Materiais de construcao mecanica 2

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Materiais de construc¸a˜o mecaˆnica II - ENG042
Carlos Alberto de Sousa Caldas
2012.2
Suma´rio
I 1a Unidade 6
1 Ac¸os inoxida´veis 7
1.1 Propriedades gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Definic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.2 Aplicac¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.3 Resisteˆncia a` corrosa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.4 Efeito dos elementos de liga na estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Ac¸os inoxidaveis martens´ıticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.1 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.2 Composic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3 Propriedades mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.5 Soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Ac¸os inoxidaveis ferr´ıticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Estrutura e processamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.2 Composic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.3 Propriedades mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.5 Soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Ac¸os inoxidaveis austen´ısticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.2 Composic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.3 Propriedades mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.5 Soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Ac¸os inoxidaveis Duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Definic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.2 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.3 Composic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.4 Efeitos dos elementos de liga: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.5 Propriedades mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1
SUMA´RIO 2
1.5.6 Resisteˆncia a` corrosa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.7 Soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
II 2a Unidade 18
2 Endurecimento por precipitac¸a˜o 19
2.1 Definic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Condic¸o˜es para ocorrer o endurecimento por precipitac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Tratamento a ser realizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1 Solubilizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2 Teˆmpera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.3 Tratamento te´rmico de precipitac¸a˜o ao precipitado coberto ou envelhecimento . . . . . . . . . 19
2.3.4 Efeito de tempo e da temperatura de envelhecimento nas propriedades mecaˆnicas . . . . . . . 20
2.4 Endurecimento por dispersa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Alumı´nio e suas ligas 21
3.1 Processo de obtenc¸a˜o e caracter´ısticas gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 Principais caracter´ısticas do alumı´nio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2 Ligas para trabalho mecaˆnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2 Ligas na˜o tratadas termicamente(na˜o endurecidas por precipitac¸a˜o) . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.3 Ligas para trabalho mecaˆnico tratadas termicamente (endurecimento por precipitac¸a˜o) . . . . 22
3.2.4 Ligas para fundic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 Soldagem do alumı´nio e de suas ligas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.1 Caracter´ısticas do alumı´nio que afetam a sua soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4 Cobre e suas ligas 24
4.1 Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2 Ligas de cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.1 Baixa liga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.2 Ligas de lata˜o (Cu-Zn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.3 Liga de bronze (Cu-Sn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.4 Liga de cobre e alumı´nio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.5 Liga de cobre e ber´ılio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.6 Ligas de cobre e n´ıquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5 Nı´quel e suas ligas 27
5.1 Caracter´ısticas do n´ıquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2 Ligas de n´ıquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2.1 Liga Monel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2.2 Monel K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.3 Super liga de n´ıquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Digitado e editado por Renan Miranda
SUMA´RIO 3
5.4 Mecanismos de endurecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6 Titaˆnio e suas ligas 29
6.1 Titaˆnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.2 Ligas de Tiα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.3 Ligas de Ti α-β . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.3.1 Tipos de ligasde titaˆnio α-β . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7 Metalurgia do po´ 31
7.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.2 Principais vantagens e desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.2.1 Principais vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.2.2 Principais desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.3 Produtos cuja manufatura so´ e´ via´vel atrave´s da metalurgia do po´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.3.1 Metais refrata´rios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.3.2 Metais duros(Cermetos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.3.3 Metais porosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4 Etapas envolvidas na metalurgia do po´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.1 Obtenc¸a˜o do po´ na granulometria adequada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.2 Mistura dos po´s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.3 Compactac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.4 Conformac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.5 Uniaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.6 Isosta´tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.7 Extrusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.8 Sinterizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.4.9 Prensagem ou compactac¸a˜o a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.5 Me´todos para elevar a densidade da pec¸a obtida atrave´s da metalurgia do po´ . . . . . . . . . . . . . 33
7.5.1 Forjamento e sinterizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.5.2 Infiltrac¸a˜o meta´lica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.5.3 Dupla compactac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.5.4 Dupla sinterizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
8 Materiais ceraˆmicos 34
8.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
8.2 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
8.3 Processos de obtenc¸a˜o do material ceraˆmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3.1 Obtenc¸a˜o das part´ıculas na granulometria desejada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3.2 Conformc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3.3 Secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3.4 Sinterizac¸a˜o ou queima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3.5 Prensagem a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Digitado e editado por Renan Miranda
SUMA´RIO 4
8.4 Ceraˆmicos piezoele´tricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
8.5 Ceraˆmicas te´cnicas ou de engenharia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
III 3a Unidade 38
9 Materiais polime´ricos 39
9.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.2 Forma molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.3 Estrutura molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.3.1 Estrutura linear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.3.2 Estrutura ramificada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.3.3 Estrutura com ligac¸o˜es cruzadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.4 Polimerizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.4.1 Polimerizac¸a˜o por adic¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.4.2 Polimerizac¸a˜o por condensac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.5 Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.5.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.5.2 Fatores que afetam o grau de cristalizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.6 Propriedades Mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.6.1 Curva σ x ε . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
9.7 Fatores que afetam as propriedades mecaˆnicas dos pol´ımeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
9.8 Temperatura de fusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
9.8.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
9.8.2 Fatores que afetam a temperatura de fusa˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.9 Temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea (Tg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.9.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.9.2 Fatores que afetam a temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.10 Comoportamento viscoela´stico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.10.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.10.2 Mo´dulo de relaxac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.10.3 Flueˆncia viscoela´stica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.11 Pol´ımeros termofixos e termopla´sticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.12 Processamento dos pol´ımeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.12.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.12.2 Prensagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.12.3 Injec¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
IV Anexo 45
10 Ac¸o inoxida´vel duplex 46
10.1 Caracter´ısticas gerais dos ac¸os inoxida´veis duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Digitado e editado por Renan Miranda
SUMA´RIO 5
10.2 Propriedades mecaˆnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.3 Soldabilidade das ligas de ac¸o inoxida´velduplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o do ac¸o inoxida´vel duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Digitado e editado por Renan Miranda
Parte I
1a Unidade
6
Cap´ıtulo 1
Ac¸os inoxida´veis
1.1 Propriedades gerais
1.1.1 Definic¸a˜o
Sa˜o ligas ferrosas que apresentam um teor mı´nimo de cromo, aproximadamente 10,5%p.
1.1.2 Aplicac¸o˜es
Sa˜o usados, principalmente, em aplicac¸o˜es que requerem elevada resisteˆncia a` corrosa˜o. Alguns tipos de ac¸o
inoxida´vel austen´ıstico apresentam melhor relac¸a˜o custo-benef´ıcio, comparado a`s outras ligas ferrosas, em
aplicac¸o˜es de resisteˆncia a` flueˆncia em torno de 650 graus Celsius.
1.1.3 Resisteˆncia a` corrosa˜o
A elevada resisteˆncia a` corrosa˜o ocorre principalmente devido a formac¸a˜o de um filme passivo de oxihidroxido de
cromo que e´ um filme compacto e aderente, atuando assim como uma barreira contra a penetrac¸a˜o dos corrosivos,
como o oxigeˆnio.
Apresentam uma resisteˆncia a` corrosa˜o uniforme na maioria dos meios corrosivos. No entanto, a maioria dos ac¸os
inoxidaveis comerciais sa˜o vulnera´veis a` ocorreˆncia da corrosa˜o localizada por pite. A presenc¸a de elementos como
o n´ıquel, molibideˆnio e nitrogeˆnio torna o filme passivo mais protetor elevando a resisteˆncia a` corrosa˜o. O
molibideˆnio e o nitrogeˆnio, ale´m do cromo elevam significativamente a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite, no entanto,
o custo da liga aumenta, principalmente com a elevac¸a˜o de molibideˆnio.
1.1.4 Efeito dos elementos de liga na estrutura
Creq=Cr+2.Si+
3
2
.Mo+5.V+
11
2
.Al+
7
4
.Nb+
3
2
.Ti+
3
4
.W
Nieq=Ni+Co+
1
2
.Mn+
1
2
.Cu+25.N+30.C
O cromo equivalente esta´ relacionado com a formac¸a˜o da ferrita, e e´ obtido a partir dos elementos que fornecem a
formac¸a˜o dessa fase (elementos alfoˆgenos), como cromo, sil´ıcio, molibideˆnio, niobio, aluminio, entre outros.
7
1.2. AC¸OS INOXIDAVEIS MARTENSI´TICOS 8
O n´ıquel equivalente esta´ relacionado com a formac¸a˜o da austen´ıta, e e´ obtido a partir dos elementos galmogeˆneos,
como n´ıquel, cobalto e carbono.
O diagrama de Shoeffer e´ construido a partir de n´ıquel equivalente e cromo equivalente. Utilizando-se esse
diagrama e´ poss´ıvel identificar a fase ou fases que estara˜o presentes na liga.
1.2 Ac¸os inoxidaveis martens´ıticos
1.2.1 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o
Introduc¸a˜o
Apresenta uma estrutura de martensita revenida. Inicialmente e´ formada uma estrutura martens´ıtica, que apo´s a
liga ser submetida ao revenimento e´ transformada em martensita revenida.
Formac¸a˜o da martensita
Inicialmente a liga fundida e´ submetida a um tratamento te´rmico de austenitizac¸a˜o para ocorrer a formac¸a˜o da
austenita e dissoluc¸a˜o dos carbonetos. A seguir e´ feita a teˆmpera para formar a martensita. Devido ao elevado
teor de cromo na liga, o resfriamento ao ar e´ suficiente para formar a martensita. Nas ligas que apresentam um
teor de carbono mais elevado, a temperatura e o tempo de do tratamento devem ser mais elevados para dissolver
os carbonetos.
Revenimento (Formac¸a˜o da martensita revenida)
Martensita −−−−−−−−−−→revenimento α+Fe3C
A resisteˆncia mecaˆnica (L.R.T e σe) e dureza, de uma maneira global diminuem com a elevac¸a˜o da temperatura
de revenimento, enquanto que a tenacidade e a ductilidade aumentam. Esse comportamento ocorre porque com a
elevac¸a˜o da temperatura, as part´ıculas de Fe3C tendem a aumentar, o que diminue a a´rea da interface α/Fe3C por
unidade de volume, e, consequentemente, a a´rea dos obstaculos ao movimento das discordaˆncias.
