Ligas Ferrosas - Aços

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AULA 5
Liga metálica
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Ligas Ferrosas
1. Ligas Ferrosas: apresentam o ferro como constituinte principal. (Aços e Ferros Fundidos).
2. Ligas Não-Ferrosas: não apresentam o ferro como constituinte principal. 
(Zamac – Alumínio, Cobre, Magnésio e Zinco; Alpaca – Cobre, Níquel e Zinco; Latão – Cobre e Zinco; Metal Muntz – Latão α+β; Bronze – Cobre e Estanho; Duralumínio – Alumínio, Magnésio, Manganês e Cobre.
São materiais que possuem propriedades metálicas, compostas por dois ou mais elementos, sendo pelo menos o maior constituintes dele, um metal. 
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Você em ação
Assinale a alternativa correspondente pertencente a cada classe dos materiais para a sequência a seguir:
Porcelana – Garrafa de vidro – PET – Bronze – Vergalhão de aço – Isopor 
(A) Cerâmica – Cerâmica – Polímero – Metal – Metal – Polímero
(B) Polímero – Cerâmica – Polímero – Metal – Metal – Polímero
(C) Metal – Cerâmica – Polímero – Cerâmica – Metal - Cerâmica
(D) Polímero – Polímero – Cerâmica – Metal – Metal – Cerâmica
(E) Polímero – Cerâmica – Polímero – Metal – Metal – Polímero
Questão Concurso - 1
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MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Você em ação
São materiais industriais considerados não-ferrosos:
(A) Aço prata, molibdênio e cobalto 
(B) PET, ferro fundido nodular, aço inox
(C) zinco, latão e alumínio
(D) cobre, estanho, aço galvanizado
(E) Ferro fundido, cloreto de polivinila, estanho
Questão Concurso - 2
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Ligas Ferrosas
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- Ligas ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até cerca de 2,1% de carbono, além de certos elementos químicos residuais (Si, Mn, P, S) resultantes do processo de fabricação, bem como a adição de elementos de liga.
Aços
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Ligas Ferrosas
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Ligas ferrosas
Matéria-prima abundante
Boa relação Propriedade x Custo
Alterações de propriedades com pequenas alterações químicas e termomecânica
Critério para classificação dos aços
1. Quanto à Composição Química – de acordo com o teor de carbono.
2. Quanto ao Processamento – trabalhados a frio ou a quente e fundidos.
3. Quanto a Microestrutura – aços encruados, ferríticos-perlíticos, martensíticos, bainíticos e austeníticos.
4. Quanto as propriedades – alta resistência, alta resistência baixa liga, inoxidável.
5. Quanto a aplicação – aços estruturais, para arames e molas, fundição, chapas, tubos, ferramentas... 
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Aços
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Classificação quanto à composição
Classificação de acordo com o teor de carbono .
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Aços
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Classificação por designação normativa
Desenvolvido por instituições normativas para designar aços utilizados na indústria de acordo com a sua composição química.
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Aços
AISI – American Iron and Steel Institute
SAE – Society Automotive Engineers
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OUTRAS DESIGNAÇÕES NORMATIVAS
a. NBR/ABNT – Norma Brasileira Regulamentadora
b. UNS (Normalização Unificada) – Unified Numbering System
c. API (americana) – American Petroleum Institute
d. ASTM (americana) – American Standards of Testing and Materials
e. DIN (alemã)
f. JIS (japonesa)
g. UNI (italiana) 
h. EN (União Europeia)
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Aços
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Classificação Normativa SAE/AISI  Aço xxAyyB 
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xx  Família a qual o aço pertence
A  adição de elemento de liga especial
	- xxByy: adição de Boro
 - xxVyy: adição de Vanádio
yy  Percentual de carbono x100
B  requisitos adicionais de qualidade
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Questao Concurso 3 
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Você em ação
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Classificação quanto à composição
Outra classificação comum que ocorre de acordo com acordo com a composição química, é:
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Aços
Aços-carbono - Liga de ferro-carbono que contém de 0,008% a 2,1% de carbono. Possui na sua composição apenas quantidades limitadas de carbono, silício, manganês, cobre, enxofre e fósforo. Outros elementos existem apenas em quantidades residuais. 
Aços-liga - Liga de ferro-carbono com elementos de adição (níquel, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, silício, cobalto e alumínio).
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1. Aço Baixo Carbono  < 0,3%p C
- Utilizados em situações que exigem leveza e boa resistência. Excelentes ductilidade, tenacidade e baixa dureza.
