11 Materiais Ferrosos I

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Materiais Ferrosos I
Elaborado por: Leopoldina Alves e Milena Vieira
11ºº Ano Ano 
22ºº SemestreSemestre
Ligas IndustriaisLigas Industriais
Ligas Ferrosas
Aços Carbono
Aços Liga
Ferros Fundidos
Ferro-Ligas (Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr-Mn)
Ligas Leves
L. Alumínio
L. Titânio
L. Magnésio
L. Berílio
Ligas Cobre
Cobre Electrolítico
L. Cu-Zn (Latões)
L. Cu-Sn (Bronzes)
L. Cu-Al (Bronze de alum.)
L. Cu-Ni (Cuproníqueis)
Ligas Níquel e Cobalto
L. Níquel
Superligas
Ligas Baixo Ponto Fusão
L. Zinco
L. Chumbo
L. Estanho
L. Chumaceiras
Materiais Refractários
Mo
W 
Nb
Ta
Ligas IndustriaisLigas Industriais
Ligas IndustriaisLigas Industriais
Ligas IndustriaisLigas Industriais
LIGA:
Solução sólida constituída por mistura a nível atómico de um metal com
outro ou outros elementos metálicos ou não, com finalidade de melhorar
certas propriedades mecânicas ou outras.
Elementos de adição Elementos residuais e impurezas
(resultantes do processo de elaboração,
existentes no minério,coque e fundente)
Ligas IndustriaisLigas Industriais
Classificação das Ligas Metálicas
1 - Composição
2 – Método de Processamento
Ligas de trabalho mecânico (wought alloys)
Após solidificação inicial são sujeitas a laminagem ou forjamento, a frio ou a quente, para
formação de de produtos semi-acabados de geometria simples (barras, chapas, perfis, 
varões,…)
Ligas de Fundição (cast alloys)
Solidificam-se em lingotes que são utilizados para posterior fusão e vazamento em moldações
Ligas de Pulverometalurgia (P/M alloys)
Obtidas a partir de mistura e compactação de pós dos constituintes das ligas, resultando 
directamente no produto final 
3 – Forma geométrica de comercialização
Chapa, Barra, Varão, Tubo,…
Ligas IndustriaisLigas Industriais
Estruturas de Fundição:
. Grão grosso e irregular;
. Orientação preferencial;
. Segregação de fusão
(Zoneamento);
. Filmes de impurezas a
envolver os grãos;
. Porosidades
Características microestruturais
Deformação a quente*:
. Refinamento do tamanho de grão;
. Eliminação da orientação preferencial;
.Eliminação completa ou parcial da
segregação;
. Eliminação de filmes de impurezas a
envolver os grãos;
. Eliminação Porosidades
* - Melhoria de propriesdades em relação ao estado resultante de fusão;
- Os filmes de impurezas são muitas vezes deslocados segundo a direcção de 
deformação, formando fibras orientadas, paralelas, 
Ligas FerrosasLigas Ferrosas
. O ferro é o mais barato e, a par com o alumínio, é um dos mais abundantes elementos
metálicos
Ligas Ferrosas
Ligas Fe-C: Aços (C<2%)
Ferros Fundidos (2%<C<4%)
Ferro-Ligas (Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr-Mn)
. O ferro puro não tem aplicação industrial devido à sua fraca resistência
. A presença de carbono, mesmo em baixas concentrações, eleva bastante a sua resistência
. As ligas ferrosas constituem cerca de 90% da produção mundial de produtos metálicos
. As ligas Fe-C podem ser produzidas em grande escala a custo relativamente baixo
. Apresentam uma larga faixa do espectro de propriedades mecânicas e outras
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas -- AAççosos
. Correspondem no diagrama Fe-C às ligas de teor em carbono entre 0.005% e ~2%
(industrialmente não ultrapassa 1.6%)
. Constituição: consoante o teor em carbono
- ferrite e perlite
- perlite
- perlite e cementite
. Devido às matérias primas utilizadas (minério, sucata e coque) e ao processo de elaboração, 
o aço contém sempre outros elementos (metálicos ou não).
- Mn, Si, P, S (sempre)
- Al, Sn, Ti, V, Cr (oligoelementos)
- O, H, N (gases)
- Inclusões não metálicas (impurezas)
. Aços: - Aço não ligado ou Aço-carbono
- Aço ligado:
. Aço baixa liga ou fracamente ligado
. Aço alta liga ou fortemente ligado
LIGAS FERRO-CARBONO
AÇOS FERROS FUNDIDOS
Sem liga ou
Aço-carbono
0<%C<2 2<%C<4
Se não contiver nenhum 
elemento de liga em quantidade 
superior aos mínimos indicados
Aço ligado
Se nenhum elemento de liga 
atingir um teor de 5%
Aço de 
baixa liga
Aço de
alta liga
Se pelo menos um el. de 
liga ultrapassar um teor de 
5%
Teores máximos de alguns elementos nos 
aços sem liga:
• Al – 0,10%
• Bi – 0,10
• B – 0,0008
• Cr – 0,30
• Co – 0,10
• Cu – 0,05
• Mn – 1,65
• Mo – 0,08
• Ni – 0,30
• Nb – 0,06
• Pb – 0,40
• Se – 0,10
• Si – 0,50
• Ti – 0,05
• W – 0,01
• V – 0,10
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
Alto Forno
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
Convertidor
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
Open Hearth
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
Vazamento Contínuo 
Vazamento
Produtos 
semi-acabados 
Laminagem 
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
ProduProduçção de Ligas Industriaisão de Ligas Industriais