Nos revenimentos realizados em uma regia˜o de temperatura entre 450 e 550 graus Celsius, ocorre a formac¸a˜o de
carbonetos e carbonitretos de cromo, que aumentam a dureza e a resisteˆncia mecaˆnica, mas diminuem a ductilidade,
a tenacidade e a resisteˆncia a` corrosa˜o (presenc¸a de regio˜es empobrecidas de cromo em torno dos precipitados).
1.2.2 Composic¸a˜o
Ligas a base de ferro-cromo-carbono
Cromo
Apresentam um teor de cromo entre 11% e 18%. Geralmente o teor de cromo nas ligas martens´ıticas e´ inferior a
outras ligas.
A func¸a˜o principal e´ elevar a resisteˆncia a` corrosa˜o.
Em ligas com baixo teor de carbono o teor e´ limitado a baixos teores de, aproximadamente, 12%p, para evitar a
formac¸a˜o de ferrita.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.2. AC¸OS INOXIDAVEIS MARTENSI´TICOS 9
Para ligas com teores elevados de carbono, o teor de cromo deve ser aumentado para atenuar a diminuic¸a˜o na
resisteˆncia a` corrosa˜o causado pelo aumento do nu´mero de carboneto.
Carbono
Entre 0,1 e, aproximadamente, 1%p.
Ligas com baixo teor de carbono (C'0,15%p.)
A elevac¸a˜o do teor de carbono promove a formac¸a˜o de carbonetos causando a elevac¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnica e
da dureza. No entanto, diminui a ductilidade, a tenacidade, a resisteˆncia a` corrosa˜o e a soldabilidade.
Geralmente a soldagem de ligas com teor de carbono maior, ou igual, que 0,3%p, so´ e´ feita em condic¸o˜es especiais.
Molibideˆnio e Vanadio
O molibideˆnio e o vanadio elevam a resisteˆncia mecaˆnica e a dureza da liga revenida, devido a formac¸a˜o de
carbonetos do tipo M2X, permitindo assim que a liga possa ser revenida em temperaturas elevadas ('650 graus
Celsius) sem comprometer significativamente sua dureza e resisteˆncia mecaˆnica.
O molibideˆnio eleva tambe´m a resisteˆncia a` corrosa˜o da liga, principalmente a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite.
Nı´quel
A adic¸a˜o do n´ıquel permite que seja adicionado na liga uma quantidade relativamente elevada de molibideˆnio e
vanadio, porque o n´ıquel gamogeneo (favorece a austen´ıta) evitando assim a formac¸a˜o da ferr´ıta, ja´ que o
molibideˆnio e o vanadio promovem a formac¸a˜o dessa fase.
O teor de n´ıquel adicionado deve ser de no ma´ximo 3%p, porque acima desse teor a temperatura cr´ıtica inferior e´
diminuido para valores abaixo de 600 graus Celsius, na˜o permitindo que o revenimento seja realizado em
temperatura '650 graus Celsius (condic¸a˜o o´tima para que a liga tenha resisteˆncia ao impactoaceita´vel) ja´ que
ocorreria a presenc¸a da austen´ıta durante o revenimento.
Seleˆnio
Favorece a usinabilidade
1.2.3 Propriedades mecaˆnicas
• Sa˜o ac¸os inoxidaveis que apresentam maior dureza e resisteˆncia mecaˆnica, e menor tenacidade e ductilidade.
• As propriedades mecaˆnicas dependem, principalmente, do teor de carbono e da temperatura de revenimento.
1.2.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o
• Apresentam uma resisteˆncia a` corrosa˜o inferior a das demais ligas de ac¸o inoxidavel, principalmente, devido
ao teor mais elevado de carbono (favorece a formac¸a˜o de carbonetos) e ao menor teor de cromo.
• A resisteˆncia a` corrosa˜o por pitee´ maior nos super martens´ıticos (teor de molibideˆnio entre 2 e 3%p).
• A resisteˆncia a` corrosa˜o e´ favorecida nas ligas com menor teor de carbono, maior teor de cromo e presenc¸a
de n´ıquel para evitar a ferrita.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.2. AC¸OS INOXIDAVEIS MARTENSI´TICOS 10
1.2.5 Soldabilidade
Efeito da soldagem
Formac¸a˜o da ferrita: Apo´s a fusa˜o na zona de fusa˜o, a liga e´ resfriado ate´ a temperatura ambiente como o
resfriamento e´ realizado ao ar, na˜o ha´ tempo o suficiente para que toda a ferrita formada durante o resfriamento
seja transformado em austenita. Assim, havera´ na zona de fusa˜o a presenc¸a da ferrita, o que afeta negativamente
a resisteˆncia e a dureza dessa regia˜o.
Na regia˜o da zona termicamente afetada pro´xima a zona de fusa˜o, tambe´m sera´ formada uma quantidade significativa
de ferrita. No entanto, na medida em que se afasta da zona de fusa˜o, a presenc¸a de ferrita diminui ate´ na˜o ocorrer
mais.
Formac¸a˜oda martensita: Na zona de fusa˜o e na regia˜o da zona termicamente afetada, que foi submetida a uma
temperatura suficiente para formar a austenita havera´ uma presenc¸a da martens´ıta na temperatura ambiente.
Fissurac¸a˜o da martensita:
• A martensita pode causar a presenc¸a de trincas durante a soldagem, ja´ que ela e´ uma fase fra´gil com baixa
capacidade de absorvic¸a˜o de energia.
• A fissuric¸a˜o da martensita pode ser agravada por:
1. Aumento do teor de carbono na liga (acima de 0,3%p de carbono e´ dif´ıcil de evitar a fissurac¸a˜o)
2. Elevac¸a˜o da espessura da liga (ligas com maior espessura apresentam maior tensa˜o residual)
3. Ocorreˆncia da fragilizac¸a˜o por hidrogeˆnio.O hidrogeˆnio na forma atoˆmica difunde atrave´s do interior da
liga e pode formar um ga´s que ao expandir aumenta o n´ıvel de tensa˜o da liga causando a ocorreˆncia de
fissuras.
• Presenc¸a de defeitos que atuam como fator ampliador de tenso˜es
Aumento do tamanho de gra˜os, principalmente nas regio˜es nas quais a ferrita foi formada como fase u´nica.
Medidas adotadas para inibir os efeitos negativos causados pelo processo de soldagem
Utilizac¸a˜o de uma liga de ac¸o inoxidavel austen´ıstico como metal de adic¸a˜o: Como consequeˆncia ocorrera´ na
zona de fusa˜o uma estrutura predominantemente austen´ıstico, aumentando assim a resisteˆncia a ocorreˆncia das
trincas na zona de fusa˜o, no entanto a resisteˆncia mecaˆnica e dureza sa˜o reduzidos em relac¸a˜o ao metal base.
Evitar a ocorreˆncia do hidrogeˆnio na forma atoˆmica: Evitar a presenc¸a de unidade e de materias que possam
atuar como fonte de hidrogeˆnio. Uso de atmosfera inerte.
Realizac¸a˜o de tratamento te´rmico de pre´-soldagem (realizado antes da soldagem): A liga e´ aquecida a uma
temperatura entre 200 e 315 graus Celsius. Geralmente e´ utilizado um mac¸arico. O objetivo e´ reduzir o gradiente
de temperatura na pec¸a a ser soldada. E´ realizada em ligas com teor de carbono maior ou igual a 0,10%pC ou em
temperatura ambiente menorfinal que 15 graus Celsius. Na˜o provoca alterac¸o˜es na microestrutura e na˜o causam
tenso˜es residuais significativas.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.3. AC¸OS INOXIDAVEIS FERRI´TICOS 11
Tratamento te´rmico realizado apo´s a soldagem: Realizado entre 600 e 750 graus Celsius.
Fonte aquecimento por resisteˆncia ou por indutaˆncia, o u´ltimo e´ mais eficiente.
Principais efeitos
Causam o revenimento da martensita.
Acelera a difusa˜o do hidrogeˆnio, evitando a fragilizac¸a˜o por hidrogenizac¸a˜o.
Deve ser realizado em ligas com teor de carbono maior ou igual a 0,2%p.
Apo´s a soldagem, a junta deve ser submetida ao tratamento te´rmico de revenimento (po´s-soldagem) ainda
aquecida para que o gradiente de temperatura seja reduzido. No entanto, o tratamento te´rmico deve ser realizado
quando a temperatura da junta soldada esta abaixo da temperatura da martensita final para evitar a presenc¸a da
austenita durante o revenimento. Portanto, o tratamento te´rmico deve ser realizado quando a junta soldada apo´s
a soldagem estiver em uma temperatura um pouco abaixo da martensita final. Nessa condic¸a˜o a formac¸a˜o da
austenita seria evitada, e o gradiente de temperatura seria o menor poss´ıvel.
A presenc¸a da austenita durante o revenimento implica na formac¸a˜o de uma estrutura fra´gil com a presenc¸a de
gra˜os grosseiros de ferrita e cementita precipitada no contorno de gra˜os.
1.3 Ac¸os inoxidaveis ferr´ıticos
1.3.1 Estrutura e processamento
Apresentam, geralmente uma estrutura totalmente ferr´ıtica. Nessas ligas devido a auseˆncia de transformac¸a˜o de
fase os gra˜os de ferrita ira˜o apresentar um crescimento significativo o que prejudica a resisteˆncia mecaˆnica, a
ductilidade e a tenacidade. Portanto, essas ligas devem ser submetidas a um tratamento te´rmico mecaˆnico para
reduzir o tamanho dos gra˜os. Em algumas ligas que conte´m menores teores de cromo, a austenita e´ formada
durante o resfriamento ocorrendo assim a presenc¸a da martensita na temperatura ambiente. Essas ligas devem ser
submetidas a um revenimento.
A precipitac¸a˜o da austenita durante o resfriamento inibe o crescimento dos gra˜os de ferrita.
1.3.2 Composic¸a˜o
Sa˜o ligas a base de ferro, cromo e carbono.
Apresentam teores de carbono inferior e de cromo superior ao dos ac¸os martensiticos.
O teor de cromo varia entre 14 e 30%p.
O teor muito elevado de cromo, acima de 30%p pode causar a formac¸a˜o da fase σ(ferro-50%p cromo) que e´ uma
fase fragilizante.
Um menor teor de carbono diminui a presenc¸a de carbetos que implica em uma menor dureza e resisteˆncia
mecaˆnica, mas no entanto eleva a ductilidade e a tenacidade.
