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1 MATERIAIS METÁLICOS 90% materiais ferrosos LIGAS FERROSAS AÇOS FERROS FUNDIDOS Sem liga ou Aço-carbono 0<%C<2 2<%C<4 Se não contiver nenhum elemento de liga em quantidade superior aos mínimos indicados Aço ligado Soma elementos de liga menor que 5% Aço de baixa liga Aço de alta liga Soma dos elementos maior que 10% Cinzento Branco Nodular Maleável 2 •Aços de construção •Aços-ferramenta • Aços rápidos • Aços trabalho quente • Aços trabalho a frio • Aços resist ao choque •Aços especiais • Resist. à corrosão • Resistentes a altas temperaturas • Aços para molas, etc Independentemente de ser ou não ligado, um aço pode ser classificado segundo vários critérios: Valor da tensão limite de elasticidade: •Aços comuns σ<600MPa •Aços de alta resistência 600<σ<1100MPa •Aços de muito alta resistência 1100<σ<1800MPa •Aços de ultra alta resistência σ>1800MPa Resistência mecânica Teor em C Utilização • Baixo C (%C<0,3) • Médio C (0,3<C<0,7) • Alto C (%C>0,7) LIGAS FERROSAS - AÇOS AÇOS AO CARBONO •Grande ductilidade •Bons para extenso trabalho mecânico e para soldagem •Construção de pontes, edifícios, navios, caldeiras, e peças de grandes dimensões em geral •Não temperáveis Baixo Carbono (%C<0,3) Médio Carbono (0,3<%C<0,7) Alto Carbono (%C>0,7) •Temperados e revenidos atingem boa tenacidade e resistência •Usados em eixos, engrenagens, bielas, trilhos, etc •Elevadas dureza e resistência depois de têmpera •Pequenas ferramentas de baixo custo •Componentes agrícolas sujeitos a desgaste •Molas, engrenagens, cames e excêntricos LIGAS FERROSAS - AÇOS AÇOS AO CARBONO E DE BAIXA LIGA • Propriedades dependem do tratamento térmico e % de deformação plástica • Podem atingir elevada resistência mecânica e dureza • Material por excelência para construção mecânica LIGAS FERROSAS - AÇOS SAE AISI Carbono, % Elementos de liga, % 10XX C10XX 0,08-0,94 - 11XX C11XX 0,08-0,49 - 1320 A1320 0,18-0,23 1,6-1,9Mn 15XX 0,15-0,76 23XX A23XX 0,15-0,48 3,25-3,75Ni 25XX 25XX 0,09-0,20 4,75-5,25Ni 31XX 31XX e A31XX 0,13-0,53 1,10-1,40Ni + 0,55-0,90Cr 32XX A32XX 0,10-0,55 1,5-2,0Ni + 0,90-1,25Cr 33XX E33XX 0,08-0,45 3,25-3,75Ni + 1,40-1,75Cr 34XX 0,10-0,55 2,75-3,25Ni + 0,60-0,95Cr 40XX 40XX 0,09-0,70 0,15-0,30Mo 41XX A41XX 0,17-0,28 0,40-0,60Cr + 0,20-0,30Mo 43XX 43XX 0,15-0,40 1,65-2,0Ni + 0,4-0,9Cr + 0,2-0,3Mo 46XX 46XX 0,06-0,43 1,40-2,0Ni +0,15-0,30Mo 4812 4817 0,10-0,15 3,25-3,75Ni + 0,2-0,3Mo 50XX 50XX 0,12-0,48 0,30-0,75Cr 51XX 51XX 0,42-0,55 0,60-1,20Cr 61XX 61XX 0,10-1,05 0,7-1,1Cr + 0,1-0,15V 86XX 86XX 0,30-0,50 0,40-0,70Ni + 0,40-0,80Cr + 0,15-0,25Mo 87XX 87XX 0,13-0,53 0,40-0,70Ni + 0,40-0,60Cr + 0,20-0,30Mo 92XX 92XX 0,45-0,65 1,8-2,2Si + 0,10-0,40Cr 93XX E93XX 0,13-0,20 3,00-3,50Ni + 1,00-1,40Cr + 0,08-0,15Mo 94XX 94XX 0,35-0,50 0,30-0,60Ni + 0,30-0,50Cr + 0,08-0,15Mo 97XX 97XX 0,45-0,67 0,40-0,70Ni + 0,10-0,25Cr + 0,15-0,25Mo 98XX 98XX 0,38-0,53 0,85-1,15Ni + 0,70-0,90Cr + 0,20-0,30Mo AÇOS AO CARBONO E BAIXA LIGA EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS Juntam-se elementos de liga ao aço para obter propriedades e características particulares que não são possíveis de outra forma: •Melhoria de propriedades mecânicas •Melhoria da temperabilidade •Maior usinabilidade, resistência ao desgaste, à fadiga, etc. •Melhoria de resistência à corrosão e oxidação •Melhoria de propriedades mecânicas a baixas e/ou altas temperaturas LIGAS FERROSAS - AÇOS AÇOS INOXIDÁVEIS (Fe-Cr-(Ni)) •Ligas à base de Fe, com um mínimo de 11%Cr em solução para prevenirem a corrosão •O carbono está presente em teores