História do Ferro2

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Ferro e suas ligas
Disciplina: Mat. Constr. Mecânica
Professora: Maria Inês
Alunos: Hanniery Marques
Jose Ferreira
História do Ferro
Não é possível falar do desenvolvimento da civilização ocidental 
sem referir o ferro. De fato, o rápido desenvolvimento do mundo 
humanizado só se desencadeou a partir da descoberta das 
técnicas de extração deste elemento por volta de 1500 AC. Note-
se que já teria sido usado por civilizações antigas como a 
Chinesa, a Síria ou a Egípcia cerca de 700 anos antes, mas não 
havia sido processado.havia sido processado.
A origem deste ferro seria provavelmente a extração efetuada 
diretamente a partir dos locais de queda de meteoritos. Quando 
da descoberta do ferro já se conheciam e utilizavam outros 
metais, como o ouro, a prata, e o cobre, e também ligas como 
o bronze. Mas nenhum era tão admirável como o ferro.
A história do ferro ficaria, certamente, incompleta se não 
se referisse a descoberta do aço. Esta liga, de tão grande 
importância para o mundo moderno permitiu descobrir 
outra característica fundamental deste metal. Ligado a 
pequenas quantidades de carbono, adquiria uma pequenas quantidades de carbono, adquiria uma 
resistência mecânica notável. Um material que, quando 
quente, era extremamente maleável e, ao esfriar, se 
tornava num dos mais resistentes conhecidos até então.
Em 1889 nasce uma construção em aço que ainda hoje 
“arranha os céus” de Paris e que se viria a tornar um 
marco do final do século XIX – a torre Eiffel.
Fornos Primitivos
Possibilitavam a absorção de uma certa quantidade de carbono 
(até 1%), o que por rápido resfriamento poderia elevar 
drasticamente a dureza do material (têmpera)
Forno primitivo, do tipo poço fechado e do tipo forja catalã, usado na redução do minério de ferro, pelo 
emprego de carvão vegetal como combustível.
Estes dois tipos de fornos usavam o processo de redução direta 
(ferro não era obtido no estado líquido):
• C + O2→ CO2
• CO2 + C → CO
• CO + FeXOY→ Fe + CO2
Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (líquido de alta 
viscosidade), misturado com as impurezas do minério.viscosidade), misturado com as impurezas do minério.
O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente 
dúctil, mole, maleável e podia ser trabalhado por martelamento 
a temperaturas relativamente elevadas. Após ser retirado do 
forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoção 
das impurezas. O resultado era uma barra ou “lupa”, 
posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento 
(ferro pulado), para dar forma desejada ao produto final.
Reservas de Ferro
OFERTA MUNDIAL – 2011
As reservas mundiais de minério de ferro são da ordem de 180 bilhões de toneladas. 
As reservas brasileiras totalizam 20,4 bilhões de toneladas e estão localizadas, em sua 
quase totalidade, nos estados de Minas Gerais (teor médio de 43.6% de Fe), Pará (teor 
médio de 67.6%) e Mato Grosso do Sul (teor médio de 55.6%). A produção mundial de 
minério de ferro em 2010 foi de cerca de 2,4 bilhões de toneladas. A produção 
brasileira representou 15,5% da produção mundial. Minas Gerais (69,9%) e Pará 
(27,2%) foram os principais estados produtores. 
Matérias Primas para a Sinterização e 
Alto Forno
A área de matérias primas minerais de uma usina siderúrgica 
corresponde à etapa inicial de um ciclo produtivo, cujo produto 
final é a liga de ferro. Neste contexto deve funcionar garantindo 
o suprimento destas matérias primas em qualidade, 
operacionalidade e custo. Podemos dizer que a qualidade e 
custo do produto final, em princípio, se comprometem nesta 
etapa inicial do processo siderúrgico.etapa inicial do processo siderúrgico.
Classificação das Matérias Primas 
As matérias primas minerais utilizadas no processo de redução 
para obtenção do ferro gusa, podem ser classificadas a princípio 
em minérios de ferro, fundentes, adições e materiais de geração 
interna. 
Minério de ferro - São aquelas portadoras do principal elemento 
que é o ferro, normalmente este aparece combinado com o 
oxigênio na forma de óxido (composto químico). Esta 
combinação pode ocorrer de várias formas originando minérios 
de composição química e características diferentes como 
veremos mais adiante.
Fundentes – São matérias primas utilizadas para reduzirem o 
ponto de fusão da ganga, escorificando as impurezas 
introduzidas pelos minérios e dando condição para posterior 
retirada do produto desejado, no nosso caso o ferro gusa. 
introduzidas pelos minérios e dando condição para posterior 
retirada do produto desejado, no nosso caso o ferro gusa. 
Adições - São matérias primas portadoras de elementos que, em 
menores proporções, contribuem para se obter um determinado 
propósito, seja no produto, seja no processo. Como exemplo, 
temos o minério de manganês, a ilmenita etc. 