A elevac¸a˜o do teor de cromo desfavorece a formac¸a˜o de da austenita que se transforma em martensita quando a
liga atinge a temperatura ambiente e portanto a resisteˆncia mecaˆnica tende a diminuir com a elevac¸a˜o do cromo.
No entanto, para teores de cromo suficientemente elevado para formar uma estrutura totalmente ferritica, a
elevac¸a˜o do teor de cromo eleva a resisteˆncia mecaˆnica devido ao endurecimento por soluc¸a˜o so´lida.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.4. AC¸OS INOXIDAVEIS AUSTENI´STICOS 12
A presenc¸a de titaˆnio e niobio resulta na formac¸a˜o de carbonitratos desses elementos, que inibe o crescimento dos
gra˜os, ale´m de evitar a corrosa˜o intergranular.
A adic¸a˜o de molibideˆnio eleva a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite.
1.3.3 Propriedades mecaˆnicas
A resisteˆncia mecaˆnica e a dureza e´ compara´vel a dos austenisticos e e´ inferior a dos duplex e martensiticos.
A ductilidade e a tenacidade e´ superior a dos martensiticos e e´ superior a dos autenisticos.
Quando submetido a temperaturas entre 300 e 500 graus Celsius, durante longo per´ıodo de tempo (va´rios dias),
pode ocorrer a precipitac¸a˜o da fase α’, que pode ser rica em cromo, diminui a resisteˆncia a` corrosa˜o. Ale´m do
mais, a presenc¸a dessa fase, que e´ fina e numerosa, diminui significativamente a tenacidade da liga. A presenc¸a da
fase α’ e´ favorecida na temperatura '475 graus Celsius, fragilizac¸a˜o a 475 graus Celsius.
1.3.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o
1.3.5 Soldabilidade
1.4 Ac¸os inoxidaveis austen´ısticos
1.4.1 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o
Devido a presenc¸a significativa do n´ıquel, apresentam uma estrutura totalmente austen´ıstica na temperatura
ambiente.
Com a elevac¸a˜o do teor de cromo, o teor de n´ıquel deve ser aumentado para evitar a formac¸a˜o da ferrita.
As ligas utilizados para trabalho mecaˆnico sa˜o, geralmente, submetidos a um tratamento te´rmico de normalizac¸a˜o,
para ocorrer o refino de gra˜os. Antes do tratamento te´rmico de normalizac¸a˜o a liga deve ser deformada
plasticamente.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.4. AC¸OS INOXIDAVEIS AUSTENI´STICOS 13
1.4.2 Composic¸a˜o
Ligas a base de ferro, cromo e n´ıquel.
Nı´quel: no mı´nimo '8%p
O teor de n´ıquel aumenta com a elevac¸a˜o do cromo para que a estrutura totalmente austen´ıstico possa ser formada.
O n´ıquel eleva a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite e por frestas devido a sua elevada capacidade de repassivac¸a˜o.
A elevac¸a˜o do teor de n´ıquel a partir de um teor entre 8 e 10%p eleva tambe´m a resisteˆncia a` corrosa˜o sob tensa˜o.
A elevac¸a˜o do teor de n´ıquel aumenta tambe´m a resisteˆncia a escamac¸a˜o (formac¸a˜o de o´xidos a altas
temperaturas), como o ac¸o 310 que apresenta elevado teor de n´ıquel.
Molibideˆnio
Eleva a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite, como os ac¸os 316 e 317, que conte´m molibideˆnio, sa˜o utilizados em
ambientes marinhos.
Superausten´ısticos: apresentam teor de molibideˆnio superior a 4%p. Sa˜o mais resistentes a` corrosa˜o por pite.
Carbono
Um baixo teor de carbono (C60,3%p) evita a corrosa˜o intergranular.
Ac¸os do tipo L, como o 304L e 316L, na˜osofrem corrosa˜o intergranular devido a soldagem, pois o teor de carbono
e´ aproximadamente 0,03%p.
Um teor de carbono mais elevado, aproximadamente 0,25%p esta´ presente nas ligas utilizadas em elevadas
temperaturas, como a liga 310. A presenc¸a de carbonetos de cromo nesses ac¸os evita uma diminuic¸a˜o significativa
da resisteˆncia mecaˆnica e da dureza.
Cobre
Eleva a resisteˆncia a` corrosa˜o em soluc¸a˜o a´cida.
Seleˆnio
Favorece a usinabilidade.
Nitrogeˆnio
Eleva a resisteˆncia mecaˆnica e a resisteˆncia a` corrosa˜o.
1.4.3 Propriedades mecaˆnicas
Sa˜o as ligas de ac¸o inoxida´vel que apresentam maior ductilidade e tenacidade, o que ocorre devido a estrutura
CFC.
A resisteˆncia mecaˆnica e dureza e´ compara´vel a dos ferr´ıticos, e inferior a dos martens´ıticos e duplex.
Praticamente na˜o apresenta transic¸a˜o du´ctil/fra´gil, podendo assim ser utilizado em aplicac¸o˜es criogeˆnicas.
Sa˜o as ligas de ac¸o inoxida´vel de maior resisteˆncia a` elevac¸a˜o da temperatura. Na presenc¸a de flueˆncia resistem
ate´ 650 graus Celsius (304H e 306H)
Digitado e editado por Renan Miranda
1.4. AC¸OS INOXIDAVEIS AUSTENI´STICOS 14
Resisteˆncia a` escamac¸a˜o ate´ 1150 graus Celsius (310H).
1.4.4 Resisteˆncia a` corrosa˜o
O ac¸o inoxida´vel austen´ıstico, devido a presenc¸a de n´ıquel, apresenta uma resisteˆncia a` corrosa˜o por pite e
uniforme, superior a dos ac¸os ferr´ıticos e martens´ıticos.
Sa˜o suscept´ıveis a` corrosa˜o por pite, por frestas e principalmente a` corrosa˜o sob tensa˜o em meios contendo cloreto.
A conservac¸a˜o sob tensa˜o se manifesta na forma de trincas intergranular.
Suscept´ıvel a` corrosa˜o intergranular que ocorre entre 425 e 850 graus Celsius.
Medidas de protec¸a˜o:
• Teor de carbono menor ou igual a 0,03%p;
• Adic¸a˜o de titaˆnio e/ou nio´bio;
• Tratamento te´rmico apo´s a liga ser submetida a temperatura de 425 a 850 graus Celsius.
1.4.5 Soldabilidade
Efeitos negativos pela soldagem
Corrosa˜o intergranular
Fissurac¸a˜o a quente: Ocorre no final do processo de solidificac¸a˜o da zona de fusa˜o e e´ causado pela segregac¸a˜o
das impurezas, principalmente de enxofre e fo´sforo no contorno de gra˜os. Essas impurezas reagem como ferro,
resultando na formac¸a˜o do sulfeto de ferro e fosfato de ferro que por apresentarem uma temperatura de fusa˜o
inferior do restante da liga, da˜o origem a um filme l´ıquido que atua como fator concentrador de tensa˜o, causando
assim a formac¸a˜o de trincas.
Corrosa˜o sob tensa˜o: Na presenc¸a de um ambiente contendo cloreto pode ocorrer a corrosa˜o sob tensa˜o, sendo
que a tensa˜o de trac¸a˜o e´ um componente da tensa˜o residual causada pelo processo de soldagem.
Corrosa˜o galvaˆnica: E´ causada quando e´ utilizado um eletrodo de adic¸a˜oque na˜o e´ totalmente austen´ıstico. Nesse
caso a zona de fusa˜o passa a apresentar um menor teor de n´ıquel e passa a atuar como anodo.
Medidas para melhorar a soldabilidade
Utilizac¸a˜o de um metal de adic¸a˜o austeno-ferritico (a presenc¸a de ferrita evita a ocorreˆncia das trincas a quente na
zona de fusa˜o).
A liga a ser soldada deve apresentar baixos teores de fo´sforo e enxofre e uma elevada relac¸a˜o Mn/S.
Submeter a junta soldada a um jateamento que reduz a presenc¸a de tenso˜es em trac¸a˜o, devido a introduc¸a˜o de
tenso˜es compressivas.
Revestir a junta soldada com um revestimento protetor, como a resina Epoxi.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.5. AC¸OS INOXIDAVEIS DUPLEX 15
1.5 Ac¸os inoxidaveis Duplex
1.5.1 Definic¸a˜o
Sa˜o ligas auteno-ferriticas, com uma frac¸a˜o volume´trica de ferrita entre 3,0%p e 7,0%p.
1.5.2 Estrutura e processo de obtenc¸a˜o
As propriedades sa˜o melhores quando as frac¸o˜es volume´tricas de ferrita e austenita esta˜o em torno de 50%.
Apo´s a fundic¸a˜o, as ligas devem ser submetidas a um tratamento te´rmico de solubilidade entre 1050 e 1150 graus
Celsius, durante 1 hora.
O objetivo desse tratamento te´rmico e´ permitir que a austenita seja formada na quantidade desejada e que ocorre
na dissoluc¸a˜o dos precipitados. Apo´s o tratamento te´rmico a liga e´, geralmente, resfriada na a´gua.
Ligas processadas por fundic¸a˜o e ligas para trabalho mecaˆnico
As ligas para trabalho mecaˆnico sa˜o obtidas geralmente na forma de chapas e sa˜o submetidas a um tratamento
termo-mecaˆnico para ocorrer a recristalizac¸a˜o e consequente refino de gra˜os.
Fases fragilizantes: Entre 550 e 1000 graus Celsius.
Fase sigma (σ)
Fase rica em cromo e molibideˆnio.
Ocorre em um tempo relativamente curto, que depende da composic¸a˜o da liga. Assim, para as ligas com maiores
teores de cromo e molibideˆnio, elas tendem a ocorrer em um menor tempo.
Reduz significativamente a resisteˆncia a` corrosa˜o e a tenacidade. Pec¸as com espessura acima de 12,7 cm sa˜o bastante
sens´ıveis a` ocorreˆncia dessas fases, que ocorrem principalmente no centro da pec¸a, onde o resfriamento e´ mais lento.
Fase chi (χ):
Fase rica em molibideˆnio.
Carbetos e nitretos
Fases entre 300 e 550 graus Celsius.
α′
α(Fe) −→ α′(Cr)
Fase rica em cromo
Efeito: Diminui a tenacidade e a resiteˆncia a` corrosa˜o.
O tempo para essa fase ocorrer e´ relativamente elevado (centenas de horas).
Fase G
Rica em molibideˆnio, n´ıquel e sil´ıcio.
