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MATERIAIS PARAMATERIAIS PARA ENGENHARIAENGENHARIA MECÂNICAMECÂNICA UNIDADE 3 – AÇOS EUNIDADE 3 – AÇOS E FERROS FUNDIDOSFERROS FUNDIDOS Autor: Ronaldo Gomes de Castro MedeirosAutor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros Revisor: Gustavo Tressia de AndradeRevisor: Gustavo Tressia de Andrade I N I C I A R Introdução Caro(a) estudante, Os aços e ferros fundidos possuem uma enorme importância para o Brasil e o mundo. O engenheiro mecânico deve conhecer esses materiais de forma íntima, já que eles estarão presentes no seu dia a dia de trabalho, devido às suas mais diversas aplicações. Os aços se destacam pela sua alta versatilidade de propriedades, sendo encontrados em grandes escalas de aplicações na atualidade. Dentre as categorias de aços existentes, os aços carbono destacam-se por suas diversas aplicações. Os ferros fundidos se Autor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros Revisor: Gustavo Tressia de Andrade MATERIAIS PARA ENGENHARIA MECÂNICA UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS INTRODUÇÃO 01 3.1 AÇOS DE BAIXO, MÉDIO E ALTO CARBONO 02 3.2 AÇOS DE BAIXO, MÉDIO E ALTO CARBONO 13 3.3 AÇOS DE BAIXO, MÉDIO E ALTO CARBONO 13 3.4 FERRO FUNDIDOS 14 SÍNTESE 22 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 24 UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 1 MATERIAIS PARAMATERIAIS PARA ENGENHARIAENGENHARIA MECÂNICAMECÂNICA UNIDADE 3 – AÇOS EUNIDADE 3 – AÇOS E FERROS FUNDIDOSFERROS FUNDIDOS Autor: Ronaldo Gomes de Castro MedeirosAutor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros Revisor: Gustavo Tressia de AndradeRevisor: Gustavo Tressia de Andrade I N I C I A R Introdução Caro(a) estudante, Os aços e ferros fundidos possuem uma enorme importância para o Brasil e o mundo. O engenheiro mecânico deve conhecer esses materiais de forma íntima, já que eles estarão presentes no seu dia a dia de trabalho, devido às suas mais diversas aplicações. Os aços se destacam pela sua alta versatilidade de propriedades, sendo encontrados em grandes escalas de aplicações na atualidade. Dentre as categorias de aços existentes, os aços carbono destacam-se por suas diversas aplicações. Os ferros fundidos se destacam por suas ótimas propriedades e pelo seu baixo custo. Porém, para entender melhor o comportamento desses materiais, deve-se entender o que irá originar essas propriedades tão vastas e específicas. Com isso, estudaremos o comportamento microestrutural, atômico, propriedades mecânicas e aplicações dos aços carbono e dos ferros fundidos. Bons estudos! 3.1 Aços de baixo, médio e alto carbono O aço é um dos principais materiais desenvolvidos até hoje, pois é utilizado em diversas aplicações, desde estruturas de carros, construção civil até em aparelhos eletrônicos. Ele é um dos materiais mais versáteis que existe, e por isso é produzido em grande escala. Sua grande variedade de produção está diretamente ligada às necessidades de aplicações que foram surgindo ao longo dos anos. A composição química dos aços é formada por uma liga de ferro-carbono, contendo alguns outros elementos como silício, enxofre, fósforo e algumas impurezas. Os aços possuem entre 0,008% até 2,11% de carbono. A quantidade de carbono irá influenciar nas propriedades mecânicas dos aços, principalmente na ductilidade pois, quanto maior a quantidade de carbono, mais duro e mais resistente à tração será esse aço. Contudo, um aço com teor de carbono muito elevado possuirá uma maior fragilidade. As propriedades dos materiais metálicos, principalmente dos aços carbono, estão diretamente ligadas à sua estrutura cristalina, quantidade de carbono, defeitos e microestrutura. Por isso, antes de começarmos a discutir os aços carbono e ferros fundidos, iremos abordar alguns conceitos importantes referentes aos materiais metálicos. