Materiais de Construção Mecânica II LOSEKANN

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA II Prof. Dr. Cláudio R. Losekann 
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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 
MECÂNICA II 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Cláudio Roberto Losekann, Dr. Eng. 
 
 
 
 
2007 
 
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II
 
ÍNDICE ANALÍTICO 
 
ÍNDICE ANALÍTICO ............................................................................................... II 
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... VI 
1 – CLASSIFICAÇÃO DE METAIS ........................................................................ 1 
1.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................... 1 
1.2 - CLASSIFICAÇÃO....................................................................................... 1 
1.2.1 - METAIS ESCUROS............................................................................. 1 
1.2.2 - METAIS CLAROS................................................................................ 2 
2 - AÇOS E FERROS FUNDIDOS ......................................................................... 3 
2.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................... 3 
2.2 - MINÉRIO DE FERRO................................................................................. 3 
2.3 – OBTENÇÃO DO FERRO GUSA................................................................ 5 
2.4 - AÇO............................................................................................................ 7 
2.4.1 - DEFINIÇÃO ....................................................................................... 10 
2.4.2 - CONSTITUINTES DA LIGA FERRO CARBONO............................... 13 
2.4.3 - CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS - ABNT - SAE - AISI.......................... 18 
2.4.4 - INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE ADIÇÃO ................................. 22 
2.4.4.1 – Elementos de adição .................................................................. 23 
2.4.5 - RESUMO DOS PRINCIPAIS AÇOS PARA CONSTRUÇÃO 
MECÂNICA ................................................................................................... 27 
2.5 – FERRO FUNDIDO................................................................................... 30 
2.5.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS - ABNT ..................... 31 
2.6 - TRATAMENTOS TÉRMICOS E DE SUPERFÍCIES................................. 32 
2.6.1 - TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................ 32 
2.6.1.1 - Recozimento................................................................................ 36 
2.6.1.2 - Normalização............................................................................... 37 
2.6.1.3 - Revenimento ............................................................................... 37 
2.6.1.4 - Têmpera ...................................................................................... 38 
2.6.1.5 – Diagramas ttt – temperatura-tempo-transformação .................... 40 
2.6.1.6 – Tipos de tratamentos isotérmicos ............................................... 45 
2.6.2 - TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIES ................................................. 49 
2.6.2.1 - Tratamentos termo-químicos....................................................... 50 
2.6.2.2 - Tratamentos de revestimentos .................................................... 65 
3 - ALUMÍNIO E SUAS LIGAS ............................................................................. 68 
3.1 – INTRODUÇÃO......................................................................................... 68 
3.2 - PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO..................................................................... 69 
3.3 - PROPRIEDADES DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS................................... 71 
3.3.1 - LIGAS DE ALUMÍNIO ........................................................................ 73 
3.3.1.1 - Liga de Al-Cu............................................................................... 74 
3.3.1.2 - Liga de Al-Mg (alumag) ............................................................... 74 
3.3.1.3 - Liga de Al-Mn .............................................................................. 75 
3.3.1.4 - Liga de Al-Si ................................................................................ 75 
3.3.1.5- Liga de Al-Si ................................................................................. 76 
3.3.2 - NORMALIZAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO .................................. 78 
4 - COBRE E SUAS LIGAS.................................................................................. 80 
4.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................... 80 
4.2 - PRODUÇÃO DE COBRE ......................................................................... 81 
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III
4.3 - PROPRIEDADES DO COBRE E SUAS LIGAS ....................................... 83 
4.3.1 - LIGAS DE COBRE............................................................................. 85 
4.3.1.1 - Latão ........................................................................................... 85 
4.3.1.2 - Bronze ......................................................................................... 90 
4.3.1.3 - Ligas de cobre-alumínio .............................................................. 95 
4.3.1.4 - Cuproníquel ................................................................................. 97 
4.3.1.5 - Ligas de cobre e berílio ............................................................... 98 
4.3.1.6 - Ligas de cobre e silício ...............................................................100 
4.3.2 - NORMALIZAÇÃO DAS LIGAS DE COBRE......................................100 
5 - NÍQUEL E SUAS LIGAS ................................................................................101 
5.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................101 
5.2 - PROPRIEDADES DO NÍQUEL E SUAS LIGAS......................................102 
5.2.1 - NÍQUEL.............................................................................................102 
5.2.2 - LIGAS DE NÍQUEL ...........................................................................103 
5.2.2.1 - Ligas de níquel e berílio .............................................................104 
4.2.2.2 - Ligas de níquel e cromo .............................................................104 
5.2.2.3 - Ligas de níquel e molibdênio ......................................................104 
6 - COBALTO E SUAS LIGAS ............................................................................105 
6.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................105 
6.2 - PROPRIEDADES DO COBALTO E SUAS LIGAS ..................................105 
6.2.1 - COBALTO.........................................................................................105 
6.2.2 - LIGAS DE COBALTO .......................................................................106 
7 - TITÂNIO E SUAS LIGAS ...............................................................................107 
7.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................107 
7.2 - PROPRIEDADES DO TITÂNIO E SUAS LIGAS .....................................107 
7.2.1 - TITÂNIO............................................................................................1077.2.2 - LIGAS DE TITÂNIO ..........................................................................109 
8 - MAGNÉSIO E SUAS LIGAS ..........................................................................109 
8.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................109 
8.2 - PROPRIEDADES DO MAGNÉSIO E SUAS LIGAS................................110 
8.2.1 - MAGNÉSIO.......................................................................................110 
8.2.2 - LIGAS DE MAGNÉSIO .....................................................................111 
9 - ZINCO E SUAS LIGAS ..................................................................................111 
9.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................111 
9.2 - PROPRIEDADES DO ZINCO E SUAS LIGAS ........................................111 
9.2.1 - LIGAS DE ZINCO .............................................................................113 
9.2.2 - LIGAS DE ZINCO E ALUMÍNIO........................................................113 
10 - CHUMBO E SUAS LIGAS............................................................................113 
10.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................113 
10.2 - PROPRIEDADES DO CHUMBO E SUAS LIGAS .................................114 
11 - OUTROS METAIS .......................................................................................116 
11.1 - ESTANHO .............................................................................................116 
11.2 - CROMO.................................................................................................117 
11.3 - TUNGSTÊNIO .......................................................................................118 
11.4 - PRATA...................................................................................................119 
11.5 - OURO....................................................................................................119 
12 - POLÍMEROS................................................................................................121 
12.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................121 
12.2 – PROPRIEDADES .................................................................................123 
12.2.1 - MORFOLOGIA................................................................................123 
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IV
12.2.2 – COMPORTAMENTO À MOLDAGEM ............................................125 
12.2.3 - ADITIVOS .......................................................................................126 
12.2.4 – PROPRIEDADES TÉRMICAS .......................................................128 
12.2.5 – PROPRIEDADES MECÂNICAS.....................................................129 
12.3 - PLÁSTICOS ..........................................................................................130 
12.3.1 - POLIOLEFINAS ..............................................................................131 
12.3.2 - POLICARBONATOS.......................................................................138 
12.3.3 - ALÍLICOS........................................................................................140 
12.3.4 - ACRILICOS.....................................................................................140 
12.3.5 - POLIIMIDAS ...................................................................................143 
12.3.6 - AMINOPLÁSTICOS ........................................................................144 
12.3.7 - CELULÓSICOS...............................................................................145 
12.3.8 - POLIOXIMETILÊNICOS .................................................................145 
12.3.9 - EPOXÍDICOS..................................................................................145 
12.3.10 - FLUOROPLÁSTICOS ...................................................................146 
12.3.11 - POLISULFONAS...........................................................................147 
12.3.12 - FENÓLICOS .................................................................................147 
12.3.13 – POLIALÔMEROS.........................................................................148 
12.3.14 - POLIFENILÊNICOS......................................................................148 
12.3.15 - SILICONES...................................................................................149 
12.3.16 - POLIAMIDAS ................................................................................149 
12.3.17 – POLIÉSTERES E POLIURETANOS............................................152 
12.4 - ELASTÔMEROS ...................................................................................153 
12.5 – POLÍMERO NATURAL - MADEIRA......................................................158 
12.5.1 - MADEIRAS TRANSFORMADAS....................................................162 
12.5.2 - TRATAMENTO SUPERFICIAL.......................................................163 
12.5.3 - TIPOS DE ACABAMENTOS E REVESTIMENTOS PARA MADEIRA.
.....................................................................................................................163 
13 – CERÂMICOS...............................................................................................168 
13.1 – INTRODUÇÃO......................................................................................168 
13.2 – CERÂMICA CONVENCIONAL .............................................................170 
13.2.1 – CERÂMICA VERMELHA................................................................170 
13.2.1.1 – Massa cerâmica.......................................................................170 
13.2.1.2 – Esmaltes ..................................................................................172 
13.2.1.3 – Engobe ....................................................................................173 
13.2.2 – CERÂMICA BRANCA ....................................................................174 
13.2.2.1 - Processamento.........................................................................176 
13.3 – CERÂMICA AVANÇADA ......................................................................177 
14 – ENSAIOS DE MATERIAIS ..........................................................................187 
14.1 – INTRODUÇÃO......................................................................................187 
14.2 - ENSAIO DE TRAÇÃO ...........................................................................189 
14.2.1 - DIAGRAMA TENSÃO - DEFORMAÇÃO ........................................191 
14.2.2 - PROPRIEDADES MECÂNICAS AVALIADAS ................................193 
14.2.3 - CORPOS DE PROVA .....................................................................196 
14.2.3.1 - Limite de escoamento: valores convencionais .........................198 
14.3 - ENSAIO DE COMPRESSÃO ................................................................199 
14.3.1 - LIMITAÇÕES DO ENSAIO DE COMPRESSÃO.............................200 
14.3.2 - ENSAIO DE COMPRESSÃO EM MATERIAIS DÚCTEIS...............200 
14.3.3 - ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL ....................................201 
14.4 - ENSAIO DE FLEXÃO............................................................................205 
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V
14.4.1 - SIGNIFICADO DE FLEXÃO............................................................205 
14.4.2 - MÉTODO DO ENSAIO DE FLEXÃO ..............................................20714.5 - ENSAIO DE DUREZA ...........................................................................208 
14.5.1 - DUREZA BRINELL .........................................................................209 
14.5.2 - DUREZA ROCKWELL ....................................................................210 
14.5.3 - DUREZA VICKERS.........................................................................212 
14.5.4 - DUREZA SHORE............................................................................212 
14.6 - ENSAIO DE IMPACTO..........................................................................213 
14.6.1 - TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO .................................................214 
14.6.1.1 - Fatores que influenciam a temperatura de transição................215 
14.6.1.2 - Resfriamento do corpo de prova ..............................................216 
14.7 - ENSAIOS METALOGRÁFICOS ............................................................220 
14.7.1 - ENSAIO METALOGRÁFICO MACROGRÁFICO............................221 
14.7.2 - ENSAIO METALOGRÁFICO MICROGRÁFICO .............................221 
14.7.2.1 - Etapas metalográficas ..............................................................221 
14.8 - PROPRIEDADES TÉRMICAS...............................................................228 
14.9 - PROPRIEDADES ELÉTRICAS .............................................................228 
14.10 - PROPRIEDADES MAGNÉTICAS........................................................231 
14.10.1 - MATERIAIS MAGNÉTICOS MOLES E DUROS...........................237 
14.11 - PROPRIEDADES ÓTICAS..................................................................238 
14.11.1 - REFLETIVIDADE, TRANSMITÂNCIA E ABSORÇÃO. .................238 
14.12 - PROPRIEDADES QUÍMICAS .............................................................244 
14.12.1 - RESISTÊNCIA A CORROSÃO.....................................................244 
14.12.2 - RESISTÊNCIA À DEGRADAÇÃO ................................................245 
15 – NOÇÕES DE RECICLAGEM DE MATERIAIS ............................................246 
15.1 - INTRODUÇÃO .....................................................................................246 
16 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS .......................................................................249 
17 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................251 
ANEXOS .............................................................................................................254 
 
