MATERIAIS AÇO

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METAIS
Ligas Metálicas
Ferrosas Não Ferrosas 
Aços Ferros Fundidos 
Baixo Teor
de Carbono
Médio Teor
de Carbono
Alto Teor
de Carbono
Aço 
Inoxidável
Ferro Cinzento
Ferro Dúctil 
(nodular)
Ferro Branco
Ferro Maleável
Alumínio
Cobre
Níquel
Chumbo
Perfis 
estruturais I 
e H, pontes, 
tubulações, 
cantoneiras e 
chapas em 
edificações
Rodas e 
trilhos de 
trem, 
engrenagen
s
Ferramentas 
de corte, 
molas, 
arames de 
alta 
resistência
Utensílios 
domésticos, 
equipamento
s industriais e 
em 
edificações
Fonte: Adaptado de Pannomi (2007)
METAIS FERROSOS
 Ferro
 Não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente
combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-
se o nome de MINÉRIO.
Minério de ferro
 Retirado do subsolo, porém muitas vezes é
encontrado exposto formando verdadeiras
montanhas.
 Principais minérios: Hematita e Magnetita.
 Para retirar as impurezas, o minério é lavado,
partido em pedaços menores e em seguida
levados para a usina siderúrgica.
Ferro
 Normalmente encontrado
na forma de minérios, como
hematita (Fe2O3)
e pirita (FeS2).
 A obtenção do ferro a partir
de seus minérios ocorre nos
alto-fornos, em presença de
carbono (carvão).
Ferro
Ferro
Ferro
 Processo consiste de 4 etapas principais:
 Preparo das matérias primas (Coqueria e sinterização);
 Produção de gusa (Alto-forno);
 Produção de aço (Aciaria);
 Conformação mecânica (Laminação).
METAIS FERROSOS
 Obtenção do ferro gusa
 Na usina, o minério é derretido num forno denominado ALTO
FORNO.
 No alto forno, já bastante aquecido, o minério é depositado em
camadas sucessivas, intercaladas com carvão coque
(combustível) e calcário (fundente)
 Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial
injeta-se ar em seu interior. O ar ajuda a queima do carvão
coque, que ao atingir 1200ºC derrete o minério.
METAIS FERROSOS
 Obtenção do ferro gusa
 O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A este
ferro dá-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa.
 As impurezas ou escórias por serem mais leves, flutuam sobre o
ferro gusa derretido.
 Através de duas aberturas especiais, em alturas diferentes são
retiradas, primeiro a escória e em seguida o ferro-gusa que é
despejado em panelas chamadas CADINHOS.
METAIS FERROSOS
 Obtenção do ferro gusa
 O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em
formas denominadas lingoteiras.
 Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendo
o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA.
 A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos,
pois este tipo de ferro, nesta forma, é usado apenas na
confecção de peças que não passarão por processos de
usinagem.
METAIS FERROSOS
 Ferro fundido
 Liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% de carbono. O
ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono
do ferro gusa. É portanto um ferro de segunda fusão.
 O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem de
ferro, pequena porcentagem de carbono, silício, manganês,
enxofre e fósforo.
METAIS FERROSOS
 Aço
 Um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústria
mecânica e construção civil. É usado na fabricação de peças
em geral, na obtenção de concreto armado etc.
 Obtém-se o aço diminuindo a porcentagem de carbono do ferro
gusa.
 A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,005% a 2,0%.
 O aço para concreto armado possui carbono variando de 0,15%
a 0,35%.
METAIS FERROSOS
 Principais características do aço:
 Pode ser trabalhado com ferramenta de corte;
 Pode ser curvado;
 Pode ser dobrado;
 Pode ser forjado;
 Pode ser soldado;
 Pode ser laminado;
 Pode ser estirado (trefilado);
 Possui grande resistência à tração;
METAIS FERROSOS
 Aço carbono
 São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de
carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo.
 Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e
o carbono. O manganês e silício melhoram a qualidade do aço,
enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais.
 A quantidade de carbono define a resistência do aço.
Matéria 
prima
coqueria
sinterização
Alto-forno Aciaria lingotamento
 Na construção civil:
› Teor de carbono entre 0,15 e 0,35%;
› Presença de elementos residuais (enxofre, silício, fósforo, etc.);
› Elementos de liga (cromo, manganês, níquel, etc.) adicionados 
para se atingir certas propriedades
 Propriedades do aço dependem de:
› Composição química;
› Tratamento térmico, deformação mecânica e velocidade de 
solidificação (características microestruturais).
 Definições:
› Aço: liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono 
obtida pelo refino de ferro-gusa (refino do ferro-gusa: diminuição 
dos teores de carbono, silício e enxofre);
› Ferro-gusa: produto da primeira fusão do minério de ferro contendo 
de 3,5 a 4,0% de carbono;
› Ferro fundido: produto da segunda fusão do gusa, em que são 
feitas adições de outros materiais até atingir um teor de carbono 
entre 2,0 e 4,5%, conferindo propriedades diferentes da do aço.
 Produção do aço:
 Matérias-primas:
 Minério de ferro + carvão mineral
› Coqueria e sinterização:
a) Coqueria:
 Carvão mineral deve fornecer energia térmica e 
química para o desenvolvimento do processo de 
redução (produção de gusa);
 Coqueificação: 
 Eliminação de impurezas;
 Destilação do carvão em ausência de ar;
 T=1300º por 18 horas;
 Resulta o coque metalúrgico, composto 
basicamente de carbono, com elevada resistência 
mecânica e alto ponto de fusão, o qual é 
encaminhado ao alto-forno.
b) Sinterização:
 Preparação do minério de ferro para a produção do 
gusa;
 Correta granulometria para proporcionar 
permeabilidade do ar para a combustão no alto-
forno;
 Finos de minério: adiciona-se fundentes (calcário, 
sílica) e o novo composto é britado na granulometria 
desejada.
c) Alto-forno:
 Cuba com 50 a 100 m de altura;
 Minério de ferro em gusa: coque metalúrgico e fundentes;
 Princípio básico: retirada do oxigênio do minério que se 
reduz a ferro;
 Redução: combinação do carbono presente no coque 
com o oxigênio do minério;
 Combustão do carvão com o oxigênio do ar fornece calor 
para fundir o metal .
c) Alto-forno:
Minério de ferro (sínter) + coque + fundentes;
Ar quente entra pela parte inferior (ventaneiras);
Coque + ar quente = combustão;
 Resultado: ferro gusa e escória (fabricação de 
cimento).
c) Alto-forno:
 Carro torpedo:
 Revestido internamente com material refratário;
 Dessulfuração: redução do teor de enxofre a 
níveis aceitáveis;
 Análise química: composição da liga (carbono, 
silício, enxofre e manganês);
 Próxima etapa: aciaria.
d) Aciaria:
 Refino (ferro gusa em aço): ajuste do teor dos elementos;
 Conversor: injeção de oxigênio puro (processo Linz-Donawitz
‘LD’);
 Pode-se adicionar sucata de aço para auxiliar no controle 
da composição da liga metálica;
 Eliminação dos produtos indesejáveis pela escória;
 Uma vez obtida a composição desejada o material é 
transferido para o lingotamento contínuo.