reduzidos (0,03% ferríticos até 1% martensíticos) •Grande resistência à corrosão e elevada resistência mecânica •Podem apresentar estrutura ferrítica, austenítica, martensítica, ou mista, consoante as % de elementos de liga e/ou trat. térmico LIGAS FERROSAS - AÇOS 3 TIPOS BÁSICOS DE AÇOS INOXIDÁVEL FERRÍTICOS AUSTENÍTICOS MARTENSÍTICOS •11 %Cr 20, %C 0,3 •Não podem ser tratados termicamente •17 %Cr 25 ; 6 %Ni 20 •Estrutura austenítica à temp. ambiente •Não podem ser tratados termicamente •Mais resistente corrosão •12 %Cr 18;0,1 %C 1,2 •Quando temperados atingem elevados níveis de dureza e resistência LIGAS FERROSAS - AÇOS FERROS FUNDIDOS • Usados em geral para: • Resistência ao desgaste • Isolamento de vibrações • Componentes de grandes dimensões • Peças de geometria complicada LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS FERROS FUNDIDOS – CARACTERÍSTICAS GERAIS •Baixo ponto de fusão (em relação aos aços) •Elevada dureza e resistência ao desgaste •Boa resistência à corrosão •Versatilidade de propriedades e aplicações •Grande fragilidade, logo, baixa ductilidade •Deformação plástica impossível à temperatura ambiente •Difíceis de usinar •Soldagem muito limitada •Domínio elástico não-linear POSITIVAS NEGATIVAS Ligas ternárias de Ferro, Carbono (2 a 4%) e Silício (1 a 3%) LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS FERROS FUNDIDOS – TIPOS BÁSICOS FF CINZENTO (Gray iron) FF NODULAR (Ductile iron) FF BRANCO (White iron) FF MALEÁVEL (Malleable iron) Existe sobreposição de composição química, pelo que só se distinguem através do processamento! Tipos de ferros fundidos, consoante a sua composição, microestrutura e processamento Alterações dos tipos estão vinculados a composição química e velocidade de resfriamento. 4 LIGAS NÃO FERROSAS Ligas leves Ligas Al Ligas Mg Ligas Be Ligas Ti Ligas Cu Bronzes Cu-Ni Latões Ligas para altas temperaturas. Ligas baixo ponto de fusão Ligas Refratárias Ni Pb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb CARACTERÍSTICAS • Resistência à corrosão • Resistência ao desgaste • Condutividade elétrica • Baixa ou alta densidade • Resistência a altas temperaturas (outras) • Boas resistência e rigidez específicas LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE COBRE GENERALIDADES •Dos primeiros metais usados •3-4 vezes mais caro que o Al e 6-7 vezes mais caro que o aço- carbono •Forma ligas c/ Sn, Zn, Al, Be, Ni, Si •Existem 3 grupos básicos de ligas •Latões: ligas Cu-Zn (existem ainda os latões de chumbo, Cu- Zn-Pb, de estanho, Cu-Zn-Sn... •Bronzes: ligas Cu-Sn (existem ainda os bronzes de alumínio, Cu-Al, de silício, Cu-Si, de berílio, Cu-Be) •Cuproníqueis: ligas de Cu-Ni PROPRIEDADES •Excelente condutibilidade elétrica •Elevada condutibilidade térmica •Elevada resistência à corrosão •Algumas ligas podem atingir resistência elevada •Resist específica inferior ao aço e Al •Resist. mecânica inferior ao aço e Al LIGAS NÃO FERROSAS TRATAMENTOS •Todas as ligas podem sofrer encruamento •Algumas ligas podem ser tratadas por envelhecimento APLICAÇÕES •70-80% de uso no estado puro •Coloração boa para arquitetura, decoração e joalharia •A boa resistência à corrosão leva a aplicações na indústria naval •Tem as mais variadas aplicações em todo o tipo de indústria. LIGAS DE COBRE LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE COBRE 5 NÍQUEL E SUAS LIGAS GENERALIDADES •Metal branco prateado •Adicionado em ligas ferrosas e não-ferrosas com mesmo objetivo •Ponto de fusão: 1453 C •Densidade (20 ºC): 8,9 g/cm3 PROPRIEDADES •Confere resistência mecânica em altas temperaturas •Condutividade elétrica e térmica •Excelentes propriedades magnéticas •Boa resistência à corrosão •Boa resistência à oxidação LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO GENERALIDADES •Definidos como os materiais com temperatura de fusão abaixo de 800 ºC •Não são sensíveis ao trabalhoa frio, não apresentando, por isso, encruamento SIGNIFICATIVO por deformação plástica •Apresentam fluência à temperatura ambiente, não sendo por isso usados em aplicações estruturais •São particularmente indicados para a obtenção de peças fundidas devido à sua elevada fluidez e ao seu baixo ponto de fusão ZINCO CHUMBO ESTANHO LIGAS NÃO FERROSAS ESTANHO - Sn •Sn “puro” só é usado em revestimentos •Sensível ao trabalho a frio mas amacia com o tempo •Forma ligas com Sb e Cu usadas em mancais de escorregamento •40% da produção vai para revestimentos anti- corrosivos de aço e cobre •Usado em brasagem LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO CHUMBO - Pb •Um dos metais mais pesados •Substitui Sn em mancais •Baterias de acumuladores •Proteção contra raios e raios x •Isolamento de som e vibrações •Fundição de símbolos tipográficos LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO ZINCO - Zn •Forma ligas com Al, Cu e Pb •Muito usado em fundição de peças pelo baixo ponto de fusão e elevada fluidez •A produção divide-se em: •Revestimentos – 40% •Fundição peças – 26% •Elemento de liga em latões – 18% •Zinco laminado – 12% •Outros – 4% (tintas anti-corrosivas, ânodos consumíveis, etc) LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO Desengraxe Lavagem Decapagem Lavagem Fluxagem Secagem Imersão a quente Resfriamento Processo de Galvanização a Fogo do Zinco 6 Processo de Galvanização a Fogo do Zinco Processo de Galvanização a Fogo do Zinco Materiais galvanizados mais importantes Torres de transmissão Postes e padrões elétricos Acessórios diversos para transmissão elétrica Fonte: Fogal – Galvanização a fogo Fonte: Fogal – Galvanização a fogo Chapas de aço para automóveis, geladeiras, fogões e freezers; Fonte:Rautaruukki - Finlândia Fonte: Rautaruukki - Finlândia Fonte: IZA – International Zinc Association Fonte: CSN Arames lisos e farpados; Fonte: Belgo Mineira Bekaert Fonte: Belgo Mineira Bekaert 7 Grampos de cercas e pregos em geral; Telas e telhas; Fonte: Belgo Mineira Bekaert Fonte: Morlan Fonte: Morlan Tubos e conexões de todos os tamanhos; Fonte: Seminário de Galvanização a Fogo - BBosch Fonte: Fogal – Galvanização a Fogo GALVANIZAÇÃO - ESPESSURA MÍNIMA ESPECIFICADA EM μm Fonte: ICZ - Manual de Galvanização LIGAS DE ZINCO PARA FUNDIÇÃO Zamac : liga metálica composta por 4 elementos, também responsáveis pela origem do seu nome: Zinco, Alumínio, Magnésio e Cobre. Fonte: DeZign - A design guide for die casting - IZA Fonte: DeZign - A design guide for die casting - IZA LIGAS DE MAGNÉSIO GENERALIDADES •Mais leve dos metais estruturais •3º metal mais abundante na crusta •Competidor ligas de Al e das de Cu •Processamento caro •Fraco em estado puro, bom quando forma ligas com Al, Zn, Mn, Th, Ce. PROPRIEDADES •Alta resistência específica •Baixa ductilidade •Baixo ponto de fusão=>fundição •Boa usinabilidade alta velocidade •Soldável •Boa resistência à corrosão •Boa resistência à fadiga •Alta resistência ao impacto •Inflamável – cuidado na usinagem LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS LEVES APLICAÇÕES •50% - elemento de liga no Alumínio •21% - Ligas de Magnésio •12% - dessulfurante e desoxidante •Quase todas de peças fundidas •Blocos de motor, volantes, apoios de assento, coluna de direção •Raquetes, patins, tacos