 
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ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 2.1 – Minério de ferro. ................................................................................. 3 
Figura 2.2 – Campo de mineração. ........................................................................ 4 
Figura 2.3 – Sínter.................................................................................................. 4 
Figura 2.4 – Pelotas. .............................................................................................. 4 
Figura 2.5 – Vista parcial de um alto-forno............................................................. 5 
Figura 2.6 – Alto-forno............................................................................................ 5 
Figura 2.7 – Sistema de transformação do minério em ferro gusa......................... 6 
Figura 2.8 – Conversor recebendo carga (ferro gusa). .......................................... 7 
Figura 2.9 – Aspecto construtivo de um conversor. ............................................... 7 
Figura 2.10 – Operação de um conversor. ............................................................. 8 
Figura 2.11 – Estrutura cristalina da cementita. ................................................... 10 
Figura 2.12 – Diagrama de equilíbrio do ferro-carbono........................................ 11 
Figura 2.13 – Curva de resfriamento do ferro....................................................... 12 
Figura 2.14 – Diagrama de equilíbrio - aço. ......................................................... 12 
Figura 2.15 – Ferritas. .......................................................................................... 13 
Figura 2.16 – cementitas. ..................................................................................... 13 
Figura 2.17 – Perlitas. A) Perlita normal; B) Perlita sorbítica................................ 14 
Figura 2.18 – Austenita. ....................................................................................... 14 
Figura 2.19 – Martensita. ..................................................................................... 15 
Figura 2.20 – Bainita inferior. ............................................................................... 15 
Figura 2.21 – Trostita. .......................................................................................... 16 
Figura 2.22 – Sorbita............................................................................................ 16 
Figura 2.23 – Ledebuirta. ..................................................................................... 16 
Figura 2.24 – Esteadita. ....................................................................................... 17 
Figura 2.25 – Microestrutura do aço hipo-eutetóide. Ferritas (claras), perlitas 
(escuras). ............................................................................................................. 17 
Figura 2.26 – Microestrutura de aço eutetóide. Somente perlitas. ....................... 17 
Figura 2.27 – Microestrutura de aço hiper-eutetóide. Perlitas e cementitas......... 18 
Figura 2,28 – Microestrutura do ferro fundido cinzento. ....................................... 30 
Figura 2.29 – Microestrutura do ferro fundido nodular. ........................................ 31 
Figura 2.30 – Ciclos de aquecimentos e tratamentos térmicos............................ 34 
Figura 2.31 – Diagrama Fe-C – Campo de austenização. ................................... 35 
Figura 2.32 – Ciclo do recozimento...................................................................... 36 
Figura 2.33 – Ciclo da esferoidização. ................................................................. 37 
Figura 2.34 – Ciclos de tratamentos.................................................................... 37 
Figura 2.35 – Diagrama TTT para o aço eutetóide............................................... 41 
Figura 2.36 – Diagrama TTT para o aço eutetóide com tratamentos térmicos..... 41 
Figura 2.37 – Diagrama TTT considerando a espessura da peça........................ 42 
Figura 2.38 – Diagrama TTT para o aço hipo-eutetóide....................................... 43 
Figura 2.39 – Diagrama TTT para o aço hiper-eutetóide. .................................... 43 
Figura 2.40 – Transformação da martensita em função da concentração de 
carbono. ............................................................................................................... 44 
Figura 2.41 – Diagrama TTT para o aço 4340. .................................................... 44 
Figura 2.42 – Austêmpera. ................................................................................... 45 
Figura 2.43 – Martêmpera. ................................................................................... 49 
Figura 2.44 - Diagrama de equilíbrio Fe-N. .......................................................... 53 
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Figura 2.45 – Célula unitária da fase γ’. ............................................................... 53 
Figura 2.46 – Célula unitária da fase ε. ................................................................54 
Figura 2.47 – Influência do tempo de nitretação a gás sobre a espessura da 
camada nitretada.................................................................................................. 56 
Figura 2.48 – Profundidade de penetração da camada nitretada em alguns aços, 
submetidos ao processo líquido. .......................................................................... 57 
Figura 2.49 – Esquema do reator iônico. ............................................................. 58 
Figura 2.50 – Profundidade da camada cementada em aço de baixo carbono. .. 60 
Figura 2.51 – Esquema da eletrodeposição. ........................................................ 66 
Figura 3.1 – Diagrama de fases da liga Al-Cu...................................................... 74 
Figura 3.2 – Diagrama de fases da liga Al-Mg. .................................................... 74 
Figura 3.3 - Diagrama de fases da liga binária Al-Si. ........................................... 75 
Figura 3.4 - Diagrama de fases da liga binária Al-Si. ........................................... 77 
Figura 4.1 – Beneficiamento do cobre. A) Trituração do minério; B) Flotação ..... 81 
Figura 4.2 - Esquema do forno revérbero e obtenção do mate. ........................... 82 
Figura 4.3 - Obtenção do cobre blíster e placa eletrolítica. .................................. 82 
Figura 4.4 - Efeito das impurezas na condutividade elétrica do cobre. ................ 83 
Figura 4.5 – Diagrama de fases da liga Cu-Zn..................................................... 87 
Figura 4.6 – Micrografias de latões. a) Cu-Zn 33% (laminado e recozido) [fase α]; 
b) Cu-Zn 40% (fundido) [fase α + β’] ; Cu-Zn 24,7% Sn 2,4% Pb 2,9% [fase α + 
Cu3Sn]; Cu-Zn 34% Mn 1,7% Ni 3,12% Pb 1,92% [fase α + nódulos de Pb]. ...... 88 
Figura 4.7 - Diagrama do comportamento mecânico dos latões. ......................... 89 
Figura 4.8 - Aplicações dos latões. ...................................................................... 90 
Figura 4.9 - Diagrama de fases da liga binária Cu-Sn.......................................... 92 
Figura 4.10 - Micrografias de bronzes. a) Cu-Sn 5% (laminado e recozido) [fase 
α]; b) Cu-Sn 16% (recozido) [fase α + δ] ; c) Cu-Sn 10%, Pb 5%. ....................... 92 
Figura 4.11 - Aplicações do bronze...................................................................... 94 
Figura 4.12 - Diagrama de fases da liga binária Cu-Al. ........................................ 95 
Figura 4.13 - Diagrama de fases da liga binária Cu-Ni......................................... 97 
Figura 4.14 - Aplicações do cuproníquel. ............................................................. 98 
Figura 4.15 - Diagrama de fases da liga binária Cu-Be........................................ 99 
Figura 5.1 - Aplicações do níquel. .......................................................................103 
Figura 6.1 - Aplicações do cobalto. .....................................................................106 
Figura 7.1 - Aplicações do titânio. .......................................................................108 
Figura 8.1 - Aplicações do magnésio. .................................................................111 
Figura 8.1 - Aplicações do zinco. ........................................................................112 
Figura 10.1 - Diagrama de fases da liga Pb-Sn...................................................115 
Figura 10.2 - Diagrama de fases da liga Pb-Sb...................................................115 
Figura 11.1 - Aplicações do cromo......................................................................117 
Figura 11.2 - Aplicações da tungstênio. ..............................................................118 
Figura 11.3 - Aplicações da prata........................................................................119 
Figura 11.4 - Aplicações do ouro.........................................................................120 
Figura 12.1 - Monômeros. a) metano; b) etano; c) eteno. ...................................121 
Figura 12.2 - Monômeros. a) propano; b) n-butano; c) isobutano. ......................121 
Figura 12.3 - Monômeros. a) n-pentano; b) Isopentano; c) Neopentano.............121 
Figura 12.4 – Representação de polímero. .........................................................122 
Figura 12.5 – Reação de polimerização do policloreto de vinila..........................122 
Figura 12.6 – Reação de copolimerização do náilon 66......................................123 
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Figura 12.7 – Representação das cadeias poliméricas. a) Cadeia linear; b) cadeia 
com ramificações incompletas; c) cadeias com ramificações transversais ou 
cruzadas..............................................................................................................123 
Figura 12.8 – Formas isoméricas. .......................................................................124 
Figura 12.9 – Cristalinidade em polímeros. .........................................................125 
Figura 12.10 – Reação do baquelite. ..................................................................127 
Figura 12.11 – Reação do agente de esponjamento...........................................128 
Figura 12.12 – Curvas de volume específico em função da temperatura. A) região 