E´ formada a partir da fase α′.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.5. AC¸OS INOXIDAVEIS DUPLEX 16
1.5.3 Composic¸a˜o
• Sa˜o ligas a base de ferro, cromo, molibideˆnio, nitrogeˆnio e n´ıquel.
• Dependendo dos teores de cromo, molibideˆnio e nitrogeˆnio as ligas sa˜o classificadas em duplex e super duplex.
• PREN = %p Cr + 3,3 %p Mo + 16%p N
• PREN (nu´mero equivalente de resisteˆncia ao pite)
• Se PREN for > 40 → Super duplex
• Se PREN for ≤ 40 → Duplex
1.5.4 Efeitos dos elementos de liga:
Nitrogeˆnio
Deve ser adicionado em um teor inferior a 0,35%p, para evitar a formac¸a˜o significativa do nitreto de cromo, que
resulta na diminuic¸a˜o da resisteˆncia a` corrosa˜o e da tenacidade.
Eleva significativamente a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite devido aos seguintes fatores:
• Formac¸a˜o da amoˆnia devido a reac¸a˜o do nitrogeˆnio com o ı´on hidrogeˆnio.
A presenc¸a da amoˆnia eleva o pH no interior do pite, o que favorece a repasivac¸a˜o, elevando assim a
resisteˆncia a corrosa˜o por pite.
• Formac¸a˜o de um filme rico em ı´on nitrogeˆnio na interface metal/filme passivo, que causa a repulsa˜o dos ı´ons
cloreto, elevando assim a resiteˆncia a formac¸a˜o do pite.
1.5.5 Propriedades mecaˆnicas
Apresentam resisteˆncia mecaˆnica (L.R.T e σe) superior a dos ac¸os inoxida´veis ferr´ıtico e austen´ıstico, mas inferior
aos ac¸os martens´ıticos.
A ductilidade e tenacidade e´ inferior a dos austen´ısticos, mas superior a dos martens´ıticos e ferr´ıticos.
Temperatura de utilizac¸a˜o: entre 50 e 250 graus Celsius.
1.5.6 Resisteˆncia a` corrosa˜o
• Apresentam elevada resisteˆncia a` corrosa˜o sob tensa˜o em ambiente contendo cloreto, que e´ superior a dos
outros ac¸os inoxida´veis.
• Em relac¸a˜o a` corrosa˜o por pite, apresenta uma relac¸a˜o custo/benef´ıcio superior a das ligas austen´ısticas.
1.5.7 Soldabilidade
Principais efeitos negativos causados pela soldagem no ac¸o inox duplex
Baixa frac¸a˜o volume´trica da austen´ısta: O resfriamento ao ar apo´s a soldagem na˜o e´ suficientemente lento para
permitir que a quantidade mı´nima da austen´ıta formada seja adequada.
Digitado e editado por Renan Miranda
1.5. AC¸OS INOXIDAVEIS DUPLEX 17
Formac¸a˜o de carbetos e nitretos: No resfriamento ao ar, na˜o ha´ tempo suficiente para ocorrer a difusa˜o de
nitrogeˆnio e carbono da ferrita para a austenita, ocorrendo assim a formac¸a˜o de carbetos e nitretos na ferrita.
Favorece o crescimento dos gra˜os da ferrita
Formac¸a˜o da fase sigma (σ), principalmente no super duplexMedidas para inibir os efeitos negativos
• Utilizac¸a˜o de um metal de adic¸a˜o com teor de n´ıquel entre 2 e 3% superior ao do metal base.
Utilizac¸a˜o de uma atmosfera de argoˆnio contendo nitrogeˆnio (' 2%p)
• A energia de soldagem deve ocorrer na faixa recomendada
– De 1,2KJ/mm a 2,5KJ/mm para os duplex.
– De 1,2KJ/mm a 1,5KJ/mm para os super duplex.
– Uma energia de soldagem elevada favorece a ocorreˆncia de uma baixa taxa de resfriamento, o que promove
a formac¸a˜o da fase sigma σ.
– Uma energia de soldagem baixa favorece a ocorreˆncia de uma elevada taxa de resfriamento, o que diminui
a presenc¸a da austen´ıta e favorece a precipitac¸a˜o de carbetos e nitretos.
Digitado e editado por Renan Miranda
Parte II
2a Unidade
18
Cap´ıtulo 2
Endurecimento por precipitac¸a˜o
2.1 Definic¸a˜o
O aumento da resisteˆncia mecaˆnica e da dureza e´ causado pela presenc¸a de um precipitado coerente, que distorce
a estrutura cristalina em volta desse precipitado, dificultando assim o movimento de um grande nu´mero de
discordaˆncias. Esse precipitado e´ suficientemente pequeno para interagir com as discordaˆncias.
2.2 Condic¸o˜es para ocorrer o endurecimento por precipitac¸a˜o
• Durante o resfrimento, dentro de uma certa faixa de composic¸a˜o, deve ocorrer a formac¸a˜o de uma soluc¸a˜o
so´lida;
• Durante o resfriamento deve ocorrer a diminuic¸a˜o do limite de solubilidade e a formac¸a˜o do precipitado na
temperatura ambiente;
• Deve ocorrer a formac¸a˜o do precipitado coerente.
2.3 Tratamento a ser realizado
2.3.1 Solubilizac¸a˜o
A liga e´ a aquecida ate´ uma temperatura na qual ocorre a formac¸a˜o da soluc¸a˜o so´lida.
2.3.2 Teˆmpera
Resfriamento ate´ uma temperatura ambiente a uma taxa suficientemente elevada para evitar a formac¸a˜o do
precipitado β (estrutura de equil´ıbrio).
2.3.3 Tratamento te´rmico de precipitac¸a˜o ao precipitado coberto ou envelhecimento
Tratamento te´rmico artificial
Realizado em uma temperatura entre a ambiente e a temperatura de solubilizac¸a˜o.
19
2.4. ENDURECIMENTO POR DISPERSA˜O 20
Tratamento te´rmico natural
Realizado na temperatura ambiente.
2.3.4 Efeito de tempo e da temperatura de envelhecimento nas propriedades mecaˆnicas
Com a elevac¸a˜o do tempo de envelhecimento ocorre a elevac¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnica e a diminuic¸a˜o da
ductilidade devido a formac¸a˜o dos precipitados coerentes. No entanto, a partir de um certo tempo devido ao
grande crescimento do precipitado coerente, passa a ocorrer uma diminuic¸a˜o significativa da a´rea da interface
matriz/precipitado (super envelhecimento), e consequentemente a resisteˆncia mecaˆnica diminui e a ductilidade
aumenta.
Com a diminuic¸a˜o da temperatura de envelhecimento aumenta o tempo necessa´rio para ocorrer o super
envelhecimento e aumenta a resisteˆncia mecaˆnica ate´ que seja atingida uma temperatura abaixo da qual a
resisteˆncia mecaˆnica na˜o e´ mais afetada.
2.4 Endurecimento por dispersa˜o
O aumento da resisteˆncia mecaˆnica ocorre devido a interac¸a˜o entre as discordaˆncias e precipitado na˜o coerente.
Esse mecanismo, assim como o endurecimento por precipitac¸a˜o, so´ ocorre se o precipitado for suficientemente
pequeno para interagir com as discordaˆncias.
O endurecimento por dispersa˜o pode ocorrer quando esta˜o presentes na matriz, pequenas part´ıculas que interagem
e dificultam o movimento das discordaˆncias, como liga de n´ıquel contendo part´ıculas de ferro.
A liga endurecida por precipitac¸a˜o apresenta uma resisteˆncia mecaˆnica superior a uma liga endurecida por
dispersa˜o. No entanto, a diminuic¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnica com elevac¸a˜o da temperatura e´ mais intensa na liga
endurecida por precipitac¸a˜o.
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 3
Alumı´nio e suas ligas
3.1 Processo de obtenc¸a˜o e caracter´ısticas gerais
3.1.1 Principais caracter´ısticas do alumı´nio
• Elevada ductilidade;
• Baixa densidade (2,7g/cm cu´bicos);
• Eleva condutividade te´rmica e ele´trica;
• Elevada resisteˆncia a` corrosa˜o devido a formac¸a˜o do filme passivo de o´xido de alumı´nio.
3.2 Ligas para trabalho mecaˆnico
3.2.1 Introduc¸a˜o
Sa˜o classificados em ligas tratadas termicamente (submetidas ao endurecimento por precipitac¸a˜o) e ligas na˜o
tratadas termicamente (ligas na˜o endurecidas por precipitac¸a˜o). As ligas na˜o tratadas termicamente podem
apresentar os seguintes mecanismos de endurecimento:
Endurecimento por soluc¸a˜o so´lida
E´ causada pela adic¸a˜o dos elementos de liga, em um n´ıvel que na˜o permite a formac¸a˜o de precipitados;
Recozimento (Refino de gra˜os)
Sa˜o ligas que apo´s terem sido submetidas a um trabalho a frio sa˜o submetidas a um tratamento te´rmico de
recozimento (geralmente de normalizac¸a˜o). Sa˜o ligas que apresentam maior ductilidade.
Encruamento (Deformac¸a˜o pla´stica)
Sa˜o ligas cujo tratamento final e´ o trabalho a frio. Apresentam dureza e resisteˆncia mecaˆnica superiores as demais
ligas na˜o tratadas termicamente.
21
3.2. LIGAS PARA TRABALHO MECAˆNICO 22
3.2.2 Ligas na˜o tratadas termicamente(na˜o endurecidas por precipitac¸a˜o)
Liga 1100
%p Al=99%. Adic¸a˜o de 0,25% de cobre.
Liga de menor resisteˆncia mecaˆnica e maior ductilidade e resisteˆncia a` corrosa˜o.
Liga 3XXX
Apresenta o manganeˆs como o principal elemento de liga.
Liga 5XXX
O magne´sio e´ o principal elemento da liga.
%Mg' 4,5 a 5%
Precipitados na˜o coerentes. Sa˜o ligas na˜o tratadas termicamente que apresentam maior resisteˆncia mecaˆnica.
3.2.3 Ligas para trabalho mecaˆnico tratadas termicamente (endurecimento por pre-
cipitac¸a˜o)
2XXX
O cobre e´ o principal elemento da liga, presenc¸a tambe´m de magne´sio e cromo.
Precipitado coerente → Endurecimento por precipitac¸a˜o.
6XXX
O magne´sio e o sil´ıcio sa˜o os principais elementos da liga.