* Metalurgia de panela
e) Lingotamento contínuo:
Aço transferido do conversor ou panela para o 
distribuídor e depois para o molde;
 Solidificação do aço;
Corte em maçarico e transformado em esboço de 
placa.
f) Laminação a quente:
 Redução da área da seção transversal até conformá-lo na 
apresentação desejada (chapas grossasou finas, perfis, 
etc.);
 Pré-aquecimento e posterior deformação sob pressão em 
cilindros (laminadores);
 Chapa: placa que sofreu redução de espessura por 
laminação;
 Em função da espessura podem ser acondicionadas em 
bobinas.
f) Laminação a quente:
 Laminador de chapas grossas:
 Espessuras: 6 a 200 mm;
 Largura: 1000 a 3800 mm;
 Comprimento: 5000 a 18000 mm.
f) Laminação a quente:
 Laminador de tiras a quente:
 Espessuras: 1,2 a 12,5 mm;
 Largura: 800 a 1800 mm;
g) Laminação a frio:
 Laminador de tiras a frio:
 Espessuras: 0,3 a 3,0 mm;
 Largura: 800 a 1600 mm;
 Característica principal: melhor acabamento.
Quanto à Composição 
Quimica
 Aços comuns (ao carbono)
 Aços especiais (liga)
-
Quanto ao Teor de Carbono
Até 0,15% C – extra doce
Baixo carbono
De 0,15% C a 0,30%C – doce
De 0,30%C a 0,50%C – meio doce
Médio carbono
De 0,50%C a 0,70%C – meio duro
De 0,70%C a 0,80%C – duro
Alto carbono
Mais de 0,80% C – extra duro
Aços Baixo Carbono
Usos:
- perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos
- construção civil, pontes
- tubulações
aços baixo carbono = baixas resistência e dureza
altas tenacidade e ductilidade. 
(teor de carbono menor que 0,25%)
AÇO BAIXO CARBONO
– Microestrutura de ferrita e perlita
– Macios e pouco resistentes, muito dúcteis e 
tenazes
– Insensíveis a tratamentos térmicos
– Custo mais baixo de produção
– Usos em painéis de carros, tubos, pregos, 
arame...
Aços Médio Carbono
maior resistência e dureza que os baixo teor de C
menor tenacidade e ductilidade que os baixo teor de C 
(teor de carbono 0,25% a 0,60%)
Usos:
- rodas e equipamentos ferroviários
- engrenagens
- virabrequins e outras peças de máquinas
que necessitam de elevadas resistências
mecânica, resistência ao desgaste e boa
tenacidade.
Aços Médio Carbono
Utilizados na forma de martensita (fase 
extremamente dura mas frágil) temperada 
(tratamento térmico para aumentar tenacidade da 
martensita).
Usos em facas, martelos, talhadeiras, serras de 
metal...
Tratáveis termicamente
A presença de impurezas aumenta a resposta a 
tratamentos térmicos.
Se tornam mais resistentes mas menos dúcteis e 
tenazes.
Usos em molas, pistões, engrenagens...
Aços Alto Carbono
Usos:
- talhadeiras
- folhas de serrote
- martelos
- facas
maior resistência e dureza
menor tenacidade e ductilidade
(teor de carbono menor que 0,25%)
Aplicações 
típicas
Molas em geral / 
Membrana de buzina / 
Correntes industriais, 
agrícolas, bicicletas / 
Varetas para guarda-
chuvas / Serras para 
mármore e granito / 
Trenas / Cabo de 
panelas de pressão / 
Arruelas / Reforços de 
calçados / Biqueiras 
de calçados para segurança / Serra manual para corte / 
Armas / Cinto de segurança / Lâminas para raspar pneus / 
Disco arraste freio / Arco de serra / Disco de embreagem / 
Limas Corrente de motoserra / Dobradiças
Aços de Alto Carbono Temperado
Aço Alto carbono
Extremamente duros e fortes, pouco
dúcteis.
Resistentes ao desgaste e mantém o fio.
Se combinam com Cr e V para formar
carbetos (Cr23C6 e V4C3) que são
extremamente duros e resistentes.
Usos em moldes, facas, lâminas de 
barbear, molas...
 Formas comerciais do aço
 Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio
na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios.
 Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem
tratamento posterior à laminação.
 Formas comerciais do aço
 Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais
como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.