vítrea; B) região viscosa; C e D) região líquida com baixa viscosidade; E) região 
com cristalitos na região vítrea; F) região viscosa com cristalitos. ......................128 
Figura 12.13 – Curva índice de cristalinidade em função da temperatura para um 
polímero cristalino. ..............................................................................................129 
Figura 12.14 – Comportamento ao ensaio de tração de um polímero linear.......129 
Figura 12.15 – Fórmula geral da poliolefina. .......................................................131 
Figura 12.16 – Fórmula policarbonato.................................................................139 
Figura 12.17 – Polimetacrilato de metila. ............................................................140 
Figura 12.18 – Poliacrilonitrilo. ............................................................................141 
Figura 12.19 – ABS. ............................................................................................141 
Figura 12.20 – SAN.............................................................................................143 
Figura 12.21 – Poliimida......................................................................................144 
Figura 12.22 – Fórmula do teflon. .......................................................................146 
Figura 2.23 – PCTFE. .........................................................................................147 
Figura 12.24 - Polisulfona ...................................................................................147 
Figura 12.25 – Fenólicos. ....................................................................................147 
Figura 12.26 – Comportamento ao ensaio de tração de polímeros.....................153 
Figura 12.27 – Polisopreno. ................................................................................154 
Figura 12.28 – SBR.............................................................................................155 
Figura 12.29 – Uso da floresta. ...........................................................................158 
Figura 12.30 – Cortes da madeira.......................................................................162 
Figura 12.31 – Efeito pátina. ...............................................................................164 
Figura 12.32 – Efeito decapê. .............................................................................165 
Figura 12.33 – Efeito satinê.................................................................................165Figura 12.34 – Efeito estêncil. .............................................................................167 
Figura 13.1 – Peças de cerâmica........................................................................169 
Figura 13.2 – Produção de cerâmica. .................................................................174 
Figura 13.3 - Louça sanitária...............................................................................174 
Figura 13.4 – Forno túnel para queima de peças cerâmicos. .............................176 
Figura 13.5 - Microscopia eletrônica de varredura de cermetos e metal duro.....180 
Figura 13.6 - Revestimento de TiN em uma pastilha de metal duro....................183 
Figura 14.1 - Equipamentos de ensaios mecânicos. a) Máquina de ensaio 
universal; b) Durômetro. ..............................................................188 
Figura 14.2 - Peça tracionada. ............................................................................190 
Figura 14.3 - Corpo de prova de ensaio de tração. a) antes do ensaio; b) após o 
ensaio..................................................................................................................190 
Figura 14.4 - Comportamento dos materiais através do diagrama σx ε. .............192 
Figura 14.5 - Material dúctil. a) diagrama σ x ε; b) aspecto da fratura. .............192 
Figura 14.6 - Material frágil. a) diagrama σ x ε; b) aspecto da fratura. ................192 
Figura 14.7 - diagrama σ x ε para ligas do tipo aço baixo carbono. ....................193 
Figura 14.8 - Alongamentos na tração e na compressão....................................195 
Figura 14.9 - Curvas de tensões reais e de engenharia......................................195 
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IX
Figura 14.9 - Máquina de ensaio e registrador....................................................196 
Figura 14.10 - Corpos de prova...........................................................................196 
Figura 14.11 - Tipos de fixação. ..........................................................................197 
Figura 14.12 - Preparação de corpo de prova.....................................................197 
Figura 14.13 - Ruptura do corpo de prova no centro...........................................198 
Figura 14.14 - Ruptura do corpo de prova fora de centro. ..................................198 
Figura 14.15 - Determinação do limite de escoamento. ......................................198 
Figura 14.16 - Esquema da compressão. ...........................................................199 
Figura 14.17 - Ensaio de compressão. a) normal; b) flambagem........................200 
Figura 14.18 - Ensaio de compressão em materiais dúcteis. ..............................200 
Figura 14.19 - Esquema de esforços aplicados em um corpo de prova cilíndrico de 
dimensões D e L. ................................................................................................201 
Figura 14.20 - Representação esquemática da distribuição das tensões de 
compressão e de tração. .....................................................................................201 
Figura 14.21 - Ensaios em molas........................................................................202 
Figura 14.22 - Flexão em uma barra de secção retangular.................................205 
Figura 14.23 - Elemento da barra submetido à flexão.........................................206 
Figura 14.24 - Viga em balanço com engaste rígido sendo fletida por uma força F 
aplicada em sua extremidade..............................................................................206 
Figura 14.25 - Método de flexão a quatro pontos................................................207 
Figura 14.26 - Método de flexão a três pontos. ...................................................207 
Figura 14.27 - Ângulo φ nas impressões Brinell. .................................................210 
Figura 14.28 - Penetradores de Dureza Rockwell...............................................210 
Figura 14.29 - Aspectos da fratura . ....................................................................213 
Figura 14.30 - Temperatura de transição. ...........................................................214 
Figura 14.31 - Curvas de energia absorvida de um mesmo material. .................216 
Figura 14.32 - Máquina de ensaio de impacto. ...................................................217 
Figura 14.33 - Ensaio Charpy e Izod...................................................................218 
Figura 14.34 - Corpos de prova Charpy e Izod. ..................................................219 
Figura 14.35 - Macrografia de uma peça de alumínio fundido com contornos de 
grãos revelado por ataque com HCl....................................................................221 
Figura 14.36 - Influencia da localização de um corte longitudinal axial sobre o 
aspecto de segregação. ......................................................................................221 
Figura 14.37 - Esquema de um metal policristalino atacado quimicamente e com 
feixes incidentes e de reflexão de luz..................................................................223 
Figura 14.38 - Micrografia da perlita....................................................................224 
Figura 14.39 - Curva de resistividade elétrica em função da temperatura. .........231 
Figura 14.40 - Esquema de momentos magnéticos em um cristal e em uma célula 
unitária. ...............................................................................................................232 
Figura 14.41 - Esquema da configuração de dipolo magnético de um material 
diamagnético. a) Na ausência de um campo magnético; b) Na presença de um 
campo magnético. ...............................................................................................233 
Figura 14.42 - Esquema da configuração de dipolo magnético de um material 
paramagnético. a) Na ausência de um campo magnético; b) Na presença de um 
campo magnético. ...............................................................................................234 
Figura 14.43 - Esquema da configuração de dipolo magnético de um material 
ferromagnético na ausência de um campo magnético. .......................................235 
Figura 14.44 - Esquema de momentos magnéticos do MnO. .............................235 
Figura 14.45 - Esquema dos momentos magnéticos da ferrita. ..........................236 
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X
Figura 14.46 - Curva de histerese de materiais magnéticos moles (interno) e duros 
(externo). .............................................................................................................237 
Figura 14.47 - Esquema da incidência de um feixe luz que encontra interfaces 
entre dois meios. .................................................................................................238 
Figura 14.48 - Esquema de uma análise de transmitância por um feixe incidente 
normal a superfície de uma amostra de vidro. ...................................................239 
Figura 14.49 - Detalhe do compartimento aberto [ 1 ] de um espectrômetro. .....239 
Figura 14.50 - Curvas de transmitância da amostra BLC1. Espectro com 
irradiação do ultravioleta. ....................................................................................240 
Figura 14.51 - Espectro de transmitância de uma amostra de vidro dopado. .....240 
Figura 14.52 - a) Esquema de um experimento de transmissão. A) transmissão 
de um feixe de laser através de um semicondutor.; b) Um espectro típico de 
absorção do semicondutor GaAs. .......................................................................242Figura 14.53 - Espectros de radiação eletromagnética. ......................................243 
Figura 14.54 - Esquema dos tipos de corrosão...................................................245 
Figura 15.1 – Símbolo da reciclagem..................................................................246 
 