7XXX
O zinco e´ o principal elemento da liga.
E´ a liga de alumı´nio de maior resisteˆncia mecaˆnica.
3.2.4 Ligas para fundic¸a˜o
Apresentam um elevado teor de sil´ıcio, entre 5 e 12%p, com o objetivo de elevar a fluidez e a capacidade de
alimentac¸a˜o do material fundido.
Presenc¸a de cobre entre 1 e 4%p para elevar a resisteˆncia mecaˆnica para elevar a resisteˆncia mecaˆnica,
principalmente em temperaturas elevadas.
Presenc¸a de magne´sio → formac¸a˜o de precipitados coerentes.
Podem apresentar as seguintes estruturas: bruta de fusa˜o(F) e uma estrutura resultante do endurecimento por
precipitac¸a˜o com a formac¸a˜o de precipitados coerentes.
Mecanismo de endurecimento poss´ıveis: Soluc¸a˜o so´lida e endurecimento por precipitac¸a˜o. O refino de gra˜os na˜o
pode ser realizado atrave´s do recozimento, sendo adotadas medidas para que o processo de solidificac¸a˜o resulte no
menor crescimento poss´ıvel.
Digitado e editado por Renan Miranda
3.3. SOLDAGEM DO ALUMI´NIO E DE SUAS LIGAS 23
3.3 Soldagem do alumı´nio e de suas ligas
3.3.1 Caracter´ısticas do alumı´nio que afetam a sua soldabilidade
Elevada afinidade com o oxigeˆnio (formac¸a˜o do o´xido de alumı´nio)
O o´xido de alumı´nio e´ na˜o condutor e apresenta elevada temperatura de fusa˜o, o que dificulta a abertura do arco,
e a dissoluc¸a˜o do eletrodo de soldagem no metal base.
O o´xido de alumı´nio apresenta para que retem umidade, portanto, quando a soldagem e´ realizada a a´gua e´
decomposta, causando a formac¸a˜o do hidrogeˆnio.
O a´tomo de hidrogeˆnio se difunde atrave´s do interior da liga, formando o ga´s hidrogeˆnio, que se expande e forma
poros na junta soldada.
Elevada condutividade te´rmica
A elevada dissipac¸a˜o do calor implica em baixa eficieˆncia do aporte te´rmico.
Deve ser realizado um pre´-aquecimento ' 200 ◦C.
Baixa temperatura de fusa˜o
Elevado coeficiente de expansa˜o te´rmica
Diminuic¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnicadas ligas endurecidas por precipitac¸a˜o (super envelhecimento) e
encruamento
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 4
Cobre e suas ligas
4.1 Cobre
• Estrutura CFC → Eleva ductilidade;
• Densidade relativamente alta ' 8,9g/cm cu´bicos;
• Temperatura de fusa˜o ' 1080 ◦C;
• Elevada resiteˆncia a` corrosa˜o em diversos meios, devido principalmente ao seu elevado potencial de equil´ıbrio;
• Elevada condutividade te´rmica e ele´trica;
• Geralmente conte´m 0,04%p de oxigeˆnio → o´xido de cobre;
• Acima de 400 ◦C ocorre fissura por hidrogeˆnio;
• Adic¸a˜o de fosfo´ro → Pento´xido de cobre.
4.2 Ligas de cobre
4.2.1 Baixa liga
Tem de cobre ' 99%p.
Os elementos da liga sa˜o adicionados principalmente para elevar a resisteˆncia a` abrasa˜o e a resisteˆncia mecaˆnica e
melhorar a usinabilidade.
4.2.2 Ligas de lata˜o (Cu-Zn)
Teor de zinco entre 5 e 50%p.
Para um teor de zinco ate´ ' 35%p, presenc¸a de uma soluc¸a˜o so´lida com estrutura CFC. A partir desse teor de
zinco, passa a ocorrer a presenc¸a da fase β, que apresenta estrutura CCC.
24
4.2. LIGAS DE COBRE 25
A resisteˆncia mecaˆnica aumenta com a adic¸a˜o de zinco devido ao endurecimento por soluc¸a˜o so´lida. Ja´ a
ductilidade aumenta ate´ um teor de zinco de ' 35%, a partir desse teor de zinco diminui a resisteˆncia a` corrosa˜o,
favorecendo a dezinficac¸a˜o, causado pela corrosa˜o preferencial de zinco.
Cobre + 30% de zinco (lata˜o para cartucho)
Apresenta melhor conjunto de propriedades mecaˆnicas.
Cobre + 40% de zinco (lata˜o de Nunts)
Menor custo, mas melhor resisteˆncia a` corrosa˜o.
Ligas especiais(Cu-Al-Zn)
Presenc¸a de alumı´nio e estanho para elevar a resisteˆncia a` corrosa˜o.
Lata˜o para fundic¸a˜o
Presenc¸a de chumbo e alumı´nio e/ou estanho.
4.2.3 Liga de bronze (Cu-Sn)
• Teor de estanho de 2 a 10%p;
• Presenc¸a de uma soluc¸a˜o so´lida de estanho no cobre, com estrutura CFC;
• O fo´sforo e´ geralmente adicionado para formar pento´xido, evitando assim a fragilizac¸a˜o por hidrogeˆnio;
• A resisteˆncia mecaˆnica e a ductilidade aumentam com a adic¸a˜o do estanho, o que tambe´m ocorre com a
resisteˆncia a` corrosa˜o;
• O bronze apresenta geralmente uma resisteˆncia mecaˆnica e uma ductilidade e resisteˆncia a` corrosa˜o superiores
a do lata˜o;
• Cobre, estanho e chumbo → Sa˜o usados em mancais.
4.2.4 Liga de cobre e alumı´nio
Cobre + 7%p de Alumı´nio + 2%p de Ferro
• Recozido ou encruado;
• Constitu´ıdo por uma soluc¸a˜o so´lida;
• Apresenta uma resisteˆncia mecaˆnica superior a da liga de cobre e 10%p de Estanho, mas apresenta uma menor
ductilidade e menor resisteˆncia a` corrosa˜o.
Digitado e editado por Renan Miranda
4.2. LIGAS DE COBRE 26
Cobre + 10% de Alumı´nio
Essa liga e´ temperada e revenida, ocorrendo a formac¸a˜o da martensita (α’) e martensita revenida (α+β), o que
possibilita a obtenc¸a˜o de uma elevada resiteˆncia mecaˆnica, que com excec¸a˜o da liga de cobre e ber´ılio, e´ a liga de
ccobre de maior resisteˆncia mecaˆnica.
4.2.5 Liga de cobre e ber´ılio
Endurecimento por precipitac¸a˜o → Maior resisteˆncia mecaˆnica entre ligas de cobre.
Elevada resisteˆncia a` corrosa˜o.
4.2.6 Ligas de cobre e n´ıquel
• Teor de n´ıquel entre 5 e 50%;
• A resisteˆncia mecaˆnica aumenta com a elevac¸a˜o do teor de n´ıquel, sem diminuir a ductilidade;
• A elevac¸a˜o eleva a resisteˆncia ao aumento de temperatura e tambe´m eleva a resisteˆncia a` corrosa˜o por pite.
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 5
Nı´quel e suas ligas
5.1 Caracter´ısticas do n´ıquel
• Elemento CFC → Eleva a ductilidade;
• Densidade ' 8,9 g/cm cu´bicos;
• Resisteˆncia mecaˆnica superior a do alumı´nio e cobre;
• Elevada resisteˆncia a` corrosa˜o em diversos meios, como a a´gua do mar. Apresenta elevada resisteˆncia a`
corrosa˜o por pite;
• A resisteˆncia a` corrosa˜o e´ relativamente baixa em meios contendo o´xidos de enxofre, devido a formac¸a˜o do
filme superficial de n´ıquel 50%. Esse filme e´ formado preferencialmente ao o´xido de n´ıquel (filme passivo
altamente protetor), e apresenta baixa capacidade de protec¸a˜o contra a corrosa˜o;
• Elevada condutividade ele´trica.
5.2 Ligas de n´ıquel
5.2.1 Liga Monel
Enquanto que no n´ıquel de alta pureza o mecanismo de endurecimento presente e´ o refino de gra˜os (material
recozido), na liga monel ale´m do refino de gra˜os ocorre tambe´m o endurecimento por soluc¸a˜o so´lida, devido a
presenc¸a de cobre.
O monel apresenta resisteˆncia mecaˆnica superior a ductilidade pro´xima a do n´ıquel, mas a resisteˆncia a` corrosa˜o e´
menor.
5.2.2 Monel K
Liga endurecida por precipitac¸a˜o devido a formac¸a˜o dos precipitados coerentes de Ni3Ti e Ni3Al o que implica em
uma resisteˆncia mecaˆnica superior e ductilidade inferior a` liga Monel 400.
27
5.3. SUPER LIGA DE NI´QUEL 28
5.3 Super liga de n´ıquel
Sa˜o ligas a base de n´ıquel, que tem como principais elementos de liga o cromo e/ou molibideˆnio, ale´m de outros
elementos como titaˆnio, alumı´nio, carbono, vanaˆdio, etc.
Fases presentes: Soluc¸a˜o so´lida CFC (γ), Carbonetos que se localizam principalmente no contorno de gra˜os,
precipitados coerentes de Ni3Ti e Ni3Al.
As ligas sa˜o submetidas ao tratamento por endurecimento por precipitac¸a˜o.
5.4 Mecanismos de endurecimento
• Endurecimento por soluc¸a˜o so´lida, devido a presenc¸a dos solutos, como cromo, molibideˆnio etc;
• Endurecimento por dispersa˜o: E´ causado pela presenc¸a de carbonetos, como os carbonetos de cromo de cromo,
niobio, que dificultam o movimento das discordaˆncias. Os carbonetos dificultam tambe´m o deslizamento de
um gra˜o em relac¸a˜o ao outro, elevando assim a resisteˆncia a flueˆncia;
• Endurecimento por precipitac¸a˜o: Precipitados coerentes de Ni3Ti e Ni3Al que apresentam uma suceptibilidade
relativamente baixa ao super envelhecimento, o que possibilita a presenc¸a de uma elevada resisteˆncia mecaˆnica
em uma temperatura ' 1000 ◦C;
• As principais vantagens sa˜o: elevada resisteˆncia a elevac¸a˜o da temperatura (elevada resisteˆncia a flueˆncia,
a` o´xidac¸a˜o e diminuic¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnica); elevada resisteˆncia a` corrosa˜o sob tensa˜o em ambiente
contendo cloreto.
