APRESENTAÇÃO de METAIS DE BASE 2016

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METAIS DE BASE
INSTRUTOR: JOSÉ DANIEL BELICO
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História do ferro
Ferro se conhece há 6000 anos, quando foi descoberto em meteoritos. Desde 3000 antes de Cristo o ferro foi produzido
pelo homem, por aquecimento de minérios junto ao carvão da lenha - semelhante ao processo moderno de hoje.
A produção mundial de ferro e aço hoje é superior a 1000 milhões de toneladas por ano, desta forma o Fe representa o mais importante metal de uso técnico.
Extração de minério
 de ferro
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METAIS E EXEMPLOS DE LIGAS METÁLICAS
 METAIS
O metal é uma substância dotada de brilho próprio, boa condutora de calor e eletricidade, podendo apresentar, além do elemento químico principal, impurezas em quantidades insignificantes. São exemplos de metais o ferro, o cobre, o alumínio e o chumbo, entre outros.
  Na natureza, os metais são encontrados agregados com outras substâncias, consideradas impurezas e que exigem para a sua separação processos metalúrgicos que geralmente terminam numa fusão.
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CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
Quanto a composição:
Aço carbono
Sem elemento de liga.
Baixo
médio 
alto teor de carbono
Elementos residuais
Si, Pn, P ,S.
Aço liga
Baixa liga
Média liga
Alta liga
Conforme percentuais 
de elementos de liga
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Aço carbono é a composição da liga que confere ao aço o seu nível de resistência mecânica.
O ferro gusa, primeira etapa de fabricação do aço, é o mesmo para todos os produtos. Na fase seguinte, quando os elementos de liga são adicionados ou suprimidos no ferro gusa, é que são determinadas as grandes famílias de aço, dos mais rígidos aos mais estampáveis. 
AÇO CARBONO
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O Carbono é o principal elemento endurecedor em relação ao ferro. Outros elementos, como o manganês, o silício e o fósforo, participam igualmente do ajuste do nível de resistência do aço.
 A quantidade de Carbono define sua classificação: o baixo carbono possui no máximo 0,30% do elemento; o médio carbono apresenta de 0,30 a 0,60% e o alto carbono possui de 0,60 a 1,00%.
AÇO CARBONO
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Baixo carbono: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. 
Aplicações: chapas automobilísticas, perfis estruturais, placas para produção de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas de flandres.
AÇOS BAIXO CARBONO
Ponte
Folhas de flandre
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Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente para receber tratamento térmico de têmpera e revenimento, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas.
 Aplicações: rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas, que necessitem de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade.
AÇOS MÉDIO CARBONO
Virabrequim
Engrenagens
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Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor ductilidade entre os aços carbono. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte.
 Aplicações: talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas
AÇOS ALTO CARBONO
Serrote
Martelo
Ductilidade:É a capacidade
de um sólido de se deformar,isto é, 
de apresentar longo periodo plástico. 
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LIGAS METÁLICAS
Liga metálica é uma substância formada por dois ou mais elementos, um dos quais, pelo menos é metal.
 
As ligas metálicas são elaboradas por processos metalúrgicos que envolvem fusão, e a sua composição química dependerá das propriedades que se desejar obter nesses materiais. São exemplos de ligas metálicas:
 
Aço-carbono = ferro + carbono;
Aço-níquel = ferro + carbono + níquel;
Latão = cobre + zinco
LATÃO
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LIGAS FERROSAS
São ligas em que o ferro é o elemento principal e apresentam propriedades semelhantes às desse material. São exemplos de ligas ferrosas o aço e o ferro fundido.
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O AÇO
 
É uma liga de ferro com um teor de carbono variando entre 0,02 e 2,0% em peso. Além desses dois elementos, o aço pode conter:
 
Impurezas – São elementos residuais que não são eliminados durante a fabricação do aço e que geralmente são prejudiciais às propriedades da liga. São exemplos de impurezas o enxofre (S), o fósforo (P), o silício (Si).
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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
Se pelo menos um el. de liga ultrapassar um teor de 5%
Se nenhum elemento de liga atingir um teor de 5%
Aço de
alta liga
Aço de 
baixa liga
LIGAS FERRO-CARBONO
0<%C<2
2<%C<6,7
FERROS FUNDIDOS
AÇOS
Se não contiver nenhum elemento de liga em quantidade superior aos mínimos indicados
Sem liga ou
Aço-carbono
Aço ligado
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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
AÇO FORJAVEL SEM
 TRATAMENTO POSTERIOR
AÇO DE CONSTRUÇÃO
 COM LIGA
0,02 ... O,6
AÇO FUNDIDO
AÇO
 FERRAMENTA
AÇO FERRAMENTA
SEM LIGA
AÇO FERRAMENTA
 DE LIGA
AÇO DE CONSTRUÇÃO
COMUM
AÇO DE CONSTRUÇÃO
 SEM LIGA
0,2 ... 0,8
0,5 ... 1,7
TEOR DE CARBONO EM % APROXIMADO
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APLICAÇÕES DOS AÇOS-LIGA
Os aços-liga, por serem uma família bastante ampla de diferentes tipos de aços com propriedades bastante distintas, encontram aplicações igualmente vastas.
 Podem ser encontrados em praticamente todos os segmentos industriais, desde a construção civil até a construção naval, passando pela indústria petrolífera, automobilística e aeronáutica.
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Elementos de Liga – São elementos químicos adicionados intencionalmente ao aço para melhorar as suas propriedades. São exemplos desses elementos: cromo (Cr), níquel (Ni), manganês (Mn), molibdênio (Mo) e vanádio (V).
 
