Materiais de Construção Mecânica Slide 4

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AULA 04: AÇOS E AÇOS LIGA - INTRODUÇÃO 
Materiais de construção mecânica 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
Aula 04: Aços e aços liga - introdução 
AULA 04: AÇOS E AÇOS LIGA - INTRODUÇÃO 
Materiais de construção mecânica 
Temas/objetivos desta aula 
CRITÉRIOS DE 
CLASSIFICAÇÃO; 
1 
IMPUREZAS 
NOS AÇOS; 
3 
PRÓXIMOS 
PASSOS 
EFEITOS DOS 
ELEMENTOS DE LIGA; 
2 
NORMAS E 
PADRONIZAÇÃO; 
4 
INFLUÊNCIA DO TEOR 
 DE CARBONO. 
5 
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Critérios de classificação 
Tipos de ligas metálicas 
 
Ligas ferrosas — aquelas em que o ferro é o constituinte principal — são produzidas em maior quantidade 
do que qualquer outro tipo de metal. Essas ligas são especialmente importantes como materiais de 
construção em Engenharia. Seu amplo uso é o resultado de três fatores: 
 1 - os compostos contendo ferro existem em quantidade abundante na crosta terrestre; 
 2 - o ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de fabricação relativamente 
econômicas; e 
 3 - as ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido de que podem ser fabricadas com uma 
ampla variedade de propriedades físicas e mecânicas. 
 
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Critérios de classificação 
Esquema de classificação para as várias ligas ferrosas(CALLISTER Jr. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma 
Introdução, 9ª edição. LTC, 07/2016). 
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O ferro um dos elementos da tabela periódica. Disponível em: 
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/elementos-quimicos.htm. 
Acesso em: 27 out. 2016. 
Critérios de classificação 
O Ferro 
 
É o metal mais utilizado pelo homem. A abundância dos minerais, o 
custo relativamente baixo de produção e as múltiplas propriedades 
físico-químicas que podem ser obtidas com adição de outros 
elementos de liga são fatores que dão ao metal uma extensa 
variedade de aplicações. 
 
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Critérios de classificação 
A produção do ferro gusa é feita no alto forno. 
Disponível em: 
https://ge902ferro.wordpress.com/processos/processa
mento-mineral/. 
Acesso em: 27 out. 2016. 
Definições Básicas 
 
 
• Ferro “puro”: material que contém, no máximo, 0,008% p de 
carbono em sua composição. 
 
• Aços carbono: é a liga que contém de 0,008 a 2,11% p de 
carbono em peso. 
 
• Aços liga: contém além de carbono outros elementos em sua 
liga. 
 
• Ferro Fundido: ligas com teores de carbono variando entre 2,11 
e 6,67% em peso. 
 
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Critérios de classificação 
Classificação dos aços quanto à estrutura 
 
 
• Perlíticos: com ou sem elementos de liga em teores relativamente baixos (até 5%); suas propriedades 
mecânicas podem ser melhoradas, por têmpera e revenido; usinabilidade pode também ser melhorada 
pelo teor de carbono. 
 
• Martensíticos: quando os teores de elementos de liga ultrapassam 5%; apresentam dureza muito 
elevada e baixa usinabilidade. 
 
• Austeníticos: caracterizados por reterem este tipo de estrutura até a temperatura ambiente, devido aos 
elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidáveis, não magnéticos e 
resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a este grupo. 
 
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Critérios de classificação 
Classificação dos aços quanto à estrutura 
 
 
• Ferríticos: também caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou Si), mas 
com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no estado recozido apresenta eventualmente 
pequenas quantidades de cementita. 
 
• Carbídicos: apresentam quantidades consideráveis de carbono e de elementos formadores de 
carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura consiste em uma matriz de martensita ou austenita, 
dependendo da composição química. Aços utilizados em ferramentas de corte e matrizes. 
 
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Efeitos dos elementos de liga 
 A aplicação mais importante de transformação alotrópica do ferro se encontra nas ligas ferro-carbono. O 
carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferro, isto é, os átomos de carbono se colocam nos 
interstícios da estrutura cristalina do ferro. 
 
A consequência prática deste tipo de solução é que teremos uma liga de baixo custo e com possibilidades de 
uma grande variação nas propriedades dependendo do teor de carbono e do tratamento térmico utilizado. 
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Efeitos dos elementos de liga 
 A adição de elementos de liga visa: 
 
• Alterar as propriedades mecânicas; 
• Aumentar a usinabilidade; 
• Aumentar a temperabilidade; 
• Conferir dureza a quente; 
• Conferir resistência à corrosão etc. 
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Efeitos dos elementos de liga 
Elementos benéficos à liga 
 
• Alumínio: utilizado em pequenas proporções como desoxidante e controlador do tamanho dos 
grãos. 
• Chumbo: apesar de não se ligar ao aço auxilia na usinagem. 
• Cobalto: aumenta a dureza do aço sob altas temperaturas 
• Cobre: melhora a resistência à corrosão por agentes atmosféricos, se utilizado em teores 
de 0,2 a 0,5%. 
• Cromo: melhora a resistência à corrosão, aumenta a resistência à tração e aumenta a 
resistência ao desgaste. 
 
