MAT 0031 Aula 01

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Engenharia Mecânica – SENAI CIMATEC
ENGENHARIA MECÂNICA - SENAI CIMATEC
Materiais de Construção Mecânica II
Prof. Eng. Raoni Barreto de Oliveira
Aula 01: Introdução + Materiais Metálicos
 Introdução
 Materiais Metálicos
 Aços
SENAI Departamento Regional da Bahia
Salvador, 30 de Maio de 2016
CURRÍCULO
Eng. Raoni Barreto de Oliveira
Onde encontrar: Cimatec 4, 1º andar, sala dos técnicos
E-mail: raoni.oliveira@fieb.org.br
ACADÊMICO
 2015 - Atual Mestrado em Gestão e Tecnologia Industrial - SENAI CIMATEC
 2013 - 2015 Especialização em Conformação e União de Materiais - SENAI CIMATEC
 2007 - 2011 Graduação em Engenharia Mecânica - UFBA
PROFISIONAL
 2013 - 2015 SENAI CIMATEC
 2014 - 2015 Fraunhofer Institut IWU - Alemanha
 2010 - 2013 JPNOR Engenharia
 2012 - 2012 Produman Engenharia
 2012 - 2012 Consórcio TE-AG Techint Andrade Gutierrez
 2009 - 2010 Centro de Capacitação Tecnológica em Automação Industrial - UFBA
LITERATURA
(1) CALLISTER Jr.; WILLIAM, D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2002.
(2) SILVA, André Luiz da Costa e; MEI, Paulo Roberto. Aços e ligas especiais. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2010.
(3) VAN VLACK, Lawrence H. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. São Paulo: Edgard Blucher,
1970.
(4) CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. São Paulo: ABM, 1990.
(5) COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. São Paulo: Edgard Blücher, 2008.
(6) PADILHA, Angelo Fernando; GUEDES, Luis Carlos. Aços inoxidáveis austeníticos: microestrutura e
propriedades. São Paulo: Hemus, 1994.
Ref. (1) Ref. (2) Ref. (3) Ref. (4) Ref. (5)
EMENTA
1. Classificação e propriedades dos metais: Introdução aos materiais metálicos, Definições,
Classificações dos metais, Propriedades mecânicas, física e química dos metais.
2. Mecanismo de endurecimento: Deformação dos metais, Tamanho de grão, Soluções
sólidas.
3. Transformação de fases em metais: Conceitos básicos, Cinética de reações no estado sólido,
Transformações multifásicas.
4. Diagramas de equilíbrio Ferro-Carbono: Alterações de microestruturas e das propriedades
em ligas Fe-C, Diagramas de transformação isotérmica, Perlita, bainíta,
cementita e martensita; Diagramas de transformação por resfriamento contínuo.
5. Ligas Metálicas: Introdução à fabricação das ligas metálicas, Ligas ferrosas, Ligas não-
ferrosas.
6. Introdução aos tratamentos térmicos em metais: Processamento térmico de ligas
metálicas, Processos de recozimento, Tratamento térmico de aços, Endurecimento por
precipitação.
Habilidades: Reconhecer os materiais metálicos e suas propriedades. Identificar as
transformações de fases em metais. Relacionar microestrutura e propriedades das principais
ligas metálicas.
AVALIAÇÕES
1ª Avaliação: 30.06.2016
2ª Avaliação: 28.07.2016
3ª Avaliação: 22.08.2016
Avaliação Final: 29.08.2016
VISITAS
Laboratório de Ensaios Mecânicos
Laboratório de Metalografia e Microscopia
INTRODUÇÃO
O QUE SÃO MATERIAIS?
“Material é aquilo que é constituído de matéria.” 
“Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço.” 
“Material é qualquer porção ou quantidade de
matéria, de qualquer natureza, em qualquer
estado físico.”
“ Materiais são substâncias com propriedades que as tornam 
úteis em máquinas, estruturas, dispositivos e produtos de 
consumo.” Rômulo Navarro
PERSPECTIVA HISTÓRICA
Pedra/madeira  Bronze  Ferro  Materiais avançados
(cerâmicas, semicondutores, polímeros, compósitos...)