Materiais de geração interna - São os materiais originados 
dentro da própria usina cujo aproveitamento torna-se 
econômico sem prejudicar o processo de sinterização, (cabe 
lembrar que sinterizar é promover uma semi-fusão de uma 
mistura de minérios). Na maioria dos casos trata-se de 
resíduos siderúrgicos gerados na própria usina e que podem 
gerar algum tipo de impacto ambiental. Portanto é 
fundamental seu reaproveitamento o que minimiza esses 
impactos ambientais. Dentre eles pode-se citar: pó de 
fundamental seu reaproveitamento o que minimiza esses 
impactos ambientais. Dentre eles pode-se citar: pó de 
minério, pó de coque, pó de carvão, escória de alto forno. 
Minérios de Ferro
O minério de ferro é composto por três partes a saber:
• Útil → parte que contém o ferro
• Ganga → impurezas sem valor direto
• Estéril → rocha onde esta o minério• Estéril → rocha onde esta o minério
Os minérios que apresentam interesse econômico para a 
siderurgia são basicamente os óxidos, sendo os mais utilizados a 
hematita e a magnetita, limonita, siderrita e pirita. 
Hematita: É o tipo mais comum de minério de ferro, 
constituído essencialmente pelo óxido com fórmula Fe2O3
(trióxido de Ferro). Apresenta um teor nominal de 69,5% de 
ferro contido, mas o teor varia de 45 a 68% devido à 
presença de ganga.
Magnetita: Constituída essencialmente do óxido de ferro cuja 
fórmula é Fe3O4 (Peróxido de Ferro). Apresentando um teor 
nominal de 72,4% de ferro, sendo que o seu teor real varia de 
50 a 70%. É um material de cor cinza escuro e apresenta 
propriedades magnéticas, o que facilita a sua concentração nas 
operações de beneficiamento de minérios.
Limonita: - Consiste essencialmente em Hematita hidratada 
(presença de água) com fórmula Fe2O3, na qual a proporção 
de moléculas de água de hidratação pode variar de 1 a 3. Em 
consequência varia também o teor nominal de ferro sendo 
que o teor real normalmente não ultrapassa 65%. 
Apresenta-se como um material de cor marrom. 
Siderita: É um tipo pouco frequente de minérios, ocorrendo 
normalmente como componente de mistura da hematita e 
em pequenas proporções. Apresenta-se na fórmula FeCO3
(Carbonato de Ferro), sendo que seu teor real varia de 10 a 
40%. 
Pirita: Também de pouca importância, normalmente 
aparece como componente de mistura de minérios 
de outros metais (minérios de cobre, por exemplo). 
Sua fórmula básica é FeS2. 
Beneficiamento do minério 
de Ferro
O minério de ferro pode ser classificado como:
• Rico → 60 a 70% de Fe
• Médio → 50-60% de Fe
• Pobre → <50%• Pobre → <50%
O termo genérico “beneficiamento” compreende uma série de 
operações que têm como objetivo tornar o minério mais 
adequado para a utilização nos altos-fornos. Estas operações são 
britamento, peneiramento, mistura (coqueria), moagem, 
calcinação, classificação e aglomeração (principal). 
• Britamento: é o processo de fragmentar as matérias 
primas, transformando-as em grânulos com a 
granulometria requerida pelo processo a que se destina. 
Exemplo: O calcário deve ser britado até atingir 
granulometria abaixo de 100mm. 
• Peneiramento: São operações feitas em classificadores • Peneiramento: São operações feitas em classificadores 
geométricos, denominados peneiras ou grades vibratórias, 
com o fim de separar cada grupo das matérias primas 
conforme seus respectivos tamanhos. Exemplo: Depois de 
resfriado e britado, o coque deve ser submetido a dois 
classificadores com aberturas de 75 e 20mm; de modo que 
o coque com granulometria de 20 a 75mm deve ser usado 
no alto fomo e o menor que 20mm na sinterização.
• Coqueria: Coqueria é a unidade industrial que transforma 
mistura de carvões minerais em coque. O coque metalúrgico é 
empregado nos altos fornos, onde pode atuar como 
combustível, redutor, fornecedor de carbono ao gusa e 
permeabilizador da carga. No custo de produção do ferro 
gusa, a fatia do coque supera 40%, daí a importância que lhe é gusa, a fatia do coque supera 40%, daí a importância que lhe é 
conferi da na siderurgia. 
• Moagem: Na moagem o material é fragmentado até se 
transformar em pó. Exemplo: O carvão mineral, depois de 
britado, é moído até que suas partículas fiquem menores do 
que 0,2mm, então, passa a poder ser usado na produção da 
mistura de carvões a enfornar, para produzir coque.
• Calcinação: É a unidade que transforma calcário em cal pelo seu 
aquecimento acima de 1200°C, conforme ilustra a reação a seguir:
CaCO3 → CaO + CO2
(calcário) → (cal) + (gases) 
A cal tem grande importância na aciaria, visto que, no refino do aço, 
pode atuar como fundente, dessulfurante, desfosforante e pode atuar como fundente, dessulfurante, desfosforante e 
refrigerante. A prática industrial de calcinação pode ser feita em 
fornos de cuba aquecidos a gases ou pela combustão de carvão vegetal 
granulado adequadamente misturado ao calcário.
