MATERIAIS MATERIAIS MET LICOS 2017 1

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
 Metais Ferrosos e Não Ferrosos – unidade II
 Professora: CRISTIANE MARQUES
METAIS FERROSOS
O que são metais ferrosos?
são ligas de ferro e carbono, que podem ainda apresentar
na sua composição elementos como fósforo (P),
manganês (Mn), silício (Si), cobre (Cu), enxofre (S), entre
outros.
Os três mais comuns são:
Aço
Ferro fundido;
Ferro laminado.
MATERIAIS METÁLICOS
Metais Ferrosos
O ferro – quarto elemento mais abundante na crosta
terrestre (O, Si, Al, Fe, Ca ........).
O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se
geralmente combinado com outros elementos formando
rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.
Minério de Fe
É somente encontrado em minérios, os principais são:
hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), Siderita (FeCO3),
Limonita (Fe2O3.H2O) e Pirita (FeS2).
RESERVAS NO BRASIL
 As jazidas de minério de Fe se concentram em poucos países, sendo
que apenas cinco detêm 77% das ocorrências totais. O Brasil abriga
8,3% das reservas, a quinta maior do mundo, equivalente a 17 bilhões
de toneladas.
 As reservas do Brasil e da Austrália apresentam o maior teor de ferro
contido, da ordem de 60%.
 A hematita e a magnetita são as mais intensamente aproveitadas por
possuírem teor de ferro superior a 60%. Já a pirita possui ferro, mas
seu principal aproveitamento está na produção de enxofre (S).
 O Brasil é o segundo produtor de minério de Fe do mundo, com ~ 19%.
As maiores jazidas estão em Minas Gerais (61,2% das reservas
nacionais), Mato Grosso do Sul (28,1%) e o Pará (10,4%). E ainda
podemos contar com a Bahia com algumas reservas de boa qualidade.
Reservas mundiais de minério de ferro em bilhões de 
toneladas
CEI (comunidade dos Estados independentes) --------- 78
AUTRÁLIA ---------------------------- 28
CANADÁ ------------------------------ 26
EUA ------------------------------------25
BRASIL ----------------------------------17
ÍNDIA-----------------------------------12
ÁFRICA DO SUL ---------------------9,3
CHINA -------------------------------- 9,0
SUÉCIA ------------------------------- 4,6
VENEZUELA ------------------------- 3,3
OUTROS PAÍSES -------------------15,5
TOTAL ----------------------------- 227,7
Fonte: DNPM – BNDES (2016)
ALGUNS EXEMPLOS DE MINÉRIOS DE FE
Hematita - Óxido de ferro III,
(Fe2O3), 70% de Fe e 30% de O.
Magnetita – Óxido de Ferro,
(Fe3O4), 31% FeO + 69% de
Fe2O3
Limonita - Fe2O3.H2O - grupo de óxidos de Fe hidratados que
geralmente contém de 50 a 66% de Ferro.
Fórmula Química: Fe(OH)3.nH2O – mais geral
Brilho: submetálico a fosco
Pirita
Conhecida como Ouro de tolo
Disulfeto de Fe- FeS2
S = 53,4% e Fe = 46,6%
São formações superficiais ou subsuperficiais ferruginosas e aluminosas endurecidas, que
se formam em regiões tropicais ou subtropicais.
A laterita é composta principalmente por caolinita, goethita, hematita e gipsita. Óxidos
hidratados de ferro (amorfos) como a limonita podem estar presente na forma de
concreções lateríticas.
Laterita
MINÉRIO DE FERRO - BENEFICIAMENTO
O Ferro é um metal obtido em siderúrgicas por
meio de vários minérios de Fe, como mostrado.
Por meio deles é feita a liga de aço, que possui
grande aplicação em nossa sociedade.
O processo de transformação dos minérios de Fe
em matéria apropriada para a produção do Aço é
o beneficiamento.