ENGENHARIA DE MATERIAIS
- Composição Química
- Arranjo dos átomos ou íons- Fabricação - Tratamentos
- Montagem
- Ambiental
- Mecânicas
- Elétricas
- Térmicas
- Magnéticas
- Ópticas
- Deterioração
- Custos
- Ciclo de vida
C - PropertiesD - Performance
B - StructureA - Processing
C
D
B
A
ENGENHARIA DE MATERIAIS
Example: chassi automotivo
D - Performance
- O que é relação resistência-densidade?
- O que é conformabilidade?
- O que é a relação desempenho-custo?
- Como isso se relaciona com a 
resistência ao choque do veículo?
A - Processing
- Laminação, fundição, forjamento… 
- Como os processos podem prover um 
alto nível de resistência?
C - Properties
- Quais características da estrutura
limitam a resistência e conformabilidade?
- O que controla a resistência?
B - Structure
- Fases presentes e frações
- Podem ser utilizados sistemas híbridos?
- Quais elementos de liga podem ser
utilizados?
Corvette Z06
C
D
B
A
a
g
ENGENHARIA DE MATERIAIS
a
g
Processamento Estrutura Propriedades Desempenho
- Alta resistência mecânica
- Maior ductilidade
- Baixa resistência mecânica
- Menor ductilidade
- Maior fragilidade
ENGENHARIA DE MATERIAIS
13
Nanotecnologia
1 Å 1 nm 100 nm 1 µm 100 µm 1 mm 1 cm 1 m
Nano- micro- estrutura Componente
Estrutura Macro-escala
Turbina de avião
- Geração de energia
- Eficiência
- Durabilidade
- Custos…
Nano- micro- estrutura
Grãos, dendritas e fases
- Resistência à fadiga - Tensão de Escoamento
- Resistência à Tração - Fadiga de alto e baixo ciclo
- Ductilidade..
Escala Atômica
Estrutura
- Módulo de Young
- Expansão térmica…
ENGENHARIA DE MATERIAIS
Propriedades Mecânicas
 Resistência à tração e compressão;
 Resistência ao impacto;
 Resistência à fadiga
 Resistência á fluência;
 Dureza;
 Plasticidade/ductilidade 
 Tenacidade.
Propriedades Químicas
 Resistência à corrosão;
 Resistência à oxidação.
Propriedades Físicas
 Propriedades Elétricas (condutividade elétrica, resistividade elétrica, etc)
 Propriedades Térmicas (condutividade térmica; dilatação térmica, etc)
 Propriedades Óticas (transparência; índice de refração, etc.)
MATERIAIS METÁLICOS
Ref. heartjoia.com
Composição: Combinação de elementos
metálicos.
Grande número de elétrons livres.
Propriedades gerais :
1. Resistência mecânica de moderada a
alta.
2. Moderada plasticidade.
3. Alta tenacidade.
4. Opacos.
5. Bons condutores elétricos e térmicos.
METAIS NA TABELA PERIÓDICA
CARACTERÍSTICAS DOS METAIS
 Formados por (um ou mais) elementos metálicos;
Exemplos: Fe, Al, Cu, Ti, Au, Ni, etc.
Com frequência estão associados a elementos não metálicos (C, N, O, etc)
 Pode ser prontamente moldado em formas práticas (boa ductibilidade);
 Relativamente rígidos e resistentes;
 Relativamente densos;
 Boa condutividade Elétrica;
 Boa condutividade térmica;
 Resistentes à fratura;
 Propriedades magnéticas (alguns);
 Átomos arranjados de maneira
 muito ordenada;
 Grande número de elétrons livres.
CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS METÁLICOS
O que são Materiais Metálicos?
“São substâncias simples que apresentam 1 a 3 elétrons no nível mais externo e que, nas
combinações químicas, cedem elétrons periféricos transformando-se em cátions.”