• Classificação: É a unidade que irá separar o coque fino do coque 
bitolado. Este primeiro vai direto para o processo de sinterização. Já 
o segundo, volta para o alto forno, para ser reaquecido e sofrer 
todos os processos citados acima, a fim de diminuir suas impurezas.
• Aglomeração: Visa melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, 
reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Os 
processos mais importantes de aglomeração são a sinterização e a 
pelotização.
• Sinterização: Consiste em aglomerar-se finos de minério de ferro 
numa mistura com aproximadamente 5% de um carvão finamente 
dividido ou coque. A carga é aquecida por intermédio de 
queimadores e com o auxílio de fluxo de ar. A temperatura que se 
desenvolve durante o processo atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para desenvolve durante o processo atinge 1.300 a 1500 C, suficiente para 
promover a ligação das partículas finas do minério, resultando num 
produto uniforme e poroso chamado sínter.
• Pelotização: Este é o mais novo processo de aglomeração e talvez o 
de maior êxito. Neste processo, produzem-se inicialmente “bolas” ou 
“pelotas” cruas de finos de minério de alto teor ou de minério 
concentrado. Adiciona-se cerca de 10% de água e, geralmente, um 
aglomerante de natureza inorgânica. Uma vez obtidas as pelotas 
cruas, estas são secas, pré-aquecidas e então queimadas.
Processos de Redução Direta 
Processos de redução direta são aqueles nos quais a redução 
do minério de ferro a ferro metálico é efetuada sem que 
ocorra, em nenhuma etapa do processo, a fusão da carga no 
reator. 
A redução no estado sólido de minério de ferro por carvão é 
praticada desde a antiguidade, tendo sido o principal processo 
de obtenção de ferro até o desenvolvimento dos altos fornos. 
Assim, o produto metálico é obtido na fase sólida, sendo 
chamado de “ferro esponja”. chamado de “ferro esponja”. 
O ferro esponja é um produto metálico com 85 a 95% de ferro 
e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0% de C. Tem 
aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido à temperatura 
em torno de 1100oC, a preços relativamente reduzidos se 
comparado a grandes siderúrgicas.
Em geral, o ferro esponja é utilizado em fornos elétricos a arco 
em substituição à sucata para obtenção do aço, onde a sua 
característica vantajosa é a sua superioridade em relação à 
sucata em termos de pureza (elementos de liga contidos na 
sucata podem dificultar o atendimento à especificação do aço 
a ser produzido).
Os processos de redução direta podem ser divididos conforme o 
tipo de redutor, em duas classes: redutor sólido (carvão ou 
coque) ou redutor gasoso (gás natural-CH4 e/ou gases redutores 
como CO, H2). 
Reações de reforma ou enriquecimento do gás redutor utilizado 
para reutilização no reator, normalmente feitos em reatores 
separados do reator de redução dos minérios. 
CO + C → 2CO CO2 + C → 2CO 
H2O + C → H2 + CO 
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2
CH4 + H2O → CO + 3H2
Reações de redução do minério de ferro no reator de redução. 
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O 
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O 
48FeO + CO → Fe + CO2
FeO + H2 → Fe + H2O 
Portanto, as reações de redução no estado sólido (temperaturas 
entre 1000 a 1200oC) normalmente envolvem os gases redutores 
CO e H2. 
O processo de redução direta é um processo altamente 
viável em países pouco industrializados, com minérios de 
alta qualidade, com escassez de sucata e com gás natural 
em abundância, reduzindo consequentemente o emprego em abundância, reduzindo consequentemente o emprego 
do coque que é necessário nos altos fornos, pois este 
redutor necessita de carvão mineral coqueificável e cujas 
reservas estão cada vez mais escassas.
Processos de Redução Indireta 
O ferro é com certeza o mais versátil dos metais, cuja gama de 
aplicações estende-se aos próprios limites da imaginação. Em 
diversas aplicações de diversos materiais, sempre é possível 
encontrar uma liga que tenha como base o ferro. 
Dessa maneira a produção do aço em larga escala tornou-se 
uma necessidade mundial, notadamente no pós-guerra como o 
desenvolvimento industrial do mundo.
O desenvolvimento das aplicações ou das qualidades dos 
diversos tipos de aço ou ligas de ferro em larga escala só foi 
possível graças a abundância do minério de ferro, sendo na 
maior parte na forma de óxidos. 
Por coincidência o minério de ferro pode ser reduzido num 
redutor extremamente abundante que é o carvão. Desta 
forma, passou-se então a desenvolver métodos e máquinas 
que associassem a esses três elementos: 
• Abundância de minério; 
• Abundância de carvões; • Abundância de carvões; 
• Abundância de aplicações; 
Resultando um processo chamado "Alto Forno“.
Alto Forno 
O alto forno é um tipo de forno de cuba empregado na produção de 
ferro gusa, pela fusão redutora de minérios de ferro em presença de 
carvão vegetal ou coque e fundente, os quais são carregados no topo 
e, na descida, são transformados pela ação dos gases ascendentes, 
provenientes da combustão do carvão com o oxigênio soprado pelas 
ventaneiras, obtendo-se escória e ferro gusa líquidos pelo cadinho e 
poeiras e gases no topo. 
