Atividade de pesquisa 02 - Ciência dos Materiais POLITCNICA

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Atividade de Pesquisa 02: Ciência dos Materiais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - Fale sobre a fabricação do ferro gusa e qual a sua importância na fabricação do aço. 
A produção do ferro gusa é um processo químico que utiliza a redução de minérios de ferro para gerar 
o principal formador do aço. 
A produção do ferro gusa é uma atividade do setor siderúrgico de extrema importância econômica 
pelo fato de corresponder à grande parte do custo da produção do aço. A produção dessa liga ocorre por 
meio do processo de redução do ferro presente em minérios que contêm esse elemento. 
Assim, a produção do ferro gusa depende da utilização de minérios de ferro, ou seja, minérios 
formados por óxidos de ferro, os quais não apresentam nenhuma utilização para a produção do aço, 
mas que são fundamentais para a extração do ferro. 
Diversas são as formas de extrair o ferro dos minérios, as quais foram aperfeiçoadas ao longo da 
história, uma vez que a utilização de ligas formadas a partir de ferro data de antes de Cristo. Porém, a 
técnica mais utilizada para a produção de ferro gusa é a redução em altos fornos, a qual será abordada 
neste texto. 
 
 
2 - Comente sobre os efeitos do carbono no ferro, fale sobre as propriedades adquiridas e modificadas 
com o aumento do teor de carbono. 
Os aços-carbono constituem o mais importante grupo de materiais utilizados na engenharia e na 
indústria. De fato, as propriedades mecânicas desses aços simplesmente ao carbono, sem qualquer 
elemento de liga, e na maioria dos casos também sem qualquer tratamento térmico, são suficientes para 
atender à maioria das aplicações da prática. Como se sabe, os estados normais de utilização desses 
materiais são o fundido e o trabalhado. As peças fundidas geralmente requerem um tratamento térmico 
de recozimento ou normalização para alívio das tensões originadas na solidificação e para 
homogeneização da microestrutura. O aço trabalhado por forjamento, laminação, estiramento, 
trefilação, etc., é utilizado diretamente na forma de perfis obtidos através desses processos, sem 
necessidade de tratamentos térmicos complexos, a não ser nos casos de trabalho final a frio, quando é 
necessário eliminar o efeito do encruamento. 
 
 
Ciência dos Materiais 
Aluno (a): Jose carlos carrero Junior Data: 26 / 10 /2020 
Atividade de Pesquisa 02 NOTA: 
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Por outro lado, em secções pequenas, os aços-carbono podem, dentro de certos limites, ser esfriados a 
velocidades que sejam suficientes para produzir qualquer uma das possíveis distribuições de cementita 
na ferrita, inclusive a formação da martensita. Sabe-se que, para cada tipo particular de distribuição de 
carbonetos, o teor de carbono é o principal fator de influência na dureza e na resistência mecânica do 
aço. Mantendo-se constante o teor de carbono, a resistência aumenta à medida que aumenta a finura da 
dispersão de carbonetos, ao passo que a ductilidade e propriedades semelhantes diminuem. Para a 
mesma dureza, por outro lado, a dispersão do tipo esferoidal possui maior tenacidade do que a estrutura 
lamelar. 
 
 
 
3 - Defina Aço e Ferro Fundido. 
Ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício. 
Forma uma liga metálica de ferro, carbono (a partir de 2% a 7%), silício (entre 1 e 4%), podendo 
conter outros elementos químicos. 
 