 
 
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 1
1 – CLASSIFICAÇÃO DE METAIS 
 
1.1 - INTRODUÇÃO 
 
 Conforme a química, entende-se como metais os elementos químicos que 
se situam na parte esquerda da Tabela Periódica dos Elementos Químicos 
construída por Mendeleyev. A característica deles é de possuir poucos elétrons 
na última camada, camada de valência. O tipo de ligação característica entre os 
elementos metálicos é a ligação metálica, onde os elétrons da última camada não 
pertencem ao átomo, mas ao grupo todo, com mobilidade livre do elétron, 
caracterizando a boa condutibilidade elétrica, uma das características principais 
dos metais. 
 
 Na prática, entende-se por metais, toda substância que possui brilho, 
entretanto, o elemento químico selênio (Se) possui brilho e não é metal. A maioria 
dos metais se oxida com facilidade diminuindo o seu brilho, tornando-o opaco, 
com grau menor para o ouro, a prata, e a platina. Estas propriedades dos metais 
de opacidade ótica e refletividade atribuem-se a capacidade dos elétrons livres de 
absorverem energia dos fótons e de poderem re-emitir, quando o elétron, excitado 
pelo impacto de uma radiação, cai em um nível mais baixo de energia. Deste 
modo, um feixe luminoso que incide sobre a superfície de um metal, é quase 
inteiramente refletido, dando lugar ao brilho metálico. Outra característica que os 
metais possuem é a ductibilidade. Esta característica também pode ser afetada 
por impurezas ou inclusões por outros elementos químicos. A condutibilidade 
elétrica e térmica são duas características dos metais que estão relacionadas com 
a configuração eletrônica dos mesmos. 
 
1.2 - CLASSIFICAÇÃO 
 
 Cada metal se diferencia de outro pela sua estrutura e propriedades, mas 
existem certos indícios pelas quais podem ser agrupados. Em primeiro lugar, 
todos os metais podem dividir-se em dois grandes grupos: metais escuros e 
metais claros. 
 
1.2.1 - METAIS ESCUROS 
 
 Apresentam cor cinza escuro, densidade elevada (menos os alcalinos), 
elevada temperatura de fusão, dureza elevada e, em muitos casos, possuem 
polimorfismo. O metal mais característico deste grupo é o ferro. 
 
 Os metais escuros, por sua vez, dividem-se em: 
1. Metais férricos: ferro, cobalto, níquel (chamados ferromagnéticos) e o 
manganês, cujas propriedades se aproximam daqueles. O cobalto, o níquel e o 
manganês se empregam com freqüência como elementos de adição às ligas 
de ferro para alterar as propriedades mecânicas da liga, como nos aços, por 
exemplo; 
2. Metais refratários: apresentam temperatura de fusão superior a do ferro 
(1.539 ºC). Também empregados como elemento de adição às ligas de ferro; 
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 2
3. Metais urânicos: (actinídeos) Os elementos que constituem um grupo com 
propriedades semelhantes, que inclui o actínio, o tório, o protactínio, o urânio, o 
netúnio, o plutônio, o amerício, o cúrio, o berquélio, o califórnio, o einstéinio, o 
férmio e o mendelévio. São utilizados como fonte de energia nuclear; 
4. Metais lantanídeos: (terras-raras) Grupo de elementos, de número atômico 
entre 57 e 71, de propriedades metálicas muito parecidas, e que compreende: 
cério, disprósio, érbio, európio, gadolínio, hólmio, itérbio, lantânio, lutécio, 
neodímio, prasiodímio, promécio, samário, térbio e túlio. Estes metais possuem 
propriedades químicas muito parecidas, porém suas propriedades físicas são 
muito distintas. 
5. Metais alcalinos-térreos: No estado livre são pouco utilizados, com exceção 
de alguns casos especiais. 
 
1.2.2 - METAIS CLAROS 
 
 Apresentam coloração amarela, vermelha ou branca. Possuem grande 
ductibilidade, pouca dureza, temperatura de fusão relativamente baixa e neles é 
característico a ausência de polimorfismo. Os metais mais característicos deste 
grupo são o ouro, o cobre e a prata. 
 
 Os metais claros, por sua vez, dividem-se em: 
1. Metais ligeiros: Berílio, magnésio e alumínio, cuja densidade é baixa; 
2. Metais nobres: Ouro, prata e metais do grupo da platina (platina, paládio, 
irídio, ósmio, rutênio. O cobre é considerado como seminobre. Possuem 
grande a resistência a oxidação; 
3. Metais facilmente fusíveis: Zinco, cádmio, mercúrio, estanho, chumbo, 
bismuto, tálio, antimônio e os elementos com propriedades metálicas 
debilitadas como o gálio e germânio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 - AÇOS E FERROS FUNDIDOS 
 
2.1 - INTRODUÇÃO 
 O ferro se conhece há tempos remotos. No Egito, há 7 mil anos a.C., 
encontrou-se amuletos de ferro que provavelmente provinham de minérios 
beneficiados. Também há 7 mil anos a.C. se fazia experiência com esse metal em 
um lugar chamado Anatolia na Rússia. Na Ìndia encontrou-se uma coluna de ferro 
que media 7 m de altura e 40 cm de diâmetro com peso de 6 toneladas, 
provavelmente construída em 912 anos a.C. A fabricação do ferro fundido, 
partindo do minério de ferro, é muito antiga. Os gregos, 500 anos a.C., já tinham 
ferro temperado e crê-se que a obtenção foi por uma maneira casual. 
 
2.2 - MINÉRIO DE FERRO 
 
O ferro não se encontra puro na natureza, mas sim combinado (ganga) 
com outros elementos químicos formando os denominados minérios. Os minerais 
que contêm ferro em quantidade apreciável são óxidos, carbonatos, silicatos e os 
sulfetos. Quando se pode extrair economicamente um elemento químico de um 
mineral, o mesmo passa a ser denominado de minério. Na natureza, encontra-se 
em torno de 50 minerais que contém ferro. Os minérios de ferro mais importantes 
sob o ponto de vista da siderurgia são: 
• Hematita - óxido - Fe2O3 - de 45 
a 70% de ferro – cor cinza a 
vermelho fosco - abundante no 
Brasil; 
• Magnetita - óxido – Fe3O4 - de 45 
a 72% de ferro – cor cinza escuro; 
• Limonita - óxido - 2Fe2O33H2O - 
de 40 a 62% de ferro – cor 
amarela para marrom escuro; 
• Siderita - carbonato - FeCO3 
(carbonato férrico) - de 30 a 48% 
de ferro – cor cinza esverdeado; 
• Pirita - sulfeto - Cu2SFe2S3 
(sulfeto férrico) – baixo teor de 
ferro. 
• 
Figura 2.1 – Minério de ferro. 
 