A principal matéria-prima do alto-forno são os óxidos férricos, pois é 
dele que se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em dele que se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em 
quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. 
Os mais importantes para a indústria siderúrgica são os óxidos, sendo 
eles:
Magnetita (óxido ferroso-férrico) → Fe3O4 (72,4% Fe).
Hematita (óxido férrico) → Fe2O3 (69,9% Fe).
Limonita (óxido hidratado de ferro) → 2FeO3. 3H2O (48,3% Fe).
Ferro gusa e subprodutos: Em um Alto Forno, o ferro gusa é o 
principal produto e o gás de topo, pó e escória, são recuperados 
como subprodutos. 
Ferro Gusa 
O ferro gusa pode ser diferentemente classificadode acordo com 
a matéria prima usada, constituintes e utilização. Geralmente é 
dividido em gusa para aciaria, gusa para fundição e gusa para 
ligas. Na utilização para aciaria, o gusa usado é proveniente da 
mesma usina, desta forma normas internas são feitas para 
controlar a composição química do mesmo. 
Sub Produtos 
Gás de Alto Forno :O gás de Alto Forno contém de 21 a 25% de 
CO, 18 a 22% de CO2, 2 a 5% de H2 possuindo 700 a 800 kcal/Nm³ 
de poder calorífico e por isso ele é recuperado e usado como 
combustível.
O gás é limpo (no sistema de limpeza de gases), colocado em uso 
para diversos fins, tanto "puro" como em mistura com gás de 
coqueria ou com gás de convertedor.
Pó de Alto Forno: O pó recolhido no sistema de limpeza de 
gases, é formado pelo pó recolhido no balão de pó (dust catcher) 
e pelo pó úmido recolhido nos "Venturi scrubber" e/ou 
precipitadores eletrostáticos. 
A composição de pó varia de acordo com a matéria prima usada, 
porém, aproximadamente é composto por 25 a 40% de Ferro; 
40 a 45% de C; 5 a 7% de SiO2 e 2 a 4% de CaO. 
Escória de Alto Forno : A quantidade de escória produzida 
é normalmente 250 a 340 kg/t de gusa. A escória de Alto 
Forno era descartada, porém agora ela é um subproduto se 
apresentando na forma de escória bruta (aterros) e escória 
granulada (usada na fabricação de cimento). 
Corpo Principal do Alto Forno 
O alto forno pode ser construído com chaparia de aço extradoce, 
protegida internamente com uma grossa camada de refratários 
dotados de camisas de refrigeração a água. Historicamente, o 
corpo principal do alto forno se divide em goela, cuba, ventre, 
rampa e cadinho, ou seja: 
• 1. Topo: É a parte superior do Alto Forno onde localizam-se os 
dispositivos de carregamento (cone grande, cone pequeno, 
• 1. Topo: É a parte superior do Alto Forno onde localizam-se os 
dispositivos de carregamento (cone grande, cone pequeno, 
bleeders, correia transportadora, etc.) 
• 2. Goela ou Garganta: Situa-se logo abaixo do cone grande, 
possui várias fieiras de placas de desgaste feitas em aço ou 
ferro fundido para proteger os refratários do impacto e da 
abrasão da carga ao ser aberto o cone grande. 
• 3. Cuba: Região logo abaixo da goela, os materiais carregados 
ainda estão no estado granular. 
• 4. Rampa: É a região onde os refratários estão submetidos 
aos ataques mais severos, devido à ação do calor, pressão e 
ação da escória. Esta região é refrigerada externamente, 
podendo-se inserir entre os refratários varias placas de 
refrigeração ou staves. 
• 5. Ventre: É a parte de maior diâmetro do Alto forno e região 
de alta temperatura. 
• 6. Cadinho: Região que contém o gusa e a escória. O diâmetro 
interno do cadinho mais o volume interno do forno são 
utilizados para representar o tamanho do forno.utilizados para representar o tamanho do forno.
O ferro fundido, pela forma como é produzido, contém cerca de 
3% de carbono e ainda vestígios de enxofre, silício manganês e 
fósforo, e constitui a matéria-prima para a produção de aço. 
Apesar do ferro fundido não ser tão resistente como o aço, 
sendo substancialmente mais barato, possui muitas aplicações, 
podendo ser utilizado, também, em ligas que serão abordadas 
no próximo capítulo
Desulfuração
O ferro gusa gerado nos altos fornos possuem elevados teores 
de enxofre, elemento indesejável na maioria das ligas e de difícil 
eliminação nos convertedores. Para que ocorra condição ideal 
para a dessulfuração é necessária uma escória bastante básica 
(rica em CaO) e uma atmosfera redutora(rica em CO). O alto 
forno possui atmosfera redutora, mas a sua basicidade é 
limitada para se produzir uma escória líquida e fluida (CaO/SiO2 limitada para se produzir uma escória líquida e fluida (CaO/SiO2 
= 1,2). No caso da aciaria, temos excesso de cal, mas a atmosfera 
é oxidante. Portanto, nem o alto forno nem a aciaria possui 
condições ideais para a dessulfuração. Por essa razão, o ferro 
gusa deve ser dessulfurado, ainda nos carros torpedos, antes de 
seguir para a aciaria, numa estação de dessulfuração onde se 
cria as condições ideais. 