- Usináveis, soldáveis e baratos de serem produzidos. Aumento de resistência obtido por trabalho a frio.
- Microestrutura Ferrita e Perlita.
- LE (275 MPa), LRT (415 a 550 MPa) e Ductilidade (25 AL%).
- Aplicações: Chapas automobilísticas, chapas para tubulações, pregos, arames, edificações, pontes.
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Aços
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
0,2%C
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2. Aço Médio Carbono  0,3%p – 0,6%p C
- Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade, resistência mecânica e dureza.
- Aplicados a produtos forjados (possuem ductilidade a quente). 
- Podem ser termicamente tratados.
- Aplicações: Engrenagens, virabrequins, chassis de caminhões, outras peças de máquinas que necessitem de elevada resistência mecânica e tenacidade.
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Aços
0,45%C
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Aços-Carbono
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Aços
Composição de Aços Carbono Comum com Baixo teor de carbono
Características mecânicas de materiais laminados a quente e Aplicações típicas de Aços Carbono Comum com Baixo teor de carbono
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3. Aço Alto Carbono  Acima de 0,60%p
- Duros, resistentes e elevada resistência ao desgaste
- Menos dúctil entre todos os aços
- Resistência obtida mediante encruamento e revenimento, ou pela adição de elementos de liga.
- Aplicações: aços para ferramentas de corte (lâminas de serras), matrizes para conformação de materiais, molas e arames com alta resistência.
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Aços
1,4%C
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Questão Concurso - 4
Uma das possíveis classificações dos aços-carbonos está relacionada ao percentual de carbono presente em suas microestruturas.
Dentro dessa classificação, são considerados aço de baixo teor de carbono e aço de alto teor de carbono, respectivamente, os aços com os percentuais de carbono de:
(A) 0,10% e 0,25%
(B) 0,15% e 0,60%
(C) 0,50% e 0,60%
(D) 0,50% e 1,20%
(E) 1,00% e 5,00%
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Você em ação
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Questão Concurso – 5 
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Você em ação
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MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Você em ação
Suponha que, acidentalmente, você apagou a identificação de 3 amostras de aço-carbono, SAE1030, SAE1045 e SAE1080. Para separá-los, você irá utilizar seus conhecimentos de metalurgia, por meio da análise metalográfica, do tratamento térmico e utilizando o diagrama de fases Fe-Fe3C fornecido. Após realizar tratamento térmico de austenitização a uma mesma temperatura e mesmo período de tempo em todas as amostras e deixá-las resfriando lentamente no forno, foram obtidas as seguintes microestruturas. Com base nas microestruturas obtidas, é correto concluir que as amostras de aço identificadas são:
(A) I - aço 1080, II - aço 1030 e III - aço 1045 (B) I - aço 1030, II - aço 1080 e III - aço 1045 (C) I - aço 1045, II - aço 1030 e III - aço 1080 (D) I - aço 1030, II - aço 1045 e III - aço 1080
(E) I - aço 1080, II - aço 1045 e III - aço 1030
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Aços-liga ou Aços-ligados
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Aços
∑ quant. dos elem. de ligas < 5,0%. Elementos típicos: Cr, Mo, Ni, Mn e Si. Aplicados a peças grandes que devem ter alta resistência em relação ao núcleo.
∑ quant. dos elem. de ligas deve estar entre 5% a 10%. Resistência mecânica em elevadas temperaturas, resistência ao impacto associado a elevada dureza.
∑ quant. dos elem. de ligas > 10%. Aços com elevada resistência à oxidação (%Cr> 12%), aços com elevada resistênciaao desgaste, mecânica e capacidade de corte.
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Aços Ligados
Baixa Liga
Média Liga
Alta Liga 
Aços Alta Resistência Baixa Liga (ARBL)
- Apresentam teor de carbono inferior a 0,3%C e ∑ elem. 
- Contêm outros elementos de liga que, em concentrações combinadas, podem ser tão elevadas quanto 10%.
- Adições de Cobre, Vanádio, Níquel, Molibdênio, Nióbio e Titânio. Podendo ser associados a tratamentos térmicos.
- São aços dúcteis, mais resistentes e tenazes que aços carbonos convencionais, boa conformabilidade e soldáveis.
- LE (290 a 550 MPa) LRT (415 a 700 MPa). 
- Aplicações: tubulações de transporte de óleo e gás, navios e plataformas de perfuração “off-shore”.