Apresentam, em linhas gerais as seguintes propriedades:
Cor e Brilho:
Os metais, com exceção do ouro (amarelo) e cobre (vermelho) apresentam
coloração que varia do branco ao cinzento
Densidade:
Os metais, quanto a densidade, se classificam em leves (densidade menor que 6 -
alcalinos, alcalinos terrosos, Mg, Be, Al); e pesados (densidade superior a 6)
Estrutura Cristalina:
Característica observada em todos os metais.
Os materiais metálicos são classificados em: Metálicos ferrosos e Metálicos não-ferrosos
MATERIAIS METÁLICOS FERROSOS
O que são Materiais Metálicos Ferrosos?
São materiais metálicos que contém o elemento Ferro na composição de sua liga.
Os materiais metálicos ferrosos se classificam exclusivamente em função do teor de
carbono encontrado na liga. Desta forma, os materiais metálicos ferrosos são classificados
como:
Aços: Liga Fe-C cujo teor de carbono varia de 0 a 2,1%C;
Ferros Fundidos:Liga Fe-C com o teor de carbono situando-se entre 2,1 e 6,7%C.
Os materiais metálicos, como os aços e o ferro fundido, são produzidos em usinas
siderúrgicas.
ORIGEM DO AÇO
Minério de Ferro
A extração de minério de ferro na natureza é a base para a fabricação do aço.
A disponibilidade de depósitos de minério de ferro deu uma certa vantagem a alguns
países entre os séculos 15 e 20. A Inglaterra, os Estados Unidos, a França, a Alemanha, a
Espanha e a Rússia, por exemplo, têm bons depósitos de minério de ferro.
“Quando se pensa na importância histórica de todos estes países fica fácil ver a
correlação”.
O minério de Ferro se apresenta na natureza em diversos tipos, como:
Hematita - Fe2O3 -70% de ferro 
Magnetita - Fe3O4 -72% de ferro 
Limonita - Fe2O3 + H2O -50% a 66% de ferro 
Siderita - FeCO3 -48% de ferro 
PRODUÇÃO DO AÇO
PRODUÇÃO DO AÇO
Produção do Ferro Gusa
No alto forno, o minério de ferro se junta com o coque e o calcário, para promover uma
redução do ferro em estado óxido para o estado metálico. Coque é um produto obtido do
carvão e é composto basicamente por carbono.
O calcário serve para facilitar a separação entre o ferro fundido e a escória (componentes
do minério de ferro que não interessam para a fabricação do aço).
PRODUÇÃO DO AÇO
Produção do Ferro Gusa
Aquecido, o calcário se decompõe em cal e dióxido de carbono. A cal se incorpora à 
escória (óxidos de alumínio e de silício) e abaixa a temperatura na qual a escória se 
funde. Ela sai do forno líquida, flutuando por sobre o banho metálico fundido,
do qual é separada.
Excessos de enxofre no carvão também são retirados, em boa parte,
pela reação com a cal (forma-se sulfeto de cálcio).
Dentro do alto-forno, o minério de ferro se dissocia, sendo que o oxigênio se combina 
com o carbono do coque e vaporiza na forma de CO2, enquanto que o ferro se reduz, 
adquirindo a forma metálica.
O ferro gusa é levado para a redução e refino, possibilitando assim a produção do aço 
através dos processos de lingotamento e/ou laminação.
PRODUÇÃO DO AÇO
PRODUÇÃO DO AÇO
Redução e Refino na Aciaria
Para transformar o ferro gusa em aço é necessário fazer uma sensível redução de todos
os elementos de sua composição.
Essas impurezas são removidas através da oxidação em um recipiente chamado
conversor.
Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado, assim
realizam-se os acertos finais na composição química e na temperatura no forno panela.
PRODUÇÃO DO AÇO
Lingotamento
Alimentação de metal líquido por meio de uma panela
Vazamento do distribuidor para o molde através de injetores
1º. Formação da camada de metal sólido junto a superfície da parede do molde
2º. Resfriamento do lingote após a saída do molde por meio de spray
3º. Resfriamnto natural ou radiação livre, aonde a solidificação irá se completar
NOMENCLATURA DOS AÇOS
Padronização dos Aços
A ABNT padroniza os aços para construção mecânica segundo o teor de carbono,
baseando-se nas normas SAE, excetuados alguns aços que são indicados precedidos pela
letra ”D”e são baseados nas normas DIN.