A mistura dessulfurante, na média, é composta por 50% de 
carbureto, 38% de calcário e 12% de coque. Esse último tem a 
função de garantir a atmosfera redutora necessária para que as 
reações ocorram. O calcário fornece cal para dar uma alta 
basicidade necessária à dessulfuração e o dióxido de carbono 
confere agitação ao banho, garantindo maior rendimento e o 
carbureto é a principal fonte de cálcio e também fornece 
carbono ao banho. 
Reações na desulfuração: A seguir escreveremos as principais 
reações que ocorrem durante a dessulfuração do ferro gusa: 
• Decomposição do calcário: CaCO3 → CaO + CO2 . 
• Escorificação do enxofre: FeS + CaO + CO → CaS + Fe + CO2.
Refino Secundário
Refino secundário é definido como o trabalho metalúrgico de 
refino ou ajuste da composição química e da temperatura, 
realizado fora do forno primário de fusão, fazendo-se uma ou 
mais das seguintes operações unitárias: 
• a) Tratamento sob vácuo, para remoção de gases, • a) Tratamento sob vácuo, para remoção de gases, 
• b) Agitação por borbulhamento de gás, para homogeneizar o 
banho, 
• c) Mistura completa de adições, 
• d) Refino de aço pelo uso de escória sintética, 
• e) Manutenção de uma atmosfera de gás inerte na panela, 
• f) Aquecimento do aço líquido.
Lingotamento contínuo
O lingotamento contínuo que produz placa da liga diretamente 
da liga líquido em um único equipamento foi o mais importante 
avanço tecnológico nos processos metalúrgicos desde os anos 
sessenta, pois permitiu a substituição do lingotamento 
convencional feito através de lingoteiras, que é um processo 
bastante oneroso porque envolve equipamentos adicionais bastante oneroso porque envolve equipamentos adicionais 
como forno-poço, laminador desbastator, estripadores, 
manutenção de lingoteiras, transportes internos (pontes 
rolantes, etc.),para obter a placa de aço. O lingotamento 
contínuo eliminou os gastos com os equipamentos citados 
resultando além de redução de tempo e custo em melhoria da 
qualidade da liga.
O lingotamento continuo compreende a seguinte sequência de 
operação: 
• a) Fluxo do metal líquido através de um distribuídos para 
alimentar o molde, 
• b) Formação de uma casca solidificada, no molde em cobre, 
resfriado a água, 
• c) Extração contínua da peça, 
• d) Remoção de calor do núcleo ainda líquido, por meio de 
sprays de água (resfriamento),sprays de água (resfriamento),
• e) Corte no comprimento desejado e remoção das peças 
Laminação
A laminação é um processo de conformação mecânica no qual 
o material é forçado a passar entre dois cilindros, girando em 
sentidos opostos, com praticamente a mesma velocidade 
superficial e separados entre si de uma distância menor que o 
valor da espessura inicial do material a ser deformado. Na 
laminação os produtos semiacabados são transformados em 
produtos acabados que devem atender as especificações 
estabelecidas em termos de propriedades mecânicas, forma, estabelecidas em termos de propriedades mecânicas, forma, 
dimensões, dentre outros critérios. 
A laminação pode ser a quente ou a frio. Pelo fato destas operações 
com frequência serem as últimas e podem alterar a microestrutura do 
aço, elas devem ser projetadas de modo a permitir que a 
microestrutura desejada. Desta forma, as operações de acabamento 
envolvem tratamentos térmicos, tais como: esferoidização, 
normalização, e recozimento, ou tratamentos superficiais, como: 
galvanização, estranhamento, cementação, usinagem tempera etc.
Para obtenção de produtos laminados as principais são:
• 1. preparação do material inicial para a laminação• 1. preparação do material inicial para a laminação
• 2. aquecimento do material inicial; 
• 3. laminaçãoa quente; 
• 4. acabamento e/ou tratamento térmico (caso de s
• 5. decapagem; 
• 6. laminação a frio (caso seja necessário); 
• 7. tratamento térmico; 
• 8 acabamento e revestimento. 
Ligas De Ferro
Os ferros-ligas entram na composição de aços e ferros fundidos 
como fonte de elementos de liga.
Os aços são subdivididos em duas categorias básicas: de baixa 
liga e de alta liga (incluem os inoxidáveis e ferramentas).
Ferros fundidos dividem-se em branco, cinzento, nodular, 
maleável.
IDENTIFICAÇÃO DOS AÇOS
Sistema de identificação SAE-AISI os aços carbono 
comuns e os de baixa liga são identificados por um 
número de quatro dígitos. Os dois primeiros representam 
os principais elementos de liga os dois últimos indicam o 
teor de carbono em centésimos de porcentagem em 
peso.P. ex. aço SAE-AISI 4340 0,40% de carbono principais peso.P. ex. aço SAE-AISI 4340 0,40% de carbono principais 
elementos de liga níquel, cromo e molibdênio 
representados pelos dois primeiros dígitos 43xx.
