VT CIENCIA DOS MATERIAIS

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UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Aurelio Vogas Barreto, Débora Lopes de Oliveira Souza, Fabiane Kelly de Moura, Geovane de Castro Beloclides, Jocimara Flores Ferreira, Marcos Antonio Alves Junior, Marcus Paulo Rodrigues Leite
AÇOS DE BAIXA LIGA 
Niterói
2014
AURELIO VOGAS BARRETO, DÉBORA LOPES DE OLIVEIRA SOUZA, FABIANE KELLY DE MOURA, GEOVANE DE CASTRO BENOCLIDES, JOCIMARA FLORES FERREIRA, MARCOS ANTONIO ALVES JUNIOR, MARCUS PAULO RODRIGUES LEITE
AÇOS DE BAIXA LIGA 
Projeto apresentado à disciplina de Ciência dos Materiais do Curso de Engenharia Civil da Universidade Salgado de Oliveira – UNIVERSO.
Professor: Edson Alves Portela Junior	
Niterói
2014
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.................................................................................................. 4
AÇO.................................................................................................................. 4
FABRICAÇÃO............................................................................................ 4
AÇO NO BRASIL....................................................................................... 5
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS ................................................................. 6
AÇOS-LIGA............................................................................................... 7
AÇOS DE BAIXA LIGA..................................................................................... 7
DEFINIÇÃO................................................................................................ 7
ELEMENTOS DE LIGA E SUAS CARACTERÍSTICAS............................. 9
APLICAÇÕES E PROPRIEDADES MECÂNICAS..................................... 9
PROCESSAMENTO E TEMPERABILIDADE.......................................... 10
ESPECIFICAÇÕES................................................................................. 11
AÇO APLICADO NA CONSTRUÇÃO CIVIL................................................ 11
SUSTENTABILIDADE................................................................................... 12
CONCLUSÃO................................................................................................ 12
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................. 13
INDRODUÇÃO
Em um mundo globalizado, onde os processos produtivos com uso de ligas de aço devem ocorrer cada vez mais rápidos, apresentando materiais de melhor qualidade do que os existentes. Assim, se tornou um desafio para os cientistas de materiais e de engenharia o desenvolvimento de novas ligas que combinadas com outros minérios, retirando-os o que de melhor suas propriedades físico-químicas tem a oferecer, resultam em materiais com maior resistência, elasticidade, dureza, a corrosão entres outras.
AÇO
FABRICAÇÃO
Um dos principais elementos usados hoje em dia, o aço, é o material obtido através processo chamado de redução, onde o minério de ferro transformado na indústria siderúrgica.
O processo de fabricação do aço consiste primeiramente aquecimento do óxido de ferro (Fe-O) em alto fornos juntamente com Carbono (C) e fundentes. Num primeiro momento objetivo é retirar o máximo de oxigênio para deixar o ferro livre para ligar-se ao carbono.
Neste processo o ferro se liquidifica formando o ferro-gusa que possui impurezas que ficam fixadas nos fundentes, das quais a escória (produto formado por estas) é uma das que será aproveitada em outra indústria para fabricação do cimento.
Na segunda etapa, utiliza-se o processo de refino, que ocorre a 1700ºC. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para que seja transformado em aço, com a queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.
Desta forma, a liga metálica formada é constituída basicamente por ferro e carbono (Fe-C), sendo o carbono com uma porcentagem variável entre 0,008 à aproximadamente 2%, além de outros elementos residuais provenientes da fabricação.
As porcentagens de carbono estão relacionadas à sua solubilidade em relação a temperaturas onde ele é exposto, sendo 0,008% à temperatura ambiente e 2% à temperatura de 1148ºC.
AÇO NO BRASIL
O Brasil é o maior extrator de minério de ferro no mundo, sendo o quinto exportador líquido de aço e o nono em produção.
Esta diferença se dá em relação a países mais desenvolvidos que como Estados Unidos e países europeus onde o consumo de aço é maior.
As reservas de minério se encontram nos estados de Minas Gerais, Mato Grosso do Sul e Pará, porém a maior concentração de indústria está instalada na Região Sudeste, a qual corresponde a 94% da produção local.
Figura 01: Parque industrial de produção de aço no Brasil (FONTE: Aço Brasil).
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
Os aços podem ser classificados acordo com sua composição química, estrutura, propriedade e teor de carbono, sendo regulamentadas no Brasil pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), DIN - Deutsches Instiut fur Normung (Alemanha), AISI – American Iron and Steel Institute e SAE - Society of Automotive Engineers e ASTM - American Society for Testing and Materials (Estados Unidos).