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 6
Titaˆnio e suas ligas
6.1 Titaˆnio
• Ate´ 883 ◦C apresenta uma estrutura hexagonal compacta (Tiα) e acima dessa temperatura passa a apresentar
uma estrutura CCC (Tiβ);
• Elementos que favorecem a fase α: Oxigeˆnio e alumı´nio;
• Elementos que favorecem a fase β: Vana´dio e molibideˆnio;
• Elementos que diminuem a temperatura de transic¸a˜o α/β, causando a presenc¸a de uma reac¸a˜o euteto´ide (β
→ α + θ): Manganeˆs, cromo e ferro;
• Carbono ' 4,5 gramas por centimetro cu´bico;
• Presenc¸a de filme de o´xido de titaˆnio, que resulta em uma elevada resisteˆncia a` corrosa˜o, inclusive em meios
agressivos, como meios de a´cido sulfu´rico e meios contendo cloreto. No entanto, acima de 535 ◦C passa a
ocorrer fissuras no filme de o´xido de titaˆnio, o que causa a penetrac¸a˜o de elementos como o hidrogeˆnio e o
oxigeˆnio, que causam a fragilizac¸a˜o do titaˆnio;
• O titaˆnio apresenta uma ductilidade relativamente alta ' 20% (%Al) e uma resisteˆncia mecaˆnica superior a
do ferro, alumı´nio, cobre e n´ıquel;
• O titaˆnio comercialmente puro e´ utilizado em aplicac¸o˜es que requerem elevada resisteˆncia a` corrosa˜o, e utilizado
no estado recozido.
6.2 Ligas de Tiα
• E´ submetido ao tratamento te´rmico de recozimento;
• Apresenta uma resisteˆncia mecaˆnica superior a do titaˆnio comercial, devido ao endurecimento por soluc¸a˜o
so´lida causado pela presenc¸a do alumı´nio e estanho, mas a ductilidade e a resisteˆncia a` corrosa˜o inferiores.
29
6.3. LIGAS DE TI α-β 30
6.3 Ligas de Ti α-β
• Presenc¸asdas fases α e β;
• Mecanismos de endurecimento: Endurecimento por soluc¸a˜o so´lida, refino de gra˜os; Endurecimento por preci-
pitac¸a˜o; Endurecimento devido a formac¸a˜o da martensita revenida;
• Liga recozida: Apresenta maior ductilidade.
6.3.1 Tipos de ligas de titaˆnio α-β
• Ligas recozidas
• Ligas temperadas e revenidas: Ocorre para ligas com menor teor de elementos de liga.
– Apo´s o tratamento de solubilizac¸a˜o e´ formada a fase β e com a realizac¸a˜o da teˆmpera, essa fase e´
transformada na fase α’ (martensita de titaˆnio), que e´ uma fase metaesta´vel (fora de equil´ıbrio) formada
a partir de uma transformac¸a˜o de fase na˜o difusional;
– A martensita α’ e´ submetida ao revenimento, que resulta na decomposic¸a˜o dessa fase: α’ → α + β
(precipitados na˜o coerentes)
– A martensita revenida de titaˆnio, apresenta uma matriz α com precipitados na˜o coerentes β e tem uma
resisteˆncia mecaˆnica superior a da martensita α’.
• Liga endurecidas por precipitac¸a˜o: Sa˜o as ligas que apresentam elevado teor de elementos de liga, como o
vanadio.
– Como resultado da solubilizac¸a˜o e´ formada a soluc¸a˜o so´lida β, que apo´s a realizac¸a˜o da teˆmpera e´ mantida
na temperatura ambiente, como uma fase metaesta´vel;
– Apo´s a teˆmpera e´ realizado um tratamento te´rmico (envelhecimento) para a formac¸a˜o dos precipitados
coerentes α. β → (matriz)+ α (precipitados coerentes).
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 7
Metalurgia do po´
7.1 Introduc¸a˜o
E´ utilizada principalmente em dois tipos de situac¸a˜o.
• Produc¸a˜o de pec¸as que podem tambe´m ser produzidas atrave´s de outros processos de fabricac¸a˜o, mas a
produc¸a˜o atrave´s da metalurgia do po´ proporciona uma melhor relac¸a˜o custo-benef´ıcio;
• Obtenc¸a˜o de produtos, cuja manufatura so´ e´ economicamente via´vel atrave´s da metalurgia do po´.
7.2 Principais vantagens e desvantagens
7.2.1 Principais vantagens
• Menor necessidade de usinagem para produzir pec¸as de geometria complexa, o que implica em menor consumo
de energia e menor tempo de produc¸a˜o;
• Elevado controle dimensional a um custo inferior ao dos outros processos;
• Melhor controle da composic¸a˜o, devido ao fato de que o aquecimento ocorre em atmosfera controlada, com
menor possibilidade de ocorrer contaminac¸a˜o;
• Menor consumo de mate´ria-prima devido ao menor desperd´ıcio de material;
• Processo bastante automatizado.
7.2.2 Principais desvantagens
• E´ limitado a pec¸as de pequenas dimenso˜es (comprimento ma´ximo de 150mm e massa, alguns quilos);
• Molde de alto custo, submetido a um elevado desgaste por abrasa˜o. O processo so´ e´ via´vel se forem produzidas
pec¸as em grande quantidade;
• O produto obtido tem uma porosidade superior a do produto obtido atrave´s dos processos tradicionais,
exigindo em va´rias situac¸o˜es a utilizac¸a˜o de me´todos complementares.
31
7.3. PRODUTOS CUJA MANUFATURA SO´ E´ VIA´VEL ATRAVE´S DA METALURGIA DO PO´32
7.3 Produtos cuja manufatura so´ e´ via´vel atrave´s da metalurgia do po´
7.3.1 Metais refrata´rios
Apresentam elevada temperatura de fusa˜o (superior a 2000 ◦C) .
7.3.2 Metais duros(Cermetos)
Sa˜o compositos constitu´ıdos por uma matriz meta´lica de n´ıquel ou cobalto e uma fase descontinua de WC, TaC,
e/ou NbC (materiais ceraˆmicos).
7.3.3 Metais porosos
Filtros meta´licos de bronze ou ac¸o inoxida´vel, Placas de baterias de n´ıquel e ferro.
7.4 Etapas envolvidas na metalurgia do po´
7.4.1 Obtenc¸a˜o do po´ na granulometria adequada
7.4.2 Mistura dos po´s
7.4.3 Compactac¸a˜o
A tensa˜o e´ aplicada em uma u´nica direc¸a˜o. E´ utilizada em pec¸as que apresentam uma pequena relac¸a˜o entre a
espessura e a a´rea de sec¸a˜o transversal (essa relac¸a˜o deve de no ma´ximo 3:1)
7.4.4 Conformac¸a˜o
7.4.5 Uniaxial
7.4.6 Isosta´tica
O po´ e´ colocado em um molde flexivel, o qual e´ inserido em recipiente que conte´m um fluido que exerce uma
pressa˜o em va´rias direc¸o˜es no molde. Permite a obtenc¸a˜o de pec¸as com geometrias mais complexas.
7.4.7 Extrusa˜o
O po´ e´ forc¸ado (sob compressa˜o) a passar atrave´s do orif´ıcio de uma matriz.
7.4.8 Sinterizac¸a˜o
O material compactado e´ aquecido no interior de um forno em uma atmosfera inerte em condic¸o˜es o´timas de
tempo e temperatura. Durante a sinterizac¸a˜o ocorre a difusa˜o atoˆmica entre as part´ıculas do material, o que
resulta no coalescimento e na consequente diminuic¸a˜o da porosidade. Com a diminuic¸a˜o da porosidade ocorre a
elevac¸a˜o da densidade e da resisteˆncia mecaˆnica do material.
Digitado e editado por Renan Miranda
7.5. ME´TODOS PARA ELEVAR A DENSIDADE DA PEC¸A OBTIDA ATRAVE´S DA
METALURGIA DO PO´ 33
7.4.9 Prensagem ou compactac¸a˜o a quente
O po´ e´ compacto em umma temperatura, na qual ocorre a sinterizac¸a˜o. Portanto, ocorre simultaneamente a
compactac¸a˜o e a sinterizac¸a˜o.
Apresenta uma maior densidade da pec¸a e portanto, em melhores propriedades mecaˆnicas.
E´ um processo de alto custo devido ao elevado desgaste ao qual o molde foi submetido.
7.5 Me´todos para elevar a densidade da pec¸a obtida atrave´s da meta-
lurgia do po´
7.5.1 Forjamento e sinterizac¸a˜o
A pec¸a sinterizada e´ submetida a um forjamento a quente. O forjamento geralmente e´ realizado imediatamente
apo´s a sinterizac¸a˜o, para aproveitar que a pec¸a se encontre aquecida. A realizac¸a˜o do forjamento a quente
aumenta a densidade do material sinterizado.
A realizac¸a˜o do forjamento no material sinterizado apresenta as seguintes vantagens em relac¸a˜o ao material
forjado a quente sem ser previamente processado atrave´s da metalurgia do po´:
• Menor desgaste da matriz de forjamento;
• Menor consumo de energia;
• Menor perda de material;
• A usinagem apo´s o forjamento torna-se desnecessa´ria ou realizada com uma intensidade menor.
7.5.2 Infiltrac¸a˜o meta´lica
O material sinterizado e´ colocado em contato com um material de menor temperatura de fusa˜o e ambos os
materiais sa˜o submetidos a uma temperatura abaixo da temperatura de fusa˜o do material sinterizado, mas
suficiente para fundir o material de menor temperatura de fusa˜o (infiltrante). Ex.: Material sinterizado de ac¸o e
infiltrado de cobre.
7.5.3 Dupla compactac¸a˜o
7.5.4 Dupla sinterizac¸a˜o
Digitado e editado por Renan Miranda
Cap´ıtulo 8
Materiais ceraˆmicos
8.1 Introduc¸a˜o
Sa˜o materiais constitu´ıdos por mais de um tipo de a´tomo, geralmente um metal e um na˜o-metal.
Ligac¸o˜es qu´ımicas: ioˆnicas e covalentes.
8.2 Estrutura
Nas ceraˆmicas ioˆnicas (predomina a ligac¸a˜o ioˆnica), a estrutura e´ afetada pelos seguintes fatores:
• Relac¸a˜o do tamanho do ca´tion e do aˆnion
Quanto menor for essa relac¸a˜o, menor sera´ o nu´mero de coordenac¸a˜o do ca´tion (nu´mero de anions em
contato com o ca´tion).
