Materiais Industriais- Introdução a metalurgia Apresentação

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SEMINÁRIO DE MATERIAIS INDUSTRIAIS
Introdução a Metalurgia;
processamento em alto-forno, obtenção do ferro gusa. Obtenção do ferro fundido e suas propriedades mecânicas e aplicações; processo de fabricação do aço, suas propriedades e aplicações. Características das ligas de aço, metalografia da estrutura do aço. Tratamentos térmicos, termofísicos e isotérmicos dos aços. Tratamento térmico de têmpera em aços, suas características e aplicações.
Nathália Cavadas
Maria Gabriela Domingues
UNIFATEA - 3º P de DESIGN 2018
Introdução a Metalurgia
A metalurgia é a ciência que estuda a extração, transformação e aplicação de materiais metálicos, como ferro (Fe), o ouro (Au), prata (Ag) e o bronze (Cu-Sn). 
O ferro é o metal mais produzido pelo homem, respondendo por mais de 90% da produção em escala global em massa de metais.
A metalurgia pode ser dividida em três classes:
Metalurgia Extrativa
Extração e beneficiamento de metais;
Metalurgia Física
Fundamentos dos fenômenos metalúrgicos;
Metalurgia de Transformação
Processos de Fabricação de Produtos/Componentes Metálicos;
Metalurgia Extrativa
Há diversas divisões para o estudo como:
Processos pré-extrativos
Extração e beneficiamento de minérios
Processos Extrativos
Obtenção de materiais metálicos (elementares) a partir dos seus respectivos minérios
Processos de Refino
Obtenção de ligas com composição definidas
Exemplo de aplicação do Processo Extrativo
1ª etapa - Extração: redução dos minérios de Fe em Alto Forno.
Alto forno: Sistema de fornalha para fundir minérios de ferro para produzir ferro gusa. A conversão dos óxidos de ferro em ferro metálico é um processo redutor no qual os agentes redutores são monóxido de carbono e o hidrogênio.
O alto forno é o primeiro estágio na produção de aço e partir dos óxidos de ferro. Atualmente um alto forno produz cerca de 13000 toneladas de ferro gusa por dia.
Sobre Ferro Gusa
Composição do Ferro gusa:
4,5% de Carbono
0,4% Silício
0,3% Manganês
0,1% Fósforo
0,03% Enxofre
Etapas da produção do ferro gusa:
1º Passo: Extração do minério de ferro;
2º Passo: Mistura do minério de ferro com o coque e óxido de cálcio (ou óxido de magnésio);
3º Passo: Injeção de ar preaquecido. O gás oxigênio do ar reage com o carvão e produz o monóxido de carbono (CO), que é o agente redutor do processo de produção do ferro gusa;
C + O2 → CO(g)
4º Passo: O calor do ar quente e da combustão do carvão realizam a fusão do minério de ferro;
5º Passo: Ocorre a reação química entre o monóxido de carbono e o óxido de ferro (como a hematita), formando o ferro metálico (Fe) fundido, isto é, o ferro gusa, além de elementos como carbono, enxofre, manganês, etc.
Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3CO2
Obs: Existem empresas siderúrgicas produtoras do ferro gusa que, ao produzi-lo, já produzem em seguida o aço a partir dele.
A produção o ferro gusa é extremamente importante econômica e industrialmente, porém sua realização principalmente em altos fornos, leva aos seguintes danos ambientais:
Intenso desmatamento para produção de carvão;
Aumento da emissão de dióxido de carbono no ar atmosférico;
Emissão de óxidos de enxofre na atmosfera;
Emissão de poluentes orgânicos de potencial cancerígeno.
Ferro Fundido
Se tornou um metal popular, largamente aplicado na produção industrial graças ao baixo custo e sua vasta gama de propriedades mecânicas desejáveis, como: 
A boa fundibilidade;
Propriedade de usinagem conveniente; 
Melhor resistência ao desgaste.
Em busca dmelhorar as propriedades mecânicas dos ferros fundidos nodulares utiliza-se a técnica de adição de elementos de ligas.
Existem alguns tipos de ferro fundido:
Ferro Fundido CINZENTO (Gray iron)
Ferro Fundido DÚCTIL ou Nodular (Spheroidal iron) 
Ferro Fundido BRANCO (White iron)
Ferro Fundido MALEÁVEL (Malleable iron)
Ferro Fundido VERMICULAR (Vermicular iron)
Obs: Cada um destes tipos possuem características particulares pois os processamentos são distintos.
