Ciência dos Materiais

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Metais
Prof. Priscyla Andrade
Os metais...
 Idade dos metais
Caracterizada pelo desenvolvimento e difusão do processo de 
fundição dos metais. Dividida em etapas:
Metalurgia do Cobre
Primeiro metal a ser fundido.
Metalurgia do Bronze
Mistura de Cobre e Estanho
Metalurgia do Ferro
Desenvolvimento da civilização. (1500 a.c.)
METAIS
Apresentam brilho;
 São dúcteis e maleáveis;
Geralmente, alto ponto de fusão;
Conduzem eletricidade e calor;
 Formam ligas;
 Sua ligação é metálica;
Possuem diversas propriedades físicas e químicas.
Metais
 Eles são sólidos à temperatura ambiente (25°C) e 
apresentam cor.
 O Mercúrio (Hg) é o único metal encontrado na natureza 
no estado líquido.
Metais
 São exemplos de alta resistência que podem ser 
encontrados livremente na natureza na forma de jazidas 
ou na apresentação de minério.
 Sobre minérios: espécies de compostos químicos que em 
sua constituição apresentam íons metálicos estruturais.
 Ex:
Ligas Metálicas
 Produto metalúrgico proveniente da mistura ou 
combinação de um metal com um ou mais corpos livres 
(metais ou metalóides- B, Si, Ge, As, Sb, Te e Po).
 Metalurgia é a sequência de processos que visa obter um 
metal a partir do minério correspondente.
 Pode ser dividida:
 Ligas ferrosas- O ferro é o constituinte principal.
 Ligas não ferrosas
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)
Aços
 Um dos mais importantes materiais metálicos usados
na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças
em geral.
 Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de
carbono do ferro gusa.
 A quantidade de carbono presente no aço define a sua 
classificação:
 Os baixos teor possuem 0,3% de C
 Os médios teor possuem de 0,3% a 0,6% de C
 Os Altos possuem de 0,6% a 1% de C
Aços
 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.
AÇOS
 Eles são classificados por números, de 4 ou 5 dígitos, no 
qual cada dígito vai informar características da 
composição química.
 Os dois algarismos iniciais indicam se são: aço-carbono, 
aço- manganês, aço-níquel, etc.
 Os dois algarismos finais, servem para indicar a 
porcentagem de carbono.
 Esta classificação foi feita pelo SAE (Society of Automotive 
Engineers)
Tabela de Aços
Baixo teor Carbono
 Essas ligas são relativamente moles e fracas;
 Possuem tenacidade e ductilidade excepcionais;
 Mais baratos de serem produzidos.
 Usos:
perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos
construção civil, pontes
tubulações
Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL ou 
HSLA)
 Elementos da liga ( Cobre, Vanádio, Molibdênio, Níquel);
 Maior resistência a tração e corrosão. São mais resistentes à 
corrosão dos que os aços comuns.
Médio teor carbono
 Podem ser termicamente tratado e taxas de resfriamento rápida;
 Maior resistência a abrasão;
 Ductilidade e tenacidade;
 Elementos ( cromo, níquel e molibdênio).
Alto teor de carbono
 São mais duros;
 Mais resistentes ao desgaste e a abrasão;
 Suportam o fio de corte;
 Elementos de liga( cromo, vanádio, tugstênio, molibdênio).
Aços inoxidáveis
 Resistência à corrosão, ao impacto, e à abrasão, além de 
grande durabilidade. 
 Ele é 100% reciclável e possui baixo custo de manutenção.
 Uma liga de ferro-cromo. A resistência a corrosão se deve a 
presença do cromo.
Ferro fundido
Teores de carbono entre 3% e 4,5%;
 São líquidas a (≈ 1100°C)
Maior facilidade de serem fundidos;
O ferro fundido tem na sua composição maior 
porcentagem de ferro, pequena porcentagem de carbono, 
silício, manganês, enxofre e fósforo.
 Se dividem em:
 Ferro Nodular
 A adição de uma pequena quantidade de magnésio (Mg) e/ou 
cério (Ce), antes da fundição, aos ferros fundidos facilmente 
grafitizados, pode produzir uma nova microestrutura, 
juntamente com um conjunto de propriedades mecânicas 
diferentes.
 O ferro fundido nodular possui características que o 
aproximam ao do aço.