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a periodicidade e regularidade dos átomos em sua estrutura, podendo ser classificados como cristalinos, semicristalinos e amorfos. Materiais classificados de acordo com sua periodicidade MATERIAIS PARAMATERIAIS PARA ENGENHARIAENGENHARIA MECÂNICAMECÂNICA UNIDADE 3 – AÇOS EUNIDADE 3 – AÇOS E FERROS FUNDIDOSFERROS FUNDIDOS Autor: Ronaldo Gomes de Castro MedeirosAutor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros Revisor: Gustavo Tressia de AndradeRevisor: Gustavo Tressia de Andrade I N I C I A R Introdução Caro(a) estudante, Os aços e ferros fundidos possuem uma enorme importância para o Brasil e o mundo. O engenheiro mecânico deve conhecer esses materiais de forma íntima, já que eles estarão presentes no seu dia a dia de trabalho, devido às suas mais diversas aplicações. Os aços se destacam pela sua alta versatilidade de propriedades, sendo encontrados em grandes escalas de aplicações na atualidade. Dentre as categorias de aços existentes, os aços carbono destacam-se por suas diversas aplicações. Os ferros fundidos se MATERIAIS PARAMATERIAIS PARA ENGENHARIAENGENHARIA MECÂNICAMECÂNICA UNIDADE 3 – AÇOS EUNIDADE 3 – AÇOS E FERROS FUNDIDOSFERROS FUNDIDOS Autor: Ronaldo Gomes de Castro MedeirosAutor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros Revisor: Gustavo Tressia de AndradeRevisor: Gustavo Tressia de Andrade I N I C I A R Introdução Caro(a) estudante, Os aços e ferros fundidos possuem uma enorme importância para o Brasil e o mundo. O engenheiro mecânico deve conhecer esses materiais de forma íntima, já que eles estarão presentes no seu dia a dia de trabalho, devido às suas mais diversas aplicações. Os aços se destacam pela sua alta versatilidade de propriedades, sendo encontrados em grandes escalas de aplicações na atualidade. Dentre as categorias de aços existentes, os aços carbono destacam-se por suas diversas aplicações. Os ferros fundidos sedestacam por suas ótimas propriedades e pelo seu baixo custo. Porém, para entender melhor o comportamento desses materiais, deve-se entender o que irá originar essas propriedades tão vastas e específicas. Com isso, estudaremos o comportamento microestrutural, atômico, propriedades mecânicas e aplicações dos aços carbono e dos ferros fundidos. Bons estudos! 3.1 Aços de baixo, médio e alto carbono O aço é um dos principais materiais desenvolvidos até hoje, pois é utilizado em diversas aplicações, desde estruturas de carros, construção civil até em aparelhos eletrônicos. Ele é um dos materiais mais versáteis que existe, e por isso é produzido em grande escala. Sua grande variedade de produção está diretamente ligada às necessidades de aplicações que foram surgindo ao longo dos anos. A composição química dos aços é formada por uma liga de ferro-carbono, contendo alguns outros elementos como silício, enxofre, fósforo e algumas impurezas. Os aços possuem entre 0,008% até 2,11% de carbono. A quantidade de carbono irá influenciar nas propriedades mecânicas dos aços, principalmente na ductilidade pois, quanto maior a quantidade de carbono, mais duro e mais resistente à tração será esse aço. Contudo, um aço com teor de carbono muito elevado possuirá uma maior fragilidade. As propriedades dos materiais metálicos, principalmente dos aços carbono, estão diretamente ligadas à sua estrutura cristalina, quantidade de carbono, defeitos e microestrutura. Por isso, antes de começarmos a discutir os aços carbono e ferros fundidos, iremos abordar alguns conceitos importantes referentes aos materiais metálicos. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a periodicidade e regularidade dos átomos em sua estrutura, podendo ser classificados como cristalinos, semicristalinos e amorfos. Materiais classificados de acordo com sua periodicidade destacam por suas ótimas propriedades e pelo seu baixo custo. Porém, para entender melhor o comportamento desses materiais, deve-se entender o que irá originar essas propriedades tão vastas e específicas. Com isso, estudaremos o comportamento microestrutural, atômico, propriedades mecânicas e aplicações dos aços carbono e dos ferros fundidos. Bons estudos! 3.1 Aços de baixo, médio e alto carbono O aço é um dos principais materiais desenvolvidos até hoje, pois é utilizado em diversas aplicações, desdeestruturas de carros, construção civil até em aparelhos eletrônicos. Ele é um dos materiais mais versáteis que existe, e por isso é produzido em grande escala. Sua grande variedade de produção está diretamente ligada às necessidades de aplicações que foram surgindo ao longo dos anos. A composição química dos aços é formada por uma liga de ferro-carbono, contendo alguns outros elementos como silício, enxofre, fósforo e algumas impurezas. Os aços possuem entre 0,008% até 2,11% de carbono. A quantidade de carbono irá influenciar nas propriedades mecânicas dos aços, principalmente na ductilidade pois, quanto maior a quantidade de carbono, mais duro e mais resistente à tração será esse aço. Contudo, um aço com teor de carbono muito elevado possuirá uma maior fragilidade. As propriedades dos materiais metálicos, principalmente dos aços carbono, estão diretamente ligadas à sua estrutura cristalina, quantidade de carbono, defeitos e microestrutura. Por isso, antes de começarmos a discutir os aços carbono e ferros fundidos, iremos abordar alguns conceitos importantes referentes aos materiais metálicos. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a periodicidade e regularidade dos átomos em sua estrutura, podendo ser classificados como cristalinos, semicristalinos e amorfos. Materiais classificados de acordo com sua periodicidade UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 2 destacam por suas ótimas propriedades e pelo seu baixo custo. Porém, para entender melhor o comportamento desses materiais, deve-se entender o que irá originar essas propriedades tão vastas e específicas. Com isso, estudaremos o comportamento microestrutural, atômico, propriedades mecânicas e aplicações dos aços carbono e dos ferros fundidos. Bons estudos! 3.1 Aços de baixo, médio e alto carbono O aço é um dos principais materiais desenvolvidos até hoje, pois é utilizado em diversas aplicações, desde estruturas de carros, construção civil até em aparelhos eletrônicos. Ele é um dos materiais mais versáteis que existe, e por isso é produzido em grande escala. Sua grande variedade de produção está diretamente ligada às necessidades de aplicações que foram surgindo ao longo dos anos. A composição química dos aços é formada por uma liga de ferro-carbono, contendo alguns outros elementos como silício, enxofre, fósforo e algumas impurezas. Os aços possuem entre 0,008% até 2,11% de carbono. A quantidade de carbono irá influenciar nas propriedades mecânicas dos aços, principalmente na ductilidade pois, quanto maior a quantidade de carbono, mais duro e mais resistente à tração será esse aço. Contudo, um aço com teor de carbono muito elevado possuirá uma maior fragilidade. As propriedades dos materiais metálicos, principalmente dos aços carbono, estão diretamente ligadas à sua estrutura cristalina, quantidade de carbono, defeitos e microestrutura. Por isso, antes de começarmos a discutir os aços carbono e ferros fundidos, iremos abordar alguns conceitos importantes referentes aos materiais metálicos. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a periodicidade e regularidade dos átomos em sua estrutura, podendo ser classificados como cristalinos, semicristalinos e amorfos. Materiais classificados de acordo com sua periodicidade destacam por suas ótimas propriedades e pelo seu baixo custo. Porém, para entender melhor o comportamento desses materiais, deve-se entender o que irá originar essas propriedades tão vastas e específicas. Com isso, estudaremos o comportamento microestrutural, atômico, propriedades mecânicas e aplicações dos aços carbono e dos ferros fundidos. Bons estudos! 3.1 Aços de baixo, médio e alto carbono O aço é um dos principais materiais desenvolvidos até hoje, pois é utilizado em diversas aplicações, desde estruturas de carros, construção civil até em aparelhos eletrônicos. Ele é um dos materiais mais versáteis que existe, e por isso é produzido em grande escala. Sua grande variedade de produção está diretamente ligada às necessidades de aplicações que foram surgindo ao longo dos anos. A composição química dos aços é formada por uma liga de ferro-carbono, contendo alguns outros elementos como silício, enxofre, fósforo e algumas impurezas. Os aços possuem entre 0,008% até 2,11% de carbono. A quantidade de carbono irá influenciar nas propriedades mecânicas dos aços, principalmente na ductilidade pois, quanto maior a quantidade de carbono, mais duro e mais resistente à tração será esse aço. Contudo, um aço com teor de carbono muito elevado possuirá uma maior fragilidade. As propriedades dos materiais metálicos, principalmente dos aços carbono, estão diretamente ligadas à sua estrutura cristalina, quantidade de carbono, defeitos e microestrutura. Por isso, antes de começarmos a discutir os aços carbono e ferros fundidos, iremos abordar alguns conceitos importantes referentes aos materiais metálicos. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a periodicidade e regularidade dos átomos em sua estrutura, podendo ser classificados como cristalinos, semicristalinos e amorfos. Materiais classificados de acordo com sua periodicidade São materiais nos quais sua estrutura possui seus átomos arranjados de forma ordenada, ou seja, os átomos possuem um padrão de ordenamento com seus vizinhos. Os metais são exemplos de materiais cristalinos. Cristalinos São materiais cuja rede não possui periodicidade, ou seja, não apresentam uma estrutura com uma ordem definida. Os polímeros são exemplos de materiais amorfos. Amorfo São materiais que possuem uma grande periodicidade de seus átomos, porém ainda contêm uma região de desordem. Os polímeros são exemplos de materiais semicristalinos. Semicristalinos » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto A estrutura cristalina dos metais será determinada de acordo com o ordenamento dos seus átomos. Para determinar sua estrutura cristalina, é utilizado o modelo de esferas rígidas, em que os átomos ou íons são considerados esferas perfeitas com diâmetros bem definidos. As estruturas cristalinas mais encontradas nos metais são: cúbica de corpo centrado (CCC), cúbica de face centrada (CFC) e hexagonal compacta (HC). As principais estruturas cristalinas dos aços são CCC e CFC. Estrutura cristalina » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto Cristalinos Semicristalinos Amorfo São materiais nos quais sua estrutura possui seus átomos arranjados de forma ordenada, ou seja, os átomos possuem um padrão de ordenamento com seus vizinhos. Os metais são exemplos de materiais cristalinos. CCC CFC HC Os átomos encontram-se localizados ao longo dos oito vértices e no centro do cubo. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 3 » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto A estrutura cristalina dos metais será determinada de acordo com o ordenamento dos seus átomos. Para determinar sua estrutura cristalina, é utilizado o modelo de esferas rígidas, em que os átomos ou íons são considerados esferas perfeitas com diâmetros bem definidos. As estruturas cristalinas mais encontradas nos metais são: cúbica de corpo centrado (CCC), cúbica de face centrada (CFC) e hexagonal compacta (HC). As principais estruturas cristalinas dos aços são CCC e CFC. Estrutura cristalina » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto Cristalinos Semicristalinos Amorfo São materiais nos quais sua estrutura possui seus átomos arranjados de forma ordenada, ou seja, os átomos possuem um padrão de ordenamento com seus vizinhos. Os metais são exemplos de materiais cristalinos. CCC CFC HC Os átomos encontram-se localizados ao longo dos oito vértices e no centro do cubo. Os átomos encontram-se localizados ao longo dos oito vértices e no centro do cubo. Célula unitária – CCC. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 75. Não obedece à simetria cúbica e possui uma estrutura mais complexa. Célula unitária – CFC. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 74. (Adaptado). CCC CCC Não obedece à simetria cúbica e possui uma estrutura mais complexa.HCOutros parâmetros importantes na estrutura cristalina dos metais são os seus sistemas de escorregamento e seu fator de empacotamento atômico (FEA). Sistema de escorregamento é a combinação de um plano e direção no qual ocorrerá mais facilmente o deslizamento dos planos através da movimentação das discordâncias. As discordâncias são defeitos lineares existentes em materiais cristalinos e são responsáveis pelo comportamento na deformação plástica dos metais. As discordâncias irão preferir percorrer planos e direções mais compactas, ou seja, Célula unitária – CCC. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 75. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 4 Outros parâmetros importantes na estrutura cristalina dos metais são os seus sistemas de escorregamento e seu fator de empacotamento atômico (FEA). Sistema de escorregamento é a combinação de um plano e direção no qual ocorrerá mais facilmente o deslizamento dos planos através da movimentação das discordâncias. As discordâncias são defeitos lineares existentes em materiais cristalinos e são responsáveis pelo comportamento na deformação plástica dos metais. As discordâncias irão preferir percorrer planos e direções mais compactas, ou seja, Célula unitária – CCC. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 75. planos e direções em que seus átomos conseguem ocupar o espaço de maneira mais eficiente. A estrutura CFC é mais compacta que a estrutura CCC, ou seja, a estrutura CFC possui um FEA maior que a estrutura CCC. Outros defeitos são recorrentes em metais, além das discordâncias. É impossível que um metal, como o aço, seja livre de defeito. Esses defeitos são classificados como defeitos pontuais, defeitos lineares, defeitos planares e defeitos volumétricos. VOCÊ SABIA? É impossível fabricar um aço sem a presença de nenhum tipo de defeito. Com isso, ao longo dos anos, os engenheiros foram utilizando esse fator a seu favor, fazendo com que a presença de defeitos fosse usada para obter aços com propriedades específicas. Destaca-se que o entendimento desses defeitos é muito importante para que então se consiga entender como são obtidas as principais propriedades dos aços. Os defeitos pontuais são irregularidades formadas em alguns átomos, como lacunas e impurezas. A lacuna é um espaço vazio na estrutura cristalina, o qual deveria estar sendo ocupado por um átomo. Todos os materiais sólidos que possuem estrutura cristalina possuem esse defeito. Já as impurezas podem estar na estrutura cristalina ocupando espaços de forma intersticial e substitucional. Em uma impureza ocupando um interstício, o átomo com tamanho menor ocupará um espaço que não deveria ocupar. Na Figura 1, conseguimos ver a representação dos defeitos de lacuna e intersticial. planos e direções em que seus átomos conseguem ocupar o espaço de maneira mais eficiente. A estrutura CFC é mais compacta que a estrutura CCC, ou seja, a estrutura CFC possui um FEA maior que a estrutura CCC. Outros defeitos são recorrentes em metais, além das discordâncias. É impossível que um metal, como o aço, seja livre de defeito. Esses defeitos são classificados como defeitos pontuais, defeitos lineares, defeitos planares e defeitos volumétricos. VOCÊ SABIA? É impossível fabricar um aço sem a presença de nenhum tipo de defeito. Com isso, ao longo dos anos, os engenheiros foram utilizando esse fator a seu favor, fazendo com que a presença de defeitos fosse usada para obter aços com propriedades específicas. Destaca-se que o entendimento desses defeitos é muito importante para que então se consiga entender como são obtidas as principais propriedades dos aços. Os defeitos pontuais são irregularidades formadas em alguns átomos, como lacunas e impurezas. A lacuna é um espaço vazio na estrutura cristalina, o qual deveria estar sendo ocupado por um átomo. Todos os materiais sólidos que possuem estrutura cristalina possuem esse defeito. Já as impurezas podem estar na estrutura cristalina ocupando espaços de forma intersticial e substitucional. Em uma impureza ocupando um interstício, o átomo com tamanho menor ocupará um espaço que não deveria ocupar. Na Figura 1, conseguimos ver a representação dos defeitos de lacuna e intersticial. Figura 1 – Representações bidimensionais de uma lacuna e de um defeito intersticial.Fonte: CALLISTER, 2016, p. 108. (Adaptado). Quando o átomo de impureza está no lugar do átomo hospedeiro, considera-se essa impureza ou soluto como defeito substitucional, como podemos ver na Figura 2. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 5 Figura 2 – Representações esquemáticas bidimensionais de átomos de impureza substitucional e intersticial. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 110. (Adaptado). Outros tipos de defeitos presentes nos metais e, por consequência, nos aços, são os defeitos lineares que nada mais são do que as discordâncias já citadas anteriormente. Os defeitos planares são os contornos de grãos e os contornos de fase. Os contornos de grão são regiões nas quais ocorrerá a separação de grãos com orientações diferentes. Defeitos Planares » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo São considerados defeitos volumétricos os vazios, as trincas e as inclusões; são defeitos produzidos durante o processo de fabricação do material. Como dito anteriormente, a estrutura cristalina, a quantidade de carbono, os defeitos e a microestrutura dos aços são muito importantes para determinar suas propriedades. As propriedades dos aços terão grande dependência de sua microestrutura. CONTORNO DE GRÃO Podem ser classificados como contornos de baixo ângulo para grãos, com pequenas mudanças em suas orientações, e contornos de alto ângulo para grãos com grandes orientações entre si. VOCÊ SABIA? UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 6 Podem ser classificados como contornos de baixo ângulo para grãos, com pequenas mudanças em suas orientações, e contornos de alto ângulo para grãos com grandes orientações entre si. CONTORNO DE GRÃO São fronteiras que separam fases diferentes.CONTORNO DE FASE Figura 2 – Representações esquemáticas bidimensionais de átomos de impureza substitucional e intersticial. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 110. (Adaptado). Outros tipos de defeitos presentes nos metais e, por consequência, nos aços, são os defeitos lineares que nada mais são do que as discordâncias já citadas anteriormente. Os defeitos planares são os contornos de grãos e os contornos de fase. Os contornos de grão são regiões nas quais ocorrerá a separação de grãos com orientações diferentes. Defeitos Planares » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo São considerados defeitos volumétricos os vazios, as trincas e as inclusões; são defeitos produzidos durante o processo de fabricação do material. Como dito anteriormente, a estrutura cristalina, a quantidade de carbono, os defeitos e a microestrutura dos aços são muito importantes para determinar suas propriedades. As propriedades dos aços terão grande dependência de sua microestrutura. CONTORNO DE GRÃO Podem ser classificados como contornos de baixo ângulo para grãos, com pequenas mudanças em suas orientações, e contornos de alto ângulo para grãos com grandes orientações entre si. VOCÊ SABIA? A microestrutura pode ser observada através de microscópios ópticos e eletrônicos. Os microscópios mais conhecidos em análise microestrutural são: microscópio óptico (MO) e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Através do MEV, é possível obter ampliações muito maiores do que as obtidas pelo MO, porém destaca-se que nem sempre é necessário ampliar tanto a microestrutura para que se consiga analisá-la. Nos metais, a microestrutura final da liga de aço dependerá de alguns fatores, como os elementos de liga e as concentrações desses elementos presentes no material, além do tipo de tratamento térmico que foi utilizado. Nos metais, principalmente nos aços carbono e nos ferros fundidos, o estudo da microestrutura é, principalmente, determinado através do diagrama ferro-carbono. Gráfico 1 – Representação diagrama de fases ferro carbonoFonte: CALLISTER, 2016, p. 345. A microestrutura pode ser observada através de microscópios ópticos e eletrônicos. Os microscópios mais conhecidos em análise microestrutural são: microscópio óptico (MO) e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Através do MEV, é possível obter ampliações muito maiores do que as obtidas pelo MO, porém destaca-se que nem sempre é necessário ampliar tanto a microestrutura para que se consiga analisá-la. Nos metais, a microestrutura final da liga de aço dependerá de alguns fatores, como os elementos de liga e as concentrações desses elementos presentes no material, além do tipo de tratamento térmico que foi utilizado. Nos metais, principalmente nos aços carbono e nos ferros fundidos, o estudo da microestrutura é, principalmente, determinado através do diagrama ferro-carbono. Gráfico 1 – Representação diagrama de fases ferro carbono Fonte: CALLISTER, 2016, p. 345. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 7 A microestrutura pode ser observada através de microscópios ópticos e eletrônicos. Os microscópios mais conhecidos em análise microestrutural são: microscópio óptico (MO) e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Através do MEV, é possível obter ampliações muito maiores do que as obtidas pelo MO, porém destaca-se que nem sempre é necessário ampliar tanto a microestrutura para que se consiga analisá-la. Nos metais, a microestrutura final da liga de aço dependerá de alguns fatores, como os elementos de liga e as concentrações desses elementos presentes no material, além do tipo de tratamento térmico que foi utilizado. Nos metais, principalmente nos aços carbono e nos ferros fundidos, o estudo da microestrutura é, principalmente, determinado através do diagrama ferro-carbono. Gráfico 1 – Representação diagrama de fases ferro carbono Fonte: CALLISTER, 2016, p. 345. O estudo do diagrama ferro-carbono nos permite entender como a variação do teor de carbono e a temperatura nos aços resultam em diferentes propriedades, fazendo com que seja possível a obtenção de aços de acordo com a aplicação desejada. Destaca-se, no diagrama ferro-carbono, as microestruturas ferrita (α), austenita (γ), cementita (Fe C), perlita (α + Fe C ) e os pontos eutetóide e eutético. A ferrita (α) é uma microestrutura constituinte dos aços com solubilidade máxima de 0,8%. Além disso, a ferrita é o constituinte mais mole dos aços. Microestruturas » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo O ponto eutetoide é o ponto correspondente a 0,8% de carbono representado no diagrama ferro carbono. No eutetoide, a austenita se transforma em perlita (α + Fe C). O ponto eutético é o ponto correspondente a 4,3% de carbono representado no diagrama ferro carbono. As ligas dessa composição são as ligas eutéticas. 