Minério de Ferro
Fe2O3
FERRO GUSA
Obtenção do ferro gusa: na
usina, o minério é derretido
num forno denominado ALTO
FORNO.
No alto forno, já bastante
aquecido, o minério é
depositado em camadas
sucessivas, intercaladas com
carvão coque (combustível) e
calcário (fundente).
O ar ajuda a queima do carvão coque,
que ao atingir 1200°C derrete o minério.
O ferro ao derreter-se deposita-
se no fundo do alto forno. A
este ferro dá-se o nome de
ferro-gusa ou simplesmente
gusa.
As impurezas ou escórias por
serem mais leves, flutuam sobre
o ferro gusa derretido.
Produção de aços
Fluxo básico de produção
O AÇO AO CARBONO - CONSIDERAÇÕES
São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de
carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo.
Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o Fe e o C.
O Mn, Si, Cr, Ni melhoram a qualidade do aço, enquanto que o S e o
P são elementos prejudiciais.
Fe - é o elemento básico da liga.
Carbono - Depois do ferro é o elemento mais importante do aço.
A quantidade de carbono define a resistência do aço.
Os aços com porcentagem acima de 0,35% de carbono podem ser
endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamento
rápido denominado têmpera.
Principais objetivos:
aumentar ou diminuir a dureza; 
aumentar a resistência mecânica; 
melhorar resistência ao desgaste à corrosão e/ou ao calor; 
modificar propriedades elétricas e magnéticas; 
remover tensões internas provenientes, por exemplo, de 
resfriamento desigual; 
melhorar a ductilidade, a trabalhabilidade e as 
propriedades de corte; 
Tratamentos do aço → Siderurgia
Os principais parâmetros de influência nos tratamentos 
térmicos são: 
· aquecimento: realizado a temperaturas acima da crítica 
(723°).
· tempo de permanência à temperatura de aquecimento 
deve ser o estritamente necessário para se obter uma 
temperatura uniforme através de toda a seção do aço;
· velocidade de resfriamento: é o fator mais importante, 
pois é o que efetivamente vai determinar a estrutura e 
consequentemente as propriedades finais desejadas. 
Aço ou Aço Carbono: Possui teor de C de até 1,7%. Sua
resistência à ruptura por tração pode variar, dependendo
da qualidade, de 200 MPa a valores superiores a 1200
MPa. A resistência ao esmagamento por compressão é
igual à resistência à ruptura por tração.
A propriedade principal de aço é a sua
tenacidade. Pode ser temperado e
endurecido e é bastante maleável.
Ele é utilizado principalmente na
fabricação de ferramentas como brocas,
talhadeiras, martelos e tesouras cabeças.
Ele tem uma pele lisa de óxido de preto
e se torna duro e quebradiço no
aquecimento.
Sua resistência à tração é considerada baixa, alcançando no
máximo 400 MPa, mas a resistência à compressão é boa,
situando-se entre duas e quatro vezes a resistência à tração.
É duro e forte, mas muito frágil.
Alta resistência à compressão e é resistente à oxidação.
Pode ser classificado em diferentes variedades: ferro fundido
cinzento, ferro fundido maleável e ferro fundido branco.
Ele é normalmente utilizado na fabricação de máquinas de
trituração pesada, peças de máquinas-ferramenta, tambores
de freio, o carro blocos de cilindro, máquina de alças e rodas
dentadas, material de canalização,
Ferro fundido: composto por 2 – 6% de C
e 94 – 98% de Fe. Portanto, superior ao aço.
Ferro fundido cinzento: C entre 3,5 a 4,5%
Características:
• Fácil de ser fundido e moldado em peças.
• Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte.
• Absorve muito bem as vibrações, condição que torna ideal
para corpos de máquinas.
• Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura,
devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, em
forma de palhetas de grafite.
Ferro fundido branco - C entre 2% e 3%.
Características:
• Difícil de ser fundido.
• Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo
ser trabalhado com ferramenta de corte
especiais.