 De acordo com o elemento de liga e de suas quantidades, os aços são classificados em:
 
Aço-carbono – onde o principal elemento de liga é o carbono;
 
Aço de baixa liga – com até 5% de elementos de liga;
 
Aços de média liga – com 5 a 10% de elementos de liga:
 
Aços de alta liga – com mais de 10% de elementos de liga.
(Estes são subdivididos em aços resistentes à corrosão, aços resistentes ao calor, aços-ferramenta, etc.)
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Ferro fundido 
 É uma liga de ferro, com teor de carbono variando entre 2 e 6,7% e impurezas em quantidade maior que nos aços.
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FERRO FUNDIDO BRANCO
Resfriamento brusco na sua fabricação formando carboneto de ferro ( cementita elemento mais duro da liga) tornando o ferro extremamente duro e quebradiço
Não usinável e insoldável
Aplicações: Rodas de vagões, cilindros coquilhados, revestimentos de moinhos, bolas de moinho de bola
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
Resfriamento lento no processo de fabricação.
Usinável e de soldabilidade relativamente boa.
 
Aplicações: Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras
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FERRO FUNDIDO MALEÁVEL
Através do recozimento do ferro fundido branco ou da descarbonetação
obtém-se boas condições de soldabilidade.
Entre as aplicações mais comuns podem ser enumeradas as seguintes: conexões para tubulações hidráulicas; conexões para linhas de transmissão elétrica; corrente; suporte de molas; caixas de direção; caixas de  diferencial; cubos de rodas; sapatas de freios; pedais de embreagem e freio; bielas; colares de tratores; caixas de engrenagem, etc
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Aplicações: Volantes,rodas matrizes,pinhões,coroas,engrenagens, bielas,comandos de válvulas,caixas de satélites,mancais,cabeçotes,
virabrequins.
FERRO FUNDIDO NODULAR
Através de processo semelhante e com adição de alguns elementos
 de liga obtém-se caracteristicas mecânicas superiores e excelente
Soldabilidade.
Comando de válvula
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LIGAS NÃO FERROSAs
São ligas que não contêm ferro ou contêm esse elemento em quantidade insignificante, apresentando propriedades diferentes das ligas ferrosas.
 
Dentro deste grupo, temos subgrupos, de acordo com o elemento principal da liga.
Exemplos: ligas de cobre, ligas de chumbo, ligas de alumínio. Essas ligas também apresentam impurezas.
co
cobre
latão
alumínio
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PROPRIEDADES DOS MATERIAIS METÁLICOS
 
As principais diferenças entre as ligas ferrosas e não ferrosas são:
Temperatura de fusão, densidade, dureza, resistência mecânica, condutividade térmica, condutividade elétrica, etc. cujos valores apresentamos na tabela abaixo, para as ligas ferrosas, ligas de alumínio e ligas de cobre, que são os materiais estudados neste fascículo.
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CARACTERÍSTICAS
LIGAS FERROSAS
LIGAS DE ALUMÍNIO
LIGAS DE COBRE
Temperatura defusão
1300 – 1530°C
660 – 700°
900 – 1100°C
Densidade(g/cm³)
7,8
2,7
8,8
Resistênciamecânica
32 – 160 Kgf/mm²
9 – 20 Kgf/mm²
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Cor
Cinza
Branca
Amarela / Avermelhada
Magnético
Sim (*)
Não
Não
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 As propriedades dos materiais metálicos são características apresentadas por esses materiais, capazes de diferenciá-los de outros. Entre suas propriedades destacamos:
  
Propriedades Físicas: Temperatura de fusão, densidade, cor, magnetismo, condutividade elétrica, etc. 
  
 Propriedades mecânicas: Resistência à tração, dureza, resistência ao impacto, plasticidade, etc.
 
   
 
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Propriedades físicas:
 
Temperatura de fusão: É a temperatura na qual um corpo passa do estado sólido para o estado líquido, no aquecimento. As ligas metálicas apresentam geralmente uma faixa de temperatura de fusão.
 
