Materiais/Quimica - Aula 6b

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Professora Beatriz
Materiais e 
Química Tecnológica 
Aula 6b
Engenharias de Produção
Controle e Automação 
Civil
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Metais – parte 2
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Tipos de ligas metálicas
Ligas ferrosas: apresentam o elemento ferro como constituinte principal.
Exemplo: aço, ferro fundido
Ligas não-ferrosas: não apresentam o elemento ferro como constituinte.
Exemplo: latão, bronze, ligas de alumínio
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Ligas ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Ligas não-ferrosas
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Metais refratários
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Superligas
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Operações de conformação dos metais
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Operações de conformação dos metais
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Operações de conformação dos metais
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Operações de conformação dos metais
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Os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe), carbono (C) 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
Voltando às ligas ferrosas...
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A resistência à corrosão 
e a passividade
De forma geral, todos os metais (salvo raras exceções) tem uma grande tendência a reagir em presença do meio ambiente, formando óxidos, hidróxidos e outros compostos químicos.
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A resistência à corrosão 
e a passividade
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Corrosão
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Corrosão
Processo inverso da metalurgia extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.
A corrosão está relacionada com a oxidação de um metal para a formação de um composto mais estável termodinamicamente nas condições a que está submetido.
metalurgia
corrosão
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A prata, o alumínio e o cobre não têm a sua corrosão muito intensa, porque ao se oxidarem eles naturalmente formam uma espécie de película protetora que impede que o restante do material sofra a corrosão. 
A imagem mostra a constituição da película protetora em cada caso:
Corrosão
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O ferro, no entanto, enferruja, formando Fe2O3. 3 H2O, que não é uma película de proteção. 
Pelo contrário, a ferrugem da superfície do metal vai se soltando e expondo continuamente o ferro metálico à condição ambiente. 
Desse modo, a corrosão prossegue até a total deterioração da peça. 
Assim, foram desenvolvidos métodos de proteção para o ferro e o aço, visto que não têm um processo de proteção natural.
Corrosão
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Corrosão Eletroquímica: 
Este tipo de corrosão metálica ocorre quando há a presença de água. Nesse processo corrosivo estão envolvidos um condutor (metal) e um condutor iônico (eletrólito) em uma solução, tendo assim a formação de uma pilha com a circulação de elétrons na superfície metálica.
Classificação dos processos de corrosão (ver artigo “Corrosão: um exemplo usual de fenômeno químico”)
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Corrosão Química: 
Esse processo de corrosão é também conhecida por oxidação. Ela acontece quando existe a ação de um agente químico sobre a superfície metálica. Nesse mecanismo de corrosão não há a necessidade da presença de água nem da troca de elétrons de uma superfície para a outra. Esse tipo de corrosão é favorecido em ambientes com temperaturas elevadas.
Classificação dos processos de corrosão
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Corrosão Eletrolítica: 
Pode ser considerado também um processo de corrosão eletroquímica. Esse tipo de corrosão acontece quando há uma fuga de corrente proveniente de deficiências de isolamentos ou aterramentos.
Classificação dos processos de corrosão
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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.
Os diferentes tipos de aços inoxidáveis 
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Mesmo existindo diferentes classificações, algumas mais completas, pode-se, 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-C-Cr.
A série 300 é a dos aços inoxidáveis austeníticos, aços não magnéticos com estrutura cúbica de faces centradas, basicamente ligas Fe-C-Cr-Ni.
Os diferentes tipos de aços inoxidáveis 
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Os inoxidáveis austeníticos são utilizados em aplicações em temperatura ambiente, em altas temperaturas (até 1.150º C) e em baixíssimas temperaturas (condições criogênicas), uma série de alternativas que dificilmente são conseguidas com outros materiais.
Os aços inoxidáveis austeníticos, dos quais o 304 (18%Cr-8%Ni) é o mais popular, têm excelente resistência à corrosão, excelente ductilidade (existe aqui uma grande mudança nas propriedades mecânicas se os comparamos com os ferríticos) e excelente soldabilidade.
