Aplicações 
Fibra de Coco + resina
Sisal + Resina
14/03/2013
17
Materiais cerâmicos
� Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de 
elementos metálicos e não-metálicos (formam óxidos, nitretos e 
carbetos);
� Geralmente a ligação predominante é iônica;
� Geralmente são isolantes de calor e eletricidade;
� São mais resistêntes à altas temperaturas (devido ao elvado PF) e à 
ambientes severos que metais e polímeros;
� Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, 
porém frágeis e em geral são leves.
Materiais cerâmicos –
Aplicações
Materiais cerâmicos - Aplicações