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Unidade 3.2 - Aços para fundição, estruturais e para trilhos

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Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687 
 
Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos 
Aços para fundição, aços estruturais 
e aços para trilhos 
 
Professor: Fábio Oliveira. 
2013/2. 
 
 
Aços para Fundição 
Introdução 
 Aço fundido é aquele que é geralmente 
vazado em moldes de areia ou metálicos, 
onde adquire o formato definitivo, 
passando apenas por operações de 
usinagem para acabamento. 
 
Introdução 
 Entretanto, quando o aço é vazado em 
lingoteiras para a produção de lingotes, 
estes são submetidos, após a solidificação, 
a diversos processos de conformação 
mecânica. 
 
Requisitos Fundamentais 
 
 
Homogeneidade 
Granulação fina 
e isenção de 
tensões internas 
Propriedades 
mecânicas 
adequadas 
Projeto 
adequado da 
peça e do molde 
Composição 
da liga e 
tratamentos 
térmicos 
Tratamento 
térmico 
adequado 
Considerações a Respeito do 
Projeto Metalúrgico 
• Resistência real do metal 
• Forma das peças 
• Espessura das paredes 
• Previsão de defeitos de solidificação 
 
Tipos de Aços para Fundição 
• Aços de baixo C (C  0,2%) 
• Aços de médio C (0,2  C  0,5%) 
• Aços de alto C (C  0,5%) 
• Aços liga de baixo teor em liga (teor  8%) 
• Aços liga de alto teor em liga (teor  8%) 
Aços Carbono para Fundição 
Elemento (%) Baixo C 
(C  0,2%) 
Médio C 
(0,2  C  0,5%) 
Alto C 
(C  0,5%) 
Carbono 0,16 a 0,19 0,20 a 0,50 Acima de 0,50 
Manganês 0,50 a 0,60 0,50 a 1,50 0,50 a 1,50 
Silício 0,35 a 0,70 0,35 a 0,80 0,35 a 0,70 
Fósforo 0,05 (máx.) 0,05 (máx.) 0,05 (máx.) 
Enxofre 0,06 (máx.) 0,06 (máx.) 0,05 (máx.) 
Recozimento e 
normalização 
Ex .: 
Equipamentos 
ferroviários 
Normalização 
(revenido) 
Normalização 
(revenido) 
Ex .: 
Auto, naval, 
construção, etc 
Ex .: 
Matrizes e 
estampas 
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 
• Silício: melhora a resistência à oxidação a 
temperaturas elevadas. 
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 
• 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. 
Propriedades Mecânicas de 
Aços Carbono para Fundição 
Propriedade Baixo C 
(C  0,2%) 
Médio C 
(0,2  C  0,5%) 
Alto C 
(C  0,5%) 
Limite de 
Escoamento (MPa) 
200 - 270 240 - 360 370 – 460 
Limite de 
Resistência à Tração 
(MPa) 
380 - 470 470 - 670 650 – 890 
Alongamento (%) 37 - 32 31 - 17 18 – 3 
Dureza Brinell (HB) 118 - 132 120 - 200 187 - 252 
Aços Liga para Fundição 
Elemento (%) Ao Níquel Ao Manganês Ao Cromo 
Carbono 0,15 a 0,60 0,25 a 0,50 0,20 a 0,60 
Manganês 0,50 a 1,00 1,00 a 1,75 - 
Silício 0,20 a 0,75 0,25 a 0,70 - 
Níquel 2,00 a 4,00 - - 
Cromo - - 0,50 a 3,50 
Recozimento 
Ex .: 
Siderurgia e 
Mecânica 
Têmpera e 
revenido 
Têmpera e 
revenido 
Ex .: 
Escavação e 
construção 
Ex .: 
Corrosão por 
água 
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 
• Silício: melhora a resistência à oxidação a 
temperaturas elevadas. 
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 
• Cromo: melhora a resistência à corrosão, 
aumenta a resistência à tração e aumenta a 
resistência ao 
 desgaste. 
 