Aços carbono comuns dois primeiros dígitos o um e o 
zero 10xx representam que o material não é ligado.P. ex. 
aço SAE-AISI 1045 aço carbono comum com teor médio 
de 0,45% de carbono em peso.
Aços inoxidáveis são representados por um número de 3 
dígitos as séries 2xx e 3xx aços austeníticos a série 4xx 
ferríticos e martensíticos. Aços ferramentas identificados por 
letras de acordo com as aplicações e características dos aços. 
O sistema de identificação mencionado refere-se aos aços 
trabalhados os que após o lingotamento sofreram algum tipo 
de tratamento termomecânico. 
Aços fundidos os que a geometria após o vazamento é 
próxima da final possuem um sistema de identificação 
diferente apresentam pequenas variações na composição diferente apresentam pequenas variações na composição 
química.
P. ex. aço fundido equivalente ao SAE-AISI 4140 pela norma 
DIN é identificado como GS42-Cr-Mo4.
Na prática nomenclatura de aços fundidos é menos conhecida e 
divulgada é comum a utilização da SAE-AISI de aços trabalhados.
Uma imprecisão que provoca confusão pode levar um material 
fundido a ser utilizado no lugar de um trabalhado.
Pode acarretar sérias implicações se o material fundido não 
atender às especificações mínimas de projeto em geral, o atender às especificações mínimas de projeto em geral, o 
material trabalhado possui melhores propriedades mecânicas do 
que o seu fundido equivalente.
AÇOS COMUNS
São subdivididos de acordo com o teor de carbono:
•%C < 0,25% baixo carbono
•0,25% < %C < 0,60% médio carbono
•0,60% < %C < 1,4% alto carbono 
Exceto pelo manganês que é adicionado na fabricação dos aços 
como desoxidante, dessulfurante e para aumentar a resistência 
mecânica, não contêm adições de outros elementos de liga. 
Apresentam um certo nível de impurezas, como silício, fósforo e 
enxofre. Aços com baixo teor de carbono têm baixas resistência 
mecânica e dureza e altas tenacidade e ductilidade. Teor de 
carbono aumenta temperabilidade aumenta torna-se passível de 
tratamento térmico no sentido de propiciar ganhos de 
resistência mecânica.
AÇOS DE BAIXA LIGA
Contêm adições de elementos de liga finalidade de melhorar as 
propriedades gerais resistência mecânica, tenacidade, resistência 
à corrosão e resistência ao impacto, com o menor custo possível.
Em geral o teor total de elementos de liga é menor do que 5%.
Dividem-se em várias categorias de acordo com os elementos de 
liga principais apresentam uma vasta aplicação podem ser liga principais apresentam uma vasta aplicação podem ser 
encontrados em todos os segmentos da indústria.
Nióbio e vanádio são fortes formadores de carbetos pequenas 
adições (<0,1%) são suficientes para provocar um significativo 
efeito endurecedor pela formação de precipitados finos 
dispersos na matriz. Aços com adições destes elementos 
apresentam baixo custo e são conhecidos como aços 
microligados ou ARBL.
AÇOS INOXIDÁVEIS
São aços de alta liga com adição de cromo acima de 11% 
finalidade principal obter alta resistência à corrosão e à oxidação 
a temperaturas ambiente e elevada.
Apresentam alta conformabilidade e boa tenacidade tanto a 
temperatura ambiente como em temperaturas criogênicas.
São divididos de acordo com o tipo de microestrutura que 
exibem austeníticos, ferríticos, martensíticos, duplex e 
endurecíeis por precipitação.
A composição química afeta os teores de cromo e níquel 
equivalentes que são elementos estabilizadores da ferrita e da 
austenita, respectivamente.
Aços inoxidáveis ferríticos contêm teores de cromo variando de 
11% a 27%, sem adições significativas de níquel (<1,0%) e 
manganês (<1,5%).Possuem boa conformabilidade, são 
magnéticos à temperatura ambiente.
A estrutura ferrítica dificulta o endurecimento por deformação a 
frio e torna inócuo o tratamento térmico de têmpera.
Apresentam uma redução drástica na ductilidade e nas 
propriedades de impacto à medida que a temperatura cai.propriedades de impacto à medida que a temperatura cai.
Aços inoxidáveis austeníticos apresentam significativas 
quantidades de cromo (acima de 16%), níquel (até 35,0%) e 
manganês (até 15%).
Contêm outros elementos em menores teores como 
molibdênio, titânio, nióbio, cobalto, cobre, alumínio e silício 
com o objetivo de melhorar a resistência à oxidação.
À temperatura ambiente não são magnéticos.
Não são endurecíeis por tratamento de têmpera somente por 
deformação mecânica.
Apresentam boas propriedades criogênicas não apresentam 
temperatura de transição dúctil-frágil com a queda de 
temperatura.temperatura.
O aquecimento não controlado pode levar à precipitação de 
carbetos de cromo nos contornos de grão (sensitização) 
fragiliza o material e reduz sua resistência à corrosão devido à 
redução do teor de cromo em solução sólida.