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Efeitos dos elementos de liga 
Elementos benéficos à liga 
 
• Manganês: para cada 1% de manganês adicionado a liga, aumenta-se em 100 Mpa a resistência à 
tração. 
• Molibdênio: para aços inoxidáveis melhora a resistência à tração. Para os demais, aumenta a 
resistência a dureza após a têmpera. 
• Níquel: para cada 1% de níquel adicionado a liga, aumenta-se em 40 Mpa a resistência à tração. 
• Tungstênio: aumenta a resistência à tração em altas temperaturas. 
• Vanádio: refina a estrutura do aço impedindo o crescimento dos grãos. Forma carbonetos duros e 
estáveis e é utilizado em aços para ferramentas. 
 
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Impurezas nos aços 
Alguns elementos químicos encontrados nas ligas ferrosas são considerados impurezas, pois trazem algum 
problema ao aço. Como exemplo: 
 
• Fósforo: causa fragilização no aço, efeito acentuado com o aumento do teor de carbono. Deve ser 
cuidadosamente controlado no processo produtivo. 
• Estanho: causa fragilização a frio, semelhante ao fósforo. Sua presença no aço se deve à presença 
de chapas soldadas ou estanhadas na sucata. 
• Oxigênio: endurece o aço tornando-o frágil e menos tenaz. Durante o processo produtivo, 
adiciona-se elementos desoxidantes fazendo com que o oxigênio se torne inofensivo. 
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Impurezas nos aços 
Alguns elementos químicos encontrados nas ligas ferrosas são considerados impurezas, pois trazem algum 
problema ao aço. Como exemplo: 
 
• Hidrogênio: causa fragilização e pode ser eliminado durante o processo produtivo através de 
desgaseificação. 
• Enxofre: indesejável na maioria dos casos. É oriundo dos processos de fabricação. Se combinado 
com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço quebradiço. Se combinado com o manganês 
facilita a usinagem. 
 
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Normas e padronizaçãoAlgumas instituições normativas internacionais. Disponível em: 
http://www.din.de/de/, http://www.jisc.go.jp/eng/, 
http://www.bsigroup.com/pt-BR/Normas/. 
 Acesso em: 27 out. 2016. 
Padrão internacional, existe? 
 
Infelizmente não existe um padrão internacional. Pelo 
contrário, há várias classificações aceitas pelo mundo. 
 
 Por conta da grande variedade dos aços, sistemas de 
classificação são criados, onde os mais utilizados são: 
 
SAE – Society of Automotive Engeneers (Sociedade de 
 Engenharia Automotiva); 
AISI – American Iron and Steel Institute (Instituto Americano 
 de Ferro e Aço); 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. 
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Normas e padronização 
As três instituições citadas seguem, aproximadamente, o 
mesmo método numérico de identificação, através da 
utilização de quatro algarismos: 
 
• O primeiro algarismo é um número de 1 a 9 e identifica o 
aço, determinado pelo tipo de elemento de liga básico; 
• O segundo algarismo indica o grupo dentro do tipo. Um 
elemento de liga simples é indicado por seu percentual 
médio; 
• O terceiro e o quarto algarismos indicam o percentual 
médio de carbono em centésimos percentuais. 
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Normas e padronização 
Resumindo... 
 
 aço SAE 1045: 
 
• 1 = indica o tipo de aço (aço carbono); 
• 0 = indica o grupo dentro do tipo (aço comum); 
• 45 = indica o teor médio de carbono (0,45% de 
carbono aproximadamente). 
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Influência do teor de carbono 
Classificação dos aços quanto ao teor de carbono 
 
Aços baixo carbono (teor menor que 0,25% p C): 
 
• Não respondem a tratamentos térmicos objetivando a formação de martensita; 
• O aumento de resistência é alcançado a partir de trabalho a frio; 
• Microestruturas presentes: ferrita e perlita; 
• Aplicações: estruturas, chapas etc. 
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Influência do teor de carbono 
Classificação dos aços quanto ao teor de carbono 
 
Aços médio carbono (teor entre 0,25% e 0,60% p C): 
 
• Podem ser tratados por austenitização, têmpera e revenido para a melhora de 
suas propriedades mecânicas; 
• Geralmente utilizados com a microestrutura da martensita revenida; 
• Aplicações: trilhos, peças de máquinas etc. 
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Influência do teor de carbono 
Classificação dos aços quanto ao teor de carbono 
 
Aços alto carbono (teor entre 0,60% e 1,40% p C): 
 
• Os mais duros e resistentes e menos dúcteis dentre todos os aços; 
• Geralmente utilizados na condição endurecida e revenida; 
• Aplicações: ferramentas, matrizes etc. 
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Exercícios 
1. Explique a função de cada um dos quatro algarismos utilizados na padronização dos 
aços. 
 
2. Defina aço e ferro fundido. 
 
3. Comente sobre os efeitos do carbono nos aços. 
 
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Respostas dos exercícios 
1. O primeiro algarismo indica o tipo de aço, o segundo algarismo informa o grupo dentro 
do tipo e os terceiro e quarto algarismos mostram o percentual centesimal de carbono. 
 
2. Aços carbono é a liga que contém de 0,008 a 2,11% p de carbono em peso, já os ferros 
fundidos são ligas com teores de carbono variando entre 2,11 e 6,67% em peso. 
 
3. Aços baixo, médio e alto carbono. 
 
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Saiba mais 
 Veja o vídeo Gerdau sobre o processo produtivo de fabricação do aço. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=eT7-B43yPW0> , acessado em 22/11/2016; 
 Leia o capítulo 11 do livro CALLISTER, Jr. W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e Engenharia de 
Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2016. p. 388-453 
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ASSUNTOS DA PRÓXIMA AULA: 
 
 
Aços para arames e fios; 
 
Aços para molas. 
AVANCE PARA FINALIZAR 
A APRESENTAÇÃO.