Pela norma SAE, a representação é feita por quatro algarismos, com o primeiro algarismo 
indicando: 
1 Aço Carbono
2 Ni
3 Ni – Cr
4 Mo
5 Cr
6 Cr – V
7 W
8 Ni – Cr – Mo
9 Si - Mn
NOMENCLATURA DOS AÇOS
Padronização dos Aços
O segundo algarismo indica a percentagem aproximada do elemento predominante da
liga. Os dois últimos algarismos indicam o teor médio de carbono contido, em percentual.
NOMENCLATURA DOS AÇOS
Exemplos
SAE 1010 - Aço carbono com 0,10% de carbono;
SAE 1008 - Aço carbono com 0,08% de carbono;
SAE 2350 - Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C;
SAE 5130 - Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C; 
SAE 9220 - Aço ao silício - manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C. 
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
AÇO CARBONO
O que são os aços carbono?
São aços cujo único elemento de liga presente além do ferro é o carbono.
Grandes variações de resistência e de dureza são obtidas pela modificação das
percentagens de carbono.
O aços-carbono é o mais barato dos aços, razão pela qual ele é preferível aos demais,
exceto quando condições severas de serviço exigem características especiais, ou quando
há necessidade de pequenas dimensões.
A partir do teor de 0,3% de carbono, pode-se tratar termicamente o aço carbono,
melhorando suas propriedades de resistência e dureza.
Os aços comuns podem ser classificados, quanto a composição ou teor de carbono:
Aços de baixo teor de carbono até 0,25% de carbono 
Aços de médio teor de carbono de 0,25% a 0,6% de carbono
Aços de alto teor de carbono de 0,6% a 2,0% de carbono 
AÇO CARBONO
Propriedades X Teor de Carbono
AÇO CARBONO
Aplicações
AÇO CARBONO
Aços baixo carbono
Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica;
São fáceis de conformar e soldar;
São aços de baixa dureza e alta ductilidade;
Entre as suas aplicações típicas estão as chapas automobilística, perfis estruturais e 
placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas-de-
flandres.
MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO TEOR DE CARBONO RESFRIADO LENTAMENTE
AÇO CARBONO
Aços médio carbono
São aços de boa temperabilidade em água;
Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e
dureza;
Construção civil, rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras 
peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e 
tenacidade.
Ferrita Perlita
AÇO CARBONO
Aços alto carbono
Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade;
Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste;
Quando temperados são frágeis;
Estão ligadas principalmente a ferramentas de corte e que necessitam de elevada 
resistência mecânica.
AÇO LIGA
O que são os aços liga?
São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades
tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades
quer sejam físicas, mecânicas ou químicas.
Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em:
Aços de baixa liga - quando o somatório dos teores dos elementos de liga é inferior a 5%
Aços de alta liga - quando o somatório dos elementos de liga (teores) é superior a 5%
AÇO LIGA
Influência dos elementos de liga nas propriedades dos aços
AÇO LIGA
Classificação quanto à aplicação
Aços de construção: são usados na manufatura de componentes de equipamentos
industriais.
Aços para ferramentas e matrizes: compreendem os aços resistentes ao choques, para
trabalho a frio e a quente e aços rápidos.
Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis
martensíticos, ferríticos e austeníticos, além dos aços refratários.
Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imãs permanentes e
para núcleos de transformadores.
AÇO LIGA
Aço de construção
São aços utilizados para a manufatura de peças e equipamentos mecânicos, onde podem
ser solicitadas propriedades mecânicas especiais, como por exemplo dureza e resistência
mecânica.
Esses aços podem ser utilizados juntamente com tratamentos térmicos e superficiais para
alcanças as propriedades mecânicas requisitadas, como:
1. Tratamento térmico de têmpera seguido do revenimento;
2. Cementação ou carbonetação;
3. Nitretação.
AÇO LIGA
Aços para ferramentas e matrizes
Aço Rápido: Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades. Podem
ser ao molibdênio e ao tungstênio.