A ABNT baseou-se nos sistemas americanos. Neles, basicamente, os vários tipos de aços até 1% de carbono, com os elementos comuns manganês, silício, fósforo e enxofre ou com a presença de elementos de liga em baixos teores, são indicados por quatro algarismos: os dois últimos correspondem ao teor de carbono médio e os dois primeiros à presença ou não de elementos de liga. Assim, toda vez que os dois primeiros algarismos sejam 1 e 0, trata-se de aços-carbono; a mudança de um desses algarismos ou de ambos indica um novo tipo de aço, com a presença de outros elementos que não os comuns, ou com estes elementos comuns em teores superiores aos que são considerados normais.
A norma alemã DIN adota outro critério para classificar os aços. Os aços comuns, por exemplo, são indicados pelo símbolo St (Stahl = aço), seguido de um algarismo que corresponde ao valor mínimo de resistência à tração - St42, St35 etc.
 Os teores de carbono dão a classificação desses aços:
Aço extra-doce – < 0,15%;
Aço meio-doce – 0,15 a 0,30%;
Aço meio-duro – 0,30 a 0,60%;
Aço duro – 0,60 a 0,70%;
Aço extra-duro – 0,70 a 2,00%.
A composição química determina em função do teor de carbono, se o aço é hipoeutetóide, hipereutetóide ou eutetóide. 
O tratamento mecânico relaciona-se com as condições de deformação do material: se a quente ou se a frio e, neste caso, a intensidade do encruamento resultante. 
O tratamento térmico influi sob dois aspectos: temperatura e tempo de aquecimento e velocidade de esfriamento.
AÇOS-LIGA
Os aços-liga são mais caros do que os aços carbonos, sendo seu preço em geral tanto mais caro quanto maior a porcentagem de elementos de liga no aço. Por essa razão eles só são usados quando as condições de serviço impossibilitem a utilização dos aços carbono.
Estes aços são os que possuem elementos de ligas presentes nos aços carbono com porcentagens maiores, ou aços que possuam elementos de ligas que normalmente não entram na composição dos aços carbono. 
Pode-se distinguir os aços ligas como:
Aços de baixa liga – até 5% de elementos de liga
Aços de média liga – de 5% até 10% de elementos de liga
Aços de alta liga – mais de 10% de elementos de liga.
Os aços de baixa liga, alta liga e os aços carbono só podem ser diferenciados através de uma análise química ou pelo teste de pontos.
O Teste por Pontos é um ensaio de identificação de materiais metálicos no qual aplica reagentes químicos em uma determinada região de sua superfície previamente preparada. O reconhecimento do material se baseia nos efeitos de reações químicas, bem como nos resultados do teste do ímã (ensaio que se realiza em materiais metálicos pela aplicação de um ímã, classificando o material em magnético, levementemagnético e não-magnético).
AÇOS DE BAIXA LIGA
DEFINIÇÃO
Para superar as deficiências dos aços de carbono simples os aços-ligas foram desenvolvidos contendo elementos de liga para melhorar suas propriedades. Em geral, custam mais do que os simples, mas para muitas aplicações são os únicos materiais que podem ser utilizados para satisfazer as necessidades de engenharia.
Os aços de baixa liga são aços cuja composição química recebe adição intencional de pequenos teores de outros elementos de liga que não podem ultrapassar 5% de sua composição.
Os elementos de liga produzem maior resistência ao aço através da alteração de sua microestrutura em grãos finos.
Com esta adição as propriedades do aço podem ser alteradas em: resistência à fadiga, a corrosão, ao desgaste, temperabilidade, ductilidade e tenacidade. Sendo os principais elementos são: Boro, Manganês, Silício, Níquel, Cromo, Cobre, Chumbo, Molibdênio e Vanádio.
Nos EUA, a SAE designa os tipos de aço por quatro dígitos, sendo os dois primeiros dígitos indicam o principal elemento de liga ou grupos e os outros dois elementos indicam a porcentagem de carbono contido no aço conforme a Tabela 01. 