• É usado apenas em peças que exijam muito
resistência ao desgaste.
• Quando quebrado, sua face apresenta-se
brilhante, pois o carbono se apresenta
totalmente combinado com o ferro.
O ferro fundido branco é utilizado apenas em
peças que requerem elevada dureza e
resistência ao desgaste.
Ferro laminado: tem baixo teor de carbono (inferior a
0,12%), distingue-se do aço por possuir ~3% de escória
(pequenas partículas de misturadas à massa do metal
que se apresenta em forma defibras).
Sua resistência à tração pode atingir, no máximo, 350
MPa na direção das fibras e 320 MPa na direção
perpendicular às fibras e uma resistência à compressão
que, assim como o ferro fundido, se situa entre duas e
quatro vezes a resistência à tração.
Exemplo de Ferro laminado
Outros Metais Ferrosos
Mild Steel - um aço macio e é o mais comumente usado
dos metais ferrosos. Contém ~ 0,15 a 0,30% de C e o
restante é de ferro. Por suas características é um aço doce
pelo baixo teor de C, e não pode ser temperado e
endurecido. É maleável e dúctil e dobra facilmente. Ele é
usado na fabricação de porcas, parafusos, vigas e outros
produtos de metal em geral.
Aço Inoxidável
O aço inoxidável, também conhecido como corrosão do
aço, é uma liga de ferro, Ni e Cr. A propriedade
importante de aço inoxidável é a sua alta resistência à
corrosão. É duro e resistente a manchas, por isso,
chamado de aço inoxidável. É comumente utilizado em
cozinha e seus utensílios; instrumentos médicos;
cozinha placas e tubos de drenagem; além de muitas
outras aplicações.
O aço inoxidável não deve ser exposto ao Cl
Texturas do aço inoxidável
Aço Inoxidável em projetos de construção 
Ferro Forjado
Este contém carbono inferior a 0,008%. Como é quase
100% de ferro puro, é altamente resistente à corrosão e
oxidação. É forte e resistente, ainda, fibroso e dúctil.
Ferro forjado pode ser soldado, usinadas e revestida
com facilidade. Ele é usado para fazer portões e grades
ornamentais.
Aço galvanizado, quando utiliza-lo?
Por que galvanizar?
Diversos fatores devem ser analisados antes de se proceder à
seleção do sistema de revestimento mais econômico, como:
1.Categoria de corrosividade do ambiente;
2.Custo inicial de aplicação do revestimento por peça;
3.Vida do revestimento antes de qualquer manutenção;
4.Custo da manutenção do revestimento;
5.Custos da paralisação para se efetuar a manutenção;
Exemplos de uso do aço galvanizado.
Processos de Proteção do aço:
 Sistema de zincagem por imersão a quente (mais
econômico)
 Revestimento de eletrodeposição do zinco (Galvanoplastia)
 Revestimento de metalização (camadas metálicas)
 Pintura com tintas à base de zinco
Processo de zincagem por imersão a quente:
- Desengraxamento: remoção de óleos, gorduras etc.;
- Água: remoção do desengraxante, completando a limpeza;
- Decapagem: retirada da camada de oxidação, casca, resíduos de
soldas, por processo químico (ácido sulfúrico / clorídrico);
- Água: remoção de sais do metal formado durante a decapagem e
resíduos de ácido;
- Fluxo: solução de Cloreto de Amônia e Cloreto de Zinco para se
obter unifomidade, acelerando a reação Fé-Zn;
- Zinco: banho de zinco fundido com 99,99% de pureza, aquecido a
450°C.
Revestimento de eletrodeposição do zinco (Galvanoplastia)
 A galvanoplastia é uma técnica que permite dar um
revestimento metálico a uma peça, colocando tal metal como
polo negativo de um circuito de eletrólise.
 Os termos galvanoplastia, eletrodeposição
metálica e galvanostegia referem-se a um processo usado com a
principal finalidade de proteger uma peça metálica contra a
corrosão por revesti-la com outro metal. Esse metal impede a
interação do metal da peça com o ar e com a umidade,
evitando, assim, a corrosão.
