10. Aço

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Prof. Mayara Queiroz Moraes
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Materiais metálicos
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• Metais
– Materiais Metálicos: 
combinação de elementos 
metálicos.
• Ligação Metálica
– Possui como principal característica a 
presença de elétrons livres em torno de 
cátions e átomos neutros no retículo (“mar de 
elétrons”).
METAIS
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METAIS
• Características de compostos metálicos:
– Sólidos nas condições ambientes (exceto o Hg);
– Brilho (efeito fotoelétrico);
– Altos pontos de fusão e de ebulição;
– Bons condutores de corrente elétrica no estado sólido ou 
fundidos;
– Ductibilidade (fios) e maleáveis (lâminas).
• Principais ligas metálicas (Soluções Sólidas)
– Ouro 18 quilates (Au + Cu);
– Aço (Fe + C);
– Latão (Cu + Zn);
– Metal monel (Ni + Cu).
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METAIS
• As ligas ferrosas (aquelas em que o ferro é o 
constituinte principal) são produzidas em maior 
quantidade do que qualquer outro tipo de metal.
– Essas ligas são especialmente importantes como 
materiais de construção civil.
– Seu amplo uso é o resultado de três fatores:
• Abundância de matéria prima;
• Produção relativamente econômica;
• Versatilidade.
– Desvantagem:
• Suscetibilidade à corrosão.
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• 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 ferro
– Geralmente formado no subsolo, mas muitas vezes 
encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. 
– Principais minérios: Hematita (Fe2O3) e Magnetita (Fe3O4).
– Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em 
pedaços menores e em seguida passa pelo processo de 
fabricação do ferro gusa em usina siderúrgica.
METAIS FERROSOS
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METAIS FERROSOS
Exploração e mineiração
para colheita de minério
de ferro.
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METAIS
• Ligas Ferro-Carbono
– Na prática, não são ligas binárias, pois sempre há a 
presença de elementos químicos secundários 
oriundos da forma de obtenção das matérias primas 
ou adicionados propositalmente para melhorar as 
propriedades mecânicas.
• AÇOS: liga Fe-C contendo geralmente 0,008% até cerca 
de 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais 
resultantes do processo de obtenção;
• FERROS FUNDIDOS: liga Fe-C, com teor de carbono 
entre 2,11% e 6,67%.
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METAIS FERROSOS
• Ferro Gusa
– Produto primário da 
produção do aço.
– Resultado da redução 
do teor de oxigênio do 
minério de ferro em 
alto forno.
– Presença de elevados 
teores de carbono 
remanescentes do 
coque.
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METAIS FERROSOS
• Coque
– Obtido pelo processo de 
“coqueificação”, 
 Aquecimento do carvão 
mineral a altas temperaturas, 
em câmaras herme-
ticamente fechadas.
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• Processo de obtenção do ferro gusa
– Na usina, o minério é fundido num forno com pressões 
controladas denominado ALTO FORNO.
– No alto forno, o minério é depositado em camadas intercaladas 
com coque (combustível) e calcário (fundente).
– Depois de carregado, injeta-se ar no interior do alto forno.
– O ar sobe pelo alto forno e ajuda na queima do coque que, ao 
atingir cerca de 1200ºC, derrete o minério.
– Ao derreter-se, o ferro, de maior densidade, fica depositado no 
fundo do forno, ao passo que os demais óxidos, que formam a 
escória, ficam sobre ele, o que possibilita a separação das duas 
fases.
– Nesta condição, o ferro ainda é muito impuro, contendo elevado 
teor de carbono, recebe o nome de ferro gusa.
METAIS FERROSOS
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• Processo de obtenção do ferro gusa
– Entre 300º C e 350º C temos a dessecação, onde o 
vapor de água contido na carga é liberado;
– Entre 350º C e 750º C ocorre a redução, onde o óxido 
de ferro perde o oxigênio;
– Entre 750º C e 1150º C temos a carburação, onde o 
ferro se combina com o carbono presente no coque, 
formando o ferro gusa;
– Entre 1150º C e 1800º C ocorre a fusão, onde o ferro 
gusa passa para o estado líquido;
– Em torno dos 1600º C ocorre a liquefação, onde o ferro 
gusa se separa da escória.
