NOTA DE AULA 01 MM

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MATERIAIS METÁLICOS 
CURSO: Engenharia Mecânica – 4º Semestre 
Prof. Francisco Nascimento 
 
 
NOTA DE AULA – 01 
 
 
1. INTRUDUÇÃO 
 
A indústria moderna, em todos os seus setores produtivos, está exigindo equipamentos e 
componentes mecânicos cada vez mais sofisticados; daí a necessidade de conhecer-se com razoável 
profundidade, os materiais empregados no seu projeto e construção, sobretudo os metálicos, os 
quais constituem ainda a principal fonte de suprimento de matéria prima necessária. 
 
O emprego da ligas metálicas na engenharia e na indústria é baseado, principalmente, nas suas 
propriedades mecânicas, embora, em muitas aplicações, além dessas, outras propriedades devem 
ser consideradas como resistência a corrosão, resistência ao calor, características elétricas, etc. 
 
2. OS MATERIAIS METÁLICOS 
 
Os metais constituem o mais importante grupo de materiais de construção, graças às inúmeras 
aplicações nos vários campos da engenharia. O seu crescente emprego e importância devem-se 
principalmente ao contínuo conhecimento que se tem adquirido de suas propriedades e do seu 
comportamento, sob a ação das diversas condições de serviços, assim como ao constante 
aperfeiçoamento dos métodos de fabricação e tratamento, e ao progressivo desenvolvimento de 
novas ligas. 
 
O metal mais empregado é ainda o ferro. Outros metais, contudo, como o alumínio, o cobre, o 
chumbo, o zinco, o estanho, o níquel e o manganês são imprescindíveis em muitas aplicações, de 
modo que sua importância é igualmente considerável. 
 
2.1. Ocorrência dos Metais 
 
Alguns metais são encontrados no estado chamado “nativo”, ou seja, na sua forma praticamente 
pura, como exemplo: o ouro, platina e, mais raramente, o cobre, a prata e o mercúrio. 
 
Na maioria das vezes, contudo, os metais são encontrados na forma combinada com outros 
elementos, constituindo os chamados “minerais”, os quais são essencialmente compostos 
químicos, tais como óxidos, hidróxidos, sulfetos, carbonatos, etc., aos quais se dão 
determinadas denominações, tais como hematita, limonita, calcita, quartzo, feldspato, cassiterita, 
mica, etc. 
 
Esses minerais são encontrados na superfície da terra, até determinadas profundidades, 
isoladamente, ou em conjunto com outros minerais. 
 
 
 
 
 
 
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Chamam-se de minério, os minerais dos quais se podem extrair os metais. Os minérios, quando em 
quantidades suficientes para serem explorados economicamente, formam os “depósitos” ou 
“jazidas”, definidos, pois, como um minério ou uma mistura de minerais dos quais elementos 
metálicos podem ser extraídos mecanicamente. 
 
 Mina de ferro – Jazida Minério de ferro 
 
2.2. O Estado Metálico 
 
A definição mais simples e usual de um metal é a que considera esse elemento como uma 
substância química elementar opaca, lustrosa, boa condutora de calor e eletricidade e boa 
refletora da luz, quando convenientemente polida. Os metais, na sua maioria, caracterizam-se 
também por apresentar certo grau de ductilidade e plasticidade e serem mais pesados que outras 
substâncias elementares. 
 
Sob o ponto de vista prático, as propriedades que têm maior importância na engenharia são as 
mecânicas, ou seja, aquelas relacionadas com a resistência que os metais oferecem quando sujeitos 
a esforços de natureza mecânica, como tração, compressão, torção, choque, cargas cíclicas, etc., 
porque, com base na sua determinação e conhecimento, são projetadas, calculadas e executadas as 
estruturas metálicas, fixas ou móveis e todos os componentes metálicos utilizados na indústria. 
 
3. ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS 
 
Os metais ao se solidificarem, “cristalizam”, ou seja, os seus átomos que, no estado líquido, 
estavam se movimentando e distribuídos aleatoriamente, localizam-se em posições relativamente 
definidas e ordenadas, que se repetem em três dimensões, formando uma figura geométrica 
regular que é o “cristal”. 
 
Existem sete sistemas cristalinos: 
 
• Tetragonal 
• Hexagonal 
• Romboédrico 
• Ortorrômbico 
• Monoclínico, e 
• Triclínico 
• Cúbico 
 
 
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De acordo com a disposição dos átomos, originaram-se desses sistemas, 14 possíveis 
distribuições dos referidos átomos, formando os chamados “reticulados” (ou redes), designados 
como o nome de “reticulado de Bravais”, conforme mostra a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Reticulados Cristalinos - Bravais 
 
Cada cristal constituído por apenas um determinado grupo de átomos é chamado de “célula 
unitária” ou “célula cristalina unitária”. Um conjunto de células unitárias forma o cristal com 
contornos geométricos, o qual, ao adquirir os contornos irregulares pelo seu crescimento e devido 
aos pontos de contatos de cada conjunto, passa a chamar-se de “grãos”. Esses grãos são ligados 
entre si por uma película, e geralmente não se considera mais cristalino, conforme mostra a figura 
abaixo. 
 
 Contornos de grãos 
 
Em resumo, cada grão é constituído por milhares de células unitárias. Estas por sua vez, 
constituem em grupos de átomos que se dispuseram em posições fixas, formando figuras 
geométricas típicas. Essas disposições fixas dão, pois, origem aos reticulados. 
 