4 - Fale sobre os Ferros Fundidos, liste os tipos, definindo-os e falando sobre suas propriedades. 
Pelo conhecimento do diagrama do equilíbrio Fe-C, costuma-se definir ferro fundido como “as ligas 
Fe-C cujo teor de carbono se situa acima 2,0% aproximadamente”. Face à influência do silício nessa 
liga, sobretudo sob o ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro é normalmente considerado 
um “liga ternária Fe-C-Si”, pois o silício está frequentemente presente em teores superiores ao do 
próprio carbono. 
 Por outro lado, em função de sua constituição estrutural, o carbono está geralmente presente, em 
grande parcela, na forma “livre”. 
Nessas condições, a definição de ferro fundido adotada nesta obra será a seguinte: 
 “Ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em 
quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono 
parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita”. 
 Dentro da denominação geral de “ferro fundido”, podem ser distinguidos os seguintes tipos de liga: 
- Ferro fundido cinzento – cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), 
caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura em 
que uma parcela relativamente grande do carbono está no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela 
no estado combinado (Fe3C); 
- Ferro fundido branco – cuja fratura mostra uma coloração clara (donde a sua denominação), 
caracterizado por apresentar ainda como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício, mas cuja 
estrutura, devido às condições de fabricação e menor teor de silício, apresenta o carbono quase 
inteiramente na forma combinada (Fe3C); 
- Ferro fundido mesclado – cuja fratura mostra uma coloração mista entre branca e cinzenta (donde a 
sua denominação), caracterizado igualmente por uma mescla de proporções variáveis de ferro fundido 
branco e ferro fundido cinzento; 
 
 
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- Ferro fundido maleável – caracterizado por ser obtido a partir do ferro fundido branco, mediante um 
tratamento térmico especial (maleabilização), resultando numa transformação de praticamente todo o 
ferro combinado em grafita na forma de nódulos (em vez de veios ou lamelas); 
- Ferro fundido nodular – caracterizado por apresentar, devido a um tratamento realizado ainda no 
estado líquido, carbono livre na forma de grafita esferoidal, o que confere ao material característica de 
boa ductilidade, donde a denominação freqüente para esse material de ferro fundido dúctil. 
- Ferro fundido de grafita compactada – caracterizado pelo fato da grafita apresentar-se em “escamas”, 
ou seja, com a forma de plaquetas ou estrias, motivo pelo qual tem sido também designado por “quasi-
escama”. Outras denominações são: escama agregada, semi-ondular e vermicular. É um produto que, 
como o ferro nodular, exige adição de elementos especiais como terras raras, com um elemento 
adicional, como o titânio, que reduz a formação de grafita esferoidal. O ferro de grafita compactada 
pode ser considerado um material intermediário entre o ferro fundido cinzento e o ferro nodular; possui 
a fundibilidade do ferro fundido cinzento, com melhor resistência mecânica e alguma ductilidade. Sua 
comercialização é relativamente recente. 
 
 
5 - Fale um pouco sobre a importância do estudo das propriedades mecânicas de materiais. Como essas 
propriedades são determinadas? 
Para o estudo dos ensaios mecânicos são necessários previamente o entendimento e o conhecimento de 
alguns conceitos importantes. Todo material sólido quando submetido a esforços externos tem a 
capacidade de deformar-se. As propriedades mecânicas dos materiais definem o comportamento do 
material (resposta) quando sujeito a cargas externas, sua capacidade de resistir ou transmitir esses 
esforços sem se fraturar ou deformar de forma incontrolada. 
Algumas propriedades mecânicas importantes que podemos citar são; elasticidade, plasticidade, dureza, 
resiliência,ductibilidade, tenacidade, etc. 
 
6 - Como é feito um teste de tração, qual se obtém de um teste como esse. Qual a importância desse 
teste? 
Em um ensaio de tração, um corpo de prova ou provete é submetido a um esforço que tende a alongá-
lo ou esticá-lo até à ruptura. Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e 
dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, 
reproduzidos. 
 
7 - O que é limite de escoamento e limite de resistência a tração. 
O limite de escoamento é o ponto onde começa o fenômeno escoamento, a deformação irrecuperável 
do corpo de prova, a partir do qual só se recuperará a parte de sua deformação correspondente à 
deformação elástica, resultando uma deformação irreversível. 
O limite de resistência à tração é a tensão no ponto máximo da curva tensão- deformação. É a 
máxima tensão que pode ser sustentada por uma estrutura que se encontra sob tração (ponto M). 
 