Processo de Metalurgia Extrativa
2ª etapa - Refino: fabricação de aço em conversores.
Para entender melhor a metalurgia é necessário compreender que:
Material Processamento Produto
Resumindo de forma rústica este processo podemos entender da seguinte forma:
	Naturalmente os minérios não são puros, pois são as junções de diversos materiais. 
	O processo mais comum para obtenção dos aços envolve a redução do minério de ferro pelo monóxido de carbono, em alto forno.
	Ao final do processo, elementos de liga e desoxidantes podem ser adicionados e operações complementares de refino realizadas para ajustar a composição final do material. 
	Após sua solidificação, obtém-se um lingote, ou placa, que é submetido a um conjunto de operações visando a obtenção de um produto final com forma desejada.
Metalurgia Física
Os tratamentos térmicos e mecânicos aplicados a um produto intermediário não visam apenas obtenção de uma peça final de formato e dimensão desejada.
Metalurgia física dos Aços:
Aço acalmado: nele não se forma nenhuma quantidade de gás. 
Aço semi-acalmado: nele evolui uma quantidade reduzida de gases, mas suficiente para compensar totalmente a contração de volume devida à solidificação.
Aço capeado: evolução de gás no início da solidificação foi muito intensa, mas sua intensidade foi reduzida tapando-se a lingoteira e aumentando-se assim a pressão ferrostática.
Aço efervescente: reação de efervescência intensa e livremente e sua contração e a sua contração de volume devida à solidificação foi compensada pela formação de bolhas. Superficialmente o lingote apresenta uma camada muito pura, entretanto o seu centro é caracterizado pela segregação mais intensa de elementos como o carbono, fósforo e enxofre.
Propriedades destaque do Aço:
Plasticidade
Ductilidade
Resiliência
Fluência
Fadiga
Dureza
Elasticidade
Metalurgia de Transformação
metalurgia de transformação estuda os processos mecânicos e metalúrgicos de fabricação. 
Os processos mecânicos de fabricação utilizam tensões para as transformações de forma necessárias para a obtenção de um determinado produto. Produtos estes que são classificados em função da magnitude das tensões utilizadas.
Ferros e Aços
O teor de carbono exerce significativa influência nas propriedades mecânicas dos aços. Maior o teor de carbono no metal maior é sua dureza.
Os elementos de liga são outros elementos, além do ferro e do carbono.
Elementos de liga mais populares:
Alumínio (Al)
Chumbo (Pb)
Cobalto (Co)
Cromo (Cr)
Enxofre (S)
Fósforo (P)
Manganês (Mn)
Entre outros...
Tratamentos térmicos
Têm o objetivo de proporcionar alterações de propriedades mecânicas, térmicas, químicas, elétricas ou magnéticas para atender os processos de fabricação ou as especificações finais do produto. 
Tratamentos térmicos visão:
Remover tensões internas
Aumentar ou diminuir a dureza
Aumentar a resistência mecânica
Melhorar a ductilidade
Melhorar a usinabilidade
Pra quê?
Melhorar resistência ao desgaste
Melhorar as propriedades de corte
Melhorar a resistência à corrosão
Melhorar a resistência ao calor
Modificar as propriedades elétricas e magnéticas
Tratamentos térmicos
Os principais tipos de tratamento térmicos são: recozimento, normalização, têmpera.
Recozimento: Aquecer o metal
Normalização: Resfriamento pelo ar.
Tempera: consiste no resfriamento rápido do aço em um meio como óleo, água, salmoura ou mesmo ar. 
Resfriamento na têmpera:
Dois fatores influenciam a velocidade com a qual as diferentes posições na peça resfriam:
• Velocidade de extração do calor na superfície da peça: é função do meio de têmpera selecionado.
• Transmissão de calor por condução dentro da peça: é influenciada pela geometria da peça: dimensões e forma.
Em função disso podem se formar diferentes microestruturas na superfície e no interior da peças.
Tratamentos termoquímicos:
Os tratamentos termoquímicos têm por objetivo alterar as propriedadessuperficiais do aço. 
Ex: cementação, nitretação e carbonitretação
Por fim
		A metalurgia possui diversos assuntos e aspectos interessantes para estudo. Infelizmente, apenas um seminário não é capaz de abranger todo o conteúdo.
Obrigada...