Cieência dos Materiais

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16/11/2020
Instalações Industriais
Aço
 Liga metálica Fe-C;
 Teor de Carbono  rigidez
 Aço Carbono  quantidades limitadas de C, Si, S, Mn e P;
 Aço de baixo carbono: C ≤ 0,3% em massa;
 Aço de médio carbono: 0,3% ≤ C ≤ 0,6%;
 Aço de alto carbono: 0,6% ≤ C ≤ 1,0%;
 Aço Liga  adicionado de outros elementos para modificar as 
propriedades da liga
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Aplicações do aço
 Aço de baixo carbono
Aplicações do aço
 Aço de médio carbono
 Resistência ao desgaste e dureza  têmperas e revenimento;
 Rodas ferroviárias, engrenagens e peças sujeitas ao desgaste
 Aço de alto carbono
 Resistência e dureza 
 talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas. 
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Matérias-primas do aço
 Fonte de ferro  minério
 Fonte de carbono  carvão ou coque
 Elementos liga;
Esquema simplificado de uma siderúrgica
Fonte: www.ibs.org.br
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Esquema de siderúrgica
Minério de ferro
5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< granulado <40mm6mm< granulado <40mm
Em detalheEm detalhe
Fe2O3, MnO2, P2O5, K2O, SiO2, CaO, Al2O3
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Coque
 O processo de coqueificação consiste no aquecimento do carvão 
mineral na ausência de ar. 
 Produto sólido da destilação de uma mistura de carvões realizada a 
~1100ºC em fornos chamados coquerias.
 A destilação dá origem aos produtos carbo-químicos (gases, vapores 
condensáveis, benzol, alcatrão, etc) que são comercializados pelas 
siderúrgicas. O gás de coqueria é um importante insumo para a 
própria usina.
Funções do coque
 Fornecer o calor necessário às necessidades térmicas do 
processo;
 Produzir e "regenerar" os gases redutores (CO);
 Carburar o ferro gusa;
 Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores do forno 
onde o restante da carga está fundida ou em fusão.
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Alto forno
 Reduzir o óxido de Fe (III) na presença de monóxido de 
carbono
𝐹𝑒 𝑂
( )
+ 3𝐶𝑂( ) → 2𝐹𝑒( ) + 3𝐶𝑂 ( )
Alto forno
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Alto forno
Alto forno
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Alto forno em operação
Alto forno
 Alto forno 
 http://www.youtube.com/watch?v=UtMy4ZY3jgc
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Aciaria
 Reduzir o teor de C do ferro gusa;
 Oxidar impurezas;
 Processos em bateladas
 Aciaria a oxigênio – Conversor LD (Linz Donawitz)
 C + O2→ CO2
 Aciaria Elétrica – FEA (Forno Elétrico a Arco)
 13000 V ~ 1280ºC
Conversor Linz Donawitz (LD)
 https://www.youtube.com/watch?v=2zz1y_Yucqc
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Metalurgia de Panela
 Acertos na composição química e temperatura antes de ser 
lingotado;
 Liberação do Conversor LD ou FEA para otimizar a produção;
Metalurgia de Panela
 Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço e cria condições 
termodinâmicas para a adição de elementos de liga 
 Os desoxidantes mais comuns são ferro-ligas, escolhidos em função do aço a 
ser fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio. 
 Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós;
 Desfosforação;
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Desgaseificação
Remoção de gases residuais do aço
 Hidrogênio, nitrogênio e oxigênio
 Secundariamente auxilia na remoção de inclusões;
Desgaseificação à vacuo;
Desgaseificação com sopro de argônio;
Lingotamento
Compressão direta Forjamento, laminação
Compressão indireta Trefilação, extrusão, embutimento
Tração Estiramento
Dobramento Dobramento
Cisalhamento Corte
• Conformação
• Usinagem
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Lingotamento
Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
Embutimento
ProfundoEstiramento
Matriz
Cisalhamento

E x tru sãoE x tru são
Conformação
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Forja e Conformação
 Forja
 http://www.youtube.com/watch?v=tLRkOupbARM&featur
e=related
 Conformação
 http://www.youtube.com/watch?v=6xnKmt_gsLs&feature
=related
Aço Carbono - classificação
 Aço: grau, tipo e classe
 Grau: faixa de composição química;
 Tipo: processo de desoxidação utilizado;
 Classe: outros atributos  resistência e acabamento superficial;
 SAE (Society of Automotive Engineers) – AISI (American Iron and Steel 
Institute)
 XX: teor de carbono do aço
 Aço Carbono comum: 10XX (Mn ≤1,00%)
 11xx : Ressulfurado
 12xx : Ressulfurado e Refosforizado
 15xx : Aço-carbono comum (Mn: 1,00% a 1,65%) 
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Tipos de aço
SAE AISI TIPO DE AÇO
10XX C10XX Aços carbono comuns
11XX C11XX Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S