Aplicação: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, etc.
Aços para trabalho a quente: Indicado para utilização em operações de puncionamento, 
cisalhamento e forjamento de metais em temperaturas elevadas, condições de pressão e 
abrasão. 
Aplicação:os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a 
temperaturas elevadas, etc;
Aços para deformação a frio: esse aço se restringe a aplicações que não envolvam
aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205º a 260º C. São 
divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar, alto-carbono e alto-cromo e 
temperáveis em óleo.
Aplicação: aplicados na produção de facas de cisalhamento, rolos de laminação de rosca, 
flangeamento e forjamento.
AÇO LIGA
Aços para ferramentas e matrizes
Aços resistentes ao choque: Seus principais elementos de liga são Mn, Si, Cr, W e Mo. 
Quase todos os aços deste tipo possuem conteúdo de carbono de aproximadamente
0,50%. 
Aplicação: talhadeiras, formões, contra-rebites, brocas-guia e outras aplicações que 
requerem elevada tenacidade e resistência ao choque. 
Aços para modelagem: Possuem Cr e Ni como principais elementos de liga. 
Aplicação: utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em
moldes para injeção ou compressão de plásticos
AÇO LIGA
Aços Inoxidáveis
Os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe) e cromo (Cr) com um mínimo de 10,50% de Cr.
Outros elementos metálicos também integram estas ligas, mas o Cr é considerado o
elemento mais importante porque é o que dá aos aços inoxidáveis uma elevada
resistência à corrosão.
Os aços inoxidáveis surgiram de estudos realizados em 1912, tanto na Inglaterra como na
Alemanha. O aço estudado na Inglaterra era uma liga Fe-Cr , com cerca de 13% de Cr. Na
Alemanha se tratou de uma liga que, além de Fe e Cr, continha também níquel (Ni). No
primeiro caso era um aço inoxidável muito próximo ao que hoje chamamos de 420 e no
segundo outro aço inoxidável bastante parecido com o que hoje conhecemos como 302.
AÇO LIGA
Aços Inoxidáveis
A adição de outros elementos permite formar um extenso conjunto de materiais.
Nos aços inoxidáveis, dois elementos se destacam: o cromo, sempre presente,
por seu importante papel na resistência à corrosão, e o níquel, por sua
contribuição na melhoria das propriedades mecânicas.
Mesmo existindo diferentes classificações, algumas mais completas da que aqui
será apresentada, podemos, em princípio, dividir os aços inoxidáveis em dois
grandes grupos: a série 400 e a série 300.
A série 400 é a dos aços inoxidáveis ferríticos, aços magnéticos com estrutura
cúbica de corpo centrado, basicamente ligas Fe-Cr. A série 300 é a dos aços
inoxidáveis austeníticos, aços não magnéticos com estrutura cúbica de faces
centradas, basicamente ligas Fe-Cr-Ni.
Os aços inoxidáveis da série 400 podem ser divididos em dois grupos: os
ferríticos propriamente ditos, que em geral apresentam o cromo mais alto e o
carbono mais baixo, e os martensitícos, nos quais predomina um cromo mais
baixo e um carbono mais alto (comparando-os com os ferríticos).
AÇO LIGA
Aços Inoxidáveis
Classificação de acordo com a fase predominante a temperatura ambiente:
Austeniticos: composição tipíca18% Cr e 8% Ni
Ferríticos: 15% a 20% Cr, baixo C, sem Ni
Martensíticos: máximo 18% Cr, sem Ni, teor de C maior que nos ferríticos
Além da resistência a corrosão os aços inoxidáveis apresentam um boa
combinação de resistência mecânica e ductilidade;
Apesar de atrativos para várias aplicações as suas propriedades resultam em
dificuldades de processamento;
São significativamente mais caros que os aços ao carbono e de baixa liga.
AÇO LIGA
Aplicações dos aços inoxidáveis
ENCERRAMENTO
Nessa Aula: Introdução + Materiais Metálicos
OBRIGADO!
Próxima Aula: Estruturas e Propriedaes dos Metais