	Aço-Manganês
	13xx: Mn 1.75%
	Aços-Níquel
	23xx: Ni 3.50% 25xx: Ni 5.00%
	Aços Níquel-Cromo
	31xx: Ni 1.25%; Cr 0.65 E 0.80% 32xx: Ni 1.75%; Cr 1.07% 33xx: Ni 3.50%; Cr 1.50% E 1.57% 34xx: Ni 3.00%; Cr 0.77%
	Aços-Molibdênio
	40xx: Mo 0.20 E 0.25% 44xx: Mo 0.40 E 0.52%
	Aços Cromo-Molibdênio
	41xx: Cr 0.50, 0.80 E  0.95%; Mo 0.12 , 0.20 , 0.25 E 0.30%
	Aços Níquel-Cromo-Molibdênio
	43xx: Ni 1.82%; Cr 0.50 E 0.80%; Mo 0.25% 43BVxx: Ni 1.82%; Cr 0.50; Mo 0.12 E 0.25%; V 0.03 Min 47xx: Ni 1.05%; Cr 0.45%; Mo 0.20 E 0.35% 81xx: Ni 0.30%; Cr 0.40%; Mo 0.12% 86xx: Ni 0.55%; Cr 0.50%; Mo 0.20% 87xx: Ni 0.55%; Cr 0.50%; Mo 0.25% 88xx: Ni 0.55%; Cr 0.50%; Mo 0.35% 93xx: Ni 3.25%; Cr 1.20%; Mo 0.12% 94xx: Ni 0.45%; Cr 0.40%; Mo 0.12% 97xx: Ni 0.55%; Cr 0.20%; Mo 0.20% 98xx: Ni 1.00%; Cr 0.80%; Mo 0.25%
	Aços Níquel-Molibdênio
	46xx: Ni 0.85 E 1.82%; Mo 0.20 E 0.25% 48xx: Ni 3.50%; Mo 0.25%
	Aços-Cromo
	50xx: Cr 0.27, 0.40, 0.50 E 0.65% 51xx: Cr 0.80, 0.87, 0.92, 0.95, 1.00 E 1.05% 50xxx: Cr 0.50%; C 1.00% Min 51xxx: Cr 1.02%; C 1.00% Min 52xxx: Cr 1.45%; C 1.00% Min
	Aços Cromo-Vanádio
	61xx: Cr 0.60, 0.80 E 0.95% ; V 0.10 E 0.15%
	Aços Cromo-Tungstênio
	72xx: W 1.75 ; Cr 0.75%
	Aços Silício-Manganês
	92xx: Si 1.40 E 2.00%; Mn 0.65, 0.82 E 0.85% ; Cr 0 E 0.65%
	Aços-Boro
	XxBxx: B Denota Aço Ao Boro
	Aços Ao Chumbo
	XxLxx: L Denota Aço Ao Chumbo
	Aços-Vanádio
	XxVxx: V Denota Aço Ao Vanádio
Tabela 01 – Classificação dos aços segundo a SAE. (CHIAVERINI, Aços e Ferros Fundidos – 7ª ed.)
ELEMENTOS DE LIGA E SUAS CARACTERÍSTICAS
Cromo (Cr): Estimula a formação de carbonetos, aumenta a resistência ao desgaste, assim como, a temperabilidade dos aços, reduz sua velocidade crítica de resfriamento. A adição do cromo faz com que os grãos do aço se tornem mais finos, aumentando sua resistência;
Níquel (Ni): Aumenta a resistência ao impacto (2 – 5%) e diminui a velocidade de resfriamento, influi diretamente na granulação dos aços, tornando-os mais finos, aumentando assim, a tenacidade dos aços ferríticos-perlíticos e a resistência dos recozidos;
Chumbo (Pb): É usado nos aços "corte livre" em percentuais de 0,20 a 0,50%. Em virtude de sua distribuição homogênea e fina, é empregado para melhorar a usabilidade dos aços;
Molibdênio (Mó): Influência a dureza e a resistência a quente;
Vanádio (V): Dá aos aços uma insensibilidade ao superaquecimento, melhorando suas características de forjamento e usinagem e é excelente desoxidante;
Cobre (Cu): É usado para retardar a velocidade de corrosão do aço em relação atmosfera;
Boro (B): É o agente endurecedor poderoso (0, 001% - 0, 003%), facilita a conformação a frio;
Silício (Si): Tem efeito similar ao níquel, melhora as propriedades de resistência com pouca perda de ductilidade, melhora a resistência à oxidação;
Manganês (Mn): Aumenta a dureza e resistência ao desgaste.
APLICAÇÕES E PROPRIEDADES MECÂNICAS
Os aços de baixa liga por possuírem propriedades distintas podem ser encontrados em praticamente todos os segmentos industriais, desde a construção civil até a construção naval, passando pela indústria petrolífera, automobilística e aeronáutica. 
Eles são utilizados na confecção de peças (engrenagens, eixos, parafusos, porcas, rolamentos), ferramentas (pás, martelos, serras, matrizes, punções) ou estruturas (pontes, edifícios, tanques). Além de: placas, barras laminadas a quente, arames barras acabadas a frio, tubos para oleodutos e campos petrolíferos.
Aço de baixa liga contendo 0,2% C normalmente ou superfície carburada ser tratada termicamente para se obter uma superfície dura, resistente ao desgaste, enquanto continua a ter um núcleo duro.
PROCESSAMENTO E TEMPERABILIDADE
O processamento entende-se o tipo de operação que se executa sobre o aço visando mudar e/ou a estrutura. Os processamentos que visam impor uma forma são a conformação mecânica (a frio ou a quente, tal como a laminação, extrusão, trefilação), a fundição e a consolidação por sinterização (metalurgia do pó). Os processamentos que visam alterar a estrutura são os tratamentos térmicos, tais como recozimento, normalização, recristalização, coalescimento e a têmpera (e revenimento). O processamento altera a microestrutura do aço e, portanto, afeta as propriedades. 	