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas -- AAççosos
Mecanismos básicos de endurecimento 
e aumento de resistência dos Aços
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas -- AAççosos
Critérios de Classificação dos Aços (importância crescente)
1. Processo de elaboração
2. Microestrutura
3. Resistência Mecânica
4. Teor de Carbono
5. Composição Química
6. Aplicação
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
. Designação – identificação de um “grade”, tipo ou classe de aços por um número, letra, 
símbolo ou uma combinação de ambos.
Grade – identifica a composição química
Tipo – qualifica a desoxidação
Classe – identifica outro atributo (ex: dureza, resistência)
. Classificação com base na composição química é a mais consensual
. Necessário estabelecer correspondência entre as diversas designações e normas
. Chave de Aços (Key of Steel) – manual que estabelece a correspondência entre as designações de aços 
dos países maiores produtores 
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Sistema AISI – SAE (American Iron and Steel Institute + Society of Automotive Engineering) 
O sistema AISI-SAE utiliza 4 ou 5 dígitos:
XXXXX
Aço 1040 (0.40% de C; aço carbono) 
Aço 4620 (0.20% de C; aço Ni-Mo) 
Aço 50100 (1% de C; aço Cr) 
Indicam grupo do ou dos principais elementos de liga
Indicam a percentagem nominal de carbono x100
Em adição aos dígitos podem utilizar-se prefixos 
ou sufixos com informação específica 
Nomenclatura AISI-SAE para Aços ao Carbono e Aços ligados
Classificação AISI para aços ferramenta
/ Classe
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Sistema UNS (Unified Numbering System) – criado por ASTM+SAE (American
Society for Testing Materials + Society of Automotive Engineering);
aplicado a todas as ligas metálicas, incluindo os aços.
- constituído por 5 dígitos precedidos
por uma letra;
- a letra indica o sistema metálico em 
causa (ex: A=alumínio; G=aços);
- os dígitos geralmente coincidem com 
os do sistema AISI, correspondente a 
um metal
(ex: G102000 corresponde a 1020 do 
sistema AISI)
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma DIN – Aços - carbono
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma DIN – Aços baixa liga (ligas abaixo de 5%); aços utilizados em construção
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma DIN – Aços baixa liga (ligasabaixo de 5%); aços utilizados em 
construção
Factores de Multiplicação
4 10 100
Cromio (Cr)
Cobalto (Co)
Manganês (Mn)
Níquel (Ni)
Silício (Si)
Tungsténio (W)
Alumínio (Al)
Berílio (Be)
Boro (Bo)
Cobre (Cu)
Molibdénio (Mo)
Chumbo (Pb)
Tântalo (Ta)
Titânio (Ti)
Vanádio (V)
Carbono (C)
Azoto (N)
Fósforo (P)
Enxofre (S)
Ex: Aços para trabalho a frio
61 Cr Si V 5
61 = teor médio de C em centésimas (61/100 = 0.61)
Cr 5 = teor médio em cromio (5/4 = 1.25%)
Si e V = teores médios de Si e V não indicados na norma
Ex: Aços para trabalho a quente
21 Cr Mo V 5 11
21 = teor médio de C em centésimas (21/100 = 0.21)
Cr 5 = teor médio em Cr (5/4 = 1.25%)
Mo 11 = teor médio de Mo (11/10 = 1.10%)
V = teor de V não indicado na norma
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma DIN – Aços alta liga (ligas acima de 5%); aços especiais
Ex: Aços para válvulas
X 45 Cr Ni W 18 9
X = símbolo de aços de alta liga
45 = teor médio de C em centésimas (45/100 = 0.45)
Cr 18 = teor médio de 18% de Cr 
Ni 9 = teor médio de 9% de Ni 
W = teor de W não indicado na norma
Ex: Aços ao tungsténio
S 10 – 4 – 3 – 10
S = símbolo dos aços rápidos 
10 = teor médio de W (10%)
4 = teor médio de Mo (4%)
3 = teor médio de V (3%)
10 = teor médio de Co (10%)
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma AFNOR
Ligas Ferrosas Ligas Ferrosas –– DesignaDesignaçção dos Aão dos Aççosos
Norma AFNOR
• Propriedades dependem do 
trat. térmico e % de 
deformação plástica
• Elevada rigidez
• Podem atingir elevada 
resistência e dureza
• Material por excelência para 
construção mecânica
AAÇÇOS AO CARBONO OS AO CARBONO 
E DE BAIXA LIGAE DE BAIXA LIGA
AÇOS AO CARBONO
• Grande ductilidade
• Bons para extenso trabalho 
mecânico e para soldadura
• Construção de pontes, edifícios, 
navios, caldeiras, e peças de 
grandes dimensões em geral
• Não temperáveis
Baixo Carbono
(%C
0,3)
Médio Carbono
(0,3
%C
0,7)
Alto Carbono
(%C70,7)
• Temperados e revenidos atingem 
boas tencidade e resistência
• Usados em veios, engrenagens, 
bielas, carris, etc
• Elevadas dureza e resistência 
depois de têmpera
• Pequenas ferramentas de baixo 
custo
• Componentes agrícolas sujeitos a 
desgaste
• Molas, engrenagens, cames e 
excêntricos
Os aços ao carbono podem ainda ser obtidos no estado de “laminado a frio”
(cold finished) ou de “laminado a quente” (hot finished), este último para 
%C
0,25.
AAÇÇOS AO CARBONOOS AO CARBONO
A
P
L
I
C
A
Ç
Õ
E
S
 