Quando o nu´mero de coordenac¸a˜o for 8 a estrutura e´ cu´bica, quando for 6 e´ octae´drica, quando for 4 e´
tetrae´drica, quando for 3 e´ triangular e quando for 2 e´ linear.
• Neutralidade das cargas ele´tricas
O nu´mero de cargas positiva deve ser igual ao nu´mero de cargas negativas.
• Propriedades mecaˆnicas
– Resisteˆncia mecaˆnica
A resisteˆncia mecaˆnica e´ afetada pela presenc¸a dos defeitos, que diminuem a a´rea u´til do material e
atuam como fator concentrador de tensa˜o em trac¸a˜o.
A presenc¸a das ligac¸o˜es qu´ımicas ioˆnicas e covalentes com elevada energia de ligac¸a˜o, favorece a
presenc¸a de uma elevada resisteˆncia mecaˆnica em compressa˜o, de uma elevada dureza e de um elevado
mo´dulo de elasticidade.
As ceraˆmicas te´cnicas, por apresentarem baixa porosidade, apresentam uma resisteˆncia mecaˆnica em
compressa˜o, uma dureza e um mo´dulo de elasticidade, significativamente superiores aos das ceraˆmicas
tradicionais, que apresentam elevada porosidade.34
8.2. ESTRUTURA 35
A resisteˆncia mecaˆnica em compressa˜o das ceraˆmicas te´cnicas e´ superior a maioria das ligas meta´licas.
Os materiais ceraˆmicos apresentam uma resisteˆncia a compressa˜o, significativamente superior a trac¸a˜o,
devido a presenc¸a de defeitos (poros, microtrincas) que atuam como fatores concentradores de tensa˜o
em trac¸a˜o.
As ceraˆmicas de engenharia, mesmo contendo uma baixa ou nenhuma porosidade, apresentam uma
resisteˆncia a trac¸a˜o relativamente baixa, geralmente inferior a do ac¸o 1010, devido a presenc¸a de
microtrincas que ocorrem junto ao contorno de gra˜os.
O aumento do tamanho de gra˜os favorece uma maior presenc¸a das microtrincas.
– Ductilidade, tenacidade e κic
Geralmente a ductilidade de um material ceraˆmico e´ praticamente inexistente devido a ocorreˆncia das
ligac¸o˜es qu´ımicas covalentes e ioˆnicas.
No gra´fico de σ vs. ε de um material ceraˆmico, apenas a regia˜o de deformac¸a˜o ela´stica estara´ presente.
Nesse caso: σ = L.R.T.
Devido a baixa ductilidade, os materiais ceraˆmicos apresentam uma baixa tenacidade, e
consequentemente uma baixa resisteˆncia ao impacto.
A resisteˆncia a fratura na presenc¸a de uma trinca e´ baixa (baixo κic) devido principalmente a auseˆncia
de deformac¸a˜o pla´stica na extremidade da trinca.
Devido a ac¸a˜o do meio em alguns materiais ceraˆmicos, pode ocorrer a propagac¸a˜o de uma trinca sem
uma tensa˜o adicional, mesmo que o seu comprimento seja inferior ao comprimento cr´ıtico. Isso ocorre
devido a dissoluc¸a˜o da extremidade da trinca, que eleva a relac¸a˜o a/ρc, e com isso amplia a tensa˜o na
extremidade da trinca.
– Mecanismos de deformac¸a˜o ela´stica e pla´stica
Na deformac¸a˜o, assim como ocorre nos matais, nos materiais ocorre o rompimento da ligac¸a˜o qu´ımica
entre os a´tomos, com o retorno dos a´tomos a sua posic¸a˜o original quando a carga e´ retirada.
Na ceraˆmica cristalina, a deformac¸a˜o pla´stica ocorre atrave´s do movimento das discordaˆncias e na
ceraˆmica amorfa, ocorre atrave´s do movimento das discordaˆncias e na ceraˆmica amorfa, ocorre atrave´s
do escoamento viscoso (como resposta a carga aplicada um plano se desloca em relac¸a˜o ao outro, com o
rompimento simultaˆneo das ligac¸o˜es entre os a´tomos e ı´ons desses planos).
– Avaliac¸a˜o das propriedades mecaˆnicas
– Principalmente atrave´s de ensaios de compressa˜o e flexa˜o
– Desvantagens da realizac¸a˜o de ensaio de trac¸a˜o nos materiais ceraˆmicos:
∗ Rompimento do corpo de prova devido a ac¸a˜o dos gases;
∗ Dificuldade de usinar um corpo de prova padronizado;
∗ O corpo de prova deve estar bem alinhado no equipamento.
No ensaio o corpo de prova geralmente apresenta o formato de uma barra.
Calculo da σrl (tensa˜o de ruptura em flexa˜o ou resisteˆncia a flexa˜o).
Para corpo de prova com reac¸a˜o transversal retangular:
σ =
3.Fρ.L
2.b.d.d
Digitado e editado por Renan Miranda
8.3. PROCESSOS DE OBTENC¸A˜O DO MATERIAL CERAˆMICO 36
Para corpo de prova com sec¸a˜o transversal circular:
σ=
Fρ.L
pi.R.R.R
Nos materiais ceraˆmicos a resisteˆncia a flexa˜o e´ superior a trac¸a˜o, devido ao fato de que em flexa˜o o corpo de
prova ale´m de ser submetido a trac¸a˜o tambe´m submetido a compressa˜o.
8.3 Processos de obtenc¸a˜o do material ceraˆmico
8.3.1 Obtenc¸a˜o das part´ıculas na granulometria desejada
Geralmente o po´ ceraˆmico e´ misturado com um material agregante, como uma cera orgaˆnica e/ou a´gua.
8.3.2 Conformc¸a˜o
Prensagem uniaxil
Prensagem isosta´tica
Obtenc¸a˜o de pec¸as com geometria relativamente complexa. Ex.: Alumı´nio utilizado na vela de ignic¸a˜o.
Extrusa˜o
Esse processo e´ realizado em uma extrusora, dentro de qual a pasta de material ceraˆmico e´ forc¸ado a passar
atrave´s do orif´ıcio de uma matriz, pela ac¸a˜o de uma rosca sem fim ou de um pista˜o.
Vazamento da suspensa˜o
Uma soluc¸a˜o aquosa contendo as part´ıculas do material ceraˆmico e´ vazada no molde.
8.3.3 Secagem
O objetivo e´ eliminar o material.
E´ realizado entre 50 e 100 graus Celsius para eliminar a a´gua e entre 200 e 300 para eliminar agregados orgaˆnicos.
8.3.4 Sinterizac¸a˜o ou queima
E´ um tratamento te´rmico durante o qual, ocorre a difusa˜o atoˆmica entre as part´ıculas, causando o coalescimento
(unia˜o) das part´ıculas e como consequeˆncia ocorre a diminuic¸a˜o de porosidade.
Durante a sinterizac¸a˜o pode ocorrer a vitrificac¸a˜o ou sinterizac¸a˜o l´ıquida. Esse fenoˆmeno ocorre quando a
ceraˆmica conte´m componente que atua como fundente, isto e´, apresenta uma temperatura de fusa˜o inferior a dos
demais componentes.
A vitrificac¸a˜o e´ caracterizada pela ocorreˆncia da fusa˜o do fundente, o qual no estado l´ıquido preenche os poros, do
restante do material que permanece no estado so´lido. Quando ocorre a solidificac¸a˜o nesses poros, o fundente se
solidifica diminuindo assim a presenc¸a de poros do material.
Digitado e editado por Renan Miranda
8.4. CERAˆMICOS PIEZOELE´TRICOS 37
8.3.5 Prensagem a quente
O material e´ aquecido durante a prensagem, a uma temperatura que permita a sinterizac¸a˜o, portanto o material e´
simultaneamente sinterizado e conformado.
Permite a obtenc¸a˜o de produtos com maior resisteˆncia mecaˆnica e dureza.
8.4 Ceraˆmicos piezoele´tricos
Sa˜o materiais que quando solicitados mecanicamente, apresentam uma resposta ele´trica e quando solicitados
eletricamente, apresentam uma resposta mecaˆnica, isto e´, apresentam a capacidade de transformar energia ele´trica
em mecaˆnica e vice-versa.
Na temperatura na qual sa˜o utilizados, esses materiais contem ce´lulas unita´rias que se comportam como dipolos.
Exemplo: Titanato de ba´rio, Zirconato de ba´rio e zirconato de chumbo, esses dois u´ltimos sa˜o ceraˆmicas
superiores.
8.5 Ceraˆmicas te´cnicas ou de engenharia
• Alumina (Al2O3)
– Apresenta uma dureza adequada para va´rias aplicac¸o˜es, como material de polimento;
– E´ utilizado como isolante em rede ele´trica de elevada frequeˆncia;
– E´ utilizado principalmente como material isolante da vela de ignic¸a˜o e como cadinho;
– Geralmente o MgO e´ adicionado a alumina;
– Apresenta uma facilidade de sinterizac¸a˜o relativamente elevada, o que favorece a sua utilizac¸a˜o em
produtos produzidos em grandes quantidades.
• Nitreto de sil´ıcio
– E´ a ceraˆmica que apresenta melhor conjunto de propriedades mecaˆnicas, sendo utilizada em aplicac¸o˜es
como componentes de motor e ferramenta de corte de processo de usinagem. Adic¸a˜o de MgO ou CaO.
• Carbeto de sil´ıcio
– Apresenta maior dureza e resisiteˆncia a oxidac¸a˜o a elevadas temperaturas, mas e´ o mais fra´gil.
Aplicac¸o˜es: Material de polimento e esfera de rolamento.
• Zircoˆnia (ZrO2
– Material alotropico;
– Adic¸a˜o do o´xido de magne´sio ou o´xido de calcio (CaO) para estabilizar a fase cu´bica na temperatura
ambiente (Zr totalmente estabilizado);
– Zircoˆnio parcialmente estabilizada (ZPE) e´ uma Zr estabilizada, que e´ submetida a um tratamento
te´rmico para obter uma matriz cu´bica contendo fases com estrutura tetragonal;
– A ZPE e´ o material ceraˆmico que apresenta maior κIC e tem aplicac¸o˜es em blocos de perfurac¸a˜o e paletas
de turbinas.