Aços inoxidáveis martensíticos possuem teores de cromo 
entre 11,5% e 18,0% e o teor máximo de carbono de 1,2%.
Teores mais altos de carbono estão necessariamente 
atrelados a adições maiores de cromo para compensar a 
perda deste elemento em solução sólida devido à formação 
de carbetos. 
Podem ser tratados através de uma sequência de operações 
consiste em forjamento, seguido de autenitização, têmpera e 
revenimento produz uma microestrutura de alta resistência 
mecânica e de boa resistência à corrosão. Silício, tungstênio, 
vanádio e nióbio são por vezes adicionados para retardar os 
efeitos de amolecimento no revenido.
Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação ocorre pela 
precipitação de compostos intermetálicos, como Ni3Al, em uma 
matriz austenítica ou martensítica.
A estrutura austenítica pode ser estável ou metaestável depende 
do controle adequado dos elementos de liga.
A instabilidade da fase austenítica permite que a microestrutura 
seja convertida em martensita durante o resfriamento da peça.
AÇOS FERRAMENTAS
Foram desenvolvidos com o objetivo de usinar, cortar, 
conformar e/ou modificar o formato de um material quer seja 
metálico ou não. 
Devido à diversidade de aplicações e condições de trabalho 
aos quais são submetidos possuem uma grande variedade de 
composições químicas e são sujeitos aos mais diversos composições químicas e são sujeitos aos mais diversos 
tratamentos térmicos com a finalidade de atender aos 
objetivos estabelecidos. 
Propriedades almejadas tanto à temperatura ambiente como 
a altas temperaturas elevados valores de: resistência 
mecânica, dureza, resistência ao desgaste, tenacidade à 
fratura e resistência ao amolecimento.
Não existe nenhum material que seja capaz de maximizar 
propriedades antagônicas p. ex.: alta resistência mecânica e alta 
tenacidade à fratura, simultaneamente.
Foram projetados buscando-se um consenso para atingir uma 
combinação ótima de propriedades.
Normalmente são aços trabalhados com médias a altas adições 
de elementos de liga.
Em algunscasos podem ser conformados por fundição de 
precisão ou por metalurgia do pó.precisão ou por metalurgia do pó.
FERROS FUNDIDOS
Genericamente formam uma classe de ligas ferrosas que 
contém teores de carbono acima de 2,14%p.Na prática 
maioria dos ferros fundidos contém entre 3,0 e 4,5%p C e 
outros elementos de liga. 
São fundidos com facilidade (1150 a 1300oC) e 
suscetíveis a fundição. Alguns são muito frágeis a suscetíveis a fundição. Alguns são muito frágeis a 
fundição se torna a técnica mais conveniente. A 
cementita é um composto metaestável em algumas 
circunstâncias pode se dissociar ou decompor para 
formar ferrita αe grafita. Essa tendência de formar grafita 
é regulada pela composição e pela taxa de resfriamento.
A formação de grafita é promovida pela presença de silício em 
concentrações superiores a aproximadamente 1%p.
Taxas de resfriamento mais lentas durante a solidificação 
favorecem a grafitização.
Para a maioria dos ferros fundidos o carbono existe como grafita 
tanto a microestrutura quanto o comportamento mecânico 
dependem da composição e do tratamento térmico.
Tipos mais comuns ferros fundidos cinzento, nodular, branco e Tipos mais comuns ferros fundidos cinzento, nodular, branco e 
maleável.
Ferro Fundido Cinzento
Teores de carbono e silício variam entre 2,5 e 4,0%p e 1,0 e 
3,0%p, respectivamente.
Para a maioria a grafita existe na forma de flocos semelhante aos 
flocos de milho (corn flakes) que se encontram normalmente 
envolvidos por uma matriz de ferrita αou de perlita.
Devido a esses flocos de grafita, uma superfície fraturada 
assume uma aparência acinzentada daí o seu nome.assume uma aparência acinzentada daí o seu nome.
Mecanicamente é comparativamente fraco e frágil quando 
submetido a tração como uma consequência da sua 
microestrutura.
As extremidades dos flocos de grafita são afiladas e pontiagudas 
e podem servir como pontos de concentração de tensões 
quando uma tensão de tração externa é aplicada.
A resistência e a ductilidade são muito maiores sob cargas de 
compressão.
As propriedades mecânicas típicas e as composições de vários ferros 
fundidos cinzentos mais comuns estão listados na tabela.
Os ferros fundidos cinzentos possuem algumas características 
desejáveis.
São muito eficientes no amortecimento de energia vibracional.
As estruturas de base para máquinas e equipamentos pesados que As estruturas de base para máquinas e equipamentos pesados que 
estão expostas a vibrações são construídas com frequência a partir 
desse material.
Exibem uma elevada resistência ao desgaste.
No seu estado fundido possuem uma alta fluidez à temperatura de 
fusão permite a fundição de peças com formas intrincadas e 
complexas a contração do metal fundido é baixa.
Aspecto mais importante estão entre os materiais metálicos mais 
baratos que existem.
Diferentes microestruturas podem ser geradas pelo ajuste da 
composição e/ou através de um tratamento apropriado.