METAIS FERROSOS
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• Processo de obtenção do ferro gusa
– Através de uma abertura especial em altura específica, 
são retiradas as escórias e, em seguida, o ferro-gusa é 
despejado em recipientes localizados na parte de baixo do 
alto forno, chamados CADINHOS.
– O ferro-gusa derretido é transportado no cadinho e 
despejado em fôrmas denominadas LINGOTEIRAS.
– Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira, 
recebendo então o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA.
– A seguir, os lingotes são armazenados para receberem 
novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, é 
usado apenas na confecção de peças que não passarão 
por processos de usinagem.
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METAIS FERROSOS
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METAIS FERROSOS
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• Ferro fundido
– Liga de Fe-C que contém de 2,11 a 6,67% de carbono. 
– É obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro 
gusa por meio de fusão.
– É considerado, portanto, um ferro de segunda fusão.
– A fusão do ferro gusa para a obtenção do ferro fundido, é 
feita em fornos apropriados sendo o mais comum o forno 
chamado “CUBILÔ”.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da 
injeção de oxigênio puro sob pressão no ferro gusa líquido, 
dentro de um conversor.
– A reação constitui na redução do ferro gusa através da 
combinação de elementos da liga (silício, manganês) com 
o oxigênio injetado, o que provoca uma grande elevação 
na temperatura, atingindo aproximadamente 1700º C.
– Os gases resultantes do processo são queimados e os 
resíduos indesejáveis são eliminados em forma de uma 
fumaça que, após filtrada, transforma-se em um elemento 
muito fino (sílica ativa).
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Um dos mais importantes materiais 
metálicos usados nas indústrias 
mecânica e de construção civil.
– Obtém-se o aço abaixando-se a 
porcentagem de carbono do ferro 
gusa.
– A porcentagem de carbono no aço 
varia entre 0,008% a 2,11%.
– Geralmente, além de ferro e 
carbono, há certos elementos 
residuais, resultantes dos 
processos de fabricação.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Características e propriedades:
• Cor acinzentada;
• Densidade = 7,8 g/cm³;
•Temperatura de fusão entre 1250 e 1450º C;
• Ductibilidade, tenacidade, elasticidade, resistência 
mecânica elevada e resiliência;
• Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, 
forjabilidade.
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• Aço
– Características e propriedades:
• Cor acinzentada;
• Densidade = 7,8 g/cm³;
• Temperatura de fusão entre 1250 e 1450º C;
• Ductibilidade, tenacidade, elasticidade, resistência 
mecânica elevada e resiliência;
• Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, 
forjabilidade.
METAIS FERROSOS
• Pode ser trabalhado com ferramenta de corte;
• Pode ser curvado;
• Pode ser dobrado;
• Pode ser forjado;
• Pode ser soldado;
• Pode ser laminado;
• Pode ser estirado (trefilado);
• Possui grande resistência à tração.
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• Aço
– Classe A 
• Barras ou fios laminados a quente
• Apresentam patamar de escoamento
– Classe B 
• Barras ou fios laminados a frio ou encruados
• Não apresentam patamar de escoamento
METAIS FERROSOS
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NBR 7480 
• Barras e fios de aço destinados a armaduras para 
concreto armado
• Publicação: Fevereiro de 1996.
• Normaliza sobre:
 Barras (CA-25 ou CA-50): ∅ ≥ 5 𝑚𝑚 (laminação a quente)
 Fios (CA-60): ∅ < 10 𝑚𝑚 (laminação a frio – trefilação e 
encrunhamento)
NORMALIZAÇÃO
C A = AÇO DESTINADO AO CONCRETO ARMADO
25, 50 e 60 = Valor característico da resistência de escoamento:
CA-25 CA-50 CA-60
fy = 25 kgf/mm² fy = 50 kgf/mm² fy = 60 kgf/mm²
fy = 250 MPa fy = 500 MPa fy = 600 MPa
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• Aço
– Laminação a quente
• A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura 
crítica (de recristalização do metal), a fim de reduzir a 
resistência à deformação plástica e permitir a recuperação da 
estrutura do metal ao final do processo.
• Os tarugos são pressionados entre cilindros, onde sofrem 
redução de seção transversal e aumento de comprimento.