Os principais reticulados cristalinos, segundo os quais cerca de 2/3 dos metais se cristalizam, são: 
 
• Cúbico de Corpo Centrado – CCC 
• Cúbico de Face Centrada – CFC 
• Hexagonal Compacto – HC 
 
Cúbico de Corpo Centrado (CCC) – em que os átomos se dispõem nos vértices e no centro do 
cubo. Os metais que cristalizam nessa forma são: ferro a temperatura ambiente (forma alotrópica 
alfa), cromo, lítio, tungstênio, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CCC 
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Cúbico de Face Centrada (CFC) – em que os átomos se localizam nos vértices e no centro das 
faces de um cubo. É o caso do ferro acima de 912 °C (forma alotrópica gama), alumínio, cobre, 
chumbo, níquel, prata, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CFC 
 
Hexagonal Compacta (HC) – Em que os átomos se localizam em cada vértice e no centro das 
bases de um prisma hexagonal, além de três outros átomos que se localizam em um prisma 
triangular compacto alternado. Os metais cujo reticulado é HC, são: zinco, magnésio, cobalto, 
cádmio, berilo, entre outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 HC 
 
4. CONCEITOS ESSENCIAIS 
 
Os produtos siderúrgicos comuns são ligas ferro carbono com teor de carbono compreendido entre 
0 (zero) e 6,7 % (industrialmente entre 0 e 4,5 %). 
 
Os mais importantes são os “aços” e os “ferros fundido”, havendo ainda outras classes de 
produtos, de emprego mais reduzido, que são o ferro pudlado, o ferro de pacote, o ferro esponja e 
o ferro eletrolítico. 
 
4.1. Aços e ferros fundidos 
 
Estes produtos são obtidos por via líquida, isto é, são elaborados no estado de fusão. São chamados 
aços, quando contem de 0 (zero) a 2% de carbono, e ferro fundido, quando o teor desse elemento 
estáentre 2 e 6,7%. 
 
Habitualmente esses dois materiais contêm outros elementos como manganês, silício, fósforo e 
enxofre, em percentuais quase sempre pequenos e que são considerados impureza normais. 
 
Os aços acima referidos são conhecidos no comércio por “aços ao carbono, comuns, ordinários 
ou sem liga”, sendo às vezes designados pelos fabricantes por letras e números, de acordo com 
seu teor de carbono. Em literatura técnica usa-se também a expressão: aços binários (ferro e 
carbono). 
 
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Aços especiais, ou melhor, aços-ligas e ferros fundidos especiais são aqueles que contêm outros 
metais ou metalóides, que lhes foram adicionados intencionalmente, com o fim de conferir certas 
propriedades que os produtos comuns não possuem. Estes aços podem ser designados pelo nome 
do elemento de liga que contêm: aço níquel, aço manganês, aço cromo-níquel-molibdênio, etc., 
ou então por números, sejam indicando o teor de alguns desses elementos, como a classificação 
americana SAE- Society Automotive Engineers seja indicando os elementos de liga principais: 
 
• aço 18-8 (18% de cromo, 8% níquel); 
• aço 18-4-1 (18% de tungstênio, 4% de cromo, 1% vanádio). 
 
Outras vezes, ainda, por lotes ou por normas próprias, atribuído pelo inventor ou fabricante do 
produto. 
 
Em literatura técnica também se empregam as expressões: 
 
=> Aços ternários – quando contém, além do ferro e do carbono, um elemento especial, como por 
exemplo, o cromo. 
 
=> Aços quaternários – quando contém dois elementos além do ferro e do carbono, por exemplo, o 
cromo e o níquel. 
 
=> Quando contém, além do ferro e do carbono, mais de dois elementos, são denominados de 
aços complexos. 
 
Os Ferros Fundidos Especiais designam-se pelo nome do elemento de liga que contém, por 
exemplo, ferro fundido ao níquel, ferro fundido ao silício, etc., ou então, são conhecidos por 
nomes próprios, como são certos tipos de aços. 
 
4.2. Ferro Pudlado 
Aos produtos siderúrgicos de baixo teor de carbono (até 0,2%) obtidos no estado pastoso e 
contendo numerosas partículas de escoria, em virtude do seu processo particular de fabricação 
(pudlagem), é dada a denominação de “ferro pudlado” ou ferro de lupa. 
 
4.3. Ferro Pacote 
É um produto de qualidade inferior, fabricado geralmente com pedaços de ferro pudlado e de aço 
com pouco carbono, aglomerados a quente. 
 
4.4. Ferro Esponja 
 
Resulta da redução do minério de ferro, em geral por meio de CO (monóxido de carbono), a quente, 
em forno especial, sem haver fusão. A esponja de ferro obtida serve apenas como matéria prima 
para fabricação do aço. 
 
 
 Ferro Esponja 
 
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4.5. Ferro Eletrolítico 
É um ferro bastante puro, obtido por deposição catódica de ferro existente em certos eletrólitos. 
 
 
 Ferro Eletrolítico 
 
4.6. Ferro-liga 
É o nome genérico dado as ligas de ferro com outros metais ou metalóides (com exceção do 
carbono), em teores mais ou menos elevados. Destinam-se a servir de adição nos diversos 
processos siderúrgicos.