 
 
 
 
 
 
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 O minério de ferro é submetido a beneficiamento, após a extração da 
jazida, como britagem, peneiramento, mistura, moagem, concentração, 
classificação, aglomeração. 
 
Figura 2.2 – Campo de mineração. 
 
 A aglomeração visa o aproveitamento dos finos de minério, melhorar a 
permeabilidade da carga do alto-forno, reduzindo-se o consumo de carvão. Os 
principais processo de aglomeração do minério de ferro são: 
• Sinterização – Neste processo o minério de ferro, carvão moído, calcário e 
água são misturados e aglomerados e depois são colocados sobre uma grelha 
em um equipamento especial, que está a uma temperatura em torno de 1.000 
a 1.300 oC, unem-se e acabam formando 
um bloco poroso. Quando quebrados em 
pedaços menores são chamados de sinter 
de ferro. Sinter - 51 a 61% de ferro. 
Aproveitamento dos finos de mineração de 
0,15 mm até 8 mm. Resistência mecânica 
média e possível degradação no transporte. 
Tamanho de 5a 50 mm de formato 
irregular. Gera 7 a 10% de finos de retorno 
no transporte da sinterização ao alto-forno. 
Redutibilidade alta. 
Figura 2.3 – Sínter. 
• Pelotização – Um tambor giratório que contém um disco inclinado e em 
rotação é alimentado com finos de minério e aglomerantes, recebendo jatos de 
água que unem as partículas molhadas para formar um aglomerado na forma 
de bolas (pelotas). Após esta etapa as pelotas 
são aquecidas para secagem e 
endurecimento. Pelotas - 64 a 67% de ferro. 
Aproveitamento dos finos de mineração 
abaixo de 0,5 mm. Elevada resistência 
mecânica e baixa degradação no transporte. 
Tamanho de 10 a 12 mm de formato esférico. 
Gera 5 a 10% de finos de retorno do alto-
forno. Redutibilidade alta. 
 
Figura 2.4 – Pelotas. 
 
 
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 Nos processos de redução do minério de ferro em ferro gusa, usa-se, como 
combustível, o coque (carvão mineral tratado em temperaturas de mais ou menos 
1.000 ºC em câmaras ausentes de oxigênio, com eliminação dos produtos voláteis 
do carvão mineral) com possibilidade do carvão vegetal. A ação do carvão se faz 
sentir de três maneiras: 
a) como fornecedor de calor para a fusão do minério; 
b) como fornecedor de carbono para a redução do óxido de ferro e 
c) como fornecedor de carbono, como principal elemento de liga. 
 
2.3 – OBTENÇÃO DO FERRO GUSA 
 
É o processo de obtenção do ferro, onde o minério a ser reduzido, atinge 
seu ponto de fusão, obtendo-se no final um 
produto da fusão denominado de ferro gusa, 
que posteriormente é utilizado na fabricação 
do aço ou ferro fundido. O ferro gusa é uma 
liga metálica de Fe, C, Si, P, S, Mn, onde 
apresenta a seguinte composição média 3% 
a 8% de C, 0,5% a 4,5% de Si, 0,5% a 2,5% 
de P, e até 0,2% de S. 
 
O processo consiste em aquecer o 
minério de ferro em temperaturas acima de 
1.600 ºC na presença de uma substância 
redutora (coque) em um equipamento 
denominado de alto-forno. O alto-forno é 
construído de tijolos e envolvido por uma 
carcaça protetora de aço. Todas as suas 
partes internas, sujeitas a altas temperaturas, 
são revestidas com tijolos refratários. Os 
refratários são materiais resistentes a altas 
temperaturas, utilizados nos revestimentos 
dos fornos e panelas de vazamento. 
Figura 2.5 – Vista parcial de um alto-forno. 
 
Três zonas fundamentais caracterizam o 
alto-forno: o cadinho; a rampa; e a cuba (seção 
superior). O cadinho é o lugar onde o ferro gusa 
líquido é depositado. A escória que se forma 
durante o processo, flutua sobre o ferro que é 
mais pesado. Escória é um produto resultante 
da ação do fundente sobre a ganga (do minério) 
e do combustível. A escória pode ser utilizada 
como base para estradas de ferro, na fabricação 
de cimento, como corretivo de solo, na 
fabricação de tijolos refratários e em isolamento 
térmico e acústico. 
 
 
 
Figura 2.6 – Alto-forno. 
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 6
Na rampa acontece a combustão e a fusão. Para facilitar esses processos, 
entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que são furos distribuídos 
uniformemente por onde o ar pré-aquecido é soprado sob pressão. Se a carga for 
básica, o fundente deve ser ácido; e se a carga for ácida, o fundente deve ser 
básico. Para o caso de não se querer alterar a natureza da carga, se utiliza 
fundentes neutro. Em resumo, no alto-forno ocorre o seguinte: 
• Os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério 
de ferro; 
• A ganga se funde (as impurezas reagem com o fundente formando escória e 
metal fundido); 
• O gusa se funde (o ferro de primeira fusão se derrete); 
• O ferro sofre carbonetação (o carbono proveniente do combustível é 
incorporado ao ferro líquido); 
• Certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas 
impurezas são incorporadas ao ferro gusa. 
 
 Estas são as reações químicas provocadas pelas altas temperaturas 
obtidas dentro do forno que trabalham com o princípio da contra-corrente. Isso 
quer dizer que enquanto o gás redutor sobe, a carga sólida desce. 
 
 
Figura 2.7 – Sistema de transformação do minério em ferro gusa. 
 
A redução dos óxidos de ferro acontece à medida que o minério, o agente 
redutor (coque ou carvão vegetal) e os fundentes (calcário ou fluorita) descem em 
contra-corrente, em relação aos gases. Esses são os resultados da queima do 
coque (basicamente, carbono) com o oxigênio do ar quente (em torno de 1.000 
ºC) soprado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustão, 
principalmente para cima, e queimam os pedaços de coque que estão na 
abóbada (ou parte superior) da zona de combustão. 
 
Conforme o coque vai se queimando, a carga vai descendo para ocupar os 
espaços vazios. Esse movimento de descida vai se espalhando lateralmente pela 
carga, até atingir toda a largura da cuba. As reações de redução, carbonetação e 
fusão, que foi descrito anteriormente, geram dois produtos líquidos: a escória e o 
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ferro gusa, que são empurrados para os lados, pelos gases que estão subindo e 
escorrem para o cadinho, de onde saem pelo furo de corrida (gusa) e pelo furo da 
escória.O alto forno possui ainda alguns equipamentos auxiliares como: 
• Coletor de poeiras; 
• Lavadores de gás; 
• Regeneradores de calor ou estufas; 
• Instrumentos de controle e medição. 
 
2.4 - AÇO 
 
 Sendo o ferro gusa uma liga de Fe, C, Si, P, S e Mn, para transformá-lo em 
aço, que é uma liga de mais baixo teor destes últimos elementos químicos, é 
necessário um processo de oxigenação desta liga para reduzir a percentagem 
destes elementos até os valores desejados. Na redução do ferro gusa em aço, 
utiliza-se agentes oxidantes, de natureza gasosa, como o ar ou oxigênio, ou de 
natureza sólida como minério na forma de óxidos. Assim, os processos para 
produção do aço podem ser 
classificados de acordo com 
agente redutor utilizado. 
• Processos pneumáticos - onde 
o agente oxidante é o ar ou 
oxigênio 
• Processo Siemens–Martin, 
Elétrico, Dúplex etc. – onde os 
agentes oxidantes são 
substâncias sólidas contendo 
oxigênio. 
Figura 2.8 – Conversor recebendo carga (ferro gusa). 
 
Processo Pneumático 
Bessemer - O 
equipamento usado no 
processo de Bessemer 
não possui fonte de calor 
próprio, e por isso não é 
denominado forno e sim 
conversor. O conversor 
Bessemer consta de um 
recipiente, tipo pêra, 
formado de chapas de aço 
e revestimento interno de 
material refratário ácido 
(silício – alumínio). 
 