13XX 13XX Aço Manganês com 1,75% de Mn
23XX 23XX Aços Níquel com 3,5% de Ni
25XX 25XX Aços Níquel com 5,0% de Ni
31XX 31XX Aços Níquel Cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr
33XX E33XX Aços Níquel Cromo com 3,5 % de Ni e 1,55 Cr
40XX 40XX Aços Molibdênio com 0,25% de Mo
41XX 41XX Aços Cromo Molibdênio com 0,50% ou 0,90% de Cr e 0,12% ou 0,20% de Mo
43XX43XX Aços Níquel cromo com molibdênio com 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo
46XX 46XX Aços Níquel Molibdênio com 1,55% ou 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo
47XX47XX Aços Níquel Cromo Molibdênio com 1,05%de Ni, 0,45% de Cr e 0,20 de Mo
48XX 48XX Aços Níquel Molibdênio com 3,5 % de Ni e 0,25% de Mo
50XX50XX Aços Cromo com 0,28% ou 0,65% de Cr
50BXX 50BXX Aços cromo boro com baixo teor de Cr e no mínimo 0,0005% de B
51XX 51XX Aços cromo com 0,80 a 1,05% de Cr
61XX 61XX Aço Cromo Vanádio com 0,8 ou 0,95% de Cr a 0,1% ou 0,15% de v
86XX 86XX Aços níquel molibdênio com baixos teores de Ni, Cr e Mo
87XX87XX Idem
92XX92XX Aço Silício Manganês com 0,85% de Mn e 2,0% de Si
93XX93XX Aços silício manganês com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo
94BXX 94BXX Aço níquel cromo molibdênio com baixos teores de Ni, Mo e no mínimo 0,0005% de B
98XX 98XX Aço níquel cromo molibdênio com 1,0% de Ni,0,80 de Cr e 0,25% de Mo
Classificação Aços-liga
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Elementos liga e suas propriedades
C Mn P S Si Ni Cr Mo V Al
Aumenta dureza X X X X
Aumenta a resistência X X X X X
Diminui a ductibilidade X X X
Diminui a soldabilidade X
Desoxidante X X X
Aumenta a resistência ao impacto X
Aumenta a resistência à corrosão X
Aumenta a temperabilidade X X
Aumenta a resistência à abrasão X
Aumenta a resistência à altas temperaturas X
Elementos liga e suas propriedades
 Bo: melhora resistência à fadiga;
 Pb: facilita a usinagem;
 Co: resistência à temperatura;
 Cu: resistência à tração;
 Mo: granulação fina à massa;
 V: granulação fina, resistência à fadiga;
 Ni: resistência à temperatura;
 Cr: resistência à tração;
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Tratamento térmico do aço
 Aquecimento em velocidade adequada;
 Manutenção na temperatura por um tempo suficiente para que 
ocorram as transformações desejadas;
 Resfriamento em um meio adequado e necessário para adquirir as 
propriedades desejadas.
 Tratamento térmico;
 Tratamento termoquímico;
Tratamento térmico do aço
 Têmpera 
 Aquecimento dentro ou acima da temperatura crítica, seguido de 
resfriamento brusco;
 Aumenta a dureza e resistência mecânica;
 Gera tensões internas  deve ser seguida do revenimento;
 Aquecimento por chama ou corrente elétrica;
 Revenimento
 Aquecimento abaixo da temperatura crítica seguido de 
resfriamento lento
 reduz tensões internas
 Aumenta a ductilidade;
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Tratamento térmico do aço
 Recozimento
 Peças submetidas a esforços mecânicos ou tratamento térmico 
(solda);
 Restituir propriedades originais do aço;
 Aquecimento a ≤ 650ºC  pasta líquida.
 Normalização
 Após laminação, solda, forja  aço-carbono (C > 0,35%)
 Obter granulação fina;
 ± 1000ºC.
Tratamento termo-químico do aço
 Cementação
 Inserir a peça em um meio rico em carbono
 Gasosa, líquida ou sólida
 Aumentar dureza para aço de baixo carbono;
 Engrenagens, matrizes, etc.
 Nitretação
 Endurecimento superficial;
 Submeter as peças a um ambiente rico em nitrogênio;
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Tratamento térmico do aço
FINALIDADE PROCESSO
RECOZIMENTO Diminui tensões pelo trabalho a frio (usinagem);
“Amolece” o aço
Aquecimento seguido de 
resfriamento lento no próprio 
forno
NORMALIZAÇÃOHomogeneização da microestrutura e alívio de tensões 
internas causadoras de empenamento. 
Aquecimento seguido de 
resfriamento ao ar 
PATENTEAMENTO Alta resistência a tração, boa ductilidade (especial para 
arames de alta taxa de trefilação), resultando em alta 
tenacidade. 
Aquecimento seguido de 
resfriamento em banhos de 
chumbo líquido a 450ºC. 
TÊMPERA Obter uma micro estrutura interna extremamente dura 
(martensita) que aumenta o limite de resistência a tração e 
também a sua dureza 
Aquecimento a altas 
temperaturas seguido de banhos 
em óleo ou água
REVENIMENTO Acompanha a têmpera, aliviando ou removendo as tensões 
internas deixadas por ela, e corrigindo as excessivas dureza e 
fragilidade do material, melhorando sua ductilidade. 
Aquecimento e perma-nência em 
temperatura de 250ºC a 550ºC 
CEMENTAÇÃO Aumentar a dureza e resistência ao desgaste superficial (por 
fricção ou atrito), enquanto mantém o núcleo (miolo) do 
material ainda dúctil. 
Aquecimento em conjunto com 
uma substância em carbono 
permitindo a difusão do C para o 
aço
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