Dependendo do metal utilizado para revestir a peça, o nome
do processo de galvanoplastia muda:
 Niquelação (Ni)
 Cromeação (Cr)
 Prateação (Pg)
 Douração (Au)
 No caso de peças de ferro e de aço revestidas com zinco,
temos a galvanização, e os materiais obtidos nesses
processos são chamados de ferro galvanizado e aço
galvanizado.
 Peças galvanizadas não devem ser expostas à água salgada.
PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO
A proteção contra a corrosão do ferro e de outros metais pode ser
feita por meio do revestimento da peça com tintas, esmaltes,
óxidos e outros metais.
Algumas técnicas principais para combater a corrosão dos metais:
 Proteção catódica: um eletrodo de sacrifício ou metal de
sacrifício é colocado em contato com o objeto feito de ferro ou
de aço. Esse metal deve possuir um potencial de oxidação maior
que o do ferro para, assim, oxidar-se no lugar dele (daí o nome
“eletrodo de sacrifício”), fornecendo elétrons para quaisquer
íons Fe2+ que se formarem, voltando a ser ferro metálico.
 Revestimentos:
- Zarcão: é uma tinta constituída de uma suspensão oleosa de
tetróxido de chumbo (Pb3O4), que adere bem ao metal
porque é um óxido insolúvel. Sua função é simplesmente
impedir o contato do ferro com o oxigênio do ar. Se essa
película protetora for riscada ou sofrer desgaste com o
tempo, o ferro irá se oxidar, por isso a necessidade de
manutenção constante.
- Polímeros: quando se necessita de uma proteção mais
eficaz.
 Folhas de flandres: liga metálica usada em embalagens que são
constituídas de uma lâmina de aço coberta de estanho (Sn) na
parte do interior. O Sn é mais resistente à corrosão que o aço, ou
seja, é menos reativo que o ferro, e ele ainda é revestido por
outra camada de um óxido ou de um polímero, porque o ácido
cítrico dos alimentos pode atacar o estanho.
 Ligas metálicas especiais: são ligações entre elementos metálicos
que inibem/bloqueiam as reações corrosivas: Fe-Ni-Cr-C; Fe-C-Zn;
Fe-C-Sn.
 • Alquídicas: Conhecidas como esmaltes sintéticos, são tintas
monocomponentes de secagem ao ar. São utilizadas em interiores
secos e abrigados, ou em exteriores não poluídos. Elas não
resistem ao molhamento constante ou à imersão em água;
 • Epoxídicas: são tintas bicomponentes de secagem ao ar. A cura
se dá pela reação química entre os dois componentes. São mais
impermeáveis e mais resistentes aos agentes químicos do que as
alquídicas. Resistem à umidade, à imersão em água doce ou
salgada, a lubrificantes, combustíveis e diversos produtos
químicos. Não são indicadas para a exposição ao intemperismo
(ação do sol e da chuva), pois desbotam e perdem o brilho
(calcinação);
Os tipos de tintas mais importantes para a proteção do aço-
carbono, tendo como classificação o tipo de resina, são:
 Poliuretânicas: São tintas bicomponentes. As tintas
poliuretânicas são bastante resistentes ao intemperismo. Assim,
são indicadas para a pintura de acabamento em estruturas
expostas ao tempo. São compatíveis com primers epoxídicos e
resistem por muitos anos com menor perda da cor e do brilho
originais;
 Acrílicas: São tintas monocomponentes à base de solventes
orgânicos ou de água, e, assim como as tintas poliuretânicas, são
indicadas para a pintura de acabamento. São tintas bastante
resistentes à ação do sol.
Viga
Vergalhões
Chapas
Treliças
Estribos
AÇOS ESPECIAIS
 Aços Níquel: Resistem bem à ruptura e ao choque, quando temperados
e revenidos.