D
O
S
 
A
Ç
O
S
 
A
O
 
C
A
R
B
O
N
O
AERONAVES
NAVIOS
AUTOMÓVEIS
MOLAS
• Apenas no trem de aterragem (AISI 4340)
• Aço “macio” com %C entre 0,18 e 0,23 para facilitar a 
soldadura
• Carroçaria: 1006, 1008
• Suspensão e direcção: 1021~1046
• Motor: 1046, 1049 (cambota), 1041 (biela), 1041 (pino 
do êmbolo), 1040, 1010 (martelo), 1041, 1547 (válv. 
admissão)
• Veio de transmissão: 1024, 1036, 1045 end. 
superficialmente
• 1050, 1070, 1095 temp. e revenidos
AAÇÇOS AO CARBONOOS AO CARBONO
AÇOS AO CARBONO
a. AISI 1006/1010
b. AISI 1020
c. AISI 1030
Não temperáveis Maquináveis Temperáveis
d. AISI 1112
e. AISI 1140 (temperável)
f. AISI 1150 (temperável)
g. AISI 1040
h. AISI 1045
i. AISI 1050
j. AISI 1060
k. AISI 1080
l. AISI 1095
Algumas recomendações na selecção de aços ao carbono
• a e b devem ser usados para peças que levarão extensa deformação plástica
• NUNCA SOLDAR AÇOS COM %C SUPERIORES A 0,3
• c e j são por vezes usados para obter melhor resist. sem t.t.
• Peças laminadas a frio devem ser encomendadas com recozido
• d~f devem usar-se quando peças requerem maquinagem
• g~j usam-se para endurecimento superficial
• k~l são para têmpera total
AAÇÇOS AO CARBONOOS AO CARBONO
VANTAGENS E LIMITAVANTAGENS E LIMITAÇÇÕES DOS AÕES DOS AÇÇOS AO CARBONOOS AO CARBONO
- Gama larga de propriedades; - Relativamente baratos;
- Representam 80% de toda a produção de aço
- Resistência sempre inferior a 700MPa (sem t.t.);
- Têmpera difícil para largas espessuras (perigo de distorção/fractura);
- Fraca resistência ao impacto a baixas temperaturas;
- Baixa resistência à corrosão;
- Rápida oxidação a temp. elevadas;
- Difíceis de trabalhar para teores elevados de carbono;
- Cuidado na soldadura de aços com %C>0,3;
AÇOS DE LIGA
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