Aços inoxidáveis da série 300
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A adição de molibdênio (cerca de 2%) transforma o 304 no aço inoxidável 316, um material muito mais resistente à corrosão.
Aços inoxidáveis da série 300
Sem dúvida, o 304 é o aço inoxidável com maior variedade de aplicações, o que é uma conseqüência direta de sua excelente resistência à corrosão, sua capacidade de conformação, sua ótima soldabilidade e as excelentes propriedades mecânicas que possui. 
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 utensílios domésticos e eletrodomésticos 
 construção civil 
 aplicações industriais 
 indústrias aeronáutica, ferroviária, naval, de papel e celulose, petroquímica, têxtil, frigorífica, hospitalar 
- caminhões, em tanques para transporte de
produtos (alimentos e produtos químicos).
Aplicações do aço inoxidável 304
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Aço cirúrgico – 316L
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Tanto os aços carbono (aço comum) como os inoxidáveis sofrem uma redução nos valores de suas propriedades mecânicas quando trabalham em altas temperaturas. 
Esta é, na realidade, uma característica dos metais e das diversas ligas metálicas. 
Nos aços comuns a perda nas propriedades mecânicas é mais significativa que nos aços inoxidáveis austeníticos, o que explica a preferência pela seleção destes materiais para aplicações em altas temperaturas.
As propriedades mecânicas dos aços inox X altas temperaturas
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Os projetos de equipamentos devem considerar este aspecto, que não pode ser esquecido no momento da especificação do material. 
Por outra parte, em altas temperaturas, a resistência à oxidação é, normalmente o fator mais importante na seleção do material. Os aços inoxidáveis são superiores ao aço carbono em altas temperaturas tanto ao considerar a resistência à oxidação como as propriedades mecânicas.
As propriedades mecânicas dos aços inox X altas temperaturas
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O uso da letra L após o tipo de aço inox (ex: 304L), significa que o conteúdo de carbono na liga está restrito ao MÁXIMO de 0,03% (os níveis normais de carbono são de 0.08% max. e em algumas ligas pode atingir 0.15% max.). 
Este nível menor de carbono é utilizado quando o material deverá ser soldado. O menor teor de carbono ajuda a prevenir a precipitação de cromo (formando carbonetos de cromo na região da solda) e portanto assegurando um mínimo de 16% de cromo e a possibilidade de formação do filme passivo que proporciona ao aço inox a resistência à corrosão.
Significado da letra L após o tipo de aço inox
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Ácidos oxidantes (como o ácido nítrico, não atacam). 
 O ácido sulfúrico ataca aos aços inoxidáveis em praticamente todas as concentrações e temperaturas. Os aços inoxidáveis somente resistem a este ácido em soluções muito diluídas ou muito concentradas e em temperaturas ambientes. 
Os aços inoxidáveis resistem bem ao ácido fosfórico em boa faixa de concentrações.
Quais ácidos corroem o aço inox
Os ácidos redutores (como o ácido clorídrico e o fluorídrico) atacam todos os aços inoxidáveis.
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- É economicamente vantajoso.
- Não há necessidade de extrair ferro da natureza,
o que reduz os impactes ambientais negativos e o torna economicamente vantajoso.
- Atualmente a reciclagem do aço poupa cerca de 75% de energia. Cada tonelada de aço reciclado poupa 1140 kg de minério de ferro, 144 kg de carvão e 18 kg de cal.
Vantagens da reciclagem do aço
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1. aço é reduzido a pequenos pedaços.
2. a sucata vai para os fornos (a cerca de1150ºC), fundindo.
3. metal é moldado em placas metálicas, que serão cortadas em chapas.
Os principais problemas da utilização de sucata no processo de fabrico de aço são os níveis residuais de cobre e estanho, que devem ser mínimos de modo a evitar a alteração acentuada das propriedades mecânicas do aço.
Como se processa a reciclagem do aço