Aços para concreto 
armado
 Aços de dureza natural laminados a quente que não sofrem 
tratamento –laminação;
 Caracteristicas fisico-mecanica são alcançadas somente por 
composicao quimica com ligas de C, Mn, Si, Ni, Cr;
 Caracterizados por:
 Acentuado patamar de escoamento;
 Grandes deformações (alongamento 10-15%);
 Boa soldabilidade;
Aços para concreto 
armado
 Aços com saliência: Aumento da aderência (engrenamento
com o concreto);
 Padronização e normalização:
 CA 50
 “CA”= Concreto Armado;
 “50” = tensao de escoamento kgf/mm2
Aços para concreto 
armado
 Barras de 5, 6.3, 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 32, 40 (diametro em mm)
 Fios de 3.2, 4.5, 6.3, 8, 10 (diamentro em mm);
 Barras: comprimento entre 10 e 12m
 Fios: em rolos de grande comprimento
PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Definem o comportamento do material
quando sujeitos à esforços mecânicos,
pois estas estão relacionadas à
capacidade do material de resistir ou
transmitir estes esforços aplicados sem
romper e sem se deformar de forma
incontrolável.
Principais propriedades mecânicas
 Resistência à tração
 Elasticidade
 Ductilidade
 Fluência
 Fadiga
 Dureza
 Tenacidade,....
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade 
do material de resistir às forças mecânicas e/ou de 
transmiti-las
Propriedades
 Diagrama tensão-deformação
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
 É medida submetendo-se o material à
uma carga ou força de tração,
paulatinamente crescente, que
promove uma deformação
progressiva de aumento de
comprimento
 NBR-6152 para metais
Resistência À Tração
Tensão () X Deformação ()
Deformação()= lf-lo/lo=l/lo
lo= comprimento inicial
lf= comprimento final
 = F/Ao Kgf/cm
2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2
Força ou carga
Área inicial da seção reta transversal
Comportamento dos metais quando 
submetidos à tração
Resistência à tração
Dentro de certos limites,
a deformação é proporcional
à tensão (a lei de Hooke é
obedecida)
Lei de Hooke:  = E 
Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
 Precede à deformação 
plástica
 É reversível
 Desaparece quando a 
tensão é removida
 É proporcional à tensão 
aplicada (obedece a lei de 
Hooke)
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 É provocada por tensões que 
ultrapassam o limite de 
elasticidade 
 É irreversível; é resultado do 
deslocamento permanente dos 
átomos e portanto não 
desaparece quando a tensão é 
removida
Elástica Plástica
Módulo de elasticidade ou Módulo 
de Young
E= /  =Kgf/mm2
• É o quociente entre a tensão 
aplicada e a deformação 
elástica resultante. 
•Está relacionado com a rigidez 
do material ou à resist. à 
deformação elástica
Lei de Hooke:  = E 
P
A lei de Hooke só 
é válida até este 
ponto 
Tg = E

O Fenômeno de Escoamento
 Esse fenômeno é nitidamente
observado em alguns metais de
natureza dúctil, como aços baixo teor
de carbono.
 Caracteriza-se por um grande
alongamento sem acréscimo de
carga.
Tensão de escoamento
Não ocorre escoamento propriamente dito
Escoamento
 Corresponde à tensão máxima aplicada ao material 
antes da ruptura 
 É calculada dividindo-se a carga máxima suportada 
pelo material pela área de seção reta inicial
Resistência à Tração (Kgf/mm2)
Tensão de Ruptura (Kgf/mm²)
 O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite 
de resistência em virtude de que a área da seção 
reta para um material dúctil reduz-se antes da 
ruptura
 Elasticidade:
 Capacidade de voltar à forma original;
 Deformação elástica é reversível;
 Relação entre deformação e tensão: Módulo de Elasticidade 
(E);
 Eaço=210.000 MPa; Eferro=190.000 MPa.