de golfe, bastões de baseball, bicicletas •Componentes vários de aviação •Ânodo de sacrifício de navios TRATAMENTOS •Endurecimento por precipitação •Recozimentos •Endurecimento por deformação plástica possível, mas em pequeno grau LIGAS DE MAGNÉSIO LIGAS NÃO FERROSAS 8 LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE TITÂNIO GENERALIDADES •Metal mais recente (a partir de ’50) •Abundante – custo elevado de proc. •Possui uma transformação alotrópica Fase <880ºC<Fase •Fase – HC – pouco dúctil •Fase – CCC – muito dúctil •Formação ligas afeta significativamente as propriedades •Ligas com Al, Sn, V, Mo, Nb, Mn, Cr, Fe, Co, Ta PROPRIEDADES •Baixa densidade (4,5 g/cm3) •Alto ponto de fusão (1668 ºC) •Grande resistência mecânica •Grande resistência específica •Excelente resistência corrosão abaixo de 550 ºC •Acima de 550 ºC tem baixa resistência corrosão e à fluência LIGAS LEVES TRATAMENTOS •Recozimentos •Algumas ligas permitem tratamento térmico de envelhecimento APLICAÇÕES •Devido à grande resistência específica: •Aeronáutica e aeroespacial •Motores a jato (estrutura e componentes) •Pás e discos de turbinas •carros competição e artigos desportivos em geral •Devido à grande resistência corrosão: •Processamento químico •Submersíveis •Implantes biomédicos •trocadores de calor LIGAS DE TITÂNIO LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS LEVES LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS DE BERÍLIO GENERALIDADES •Material de grandes contrastes •Extremamente reativo e sensível a impurezas •Grande afinidade com o oxigênio, formando BeO tóxico •Custo elevado •Única liga com aplicação comercial é a liga Lockalloy (62Be-38Al) PROPRIEDADES •Alta rigidez estado puro (303GPa) •Rigidez específica superior ao Al, Mg e Ti •Temperatura fusão próxima do aço •Ausência de ductilidade à T. amb •Grande ductilidade a 400 ºC (50 %) •Fraca soldabilidade •Usinagem difícil •Excelente estabilidade dimensional LIGAS LEVES TRATAMENTOS •Como praticamente não forma ligas também não pode sofrer tratamentos térmicos •A sua fraca ductilidade não permite o encruamento, logo também não necessita de recozimentos APLICAÇÕES •Elemento de liga com cobre •Be puro é usado em armamento, pontas de mísseis, tubos estruturais, componentes ópticos e instrumentos de precisão •Ligado com Al, é usado em aviação, aeronaves e satélites e em automóveis de competição. LIGAS DE BERÍLIO LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS LEVES TRATAMENTOS •Recozimentos •Endurecimento por precipitação e envelhecimento, apenas em algumas ligas •Endurecimento por deformação plástica a frio (encruamento) APLICAÇÕES •Construção civil e arquitetura •Embalagens •Aeronáutica e aeroespacial •Indústrias automóvel, ferroviária e naval •Condutores elétricos alta voltagem •Utensílios de cozinha •Ferramentas portáteis LIGAS DE ALUMÍNIO LIGAS NÃO FERROSAS LIGAS LEVES Classificação de acordo com a The Aluminum Association Inc. Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga 1xxx Alumínio puro - 2xxx Cu Mg , Li 3xxx Mn Mg 4xxx Si - 5xxx Mg - 6xxx Mg , Si - 7xxx Zn Cu, Mg, Cr, Zr 8xxx Sn, Li, Fe, Cu, Mg - 9xxx Reservado para uso futuro - 9 49 APLICAÇÕES DO ALUMÍNIO Peças produzidas por metalurgia do pó TTUUBBOOSS LLAAMMIINNAADDOOSS ((FFLLEEXXÍÍVVEELL)):: UUMMAA NNOOVVAA SSOOLLUUÇÇÃÃOO PPAARRAA OO MMEERRCCAADDOO DDEE EEMMBBAALLAAGGEENNSS DDEE CCRREEMMEE DDEENNTTAALL Composição é composto por múltiplas camadas, sendo a do meio uma folha de alumínio revestida por lâminas plásticas. Principais vantagens: Maior flexibilidade (a embalagem fica sempre em