 
Figura 2.9 – Aspecto construtivo de um conversor. 
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 O conversor é basculante, isto é, gira em torno de um eixo, a fim de colocá-
lo na posição horizontal para receber ou retirar a carga. A capacidade de carga do 
conversor Bessemer varia de 25 a 40 toneladas, de ferro gusa líquido procedente 
do alto-forno cuja composição média é a seguinte: carbono - 4%, silício - 1,5%, 
manganês - 1%, fósforo e enxofre o mínimo possível. 
 
 A transformação do ferro gusa em aço é conseguida pelo insuflamento de 
ar, pouco a pouco e com pressão moderada, através dos orifícios existentes na 
parte inferior do conversor, ao tempo que se situa o conversor na posição vertical. 
O ar atravessa o ferro gusa líquido e o oxigênio presente vai reagindo com o 
silício, manganês e a maior parte do carbono durante o tempo de 15 minutos 
aproximadamente.O borbulhamento do ar, através do metal líquido, elimina o 
carbono (em CO e CO2, formando uma chama larga), o silício e o manganês (em 
silicatos, que passam a escória). Quando a chama da boca do conversor está a 
ponto de se apagar, o aço contém aproximadamente 0,05 a 0,1% de carbono e 
porcentagens mais baixas de Mg e Si. Sendo o ponto de fusão do aço maior que 
do ferro gusa, cabem as reações exotérmicas do oxigênio com o silício e carbono, 
aumentar a temperatura do banho líquido. Durante o processo forma-se óxido de 
ferro que deixa o aço frágil e quebradiço. A fim de eliminar o óxido de ferro e 
controlar o teor do carbono, adiciona-se quantidade de ferro-silício ou ferro-
manganês ou pequenas quantidades de alumínio. Até mesmo carvão para 
recarburar o aço. Estes elementos, principalmente o alumínio, combinam-se 
facilmente com o oxigênio, transformando-se em escória. É realizado o 
vazamento inclinando o conversor e tendo cuidado de que não deslizem as 
escórias com o aço líquido. 
 
Processo Pneumático Thomas - O processo 
Thomas difere um pouco do processo Bessemer. 
Quando o ferro gusa é rico em fósforo, este não pode 
ser tratado no conversor Bessemer porque o 
revestimento dele é ácido (carbono (4%), silício 
(1,5%), manganês (1%), fósforo e enxofre o mínimo 
possível, impedindo que as reações exotérmicas 
permitem a passagem do fósforo para as escórias. O 
conversor Thomas é revestido internamente com 
material refratário básico derivado da dolomita (óxido 
de cálcio e manganês). Neste processo, o fósforo 
também reage exotermicamente com o oxigênio, 
aumentando a temperatura do banho. Para evitar a 
oxidação excessiva do aço, usa-se certa quantidade 
de cal. A escória obtida com o processo Thomas é 
um fosfato de cálcio (combinação do fósforo do metal 
com o cálcio da cal adicionado) e pode ser emprega 
como fertilizante na agricultura. 
Figura 2.10 – Operação de um conversor. 
 
 
 O aço produzido em conversor Thomas é mais mole do que do Bessemer, 
usado na fabricação de chapas, arames e perfilados. 
 
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Processo Pneumático L.D. - Este processo introduzido pelos austríacos Linz e 
Donavitz em 1.950, é uma variante do processo Bessemer. Ao invés de usar o 
oxigênio do ar (que em cada 100 m3 aproveita apenas 21 m3 de oxigênio) usa 
oxigênio puro com 99 à 99,5% de pureza. O oxigênio é previamente aquecido e 
injetado na massa líquida pela parte superior do conversor, lança de oxigênio que 
fica a uma distância de 0,3 m a 1 m do fundo. As reações exotérmicas produzidas 
alcançam temperatura de 2.400 ºC e o tempo total da operação é de 35 a 40 
minutos. O consumo de oxigênio é em torno de 50 m3 por tonelada de ferro gusa 
líquido. A capacidade dos conversores modernos é de mais ou menos100 
toneladas. O aço L.D. é de qualidade superior ao Bessemer, Thomas e Siemens-
Martins, porém o alto custo de operação e instalação, torna-o dispendioso e de 
baixa aplicação na siderurgia. 
 
Processo Siemens-Martin - No processo Siemens-Martin pode-se alcançar 
temperaturas de até 2.000 ºC, usando gás combustível e ar, previamente 
aquecidos. O forno é constituído de uma mufla de tijolos refratários para receber a 
carga que pode ser sólida ou líquida, e de dois pares de câmaras recuperadoras, 
também de tijolos refratários. O forno funciona pelo sistema de regeneração de 
calor dos gases quentes que saem do forno que vão aquecendo o gás e o ar, 
respectivamente, dando entrada no forno em altas temperaturas. Segundo a 
composição da carga (como acontece no processo Bessemer e Thomas), os 
fornos Siemens-Martin são construídos com revestimento ácido, para o 
tratamento da carga silicosa, e revestimento básico, quando a carga é fosforosa. 
A capacidade do forno varia de 50 a 300 toneladas. 
 
Adiciona-se ferro-silício, ferro-manganês ou cal, dependendo da natureza 
da carga e do refratário, como elementos desoxidantes. O processo de obtenção 
do aço pode levar de 4 a 5 horas. 
 
Os ferros fundidos aptos para o conversor podem ser: 
• Ferro fundido saído do cubilô: 
Ctot = (3% - 4%C) + (1,5% - 2%Si) + (0,5% - 1%Mn) + P e S o mínimo possível. 
 
• Ferro fundido saído do alto forno: 
Ctot = (3,6% - 4,2%C) + (1% - 1,5%Si) + (0,5% - 2%Mn) + P e S o mínimo 
possível. 
 
O carbono, o silício, e o manganês contidos no ferro fundido reagem ao 
entrar em contato com o oxigênio do ar: o calor gerado por esta reação não 
somente mantém líquida a massa, como também eleva a temperatura de 300 a 
400 ºC. Dos três elementos citados, o silício e o carbono são os que liberam maior 
quantidade de calor, com efeito: 
 Si + O2 = SiO2 + 6.750 kcal/kg de silício 
 C + O = CO + 2.407 kcal/kg de carbono 
 Mn + O = MnO + 1.757 kcal/kg de manganês. 
 
A operação dura somente de 10 a 20 minutos. Os produtos da reação do 
silício e do manganês formam a escória e, os do carbono formam os gases (CO) 
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monóxido de carbono (venenoso) que escapa da boca do conversor. A 
capacidade dos conversores varia de 1 a 50 toneladas, aproximadamente. 
 
2.4.1 - DEFINIÇÃO 
 
 Após a redução do carbono do ferro gusa 
líquido nos conversores, entre os anos de 1.850 a 
1.900, é que pode se dizer da ocorrência da 
fabricação dos aços. Devido ao grande interesse 
comercial, este material dúctil e maleável fez com 
que vários pesquisadores da época se 
interessassem em investigar a estrutura e 
comportamento mecânico. Desta forma, 
pesquisadores como A. C. Sorby, Gibbs, D. K 
Chernov, F. Abel, J. A. Brinell, F. Osmond e outros 
deram, com suas descobertas, o que hoje é 
definido como aço. 
 
 
Figura 2.11 – Estrutura cristalina da cementita. 
 
• Em 1.863 nasceu a metalografia, com o emprego do microscópio, na 
observação da superfície metálica polida, por A. C. Sorby; 
• Em 1.876, Gibbs anunciou a lei das fases que teve grande interesse no 
estabelecimento dos diagramas de equilíbrio dos sistemas de ligas; 
• Em 1.880, D. K Chernov apresentou o resultado dos seus estudos sobre 
cristalização e macroestruturas dos lingotes de aço vazado. Estuda também os 
tratamentos térmicos; 
• Em 1.883, F. Abel determinou que o composto isolado por KARSTEN, 
carboneto de ferro, corresponde a fórmula Fe3C e conclui que nem todo o 
carbono existente no aço pode ser isolado; 
• Em 1.885, J. A. Brinell verificou que propriedades mecânicas diferentes em 
aços que foram forjados, laminados, estirados e dos que sofreram tratamentos 
térmicos e passa a ser registrado fotograficamente as observações 
microscópicas. Neste mesmo período, F. Osmond publica “Théorie céllulaires 
des propriétes de l' acier”. Sugere as transformações alotrópicas do ferro e a 
existência do ferro γ. 
• Em 1.890, F. Osmond estudou o comportamento do ferro em temperaturas 
elevadas utilizando par termoelétrico Pt/Pt-Rh, e marca as posições dos 
pontos críticos Ar1, Ar2, Ar3, Ac1, Ac2, Ac3 e as suas relações com o ferro α, β e 
γ; 
• Em 1.900, Rozeboon, utilizando os resultados de análises térmicas feitas por 
Robert Austen, e baseando-se nas leis de Gibbs, traça o diagrama da liga de 
Fe-C contribuindo de forma significativa para o desenvolvimento da indústria 
siderurgica; 
• Em 1.903, F. Osmond consagrou os nomes dos constituintes Ferrita, 
Cementita e Perlita, sugeridas por Howe e acrescentou os de Austenita e 
Martensita. 
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 Em função do diagrama de equilíbrio traçado por Rozeboon, O aço pode 
ser definido como uma liga binária de ferro-carbono, tendo comoteor mínimo de 
carbono o valor de 0,008%, a temperatura ambiente e, como teor máximo de 
carbono, o valor de 2,1%, a temperatura de máxima solubilidade (1.148 ºC), além 
de alguns elementos químicos residuais oriundos de sua fabricação (Mn, P, Si, S) 
e, às vezes, outros elementos adicionados para melhoria de suas propriedades 
(Cr, V, W). 
 