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Aços
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Aços Alta Resistência Baixa Liga (ARBL)
https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6340-acos-de-alta-resistencia-e-baixa-liga#.XnoTuYhKg2w
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Aços
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Aços Alta Resistência Baixa Liga (ARBL)
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=199
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Questão Concurso – 7 
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Aços
Aplicações típicas e Faixas de Propriedades mecânicas para Aços Carbono Comuns e Aços Liga Temperados em Óleo e Revenido
Virabrequins, parafusos
Talhadeiras, martelos
Facas, Lâminas de serras
Molas, Ferramentas 
Buchas, tubulações em aeronaves
Eixos, pistões e engrenagens
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As propriedades dos aços-carbono dependem basicamente de dois fatores:
1. Composição química 
2. Estrutura
 - A estrutura é influenciada por:
a. Composição química – em função do teor de carbono
b. Tratamento mecânico – condições de deformação do material
c. Tratamento térmico – temperatura, tempo de aquecimento e velocidade de resfriamento
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Aços
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Composição Química
- Carbono: elemento fundamental, responsável pela dureza do material no estado recozido e pela sua temperabilidade.
- Silício: nos teores normais (0,15 a 0,30%) é elemento desoxidante, pois neutraliza a formação de CO ou CO2.
- Manganês: em teores entre (0,30 e 0,60%) atua como desoxidante e dessulfurante, ao combinar-se com o enxofre, formando o sulfeto de Mn, eliminando o problema de fragilidade a quente.
- Fósforo e Enxofre: são geralmente elementos nocivos, de modo que as especificações procuram fixar os teores desses elementos em valores baixos.
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Aços
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Influência dos elementos de liga
De um modo geral, ao se introduzir um elemento de liga nos aços, visam-se ainda os seguintes objetivos:
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Aços
Efeito do endurecimento por formação de solução sólida, causado pela adição de elementos de liga no ferro puro.
Os elementos de liga alteram as fases ou os microconstituintes formados, a velocidade de formação das fases e suas características.
- Aumentar a usinabilidade
- Aumentar a temperabilidade
- Aumentar a capacidade de corte
- Conferir dureza a quente
- Conferir resistência ao desgaste
- Aumento de resistência à corrosão
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Influência dos elementos de liga
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Aços
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Classificação Quanto à Aplicação
AÇOS ESTRUTURAIS
- São aços empregados principalmente em construção civil e em equipamentos de transporte: veículos em geral, equipamento rodoviário, ferroviário, naval etc.
- Em princípio são considerados dois tipos fundamentais: 
Aços carbono (0,15 a 0,4% C)
Aços de alta resistência e baixo teor de liga 
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Aços
São utilizados para itens industrializados, recipientes de armazenamento e transporte, setor automobilístico, entre outros. 
Nessas aplicações, alguns requisitos fundamentais são: 
Baixo custo
Resistência a corrosão 
Resistência mecânica – deformabilidade 
Soldabilidade
Relação adequada resistência/peso
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2. AÇOS PARA MOLAS
- Altos valores para os limites de elasticidade sob tensão ou de sob torção; 
- Elevada resistência ao choque, sobretudo no caso de serviço mais pesado em veículos em geral.
- Alto limite de fadiga.
- Em princípio as molas são fabricadas por dois métodos:
A partir de tiras ou fios de aço recozido
A partir de fios de aços já endurecido (têmpera, por exemplo) e estirado a frio.
MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA
Aços
Os aços mais utilizados para molas são os SAE 1050, 1065, 1080, 1090, 6150 (Cr-V), 9260 (Si-Mn). 
6150 – aço Cr-V: 0,48 a 0,53% C, 0,7 a 0,9% Mn, 0,8 a 1,1% Cr e 0,15 a 0,2% V
Apresentam resistência à corrosão e ao calor superiores às do aço carbono.
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3. AÇOS PARA CEMENTAÇÃO
- Os aços mais empregados na cementação são os tipos SAE 3100, 4100, 4600, 5100 e 6100, com teor máximo de carbono de 0,23%.
- Aplicação: engrenagem de transmissão de trator, engrenagem de redução, mancais, coroa e pinhões, entre outros. 
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Aços
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4. AÇOS PARA FINS ESPECIAIS
Aços resistentes ao desgaste
Aço-manganês: mandíbulas de britadores, moinhos de bolas, correntes transportadoras, engrenagens especiais.
A resistência ao desgaste depende do acabamento da superfície metálica, dureza, resistência mecânica.
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Aços
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