• Após a laminação, as barras de aço resfriam-se em contato 
com o ar ambiente. 
• Produz os aços CA-25 e CA-50.
• Os produtos chamados de “Aços Naturais”.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Laminação a quente
• A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura 
crítica (de recristalização do metal), a fim de reduzir a 
resistência à deformação plástica e permitir a recuperação da 
estrutura do metal ao final do processo.
• Os tarugos são pressionados entre cilindros, onde sofrem 
redução de seção transversal e aumento de comprimento.
• Após a laminação, as barras de aço resfriam-se em contato 
com o ar ambiente. 
• Produz os aços CA-25 e CA-50.
• Os produtos chamados de “Aços Naturais”.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Laminação a frio (trefilação)
• Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico;
• Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa 
elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do 
limite elástico do aço;
• Reduz a ductilidade do aço.
• Depois da trefilação, quando necessário, o material é 
submetido a um processo de encruamento, para uniformizar 
a superfície ou obter uma dureza determinada.
• Produz os aços CA-60.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Laminação a frio (trefilação)
• Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico;
• Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa 
elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do 
limite elástico do aço;
• Reduz a ductilidade do aço.
• Depois da trefilação, quando necessário, o material é 
submetido a um processo de encruamento, para uniformizar 
a superfície ou obter uma dureza determinada.
• Produz os aços CA-60.
METAIS FERROSOS
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• Aço
– Laminação a frio (trefilação)
• Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico;
• Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa 
elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do 
limite elástico do aço;
• Reduz a ductilidade do aço.
• Depois da trefilação, quando necessário, o material é 
submetido a um processo de encruamento, para uniformizar 
a superfície ou obter uma dureza determinada.
• Produz os aços CA-60.
METAIS FERROSOS
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AÇO
• Formas comerciais do aço:
• Para os diferentes usos industriais, o aço é 
encontrado no comércio na forma de:
• Barras (Vergalhões);
• Fios.
• Perfilados;
• Chapas;
• Tubos...
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• Formas comerciais do aço:
– Vergalhões:
• São barras laminadas em diversos perfis, sem 
tratamento posterior à laminação.
METAIS FERROSOS
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• Formas comerciais do aço:
– Perfilados:
• São vergalhões laminados em perfis especiais tais 
como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z...
METAIS FERROSOS
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• Formas comerciais do aço:
– Chapas: São laminados planos, encontradas no 
comércio nos seguintes tipos:
• Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, 
sendo muito utilizadas nas indústrias.
• Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma 
fina camada de zinco. Usadas em locais sujeitos a 
umidade, tais como calhas e condutores etc.
• Chapas estanhadas - revestidas com uma fina camada 
de estanho. Usadas principalmente na fabricação de 
latas de conservas devido a sua resistência à umidade 
e corrosão.
METAIS FERROSOS
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Vergalhões CA 50
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Vergalhões CA 50
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Vergalhões CA 25
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Aço CA 60
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Arame Recozido
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Aços de Protenção
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Aços de Protenção
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ENSAIOS EM MATERIAIS 
METÁLICOS
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NBR 6152 - Materiais Metálicos:
“Determinação das Propriedades Mecânicas à 
Tração - Métodos de Ensaio”
ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DAS 
PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO
Resistência à tração
Alongamento
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ENSAIO DE DOBRAMENTO
 Corpo-de-prova é dobrado a 180º
 Diâmetro do pino: Depende da resistência e do 
diâmetro do aço ensaiado
NBR 6153
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ENSAIO DE DETERMINAÇÃODO COEFICIENTE 
DE CONFORMAÇÃO SUPERFICIAL
 Avalia a aderência da barra e do fio de aço ao 
concreto pelo espaçamento de fissuras 
 Comparativo entre a barra nervurada e lisa
 Não é um ensaio de recebimento
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
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AÇO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
NORMALIZAÇÃO – BITOLAS CA 25 CA 50
NBR 7480
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AÇO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
NORMALIZAÇÃO – BITOLAS CA60
NBR 7480
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DEFEITOS
 As barras e fios de aço devem estar isentos de “defeitos 
prejudiciais” (a norma não especifica!!).
 Aceita-se oxidação superficial (uniforme e leve) 
removível com “tecido grosseiro ou escova qualquer”.