Unidade 3.1 - Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos

Prévia do material em texto

Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687
Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos
Professor: Fábio Oliveira.
2013/2.
Classificação Geral
PRINCIPAIS MATERIAIS 
METÁLICOS
FERROSOS NÃO FERROSOS
FERROS 
FUNDIDOS
Cu e SUAS LIGAS
AÇOS LIGADOSAÇOS CARBONO
AÇOS Al e SUAS LIGAS
O Ferro
O ferro é o metal mais utilizado pelo homem. A
abundância dos minerais, o custo relativamente
baixo de produção e as múltiplas propriedades
físico-químicas que podem ser obtidas com
adição de outros elementos de liga são fatores
que dão ao metal uma extensa variedade de
aplicações.
O Ferro
O ferro no uso prático, está sempre ligado ao
carbono e a outros elementos e, assim, no
âmbito da ciência dos materiais e também na
linguagem do dia-a-dia, a palavra ferro pode ser
entendida como uma liga dos elementos
químicos ferro, carbono e outros.
Alotropia do Ferro
Ferro – Principais Características
• Temperatura de fusão – 1538 °C;
• Massa específica – 7,866 g/cm3;
• Resistência elétrica – 0, 099 ohm. mm2/m;
• Condutibilidade elétrica – (cu = 100) : 12,5%;
• Alongamento – 28%;
• Dureza Brinell – 60 a 80 Kg/mm2;
• Resistência à tração – 200 a 300 N/mm2.
Definições Básicas
• Aços carbono: é a liga que contém de 0,008 a
2,11% de carbono em peso.
• Aços liga: contém além de carbono outros
elementos em sua liga.
• Ferro Fundido: ligas com teores de carbono
variando entre 2,11 e 6,67% em peso.
Definições Básicas
Sendo o aço maleável e dúctil, estas propriedades podem
ser obtidas com o aquecimento do material. As elevadas
temperaturas do aço se distinguem pelas suas cores. O aço
não é um bom material para fusões; enquanto apresenta
defeitos e uma alta contração (1,6%). Já o ferro se solda
muito bem por qualquer método; passa do estado líquido
para o sólido através de um intervalo onde é possível a
união de duas partes.
Minério de ferro
Ocorrência de ferro na natureza:
Substância Nome Mineralógico Percentual 
de Ferro
Fe3O4
Fe2O3
Fe2O3 . H2O
Magnetita
Hematita
Limonita
45 a 70%
50 a 70%
20 a 60%
FeCO3 Siderita 30 a 45%
FeS Pirita -
Beneficiamento do 
Minério de Ferro
Extração do 
minério da mina
Alto forno
Aciaria
PelotizaçãoSinterização
Beneficiamento
Finos de minério
Por que os Finos de 
Minérios são indesejáveis?
Poros
Finos de 
Minérios
A etapa posterior é a redução do
minério de ferro:
Fe2O3 (s) + 3C (s) → 2Fe (s) + 3CO (g)
Beneficiamento do 
Minério de Ferro
O Mercado Bilionário do Ferro
Isto é Dinheiro, 16/03/2012. http://www.istoedinheiro.com.br/noticias/79639_O+NOVO+ELDORADO+DA+MINERACAO
Coque
• Carvão mineral
• 16 h a 1300° C
• Sem contato com o ar
• Voláteis são destilados e
evaporados
Alto Forno
Alto Forno
Produção
Processo de produção do aço.wmv.mp4
1,7 t de Fe2O3 (e SiO2 impureza)
0,25 t de CaCO3
0,5 t de Carvão (CV ou CM)
2,0 t de ar (H2O, N2, H2, ...)
1,0 tonelada de Ferro Gusa
0,2 a 0,4 t de escória
2,3 a 3,5 t de gás (reaproveitável)
Obtenção do aço e do ferro fundido
Efeito dos Elementos de Liga
Principais objetivos
• Alterar as propriedades mecânicas
• Aumentar a usinabilidade
• Aumentar a temperabilidade
• Conferir dureza a quente
• Conferir resistência à corrosão
• Etc...
Efeito dos Elementos de Liga
• Alumínio: utilizado em pequenas proporções
como desoxidante e controlador do tamanho
dos grãos.
Efeito dos Elementos de Liga
• Chumbo: apesar de não se ligar ao aço auxilia
na usinagem
Efeito dos Elementos de Liga
• Cobalto: aumenta a dureza do aço sob altas
temperaturas
Efeito dos Elementos de Liga
• Cobre: melhora a resistência à corrosão por
agentes atmosféricos, se utilizado em teores
de 0,2 a 0,5%.