8 - O que é um tratamento térmico? 
Tratamento térmico pode ser definido como o aquecimento ou resfriamen- to controlado dos metais 
feito com a finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a forma do produto 
final. 
 
 
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9 - Fale sobre a têmpera. Qual estrutura é obtida depois de temperar um aço? Essa estrutura tem 
aplicação prática? Por que depois da têmpera é normalmente feito o revenimento? 
Têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar a dureza e a resistência dos 
mesmos. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento tem como 
objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O esfriamento 
brusco visa obter a estrutura martensita. 
Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço 
a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. 
Após dessa fase o aço pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura 
nessa fase é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição, a temperatura de varia de aço 
para aço. A têmpera é obtida em temperaturas diferentes, o que depende da composição do aço da 
peça e dos seus objetivos. Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores. 
O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é considerado quando se faz a 
sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de austenização, e que é aquela que proporciona o máximo 
de dureza. Essa temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por indução 
elétrica. Dependendo das exigências do cliente, a austenização, e conseqüentemente a têmpera, vai 
ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela. 
A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em óleo ou água. A rapidez do 
resfriamento é importante para impedir que o aço mude para fase diferente daquela que se obteve na 
temperatura de austenização (obter estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é 
submetida ao revenimento 
 
10 - Diferencie cianetação, carbonitretação e boretação. 
Cianetação: 
Consiste em aquecer o aço em temperaturas acima de A1, em um banho de sal fundido, de modo que a 
superfície do aço absorva carbono e nitrogênio. Após a têmpera em óleo ou água o aço desenvolve uma 
camada dura, resistente ao desgaste. 
Os banhos de sal contém cianeto de sódio (30 a 97%), carbonato de sódio (2 a 40%) e cloreto de sódio 
(0 a 30%). Estes dois últimos são mais inertes, adicionados para controlar o ponto de fusão da mistura e 
sua fluidez. 
As temperaturas utilizadas variam entre 760 a 870ºC e os equipamentos são os mesmos empregados na 
cementação líquida. O processo é aplicado usualmente aos aços carbono e baixa liga. 
Uma vantagem da cianetação é a menor distorção nas peças produzidas. 
Com relação à cementação líquida, a cianetação introduz menos carbono e mais nitrogênio que esta. 
Carbonitretação: 
Também conhecido como cianetação seca, cianetação a gás ou nitrocarbonetação, é um processo de 
introduzir carbono e nitrogênio no aço a partir de uma mistura gasosa apropriada. O carbono provém de 
um gás rico em carbono e o nitrogênio a partir da amônia. É um processo misto de cementação a gás e 
a nitretação a gás, sendo realizado em temperaturas intermediárias entre estes dois processos (700 a 
900ºC). 
O objetivo da carbonitretação é formar no aço uma camada resistente ao desgaste de 0,07 a 0,70 mm. 
Por empregar temperaturas menores que a cementação gasosa, produz uma menor distorção que este 
processo. 
 
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Os aços utilizados são os das series: 10xx, 41xx, 51xx e, 86xx com teores de carbono na faixa de 
0,25%, embora em alguns casos aços com até 0,50% C sejam utilizados. 
Por conter nitrogênio, a resistência ao amolecimento pela temperatura é maior em peças carbonitretadas 
que nas cementadas a gás. Também a resistência à fadiga e ao impacto são maiores em peças 
carbonitretadas do que nas cementadas a gás. Em contrapartida a profundidade da camada endurecida é 
menor que na cementação. 
A vantagem da carbonitretação em relação à cianetação a gás é que esta é mais limpa. Assim, em peças 
com formas intrincadas ou com pequenos furos a operação de retirada do sal da cianetação é difícil, e aí 
a carbonitretação é mais indicada. 
Os equipamentos utilizados são praticamente os mesmos da cementação a gás, com pequenas 
modificações. 
Os tempos de carbonitretação para os aços carbono e baixa liga variam de 30 minutos até um máximo 
de 6 horas. 
 