 
Propriedades Mecânicas de 
Aços Liga para Fundição 
Propriedade Ao Níquel Ao Manganês Ao Cromo 
Limite de 
Escoamento (MPa) 
340 354 350 
Limite de 
Resistência à Tração 
(MPa) 
490 – 590 690 - 995 600 – 900 
Alongamento (%) 35 - 50 30 - 65 50 - 65 
Dureza Brinell (HB) 250 - 300 185 - 210 140 - 190 
Soldabilidade 
Tipos 
de 
 Aço 
Composição Soldabilidade 
Pré-
aquecimento 
Recozimento 
para alívio 
de tensões 
I - Aço carbono, com 
C abaixo de 0,30% 
- Aço liga, de baixo teor em liga e 
C abaixo de 0,15% 
Prontamente 
soldável 
Desnecessário Desnecessário 
II - Aço carbono, com C 
entre 0,35% e 0,50% 
- Aço liga, de baixo teor em liga e 
C entre 0,15% e 0,30% 
Soldável com 
precauções 
Preferível Preferível 
III - Aço carbono, com C acima de 
0,50% 
- Aço liga, com teor em liga acima 
de 3% e C acima de 0,30% 
Difícil de 
soldar 
Necessário Necessário 
Aços Estruturais 
Introdução 
 O aço estrutural possui grande destaque 
entre os materiais de construção por aliar 
resistência mecânica, trabalhabilidade, 
disponibilidade e baixo custo. 
Tipos de Aços Estruturais 
• Aços de baixo C (C  0,2%) 
 
• Aços de alta resistência e baixo teor em 
liga 
Requisitos Fundamentais 
Ductilidade e 
Homogeneidade 
Alto valor da 
relação LR/LE 
Soldabilidade 
Suscetibilidade de 
corte por chama, 
sem 
endurecimento 
Razoável 
resistência à 
corrosão 
Ductilidade e Homogeneidade 
 O teor de carbono relativamente baixo e o 
trabalho a quente proporcionado pela 
laminação dos perfis estruturais garantem 
a ductilidade necessária além de produzir 
uma homogeneidade muito boa. 
Limite de Resistência versus 
Limite de Escoamento 
 O limite de escoamento, característica de 
grande importância no projeto e cálculo 
das estruturas, é satisfatório no aço 
estrutural, sobretudo por conta de sua 
resistência que não é necessariamente 
elevada. 
Limite de Escoamento (LE) 
 Trata-se do ponto onde ocorre a mudança 
do comportamento elástico para o plástico. 
Pode-se afirmar que o LE é o principal 
parâmetro obtido do ensaio de tração. 
Soldabilidade 
 A soldabilidade é uma característica muito 
importante para este tipo de material de 
construção, visto que a soldagem de peças 
estruturais é comum. 
Corte por Chama 
 O corte por chama é uma técnica muito 
empregada em aços estruturais e, no aço 
em estudo, sob o ponto de vista de 
alterações estruturais, pouco afeta as 
vizinhanças da zona do corte. 
Resistência à Corrosão 
 O resistência à corrosão só é alcançada 
com a adição de pequenos teores de 
cobre. Teores da ordem de 0,25% de cobre 
melhora esta propriedade em 
aproximadamente duas vezes. 
Ligas versus Propriedades 
Tipo 
de 
aço 
Composição química (%) Propriedades mecânicas 
C Mn Si Outros 
LE 
(MPa) 
LR 
(MPa) 
Along. 
(%) 
Aço baixo C 0,29 
0,6 / 
1,35 
0,15 / 
0,40 
- 170 - 250 310 - 415 25 – 30 
Aço C-Mn 
laminado à 
quente 
0,40 
1,0 / 
1,65 
0,15 / 
0,40 
- 250 - 400 415 - 690 15 – 20 
Aço alta 
resistência 
baixo teor 
0,08 
1,3 
(máx.) 
0,15 / 
0,40 
0,02 Nb ou 
0,05 V 
275 - 450 415 - 550 18 – 24 
Aço C 
normalizado 
0,36 
0,9 
(máx.) 
0,15 / 
0,40 
- 200 415 24 
Aço de baixo 
teor 
trat. térm. 
0,21 
0,45 / 
0,70 
0,2 / 
0,35 
0,45/0,65 Mo 
0,001/0,005 B 
 