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Densidade: É a relação entre o peso e o volume apresentada por um corpo, e que pode ser expressa em gramas por centímetros cúbicos (g/cm³). Exemplos de densidades de alguns metais:
 
 
Alumínio: 2,7 g/cm³; Cobre: 8,9g/cm³ ; Ouro: 19,3g/cm³.
Isso significa que cada centímetro cúbico de alumínio pesa 2,7 gramas, de cobre 8,9 gramas e de ouro 19,3 gramas.
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Condutibilidade elétrica: É a propriedade que possuem certos corpos de permitir maior ou menor passagem de corrente elétrica.
 
 
Magnetismo: É a propriedade que possuem certos corpos de se deixar atrair pelo imã.
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Propriedades Mecânicas:
 
Resistência à tração: É a resistência oferecida pelos corpos quando sobre eles são aplicadas forças no sentido de alonga-los. Essa resistência pode ser expressa em Kgf/mm².
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Dureza: É a resistência que certos corpos oferecem à penetração, ao risco ou ao desgaste por atrito.
 
 
Resistência ao impacto: É a resistência que certos corpos apresentam de suportar esforços dinâmicos sem se fraturarem.
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Plasticidade: É a capacidade que certos corpos apresentam de se deixar formar permanentemente, assumindo diferentes formas ou tamanhos sem sofrerem fraturas.
 
  outras:
 
Temperabilidade: É grau de endurecimento que um aço apresenta ao ser temperado. Quanto maior o grau de endurecimento, maior a temperabilidade.
 
 
Resistência á corrosão: Desgaste por ação química ou mecânica.
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Comparando as ligas ferrosas com as ligas não ferrosas (alumínio e de cobre), observamos nestas as seguintes características:
  
- Menor dureza;
 
 - Menor resistência à tração;
 
 - Maior resistência ao impacto;
 
 - Maior plasticidade;
  
-Maior condutibilidade elétrica;
  
- Menores temperaturas de fusão;
  
- Não são magnéticas.
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ELEMENTOS PRESENTES NO AÇO
ELEMENTOS INDESEJÁVEIS
ELEMENTO
SÍMBOLO QUÍMICO
EFEITO
 
Enxofre
 
S
Restringe a capacidade de trabalho a quente;
Fragilidade a quente;
Segregações.
 
Fósforo
 
P
Restringe a capacidade de trabalho a frio;
Fragilidade a frio;
Segregações.
 
 
Nitrogênio
 
 
N
Aumenta a tendência à fratura frágil (envelhecimento), especialmente no caso de aços não acalmados.
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ELEMENTO
SÍMBOLO QUÍMICO
EFEITO
 
 
Manganês
 
 
Mn
Evita a influência prejudicial do enxofre;
Aumenta, como elemento de liga, a resistência à tração.
 
 
Silício
 
 
Si
Forma gases;
Evita segregação.
 
 
 
Aluminio
 
 
Al
Forma gases;
Evita segregação;
Evita envelhecimento.
ELEMENTOS DESEJÁVEIS
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Influência dos elementos presentes no aço, na junta soldada:
CARBONO (C)	- Aumento da dureza ao lado ou abaixo do cordão, no caso de teores acima de 0,22%: trincas na maioria dos casos.
FÓSFORO (F)	- Fragilização do material na região da junta soldada.
ENXOFRE (S)	- Poros na zona fundida e trincas no cordão da solda.
NITROGÊNIO (N)	- Fragilização na zona fundida.
OXIGÊNIO (O)	- Poros na zona fundida e fragilização do material na região da junta soldada.
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ELEMENTOS DE LIGA NO AÇO
SÍMBOLO QUÍMICO
CAMPO DE APLICAÇÃO
EFEITOS NA SOLDAGEM
Carbono
C
Todos os aços
Restrição a soldabilidade com o aumento do teor;
Limite da soldagem 0,22%.
Manganês
Mn
Açosde alta resistência
Melhora a soldabilidade.
Cromo Molibdênio
Cr Mo
Açosresistentes
ao calor
Risco de endurecimento devido ao cromo;
Melhora a soldabilidade graças ao molibdênio.
Cromo Níquel Molibdênio
Cr Ni Mo
Açosresistentes à corrosão
O cromo aumenta o risco de endurecimento;
O níquel não influencia a soldabilidade.
Níquel Manganês
Ni Mn
Aços resistentes à baixa temperatura
O níquel não influencia na soldabilidade;
O manganês melhora a soldabilidade.
ELEMENTO
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MATERIAIS METÁLICOS
FERROSOS
NÃO FERROSOS
Ligas Fe-C
Ferros fundidos
Aços
Sem liga
Baixa liga
HSLA
Ligados
Outras Fe
Fe-Ni
Fe-Cr
(-Ni)
Ferríticos
Austeníticos
Martensíticos
Dúplex
PH
Fe-C-Mn
Ligas leves
Ligas Al
Ligas Mg
Ligas Be
Ligas Ti
Ligas Cu
Bronzes
Cu-Ni
Latões
Ligas Ni
Ligas Tm
Ligas Tm
(INOX)
(HADFIELD)
(MARAGING)
(REFRATÁRIOS)