Boretação: 
Consiste no enriquecimento superficial em boro no aço pela difusão química, com formação de boretos 
de ferro (Fe2B e Fé B). 
A boretação pode ser gasosa, líquida ou sólida. 
A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 100 vezes mais 
venenoso que o cianogênio. 
A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 100 vezes mais 
venenoso que o cianogênio. 
A boretação líquida utiliza banhos de seis, não tóxicos, mas apresenta dificuldades de introdução do 
boro no aço por formar camadas bifásicas contendo Fe2, B e Fe B, que dificultam a penetração do boro. 
Em vista disso, a boretação sólida tem sido a mais empregada. Os meios de boretação sólida podem 
contar como fontes de boro as seguintes substâncias: boro puro, ferroboro, e carboneto de boro. Como 
o boro puro é caro (~500 dólares/kg) e o ferroboro apresenta dificuldades técnicas em se manter a 
qualidade em grandes produções, utiliza-se o carboneto de boro (~80 dólares/kg). 
A espessura da camada boretada varia de 10 a 300 mícrons, embora processos especiais permitam obter 
camadas de até 1 milímetro de profundidade. O ideal é a formação das camadas monofásicas de Fe2B, 
pois camadas de FeB são mais susceptíveis à formação de trincas. 
A temperatura de boretação varia de 800 a 1050ºC e os tempos, em geral, variam de 1 a 8 horas. 
Peças com camadas boretadas de até 150 mícrons podem ser temperadas em óleo ou ar, sem apresentar 
trincas superficiais. O revenimento deve ser feito em um meio inerte, preferencialmente sob gás 
protetor ou banho de sal neutro. 
A microdureza das camadas boretadas é extremamente alta. 
A camada boretada também apresenta uma grande resistência à corrosão por ácidos inorgânicos, como 
o clorídrico, o sulfúrico e o fosfórico. 
Os aços empregados na boretação são: carbono, baixa liga, ferramenta e inoxidável. Os aços ligados 
com alumínio e os com mais de 1% de silício não são indicados para este processo. 
 
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Observa-se que entre os processos de introdução de carbono (cementaçao sólida e gasosa) e de 
introdução de nitrogênio (nitretação a gás), existem processos intermediários que introduzemcarbono e 
nitrogênio (cementação líquida, carbonitretação, cianetação e nitretação líquida). Nestes processos 
intermediários observa-se que ao se reduzir a temperatura, a introdução do nitrogênio é favorecida em 
relação à do carbono, porém a camada endurecida é reduzida, pois a região de difusão é menor. 
Observa-se também que as temperaturas para a introdução do carbono são bem maiores que aquelas 
para introdução do nitrogênio (máximo de 950 e 570ºC, respectivamente), em função da solubilidade 
destes elementos de ferro. A maior temperatura na cementação favorece a difusão do carbono, e as 
camadas endurecidas são, portanto, maiores que na nitretação (máximo de 6 e 0,7mm, 
respectivamente). 
 
 
 
 
11 - Defina corrosão e a importância de estuda - lá. 
A corrosão é um tema de suma importância para quem lida com materiais sujeitos a esse processo. É 
importante entender essa reação química e, principalmente, saber evita-la com uma boa prevenção. 
Esse estudo é multidisciplinar, envolvendo química, eletricidade, metalurgia e a relação de todas essas 
áreas. 
 
12 - Quais são as oito deferentes formas de corrosão? 
• Uniforme. A corrosão uniforme pode atingir todas as partes da peça e não gera desníveis. ... 
• Por placas. Este tipo de corrosão provoca desníveis na peça, pois alguns pedaços se soltam. ... 
• Alveolar. ... 
• Intergranular. ... 
• Esfoliação. ... 
• Empolamento por hidrogênio. ... 
• Em fresta. ... 
• Grafítica.