forma) Maior preservação das propriedades do creme Maior resistência em função das múltiplas camadas Melhor apresentação devido ao seu perfeito acabamento e impermeabilidade. OO UUSSOO DDOO AALLUUMMÍÍNNIIOO EEMM SSIISSTTEEMMAASS EELLÉÉTTRRIICCOOSS Principais vantagens: •Alumínio apresenta boa condutividade elétrica associada ao baixo peso específico RROODDAA DDEE AALLUUMMÍÍNNIIOO:: BBEELLEEZZAA EE MMAAIIOORR DDUURRAABBIILLIIDDAADDEE PPIISSTTÕÕEESS DDEE AALLUUMMÍÍNNIIOO:: AALLTTAASS RREESSIISSTTÊÊNNCCIIAA ÀÀ FFAADDIIGGAA DDIISSSSIIPPAADDOORR DDEE CCAALLOORR PPAARRAA EEQQUUIIPPAAMMEENNTTOOSS EELLEETTRROOEELLEETTRRÔÔNNIICCOOSS::LLIIGGAA 66006633--TT55 Principais vantagens: Através do processo de extrusão foi possível obter um material final melhor e mais homogêneo em relação ao ferro e ao cobre. O Alumínio apresenta boa condutividade térmica Baixo peso específico necessário para reduzir peso Menor custo 10 LIGAS DE METAIS REFRATÁRIOS •Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800 ºC •Tungstênio - W •Molibdênio - Mo •Tântalo - Ta •Nióbio - Nb •Zircônio, Cromo e Vanádio (são usados como refratários) •Háfnio e Rênio (muito raros) •Todos possuem elevadas densidades •Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas •Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente LIGAS NÃO FERROSAS TUNGSTÊNIO •Metal estrutural com maior temperatura de fusão, maior densidade e maior dureza •Elevado módulo de elasticidade (406GPa) •Bom condutor elétrico •2/3 da produção vai para WC e apenas 15% é usado na forma pura •Usado em: •Filamentos de lâmpadas •Contatos elétricos •Eletrodos não consumíveis •Proteção contra radiações •Contrapesos, volantes de inércia, etc MOLIBDÊNIO •Módulo de elasticidade elevado (317GPa) •90% da produção de Mo vai para elemento de liga em aços •Boa resistência ao choque térmico •Elevada condutibilidade térmica •Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a altas temperaturas (700MPa a 1000ºC) - melhor que qualquer inox ou liga de Ni •Usado em: •Dispositivos eletrônicos de comando em aviação •Escudos de radiação •Moldes para processamento de vidro •Matrizes de forjamento e extrusão LIGAS DE METAIS REFRATÁRIOS TÂNTALO •Menos abundante dos 4 refratários •Alguma ductilidade à temp. ambiente •Baixa resistência mecânica •Bom condutor térmico •Boa resistência à corrosão à temperatura ambiente •Usado em: •Material cirúrgico (corrosão) •Trocadores de calor •Processamento químico NIÓBIO •Elemento de liga em aços •Características semelhantes ao Ta •Baixo módulo de elasticidade •Elevada resistência a metais líquidos •Baixa absorção de nêutrons •Usado fundamentalmente na indústria nuclear e aeroespacial LIGAS DE METAIS REFRATÁRIOS LIGAS DE ALUMÍNIO GENERALIDADES •O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre •O seu processamento é caro, tendo restringido a sua aplicação até meados do século XX, mas é um dos metais mais usados atualmente •Forma ligas com Mn, Cu, Mg, Si, Fe, Ni, Li, etc •Algumas ligas possuem resistência mecânica superior aos aços estruturais PROPRIEDADES •Baixa densidade (1/3 do aço) •Boa condutividade térmica e elétrica •Elevada resistência específica •Grande ductilidade •Fácil usinagem, fundição, soldagem e processamento em geral •Boa resistência à corrosão •Custo moderado TÉCNICAS DE FABRICAÇÃO DE METAIS 11 OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO Materiais ferrosos - Alto Forno Zona de combustão – 1650 C Zona de fusão – 1200 C Zona de redução – 200 a 500 C Ferro gusa Escória 12 Tratamento de escória
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