Efeito dos Elementos de Liga
• Cromo: melhora a resistência à corrosão,
aumenta a resistência à tração e aumenta a
resistência ao
desgaste.
Efeito dos Elementos de Liga
• Manganês: para cada 1% de manganês
adicionado a liga, aumenta-se em 100 Mpa a
resistência à
tração.
Efeito dos Elementos de Liga
• Molibdênio: para aços inoxidáveis melhora a
resistência à tração. Para os demais, aumenta
a resistência a dureza
após a têmpera.
Efeito dos Elementos de Liga
• Níquel: para cada 1% de manganês adicionado
a liga, aumenta-se em 40 Mpa a resistência à
tração.
Efeito dos Elementos de Liga
• Tungstênio: aumenta a resistência à tração em
altas temperaturas.
Efeito dos Elementos de Liga
• Vanádio: refina a estrutura do aço impedindo
o crescimento dos grãos. Forma carbonetos
duros e estáveis e é
utilizado em aços
para ferramentas.
Elementos Prejudiciais à Liga
• Fósforo: causa fragilização no aço, efeito
acentuado com o aumento do teor de
carbono. Deve ser
cuidadosamente
controlado no pro-
cesso produtivo.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Estanho: causa fragilização à frio, semelhante
ao fósforo. Sua presença no aço se deve a
presença de chapas
soldadas ou estanha-
das na sucata.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Oxigênio: endurece o aço tornando-o frágil e
menos tenaz. Durante o processo produtivo,
adiciona-se elementos
desoxidantes fazendo
com que o oxigênio se
torne inofensivo.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Hidrogênio: causa fragilização e pode ser
eliminado durante o processo produtivo
através de desgasei-
ficação.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Enxofre: indesejável na maioria dos casos. É
oriundo dos processos de fabricação. Se combinado
com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço
quebradiço. Se combinado
com o manganês facilita a
usinagem.
Efeito dos Elementos de Liga nas 
Propriedades Mecânicas
Normas e Padronização
Objetivo
Por conta da grande variedade dos aços,
sistemas de classificação são criados, onde os
mais utilizados são:
• SAE – Society of Automotive Engeneers
(Sociedade de Engenharia Automotiva)
• AISI – American Iron and Steel Institute
(Instituto Americano de Ferro e Aço)
• ABNT – Associação Brasileira de Normas
Técnicas
Como utilizar?
As três instituições citadas seguem,
aproximadamente, o mesmo método numérico
de identificação:
UTILIZAÇÃO DE QUATRO NÚMEROS
Primeiro algarismo
É um número de 1 a 9 e identifica o aço,
determinado pelo tipo de elemento de liga básico:
Número Tipo de aço
1 Aço carbono
2 Aço níquel
3 Aço níquel-cromo
4 Aço molibdênio
5 Aço cromo
6 Aço cromo-vanádio
7 Aço cromo-tungstênio
8 Aço níquel-cromo-molibdênio
9 Aço silício-manganês
Segundo algarismo
Indica o grupo dentro do tipo. Um elemento de
liga simples é indicado por seu percentual médio:
Exemplos:
- aço SAE 5140 – o número 1 indica 1% de cromo
- aço SAE 8640 – para um aço com mais de um
elemento de liga, o número 6 indica uma
combinação dos percentuais dos elementos de liga,
de acordo com o processo produtivo
Terceiro e Quarto algarismos
Indica o percentual médio de carbono em
centésimos percentuais:
Exemplo:
- aço SAE 1035 – o número 35 indica 0,35% de
carbono na liga
Resumindo...
aço SAE 1045:
- 1 = indica o tipo de aço (aço carbono)
- 0 = indica o grupo dentro do tipo (aço comum)
- 45 = indica o teor médio de carbono (0,45% de
carbono aproximadamente)
Observações
• Na classificação da AISI a letra B no meio dos
quatro algarismos, indica a presença de Boro
na fórmula. Ex.: AISI 50B20
• Na classificação da AISI a letra antes dos números
indica o processo pelo qual o aço foi produzido.
Ex.: AISI E3315 – produzido em forno elétrico
Efeito do Teor de Carbono• Influência direta nas propriedades mecânicas
Efeito do Teor de Carbono
Exercícios
1. Fale sobre o ferro gusa e qual sua importância na fabricação
do aço.
2. Explique a função de cada um dos quatro algarismos
utilizados na padronização dos aços.
3. Comente sobre os efeitos do carbono no ferro. Cite
exemplos.
4. Defina aço e ferro fundido.
5. Defina sinterização e pelotização indicando seus benefícios
no processo de fabricação do aço.