Usos - peças de automóveis, máquinas, ferramentas, válvulas de motores
térmicos, resistências elétricas, cutelaria, instrumentos de medida, etc.
 Aços Cromo: resistem bem à ruptura, são duros, não resistem aos
choques.
Usos - esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens,
Inoxidáveis, aparelhos e instrumentos de medida, Resistem à oxidação,
mesmo a altas temperaturas; válvulas de motores a explosão, fieiras,
matrizes, etc.
 Aços Cromo-Níquel - Inoxidáveis, resistentes à ação do calor, resistentes
à corrosão de elemento químicos.
Usos - portas de fornos, retortas, tubulações de águas salinas e gases,
eixos de bombas, válvulas e turbinas, etc.
 Aços Manganês - Extrema dureza, grande resistência aos choques e
ao desgaste.
Usos - mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas,
cruzamentos e curvas de trilhos, peças de dragas, etc.
 Aços Silício - Resistências à ruptura, elevado limite de elasticidade e
propriedades de anular o magnetismo, além de ser mais resistente à
umidade.
Usos - molas,chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de
bobinas elétricas, etc.
 Aços Silício-Manganês - Grande resistência à ruptura e elevado limite
de elasticidade.
Usos - molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc.
 Aços Tungstênio - Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da
abrasão (fricção) e propriedades magnéticas.
Usos - ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação
de ímãs, etc.
 Aços Cobalto - Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura
e alta resistência à abrasão, (fricção).
Usos - ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc. Não é usual o aço
cobalto simples.
 Aços Rápidos – (tungstênio + vanádio + molibdênio + cromo) -
Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência
de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta
velocidade. A ferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue
usinar até o aço-manganês de grande dureza.
Usos - ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades,
cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc.
METAIS NÃO FERROSOS
Ligas metálicas não ferrosas
Cu + Zn
Cu + Sn
LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS
Os diferentes grupos apresentam enormes
diferenças.
Temperaturas de fusão podem variar de próximas
a temperatura ambiente (Galium) até 3000° C para
o W (Tungstênio).
Resistências variam de 1000 psi até 200.000 psi.
LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS
 Al, Mg e Be (metais leves) tem baixa densidade.
Pb, W tem altas densidades
 Em muitas aplicações, peso é um fator crítico.
 Para relacionar peso e resistência tem-se a
Resistência específica = resistência/densidade
Densidade (ton/m3)
GENERALIDADES
Ligas mais caras que as ferrosas
Usadas para aplicações específicas:
Resist. à corrosão (Cu, Ni)
Alta condutividade (Cu, Al)
Baixo peso (Al, Mg, Ti)
Resistência a altas temperaturas (Ni)
Várias aplicações, desde utensílios domésticos até
aplicações aeroespaciais.
Uso geral
Resistência à corrosão
Resistência ao desgaste
Cond. Elétrica
Peso reduzido (algumas)
Resistência a altas temperaturas (outras)
 Boas resistência e rigidez específicas
LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS
LIGA DE AL – EXTRAÇÃO = BAUXITA
• O seu processamento é caro, mas é um dos
materiais mais usados atualmente;
• Forma ligas com Mn, Cu, Mg, Si, Fe, Ni, Li, etc;
•Algumas ligas possuem resistência mecânica
superior aos aços estruturais;
Baixa densidade (1/3 do aço)
Boa condutividade térmica e elétrica
Elevada resistência específica
Grande ductilidade
Fácil usinabilidade, fundição, soldagem e
processamento em geral
Boa resist. à corrosão
Custo moderado
Forma combinada: argila,
safira, rubi, ametista,
esmeralda, topázio, jade,
turquesa e mica.
Limitação do alumínio = 
↓Fusão
1000° = fusão
METAL CU E SUAS LIGAS
 Terceiro metal mais utilizado no mundo;
Suas principais características são:
Elevadas condutividades elétrica e térmica;
Boa resistência à corrosão;
Facilidade de fabricação;
Elevada resistências mecânica e à fadiga;
Densidade de 8,94 g/cm³, um pouco acima da do 
aço;
Temperatura de fusão é de 1083 °C.