A temperabilidade de um aço é definida como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição de dureza induzida pela têmpera do estado austenítico. Ela depende, principalmente, (1) a composição, (2) o tamanho de grão austenítico e (3) a estrutura do aço antes da têmpera. Ela não pode ser confundida com a dureza de um aço, que é a sua resistência à deformação plástica, geralmente por recuo ou dente. 
ESPECIFICAÇÕES
Na indústria as especificações dos aços variam de acordo com:
Baixas temperaturas – usadas em temperaturas inferiores a -45°C (limite do aço carbono)
Alta Corrosão – serviços onde o fluido é corrosivo, mesmo quando em temperaturas da faixa usual de trabalho do aço carbono, por possuírem maior resistência à corrosão.
Sem contaminação – serviços onde não pode haver contaminação, tais quais dos produtos da área alimentícia e farmacêutica.
Segurança – serviços com fluidos perigosos (tóxicos, inflamáveis, explosivos, etc.).
AÇO APLICADO NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Os aços estruturais são aqueles aplicados na construção civil, sendo os de baixa liga aqueles após a adição de ligas trabalharão onde terão melhor rendimento e vantagens do sistema construtivo tradicional.
Menor prazo de execução: Apesar do custo do materiais ser superior aos métodos tradicionais, estes possibilitam trabalhar em diversos pontos de uma obra e não é afetada pelas intemperes climáticas fazendo com que o tempo construtivo seja mais rápido equacionando o custo-benefício;
Alívio de cargas: As estruturas de aço são mais “esbeltas”, ou seja, são mais leves que as de concreto, reduzindo o peso das estruturas;
Maior área de alcance: as seções de pilares e vigas de aço são maiores e mais bonitas reduzindo espaço interno e aumentando sua área útil;
Projetos diferenciados: Permite a elaboração de projetos com maior complexidade devido a sua tecnologia;
Precisão: Uma estrutura de aço é medida em mm(milímetro) enquanto as de concreto são em cm (centímetros) 	isso garante uma precisão maior;
Flexibilidade e compatibilidade: É indicado em locais que precisam de adaptações, ampliações ou reformas sendo compatível com qualquer material de fechamento desde os mais tradicionais quanto os pré-moldados.
SUSTENTABILIDADE 
Nos dias de hoje os processos de fabricação tem buscado minimizar os desperdícios e principalmente adotar medidas sustentáveis.
Na indústria siderúrgica não é diferente, pois além dos aços serem produto 100% reciclável, ou seja, podem ser reciclados indefinidamente,sem perder a qualidade e voltar a ser produto novo com a mesma ou outra finalidade.
Já na construção civil, reduzem a quantidade de madeira e outros materiais, assim como, à produção sonora de máquinas e equipamentos. 
No Brasil, algumas indústrias já estão utilizando o biorredutor, que usa o carvão vegetal como combustível, sendo este material mais limpo que os métodos tradicionais.
CONCLUSÃO
Concluímos que os aços de baixa liga por possuírem propriedades específicas e melhoradas do que os aços comuns aumentam sua aplicabilidade em diversas áreas, ou seja, irão reduzi tempo, custo e aumentar a duração do material.
Os aços de baixa liga tem mais apurado as propriedades de resistência a fadiga, a corrosão, ao desgaste, temperabilidade, ductilidade e tenacidade, sendo estes alterados de acordo com sua aplicação final.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
CALLISTER, WILLIAN D. – Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução, Rio de Janeiro: LTC, 2008.
WILLIAM, F. SMITH, JAVAD HASHEMI - Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto Alegre, RJ: McGraw Hill, 2010.
CHIAVERINI, VICENTE - Aços e ferros fundidos, São Paulo, ABMM, 2005;
PFEIL, WALTER e MICHELE - Estruturas De Aço - Dimensionamento Prático, Rio de Janeiro: LTC, 1994.
Capítulo 8: aços para construção mecânica – UERJ, disponível em:
http://www.fat.uerj.br/intranet/disciplinas/Materiais%20de%20Construcao%20Mecanica/Cap%208%20-%20A%E7os%20e%20suas%20Ligas.pdf
Portal Instituto Aço Brasil, disponível em:
http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/sustentabilidade/relatorio.asp 
Aço de Baixa Liga, BrasMetal, disponível em:
http://inter.brasmetal.com.br/sys/download/Baixa-Liga.pdf
Ligas Metálicas: Aço de Baixa liga, Universidade de Cuiabá, disponível em:
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfpRgAI/acos-baixa-liga