 Do diagrama de equilíbrio do Fe-C, pode-se definir também o denominado 
ferro fundido que é uma liga binária de ferro-carbono, tendo como teor mínimo de 
carbono o valor de 2,1%, a temperatura ambiente e, como teor máximo de 
carbono, o valor de 6,7%, a temperatura ambiente. Entretanto, o ferro fundido é 
obtido diretamente do ferro gusa que tem teores elevados de silício, 
denominando-se 
assim como uma liga 
ternária composta 
basicamente de três 
elementos: ferro, 
carbono (2 a 4,5%) e 
silício (1 a 3%) além 
de alguns elementos 
químicos residuais 
oriundos de sua 
fabricação (Mn, P, S) 
ou quando ligados 
com elementos 
adicionados para 
melhoria de suas 
propriedades. Na 
prática, o ferro 
fundido contém de 
2% a 4,5% de 
carbono e 
principalmente com 
teores próximo de 
4,3% de carbono 
visto que o eutético 
produzido por esta 
concentração de 
carbono reduz a 
temperatura de 
solidificação (1.148 
ºC). 
 
 
 
Figura 2.12 – Diagrama de equilíbrio do ferro-carbono. 
 
0 1 2 3 4 5 6
0
500
1000
1500
(Feα ) + Fe3C + (Grafite)
1538
1394
912 
0,77%
0,008 2,11
Líquido + Fe3C
1148 oC 4,3%
727 oC
FERROS FUNDIDOSAÇOS
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO Fe - C
(Feα )
(Feα ) + Fe3C
Austenita (Feγ) + líquido
Austenita (Feγ ) + Fe3C
Austenita (Feγ )
6,7
Solidus
Liquidus
Líquido
TE
M
PE
RA
TU
RA
 ( 
 o C
 )
%C
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 O ferro, como todos os metais no estado sólido, tem estrutura cristalina. 
Além disso, pode apresentar-se em duas formas cristalinas diferentes: cúbica de 
corpo centrado e cúbica face centrada. A 
importância deste fato é que, enquanto a 
forma CCC pode dissolver carbono até um 
máximo de 0,008%, a forma CFC pode 
dissolver até 2,1 % de carbono. Pelo gráfico 
esquemático abaixo, observa-se que há 
pontos de parada (temperatura constante), 
denotando mudança de fase. Pode-se 
observar que, no resfriamento, há expansão 
de volume. Entretanto, nas paradas, (Ar1, Ar2 
e Ar3 – transformações no resfriamento) 
observa-se contrações que são devidas 
também às mudanças de fase. Não é 
considerada a variável pressão, visto que a 
maioria das reações metalúrgicas ocorre 
sempre à pressão constante, e no caso, a 
pressão é uma atmosfera. 
 
Figura 2.13 – Curva de resfriamento do ferro. 
 
 A figura, que segue, mostra de forma ampliada o diagrama de equilíbrio do 
aço. A região circulada mostra a área de interesse de conformação mecânica a 
quente dos aços comuns no comércio. Vê-se, pelo diagrama de equilíbrio do Fe-
C, que os aços podem ser divididos 
em três grupos: 
• hipo-eutetóide - com carbono 
até 0,77%; 
• eutetóide - com carbono igual 
a 0,77%; 
• hiper-eutetóide - com carbono 
superior a 0,77%; 
 Como observação, é 
interessante salientar que este 
diagrama é teórico, pois parte do 
princípio que a velocidade de 
resfriamento é infinitamente lenta e 
que não há outros elementos de liga 
que possam influenciar nas curvas 
de resfriamento. Assim sendo, não 
deve ser usado para tratamentos 
térmicos comerciais. 
 
 
Figura 2.14 – Diagrama de equilíbrio - aço. 
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Feγ
AcmA3
A1 A1
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO Fe-C - AÇOS
Feα+Feγ Feγ + Fe3C
2,11%
912
0,0218%
727 oC
0,77%
Austenita
Líquido + austenita
Líquido
Liquidus
TE
M
PE
RA
TU
RA
 
 ( 
 o C
 )
%C
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2.4.2 - CONSTITUINTES DA LIGA FERRO CARBONO 
 
 As ligas Fe-C são formadas por grupos de cristais que recebem o nome de 
constituintes, e dependendo da forma de resfriamento da liga, podem ser 
denominados em constituintes primários (por resfriamento lento) ou secundários 
(por tratamento térmico) e também de acordo com as proporções dos 
componentes das ligas. São denominados: ferrita, cementita, perlita, austenita, 
martensita, bainita, troostita, sorbita, ledeburita, esteadita e grafita, cujas 
características serão visto a seguir: 
 
Ferrita - A ferrita é uma solução sólida de carbono em ferro alfa (Fe α). Sua 
solubilidade na temperatura ambiente é tão 
pequena que dissolve apenas 0,008% de 
carbono. Por isso, praticamente se considera 
a ferrita, como sendo ferro puro. A máxima 
solubilidade de carbono no ferro alfa é 
0,0218% de carbono a 727 ºC. A ferrita é um 
dos constituintes mais moles e dúcteis dos 
aços. Cristaliza-se sob a forma cúbica de 
corpo centrado (CCC). Tem dureza de 90HB 
aproximadamente, resistência a ruptura de 28 
kgf/mm² (Lr ≈ 280 MPa), alongamento de 35 a 
40%, é magnética até 770°C. 
 
Figura 2.15 – Ferritas. 
 
Cementita – É o carboneto de ferro de fórmula Fe3C, e contém, portanto 6,67%C 
e 93,33% de ferro. É um dos constituintes 
mais duros e frágeis dos aços, alcançando 
dureza de 700HB ou 68HRC. É magnética 
até a temperatura de 2.110 °C, a partir da 
qual perde o magnetismo. Cristaliza-se sob 
forma ortorrômbica. 
 
 
 
 
 
Figura 2.16 – cementitas. 
 
Perlita – É um constituinte composto por 88% de ferrita e 11,5% de cementita. 
Tem semelhança com madre-pérola A perlita tem uma dureza de 
aproximadamente de 200HB, resistência a ruptura de 80 kgf/mm2 (Lr ≈ 800 MPa) 
e alongamento de 15%. Cada grão de perlita está formado por lâminas ou placas 
alternadas de cementita e ferrita. A estrutura lamelar se observa na perlita quando 
ocorre resfriamento lento. 
 
 
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a) b) 
Figura 2.17 – Perlitas. A) Perlita normal; B) Perlita sorbítica. 
 
 Se o resfriamento é mais brusco, a estrutura é mais borrosa e é 
denominada então de perlita sorbítica. Há outros autores que consideram essa 
estrutura como sorbita. Se a perlita lamelar permanecer durante algum tempo a 
uma temperatura um pouco inferior a critica (727 °C) a cementita toma a forma de 
glóbulos incrustrados à massa da ferrita, recebendo assim, a denominação de 
perlita globular ou esferoidizada. 
 
Austenita - É uma solução sólida de carbono em ferro gama (Fe γ). É um dos 
constituintes mais elásticos dos aços. A quantidade de carbono dissolvido na 
estrutura cristalina, varia entre 0 e 2,11%, sendo a concentração de carbono de 
2,11% a máxima solubilidade a temperatura de 1.148 °C. Pode-se obter 
estruturas austeníticas nos aços na temperatura ambiente, em aços com elevado 
teor de níquel, sendo esta austenita não 
estável e com o tempo poderá transformar-se 
em ferrita e perlita ou perlita e cementita. Elas 
se apresentam em aços ligas especiais como, 
por exemplo, o cromo-níquel, sendo 
denominadas de austenita retida ou residual. 
A austenita é formada por cristais cúbicos de 
face centrada (CFC), onde os átomos de 
carbono estão inseridos principalmente nas 
faces das células unitárias. 
 