CLASSIFICAÇÃO – VÁRIOS TIPOS DE LIGAS
 Os elementos de liga são adicionados ao cobre com o intuito de
melhorar resistência, ductilidade e a estabilidade térmica, sem
causar prejuízos à formabilidade, condutividades elétrica e
térmica e resistência à corrosão característicos do cobre.
 As ligas de cobre apresentam excelentes ductilidade a quente e a
frio, ainda que um pouco inferiores às do metal puro. As grandes
ligas de cobre são divididas nos grupos abaixo:
 Cobre comercialmente puro;
 Ligas de alto teor de cobre;
 Latões
 Bronzes
 Ligas de Cobre-níquel;
 Ligas de Cobre-níquel-zinco;
APLICAÇÕES
Diversos setores: construção civil, elétrica,
automobilística, arquitetura, eletro-eletrônica,
mecânica, objetos decorativos, mineração,
construção naval e exploração petrolífera, entre
outras.
LIGA DE NI
São ligas que apresentam uma ou mais
propriedades muito acima das ligas convencionais
(aços carbono, aços ferramenta, aços inoxidáveis,
etc...).
As superligas mais conhecidas são à base de Ni,
mais há ligas à base de Co, Fe, etc...
Propriedades desejadas
Resistência Mecânica
Tração, Torção, Fadiga, Impacto, Fluência
Resistência à Corrosão
Resistência à Oxidação
Aços-liga
:
O níquel é utilizado com frequência, sozinho ou com
outros elementos de liga, tais como , cromo ou
molibdênio, para permitir: alta dureza, resistência e
ductilidade.
Uma característica marcante da adição de níquel é a
diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil
para os aços, geralmente empregados em
equipamentos submetidos à serviços de baixas
temperaturas.
O níquel se divide em quatro famílias:
níquel comercialmente puro (Ni 200 e o Ni 201 que
contêm cerca de 99,5% de Ni).
 ligas binárias, tais como Ni-Cu e Ni-Mo;
 ligas ternárias, tais como, Ni-Cr-Fe e Ni-Cr-Mo;
 ligas complexas, como Ni-Cr-Fe-Mo-Cu (com a
possibilidade de outros elementos adicionais);
 superligas.
As ligas são melhores reconhecidas pelo seus nomes
comerciais, tais como Monel, Hastelloy, Inconel,
Incoloy, etc.
METAIS REFRATÁRIOS – T DE FUSÃO ACIMA DE 1800°
ELEMENTO PONTO DE FUSÃO E 
DENSIDADE
Tungstênio - W 3410°C (19,3 g/cm3 )
Molibdênio - Mo 2617°C (10,22 g/cm3 )
Tântalo - Ta 2996°C (16,6 g/cm3 )
Nióbio - Nb 2468°C (8.57 g/cm3 )
Zircônio, Cromo e Vanádio 
(não usados como refratários)
Zr= 1822°C (6,51g/cm3 )
Cr= 1875°C (7,19g/cm3 )
V= 1890°C (6,1g/cm3 ) 
Rênio (RARO) 3180º C (21,2 g/cm3)
Háfnio (RARO) 2222º C (13,1 g/cm3)
TRAMENTOS PARA O AÇO
 Têmpera - É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem
igual ou maior do que 0,4% de carbono. O efeito principal da têmpera
num aço é o aumento de dureza.
 Revenimento É o tratamento térmico que se faz nos aços já
temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é,
torná-lo menos quebradiço. O revenimento é feito aquecendo-se a
peça temperada até uma certa temperatura resfriando-a em seguida.
As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os
aços ao carbono variam entre 210°C e 320°C.
 Recozimento O recozimento é o tratamento térmico que tem por
finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar
materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da
laminação, trefilação etc.