 Plasticidade:
 Deformação permanente provocada por tensão igual ou 
superior ao limite de escoamento;
 Alteração interna da estrutura.
 Ductilidade:
 Deformar plasticamente sem se romper;
 Quanto maisdúctil maior redução da área 
(estricção) ou o alongamento antes da ruptura.
Ductilidade em termos de alongamento
ductilidade
• Corresponde ao alongamento total do
material devido à deformação plástica
%alongamento= (lf-lo/lo)x100
Ductilidade expressa como 
estricção
 Corresponde à redução na área da seção
reta do corpo, imediatamente antes da
ruptura
 Os materiais dúcteis sofrem grande
redução na área da seção reta antes da
ruptura
Estricção= área inicial-área final
área inicial
 Tenacidade:
 Absorver energia quando submetido a carga de impacto;
 Material dúctil é mais tenaz que um material frágil, requerendo 
com isso, mais energia para ser rompido.
 Corresponde à capacidade do material de 
absorver energia até sua ruptura
tenacidade
Tenacidade
Resiliência
 Corresponde à capacidade do material de absorver energia
quando este é deformado elasticamente
 A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência
(Ur)
Resiliência
 Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e
baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para
molas)
FRATURA
 Consiste na separação do material em 2 ou
mais partes devido à aplicação de uma
carga estática à temperaturas relativamente
baixas em relação ao ponto de fusão do
material
FRATURA
 Dúctil a deformação plástica continua até uma
redução na área
 Frágil não ocorre deformação plástica,
requerendo menos energia que a fratura dúctil que
consome energia para o movimento de discordâncias
e imperfeições no material
FRATURA
Fraturas dúcteis
Fratura frágil
Mecanismo da fratura dúctil
a- formação do pescoço
b- formação de cavidades
c- coalescimento das 
cavidades para promover 
uma trinca ou fissura
d- formação e propagação 
da trinca em um ângulo de 
45 graus em relação à 
tensão aplicada
e- rompimento do material 
por propagação da trinca
FLUÊNCIA (CREEP)
 Quando um metal é solicitado por uma
carga, imediatamente sofre uma
deformação elástica. Com a aplicação de
uma carga constante, a deformação
plástica progride lentamente com o tempo
(fluência) até haver um estrangulamento e
ruptura do material
FLUÊNCIA (CREEP)
 Definida como a deformação
permanente, dependente do tempo e
da temperatura, quando o material é
submetido à uma carga constante
 Este fator muitas vezes limita o tempo de
vida de um determinado componente
ou estrutura
FADIGA
 É a forma de falha ou ruptura que ocorre
nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e
cíclicas
 Nessas situações o material rompe com
tensões muito inferiores à correspondente à
resistência à tração (determinada para
cargas estáticas)
FADIGA
 Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem 
ser:
 Tração
 Tração e compressão
 Flexão
 Torção,...
Ensaios para determinação das 
propriedades mecânicas
 Resistência à tração
 Resistência à compressão
 Resistência à torção
 Resistência ao choque 
 Resistência ao desgaste
 Resistência à fadiga
 Dureza
NORMAS TÉCNICAS
Normas técnicas mais comuns:
 ASTM (American Society for Testing and
Materials)
 ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas)
Influência dos elementos de liga
 Carbono (C):
 Melhora a resistência mecânica; 
 Prejudica a ductilidade (dobramento) e tenacidade;
 A cada 0,01% de aumento do teor de carbono o limite de 
escoamento aumenta em ~ 0,35MPa.
 Manganês (Mn):
 Melhora a resistência mecânica;
 Prejudica a soldabilidade (menos que o ‘C’);
 Silício (Si):
 Aumenta a resistência mecânica e à corrosão;
 Diminui a soldabilidade;
 Enxofre (S):
 Muito prejudicial;
 Desfavorece a ductilidade e diminui a soldabilidade;
 Teor limitado a 0,05%.