P. ex.: a redução no teor de silício ou o aumento na taxa de 
resfriamento pode prevenir a completa dissociação da cementita 
para formar grafita microestrutura grafita em matriz de perlita.
Ferro Fundido Dúctil (ou Nodular)
Adição de uma pequena quantidade de magnésio e/ou de cério 
ao ferro fundido cinzento antes da fundição microestrutura e um 
conjunto de propriedades mecânicas que são distintamente 
diferentes.
A grafita se forma na forma de nódulos ou de partículas com A grafita se forma na forma de nódulos ou de partículas com 
formato esférico.
Liga resultante conhecida como ferro fundido nodular ou ferro 
fundido dúctil.
A fase matriz que envolve essas partículas consiste ou em perlita 
ou em ferrita dependendo do tratamento térmico.
Normalmente se encontra como perlita em uma peça que acaba 
de ser fundida.
Um tratamento térmico realizado durante várias horas a uma 
temperatura de aproximadamente 700oC irá produzir uma 
matriz de ferrita.
Os materiais fundidos são mais resistentes e muito mais dúcteis 
do que o ferro fundido cinzento.
O ferro fundido dúctil possui características mecânicas que se 
aproximam daquelas do aço.
P. ex.: ferros fundidos dúcteis ferríticos possuem limites de P. ex.: ferros fundidos dúcteis ferríticos possuem limites de 
resistência à tração que variam entre 380 e 480 MPa, e 
ductilidade (na forma de alongamento percentual) que varia 
entre 10 e 20%.
Aplicações típicas: válvulas, corpos de bombas, virabrequins, 
engrenagens, e outros componentes automotivos e de 
máquinas.
Ferro Fundido Branco e Ferro Fundido 
Maleável
Ferros fundidos com baixo teor de silício (menos de 1%p de Si) e 
para taxas de resfriamento rápidas, a maioria do carbono existe 
na forma de cementita, em vez de grafita.
A superfície de uma fratura nessa liga apresenta uma aparência 
esbranquiçada conhecida como ferro fundido branco.
As seções mais grossas podem ter apenas uma camada 
superficial de ferro fundido branco que foi “resfriada mais 
rapidamente” durante o processo de fundição.
O ferro fundido cinzento se forma nas regiões interiores, que 
resfriam mais lentamente.
Ferro fundido branco é extremamente duro, mas também é 
muito frágil sua usinagem chega a ser virtualmente impossível.
Seu uso está limitado a aplicações que exigem uma superfície 
muito dura e muito resistente à abrasão, porém sem um grau de 
ductilidade elevado. P. ex.: como os cilindros de laminação em 
laminadores. Em geral o ferro fundido branco é usado como um 
intermediário na produção de um outro tipo de ferro fundido 
ferro fundido maleável. O aquecimento do ferro fundido branco 
a temperaturas entre 800 e 900oC durante um período de a temperaturas entre 800 e 900oC durante um período de 
tempo prolongado e em atmosfera neutra (para prevenir 
oxidação) causa uma decomposição da cementita forma grafita 
na forma de aglomerados ou rosetas envolvidas por uma matriz 
de ferrita ou de perlita dependendo da taxa de resfriamento.
A microestrutura do ferro fundido maleável é semelhante àquela 
exibida pelo ferro fundido nodular.
Possui uma resistência relativamente alta e uma ductilidade ou 
maleabilidade considerável.
Aplicações representativas para esse tipo de liga: barras de 
ligação, engrenagens de transmissão, cárteres do diferencial para 
a indústria automotiva, flanges, conexões de tubulações, peças 
de válvulas para serviços marítimos, em ferrovias, em outras 
áreas com serviços pesados.
Reciclagem
Além de ser uma mão na roda para quem produz, a 
reciclagem de aço colabora para o ambiente. Cada tonelada 
de aço reciclado representa uma economia de 1.140 quilos 
de minério de ferro, 154 quilos de carvão e 18 quilos de cal.
A sucata é responsável por mais de um quarto do material A sucata é responsável por mais de um quarto do material 
que sai novinho em folha no país. Em 2006, das 31 milhões 
de toneladas de aço produzidas no Brasil, 8,3 milhões foram 
utilizadas, ou seja, 26,7% do novo aço produzido.
A reciclagem de ferro e aço é uma das formas de 
reaproveitamento mais antigas do mundo. Já no Império 
Romano, os soldados recolhiam utensílios e armas após guerras 
para serem refundidos. E quanto mais foi aumentando a 
utilização do ferro, mais a reciclagem desse material foi 
crescendo. Hoje, as empresas e profissionais que trabalham com 
isso são chamados de recicladores, mas eles, na verdade, são os 
antigos sucateiros. 
As empresas de sucatas começaram a surgir no Brasil na década 
de 40, quando a indústria brasileira se consolidava. É um 
mercado razoavelmente pulverizado, mas ainda concentrado na 
região sudeste. Segundo o Sindicato do Comércio Atacadista de 
Sucata Ferrosa e Não Ferrosa do Estado de São Paulo-SP 
(Sindinesfa), 49% das empresas de sucata estão em São Paulo e 
13% se dividem entre o Rio de Janeiro e Minas Gerais.