Figura 2.18 – Austenita. 
 
 A austenita nos aços carbono, se os mesmos não contem elementos de 
liga, começa a se formar em temperaturas de 727 °C (linha A1 ponto crítico 
inferior), e a partir da temperatura crítica superior (linha A3 ou Acm), encontra-se 
toda a massa transformada em cristais de austenita. A austenita tem dureza deaproximadamente 300HB, resistência a ruptura de 100 kgf/mm2 (Lr ≈ 1.000 MPa) 
e alongamento de 30% e não é magnética. 
 
Martensita - É uma solução sólida saturada de carbono em ferro alfa (Fe α). É 
obtida por resfriamento muito rápido dos aços, uma vez elevando-se à 
temperatura suficiente para conseguir uma constituição austenítica. A martensita 
se apresenta sob a forma agulhas devido a grande deformação da rede cristalina, 
visto que o resfriamento rápido mantém os átomos de carbono que estavam 
dissolvidos na estrutura cúbica de face centrada da austenita, mantendo-se na 
estrutura cúbica de corpo centrado do ferro alfa, a baixa temperatura. 
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Antigamente acreditava-se que a martensita originava uma estrutura tetragonal 
em virtude da grande dureza, assemelhando-se a estrutura do diamante. A 
dureza da martensita pode atribuir-se à tensão produzida entre os cristais 
deformados, da mesma maneira que os 
metais deformados a frio, onde a tensão 
entre os grãos aumenta, em conseqüência, 
a dureza aumenta. A percentagem de 
carbono da martensita não é constante, 
sendo que varia até o máximo de 0,8%C, 
aumentando sua dureza, resistência 
mecânica e fragilidade, com o aumento de 
carbono. Sua dureza varia de 50 a 68 HRC, 
resistência mecânica de 175 a 250 kgf/mm2 
(1.750 a 2.500 MPa), alongamento de 0,5 a 
2,5% e é magnética. 
Figura 2.19 – Martensita. 
 
Bainita - É uma solução sólida saturada de carbono em ferro alfa (Fe α). É obtida 
também por resfriamento rápido dos aços com concentração de carbono acima de 
0,3%. O processo de obtenção de bainita é similar ao da martensita, entretanto 
esta e evidenciada pelo início da 
transformação das lamelas de 
cementita, ou seja, um processo de 
transformação interrompida da perlita. 
Apresenta durezas intermediárias da 
perlita fina com a martensita. Em outras 
palavras, a bainita, tanto quanto a 
martensita, é um constituinte 
secundário da liga Fe-C que sofreu 
tratamento térmico com resfriamento 
rápido. 
 
Figura 2.20 – Bainita inferior. 
 
 A bainita é obtida por transformação isotérmica da austenita, entre as 
temperaturas de 250 e 500 °C, durante um tempo suficiente para que toda massa 
se transforme. Tal operação recebe de peças de pequenas dimensões. Possui 
excelentes propriedades mecânicas e não necessita de operações de revenido 
após ter sido obtida. Pode-se obter dois tipos de bainita, dependendo da 
temperatura em que o material foi tratado. A bainita superior, de aspecto 
arborescente, é obtida entre a temperaturas de 300 e 500 °C e a bainita inferior 
de aspecto acicular, similar a martensita, é obtida entre temperaturas de 250 e 
400 °C. As duas bainitas são constituídas por placas de carbono sobre uma 
matriz ferrítica. 
 
 
 
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Trostita - A trostita se obtém por transformação isotérmica da austenita entre as 
temperaturas de 500 e 600 °C. A trostita também é obtida através do resfriamento 
com a velocidade inferior a crítica 
(velocidade crítica de resfriamento é a 
mínima velocidade para que toda a 
austenita se transforme em martensita). A 
trostita se apresenta em forma de módulos 
de lâminas radiais de cementita sobre a 
ferrita, parecidas com as da perlita, porem 
mais finas. A dureza da troostita é de 
aproximadamente 450HB, resistência 
mecânica de 250 kgf/mm2 (2.500 MPa) e 
alongamento de 7,5%. 
 
Figura 2.21 – Trostita. 
 
Sorbita - A sorbita é obtida por transformação isotérmica da austenita, entre as 
temperaturas de 600 e 650 °C e mantendo esta temperatura constante durante 
um tempo suficiente para toda massa se transforme. Também é obtida, quando 
resfriamos a austenita a uma velocidade bem inferior a velocidade crítica de 
resfriamento. Por essa razão aparece nos 
aços forjados e laminados, nos quais a 
velocidade de resfriamento suficientemente 
rápida não dá tempo para a formação da 
trostita. A sorbita se apresenta sob a forma 
de lâminas, ainda mais finas que as da 
trostita, e também parecidas com as da 
perlita. A dureza da sorbita é de 
aproximadamente 350 HB e resistência a 
ruptura de 100 kgf/mm2 (Lr ≈ 1.000 MPa) e 
alongamento de 15%. 
 
Figura 2.22 – Sorbita. 
 
Ledeburita - A ledeburita não é um constituinte dos aços, mas sim dos ferros 
fundidos. É encontrada nas ligas Fe-C com 
teores de carbono superior a 2,11%. É um 
constituinte eutético e empregada para 
designar uma mistura de componentes que 
passam sem decomposição nem 
segregação do estado sólido para o 
líquido. A ledeburita é obtida resfriando-se 
a liga líquida de 4,3% C desde temperatura 
de 1.148 °C, sendo estável até 727 °C, 
decompondo-se em ferrita e cementita. É 
formada por 52% de cementita e 48% de 
austenita. A quantidade total de carbono 
da ledeburita é de 4,3%. 
 
Figura 2.23 – Ledebuirta. 
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Esteadita - É um constituinte de natureza eutética, e aparece nos ferros fundidos 
com mais de 0,15% de fósforo. Como a esteadita se compõem de uns 10% de 
fósforo aproximadamente, e quase todo 
fósforo da liga se encontra neste 
constituinte, pode-se calcular a 
percentagem de esteadita que contém o 
ferro fundido por sua quantidade de 
fósforo. Por exemplo, um ferro fundido que 
contém 0,15% de fósforo, terá 
aproximadamente 15% de esteadita. É 
muito dura e frágil, funde a 960 °C. 
 
 
Figura 2.24 – Esteadita. 
Grafita - A grafita é um dos três estados alotrópicos em que encontramos 
carbono livre na natureza. Possui cor marrom escuro e peso específico 2,25 
g/cm3. Apresenta-se em forma de lâminas nos ferros fundidos cinzentos e em 
forma de esferoidal em alguns ferros fundidos especiais. Confere a liga ferrosa 
baixo valor de dureza, resistência mecânica, elasticidade e plasticidade. No 
entanto melhora a resistência ao desgaste (serve como lubrificante seco) e a 
corrosão. 
 
Em condições de resfriamento lento, as seguintes estruturas são formadas 
no aço: 
a) No aço hipo-eutetóide abaixo de 727 
ºC; • Ferrita + Perlita. 
 
 As quantidades de perlitas aumentam 
com o aumento do teor de carbono, 
diminuindo a quantidade de ferrita. 
 
 
 
 
Figura 2.25 – Microestrutura do aço hipo-eutetóide. Ferritas (claras), perlitas (escuras). 
 
b) No aço eutetóide; • Perlita. 
 
 Com concentração de 0,77% de 
carbono encontram-se na matriz do aço 
somente grãos de perlitas. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.26 – Microestrutura de aço eutetóide. Somente perlitas. 
 
 
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c) No aço hiper-eutetóide até 2% de C; • 
Perlita + Cementita. 
 
 Nos aços com teores acima de 0,77% 
de carbono se encontram grãos perlíticos e, 
no contorno de grão, a cementita, 
caracterizando fragilidade intergranular. 
 
 
Figura 2.27 – Microestrutura de aço hiper-eutetóide. Perlitas e cementitas. 
 
 Nas condições normais, é evidente que nunca há velocidade infinitamente 
lenta. Por outro lado, os elementos de liga influem na morfologia do diagrama de 
equilíbrio. No caso de resfriamento convencional, por exemplo, forno, ar, óleo e 
água, há a formação de outros constituintes, como perlita fina, bainita superior e 
inferior, martensita. 
 
2.4.3 - CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS - ABNT - SAE - AISI 
 
 A classificação, denominada “classificação SAE”, foi organizada, 
apresentada e normalizada em 1.912 nos Estados Unidos da América do Norte, 
pela famosa