 Maior resistência e ductilidade
 Fácil usinabilidade
 Alto módulo de elasticidade
 Ferro Branco
 Este tipo de ferro fundido não possui grafita livre em sua 
microestrutura. Nesse caso o ferro encontrasse 
combinado com o carbono dando uma elevada dureza ao 
material e resistência a abrasão (desgaste).
 O ferro fundido Branco praticamente não pode ser 
usinado.
 Baixas tenacidade e ductilidade.
 Duro e Frágil
 Resistência sob compressão
 Excelente absorção de vibrações
 Ferro Maleável
 É um material derivado do ferro fundido branco através 
de um tratamento térmico – maleabilização – que torna a 
liga mais tenaz, dúctil e aliado às propriedades iniciais do 
material, amplia sua aplicação.
 O processo de maleabização consiste em aquecimento 
prolongado, em condições de temperatura.
 Sua característica principal é sua ductilidade.
 Ferro Cinzento
 Por ser geralmente fabricado a partir de sucata, possui 
baixo custo, se tornando entre os ferros fundidos o ferro 
mais comum.
 Devida à presença de grafite livre em sua microestrutura, 
o ferro fundido cinzento possui como características 
elevada usinabilidade.
 Baixa ductilidade e tenacidade
 Boa capacidade de amortecimento
 Resistente à tração e compressão
Fabricação de Metais
Operações de Conformação
 Os processos de conformação podem ser divididos em dois 
grupos: 
 Processos mecânicos, nos quais as modificações de forma são 
provocadas pela aplicação de tensões externas (deformação 
plástica).
 Processos metalúrgicos, nos quais as modificações de forma 
estão relacionadas com altas temperaturas
Processos de Conformação
Processos Mecânicos- Conformação 
Plástica
 Consiste em passar uma peça metálica entre dois rolos;
 Redução na espessura;
 Tensão de compressão exercida por rolos;
 São aplicados em: Produção de chapas, tiras e folhas com 
elevada qualidade de acabamento superficial.
Laminação
Forjamento
 Consiste no trabalho mecânico;
 Podem ser classificados como:
 Matriz fechada
 Matriz aberta
 Os itens forjados possuem boas propriedades mecânicas;
 São aplicados em: Ferramentas, barras de conexão de 
pistões e outros
Forjamento
Extrusão
 Material flui sob pressão através da abertura de uma matriz 
formando um produto alongado.
 São aplicados em: Fabricação de barras e tubos com 
geometrias de seção retas complexas.
Trefilação
 Consiste em forçar a passagem de uma barra através de 
uma fieira mediante a aplicação de uma força de tração à 
saída desta fieira. A barra deve ser apontada e inserida 
através da fieira, sendo, em seguida presa por garras de 
tração usualmente impulsionadas através da corrente 
sem-fim.Estampagem
 Permite a obtenção de peças com formas diversas a partir de 
chapas metálicas. 
 Na estampagem as transformações de formas e dimensões 
ocorrem a nível de superfícies das chapas. Os esforços 
aplicados durante a estampagem são de dobramento e corte, 
principalmente. 
 Considerando-se tais esforços, pode-se dividir a estampagem 
nos seguintes processos: 
 Embutimento (Estampagem Profunda);
 Dobramento;
 Curvamento;
 Corte;
 Nervuramento.
Estampagem
Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/361329/
Fundição
 O metal é totalmente fundido e derramado no interior 
de um molde. Existe diferentes tipos de técnicas:
 Matriz
 É feito num molde sobre pressão e velocidade elevada. 
Método barato.
 Molde de areia
 A areia é utilizada como molde.
Processos Metalúrgicos
 O material é resfriado e transformado em lingotes, blocos, 
placas e outros.
Lingotamento
Soldagem
 Processo rápido;
 Zona afetada é baixa;
 As soldas são precisas;
 A resistência é igual ou superior ao metal base.
Metalurgia do pó
 Adequado para metais que tem baixa ductilidade e 
temperaturas de fusão elevadas.
 O processo consiste em compactar e/ou modelar a mistura e 
aquecê-la (etapa chamada de sinterização), com o objetivo de 
melhorar a coesão da estrutura interna. 
 Produção de peça mais densa;
Processos de recozimento
 Tratamento térmico no qual um material é exposto a alta 
temperatura por um longo tempo e resfriado lentamente.
 Os objetivos deste processo são:
 Aliviar tensões;
 Tornar mole, dúctil e tenaz;
 Produzir uma microestrutura específica.
Endurecimento por precipitação
 Melhora a resistência e dureza;
 Empregado em ligas de alta resistência;
 Surgimento do diagrama de fases.