620 - 690 720 - 800 17 – 18 
Alguns Perfis 
Aços para Trilhos 
Introdução 
 Os trilhos são materiais sujeitos a 
condições de serviços relativamenteseveras. Além dos choques e esforços de 
flexão alternados, verifica-se desgaste da 
superfície de trabalho. 
Introdução 
 As extremidades dos trilhos estão sujeitas 
a um amassamento devido ao golpe 
produzido pelo choque das rodas das 
composições, quando estas atravessam as 
juntas dos trilhos. 
Alguns Termos 
 
Aços para Trilhos 
Elemento (%) Aço Comum Aço de Alta Resistência 
Carbono 0,72 – 0,82 0,75 – 0,80 
Manganês 0,75 – 1,05 0,80 – 0,90 
Fósforo 0,035 (máx.) 0,035 (máx.) 
Enxofre 0,040 0,040 
Silício 0,10 – 0,35 0,20 – 0,30 
Laminação 
a quente 
Possibilidade 
de fragilização 
a quente 
Elevados 
valores de 
manganês 
Ausência da 
fragilização 
a quente 
Propriedades Mecânicas 
Propriedade Aço Comum Aço de Alta Resistência 
Limite de Escoamento 
(MPa) 
495 – 520 870 – 910 
Limite de Resistência à 
Tração (MPa) 
960 – 980 1070 – 1270 
Alongamento (%) 9 – 10 10 – 13 
Dureza Brinell (HB) 300 - 320 365 - 380 
Resumindo... 
 - Aços para fundição: caracterizados por 
apresentarem boa combinação de resistência, 
ducti-lidade e tenacidade; além disso, apresentam 
boa usinabilidade e adequada soldabilidade; 
muitos tipos são suscetíveis aos tratamentos 
térmicos de recozimento e revenido. 
Resumindo... 
 - Aços estruturais: ao carbono ou com 
pequenos teores de elementos de liga, com 
boas ducti-bilidade e soldabilidade e elevado 
valor de relação entre o limite de resistência à 
tração e o limite de escoamento. 
 
Resumindo... 
 - Aços para trilhos: cujas condições de serviço 
exigem características de boa resistência 
mecânica, boa resistência ao desgaste etc.; são 
tipicamente, aços ao carbono. 
 
Exercícios 
 1 – Por que os elementos fósforo e 
enxofre devem ser mantidos em teores 
baixos nos aços? 
 2 – Indique dois requisitos fundamentais 
para a fabricação de aços estruturais. 
 
Exercícios 
 3 – Qual a função da adição elevada de 
manganês no processo de fabricação do 
aço para trilho? Qual o processo de 
fabricação? 
 4 - Indique dois tratamentos térmicos 
para os aços fundidos. 
Exercícios 
 5 – Quais são as composições das ligas 
mais utilizadas na fabricação dos aços 
estruturais? 
 6 – Como são caracterizados, do ponto 
de vista de composição química e processo 
de fabricação, os aços estruturais? 
Exercícios 
 1 – Por que os elementos fósforo e enxofre devem ser mantidos em teores 
baixos nos aços? 
 2 – Indique dois requisitos fundamentais para a fabricação de aços 
estruturais. 
 3 – Qual a função da adição elevada de manganês no processo de fabricação 
do aço para trilho? Qual o processo de fabricação? 
 4 - Indique dois tratamentos térmicos para os aços fundidos. 
 5 – Quais são as composições das ligas mais utilizadas na fabricação dos aços 
estruturais? 
 6 – Como são caracterizados, do ponto de vista de composição química e 
processo de fabricação, os aços estruturais?

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