AULA 6 - LIGAS DE AÇO E FERRO FUNDIDO - PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

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AULA 6 - LIGAS DE AÇO E FERRO FUNDIDO 
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Olá futuro engenheiro! Seja bem vindo!
Dando continuidade à sua aprendizagem em Ciência e Tecnologia dos Materiais, você agora vai aprender como selecionar, praticamente, as ligas metálicas de Aço e Ferro Fundido. 
Esse conhecimento vem  de encontro à necessidade do engenheiro em especificar, segundo normas ABNT e internacionais, os materiais e seus tratamentos térmicos levando em consideração como o produto é oferecido para aquisição no mercado.
Aço e ferro? Não é tudo a mesma coisa?
Definições:
Esses produtos são definidos por via líquida, isto é, são elaborados no estado de fusão. São chamados:
AÇOS: Quando possuem de 0,008 a 2,11% C
FERRO: Quando possuem teores de carbono de 2,11 < %C ≤ 6,7
Ferro:
O ferro é encontrado na natureza geralmente sob a forma de óxidos nos minérios de ferro dos quais é extraído, quase sempre, em forte aquecimento em presença de coque ou carvão de madeira em fornos adequados – alto forno – nos quais o óxido é reduzido e ligado ao carbono.
Minério de ferro:
O minério de ferro é retirado do subsolo, porém, muitas vezes, é encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. 
Os principais minérios de ferro são: Hematita e Magnetita. 
Para retirar as impurezas, o minério de ferro é lavado, partido em pedaços menores e, em seguida, levados para a usina siderúrgica. 
Forma-se, assim, uma liga de Fe – C que, depois de refinada, transforma-se em matéria prima para o fabrico da grande maioria das peças metálicas atualmente empregadas, apresentando excelentes propriedades mecânicas e custo relativamente baixo.
Você se lembra o que são fases alotrópicas?
Ferro e suas ligas
O Fe é um metal que se caracteriza por apresentar várias fases alotrópicas. Apresenta ponto de fusão a 1538ºC. Abaixo dessa temperatura, ele cristaliza-se.
Classificação dos materiais metálicos ferrosos
O Fe é um metal que se caracteriza por:
Apresentar várias fases alotrópicas.
Apresentar ponto de fusão a 1538ºC.
De um modo geral, é dividido em: puro, gusa, fundido e ligas.
Esses produtos são definidos por via líquida, isto é, são elaborados no estado de fusão. São chamados:
Ferro puro: Eletrolíticos;
Comercial: esponja, armco, pudlado.
Ligas de ferro – carbono (Fe-C): Comuns: maleáveis, não maleáveis, maleabilizáveis;
Especiais ou complexas.
Ligas de adição ou Fe-ligas não maleáveis: Ferro gusa; Ferro fundido.
Ligas de adição ou ligas maleáveis: 
Ferro: nodular, fundido, inoculado;
Aço: de origem fundida ou plástica.
Sistema de identificação dos aços
AÇOS:
Exemplo:
SAE 1020 – Aço-carbono com 0,20% C
SAE 1080 – Aço-carbono com 0,80% C
SAE 5060 – Aço especial (Cr) com 0,60% C
SAE 25130 – Aço especial com 0,30% C
Temos, ainda, a colocação de algumas letras à frente dos números que servem para designar o processo de fabricação. São elas:
Atenção: Existem mais de 5000 tipos de aços. Portanto, para conhecê-los, devemos consultar tabelas!
Definição:
AÇOS: 
É uma liga metálica de Fe-C com percentuais de Carbono máximo de 2,11%
Suas impurezas normais são: Manganês (Mn), Enxofre (S), Silício (Si), Fórforo (P), Alumínio – formam geralmente inclusões não metálicas (Al).
Sistema de classificação dos aços:
Composição química: Aço carbono comum; aços ligados.
Estrutura: Perlíticos – eutetóides; martensíticos, austensíticos; ferríticos, carbídicos.
Propriedades ou aplicação: Estrutural; ferramentas, etc.
Classificação dos materiais metálicos ferrosos
Aplicações típicas dos aços baixo carbono:
Entre as suas aplicações típicas, estão: as chapas automobilísticas, perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas de flandres.
Propriedades dos aços médio carbono resfriados lentamente:
Percentuais de carbono 0,35 % <  C ≤ 0,60%.
São aços de boa temperabilidade em água. 
Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza.
São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção: rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade.
Propriedades dos aços alto carbono:
Percentual de C > 0,6%.
Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade.
Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste.
Quando temperados são frágeis.
Microestrutura dos aços alto teor de carbono resfriados lentamente:
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.
Imperfeições no cristalino
Ao submetermos um metal a um esforço na zona elástica, este volta à sua forma original. Porém, toda rede cristalina não é perfeita apresentando defeitos que se classificam em: pontuais, lineares, bolhas, dentritas.
Imperfeições/defeitos na solidificação dos aços
Durante a solidificação dos aços, ocorrem imperfeições/defeitos quase que inevitáveis.
Os principais são: vazio (chupagem), segregação, bolhas e dendritas.
A solidificação de um metal inicia-se nas partes que estão em contato com as paredes do molde ou da lingoteira e na parte superior onde o metal fundido está exposto ao ar. 
Na primeira fase da solidificação, forma-se uma camada sólida em toda a periferia do lingote ou peça, fechando, num envoltório rígido, toda a parte que ainda permanece líquida. 
À medida que o conjunto vai se esfriando, a solidificação prossegue na parte interna, aumentando sucessivamente a espessura da camada já sólida.
Mas, como o metal, ao passar do estado líquido ao estado sólido, sofre uma notável diminuição de volura, aparecerá no interior da peça ou do lingote uma região oca que se denomina “vazio” ou “chupagem”.
A figura abaixo ilustra claramente o fenômeno.
Esta figura reproduz um quadro que foi organizado para demonstrar a diferença que pode existir entre três regiões de uma mesma barra de aço postas em evidência pelo exame macrográfico. As diferenças estudadas neste quadro envolvem: a) a quantidade de inclusões, b) a dureza Brinell, c) a composição química e d) a textura micrográfica.
O quadro original é 4 vezes maior.
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