Digitado e editado por Renan Miranda
Parte III
3a Unidade
38
Cap´ıtulo 9
Materiais polime´ricos
9.1 Introduc¸a˜o
Sa˜o materiais moleculares constitu´ıdos por macromole´culas, que por sua vez sa˜o constitu´ıdas por unidades
repetidas denominadas de meros.
Dentro das cadeias, os a´tomos sa˜o ligados atrave´s de ligac¸o˜es covalentes e as cadeias sa˜o ligadas entre si atrave´s de
ligac¸o˜es secunda´rias.
9.2 Forma molecular
As ligac¸o˜es no interior da cadeia geralmente formam aˆngulos diferentes de 90 graus, como o aˆngulo de 109 graus.
As ligac¸o˜es apresentam um movimento de rotac¸a˜oe dobramento, principalmente nos pol´ımeros de cadeias mais
simples, que sa˜o mais flex´ıveis.
9.3 Estrutura molecular
9.3.1 Estrutura linear
E´ constitu´ıda por cadeias u´nicas, sem a presenc¸a de ramificac¸o˜es. Exemplo: Polietileno de elevada densidade.
9.3.2 Estrutura ramificada
Presenc¸a de cadeias laterais, que formam as ramificac¸o˜es. Exemplo: Polietileno de baixa densidade.
9.3.3 Estrutura com ligac¸o˜es cruzadas
Os meros sa˜o ligados a treˆs outros meros (trifuncionais). Exemplo: Epo´xi e acr´ılico.
9.4 Polimerizac¸a˜o
Formac¸a˜o de macromole´culas a partir de pequenas mole´culas.
39
9.5. ESTRUTURA 40
9.4.1 Polimerizac¸a˜o por adic¸a˜o
• A formac¸a˜o de cadeia principal tem in´ıcio com a reac¸a˜o de monoˆmero com o catalizador, o que resulta na
presenc¸a de um ele´tron livre, o qual sera´ adicionado um outro monoˆmero;
• Na˜o ocorre a formac¸a˜o de subprodutos. Exemplo: Polimerizac¸a˜o do polietileno a partir das mole´culas de
etileno.
9.4.2 Polimerizac¸a˜o por condensac¸a˜o
Ocorre a formac¸a˜o de um subproduto a partir da reac¸a˜o entre as extremidades da cadeia e as mole´culas isoladas,
por exemplo polimerizac¸a˜o do n´ılon.
9.5 Estrutura
9.5.1 Introduc¸a˜o
Os pol´ımeros apresentam uma estrutura totalmente amorfa ou parcialmente amorfa e parcialmente cristalina.
Na estutura amorfa as cadeias esta˜o arranjadas aleatoriamente enquanto que na regia˜o cristalina as cadeias
apresentam um arranjo ordenado na forma de cadeias dobradas que se unem, constituindo o cristalino, que
apresenta um formato de fita ou micela.
9.5.2 Fatores que afetam o grau de cristalizac¸a˜o
• Taxa de resriamento
Quanto menor for a taxa de resfriamento, havera´ mais tempo dispon´ıvel para as cadeias se ordenarem,
favorecendo assim o grau de cristalizac¸a˜o.
• Arranjo entre as cadeias
Os pol´ımeros com cadeias lineares apresentam maior facilidade de cristalizac¸a˜o, enquanto que a presenc¸a de
ramificac¸o˜es e ligac¸o˜es cruzadas dificultam a cristalizac¸a˜o.
• Presenc¸a de grupos laterais e complexidade das cadeias
A presenc¸a de grupos laterais volumosos e de cadeias mais complexas, como as que conte´m um anel
aroma´tico, tende a dificultar a cristalizac¸a˜o.
9.6 Propriedades Mecaˆnicas
9.6.1 Curva σ x ε
Em um pol´ımero du´ctil, apo´s a tensa˜o de escoamento, passa a ocorrer uma diminuic¸a˜o de tensa˜o, devido a
diminuic¸a˜o da a´rea da sec¸a˜o transversal na regia˜o de contricc¸a˜o. No entanto, em um determinado n´ıvel de
Digitado e editado por Renan Miranda
9.7. FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES MECAˆNICAS DOS POLI´MEROS 41
deformac¸a˜o, a tensa˜o volta a aumentar. Isso ocorre devido ao alinhamento das cadeias, causado pela aplicac¸a˜o da
tensa˜o em trac¸a˜o que causa uma aproximac¸a˜o entre elas, resultando assim em uma maior intensidade das ligac¸o˜es
secunda´rias.
9.7 Fatores que afetam as propriedades mecaˆnicas dos pol´ımeros
Para o pol´ımero sofrer uma deformac¸a˜o pla´stica, deve ocorrer o deslizamento entre as cadeias. Portanto os fatores
que afetam a resisteˆncia e extenc¸a˜o desses deslizamentos afetam, tambe´m, as propriedades mecaˆnicas do pol´ımero.
• Peso molecular
Cadeias com maior peso molecular sa˜o mais extensas, ocorrendo assim uma maior frequeˆncia de entrelaces e
no´s, o que dificulta o deslizamento entre as cadeias, elevando a resisteˆncia mecaˆnica.
• Grau de cristalizac¸a˜o
Quanto maior for o grau de cristalizac¸a˜o, maior tende a ser a resisteˆncia mecaˆnica, ja´ a ductilidade tende a
diminuir.
• Temperatura
Com a elevac¸a˜o da temperatura ocorre a diminuic¸a˜o da dureza e resisteˆncia mecaˆnica, enquanto que a
ductilidade aumenta.
• Estiramento
Esta´ relacionado com a aplicac¸a˜o de uma tensa˜o em trac¸a˜o no pol´ımero que aumenta o alinhamento entre as
cadeias, elevando assim a resisteˆncia mecaˆnica.
• Tratamento te´rmico
O aquecimento te´rmico e´ relacionado um pouco abaixo da temperatura de amolecimento e resulta em uma
elevac¸a˜o da resisteˆncia mecaˆnica e diminuic¸a˜o da ductilidade devido ao fato de alterar as dimenso˜es do
cristalino, dificultando o deslizamento entre as cadeias.
9.8 Temperatura de fusa˜o
9.8.1 Introduc¸a˜o
Ocorre na regia˜o cristalina do pol´ımero. E´ uma temperatura acima da qual um material so´lido com estrutura
ordenada passa a sofrer um brusco aumento de volume, transformando-se em l´ıquido, com uma estrutura
desordenada.
A taxa de transformac¸a˜o de fase cristalina vai ser maior em temperaturas menores, porque a taxa de nucleac¸a˜o
que denomina o processo de cristalizac¸a˜o vai ser mais elevada em uma menor temperatura. No pol´ımero a fusa˜o
ocorre em uma faixa de temperatura e depende da histo´rico pre´vio do material.
Digitado e editado por Renan Miranda
9.9. TEMPERATURA DE TRANSIC¸A˜O VI´TREA (TG) 42
O pol´ımero e´ constitu´ıdo por mole´culas com diferentes pesos moleculares, sendo que as cadeias mais extensas com
maior peso molecular apresentam maior temperatura de fusa˜o.
Quando o pol´ımero e´ submetido a um tratamento te´rmico de recozimento a espessura dos cristalinos e´ aumentada,
ocorrendo assim a elevac¸a˜o da sua temperatura de fusa˜o.
9.8.2 Fatores que afetam a temperatura de fusa˜o
• Complexidade das cadeias
– Cadeias mais comlexas contendo ligac¸o˜es duplas ou ane´is aroma´ticos sa˜o menos flex´ıveis, apresentando
assim uma maior temperatura de fusa˜o.
– Cadeias volumosas sa˜o menos flex´ıveis e portanto tendem a apresentar maior temperatura de fusa˜o.
• Presenc¸a de grupos polares que resultam em ligac¸o˜es secunda´rias fortes, tendem tambe´m a elevar a tempera-
tura de fusa˜o.
• Arranjo entre as mole´culas
– Os pol´ımeros lineares tendem a ter uma temperatura de fusa˜o superior aos ramificados, devido a presenc¸a
de ligac¸o˜es secunda´rias mais fortes nos pol´ımeros lineares.
– A presenc¸a de ligac¸o˜es cruzadas entre as cadeias torna o pol´ımero menos flex´ıvel, elevando assim sua
temperatura de fusa˜o.
9.9 Temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea (Tg)
9.9.1 Introduc¸a˜o
• E´ a temperatura acima da qual um so´lido r´ıgido e fra´gil passa a apresentar um comportamento de um so´lido
borrachoso, com a baixa rigidez e a elevada flexibilidade;
• So´ ocorre na regia˜o amorfa;
• Abaixo da temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea, o movimento das cadeias diminui significativamente (congelamento
das cadeias).
9.9.2 Fatores que afetam a temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea
Os fatores que diminuem a flexibilidade das cadeias tendem a elevar a temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea. Portanto
os mesmos fatores que a elevam, como o aumento da complexidade das cadeias, a presenc¸a de grupos laterais
volumosos, a presenc¸a de grupos polares e a presenc¸a de ligac¸o˜es cruzadas entre cadeias.
Quando a quantidade de ramificac¸o˜es presentes no pol´ımero e´ relativamente pequena, como ocorre no polietileno
de baixa densidade, a presenc¸a das ramificac¸o˜es tende a diminuir a temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea, por diminuir
a intensidade das ligac¸o˜es secunda´rias entre as cadeias. Ja´ quando o nu´mero de ramificac¸o˜es e´ grande, passa a
prevalecer o efeito da diminuic¸a˜o da flexibilidade das cadeias e, consequentemente, a temperatura de transic¸a˜o
v´ıtre aumenta.
Digitado e editado por Renan Miranda
9.10. COMOPORTAMENTO VISCOELA´STICO 43
Os pol´ımeros em rede geralmente na˜o apresentam a transic¸a˜o v´ıtrea, porque a temperatura necessa´ria para tornar
as suas cadeias flex´ıveis e´ superior a temperatura a partir da qual o pol´ımero sofre degradac¸a˜o.
9.10 Comoportamento viscoela´stico
9.10.1 Introduc¸a˜o
Ocorre na regia˜o amorfa do pol´ımero e esta´ relacionado com a resposta do pol´ımero a uma solicitac¸a˜o mecaˆnica.
Abaixo da temperatura de transic¸a˜o v´ıtrea, o pol´ımero apresenta um comportamento ela´stico, isto e´, apresenta