3 3 3 AUSTENITA (Ɣ) É uma microestrutura que possui uma dureza baixa, com grande resistência ao desgaste. Nas ligas de Fe, a austenita é o ponto de partida de vários tratamentos térmicos. VOCÊ SABIA? O estudo do diagrama ferro-carbono nos permite entender como a variação do teor de carbono e a temperatura nos aços resultam em diferentes propriedades, fazendo com que seja possível a obtenção de aços de acordo com a aplicação desejada. Destaca-se, no diagrama ferro-carbono, as microestruturas ferrita (α), austenita (γ), cementita (Fe C), perlita (α + Fe C ) e os pontos eutetóide e eutético. A ferrita (α) é uma microestrutura constituinte dos aços com solubilidade máxima de 0,8%. Além disso, a ferrita é o constituinte mais mole dos aços. Microestruturas » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo O ponto eutetoide é o ponto correspondente a 0,8% de carbono representado no diagrama ferro carbono. No eutetoide, a austenita se transforma em perlita (α + Fe C). O ponto eutético é o ponto correspondente a 4,3% de carbono representado no diagrama ferro carbono. As ligas dessa composição são as ligas eutéticas. 3 3 3 AUSTENITA (Ɣ) É uma microestrutura que possui uma dureza baixa, com grande resistência ao desgaste. Nas ligas de Fe, a austenita é o ponto de partida de vários tratamentos térmicos. VOCÊ SABIA? UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 8 O estudo do diagrama ferro-carbono nos permite entender como a variação do teor de carbono e a temperatura nos aços resultam em diferentes propriedades, fazendo com que seja possível a obtenção de aços de acordo com a aplicação desejada. Destaca-se, no diagrama ferro-carbono, as microestruturas ferrita (α), austenita (γ), cementita (Fe C), perlita (α + Fe C ) e os pontos eutetóide e eutético. A ferrita (α) é uma microestrutura constituinte dos aços com solubilidade máxima de 0,8%. Além disso, a ferrita é o constituinte mais mole dos aços. Microestruturas » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo O ponto eutetoide é o ponto correspondente a 0,8% de carbono representado no diagrama ferro carbono. No eutetoide, a austenita se transforma em perlita (α + Fe C). O ponto eutético é o ponto correspondente a 4,3% de carbono representado no diagrama ferro carbono. As ligas dessa composição são as ligas eutéticas. 3 3 3 AUSTENITA (Ɣ) É uma microestrutura que possui uma dureza baixa, com grande resistência ao desgaste. Nas ligas de Fe, a austenita é o ponto de partida de vários tratamentos térmicos. VOCÊ SABIA? O estudo do diagrama ferro-carbono nos permite entender como a variação do teor de carbono e a temperatura nos aços resultam em diferentes propriedades, fazendo com que seja possível a obtenção de aços de acordo com a aplicação desejada. Destaca-se, no diagrama ferro-carbono, as microestruturas ferrita (α), austenita (γ), cementita (Fe C), perlita (α + Fe C ) e os pontos eutetóide e eutético. A ferrita (α) é uma microestrutura constituinte dos aços com solubilidade máxima de 0,8%. Além disso, a ferrita é o constituinte mais mole dos aços. Microestruturas » Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo O ponto eutetoide é o ponto correspondente a 0,8% de carbono representado no diagrama ferro carbono. No eutetoide, a austenita se transforma em perlita (α + Fe C). O ponto eutético é o ponto correspondente a 4,3% de carbono representado no diagrama ferro carbono. As ligas dessa composição são as ligas eutéticas. 3 3 3 AUSTENITA (Ɣ) É uma microestrutura que possui uma dureza baixa, com grande resistência ao desgaste. Nas ligas de Fe, a austenita é o ponto de partida de vários tratamentos térmicos. VOCÊ SABIA? É uma microestrutura que possui uma dureza baixa, com grande resistência ao desgaste. Nas ligas de Fe, a austenita é o ponto de partida de vários tratamentos térmicos. AUSTENITA (Ɣ) É uma microestrutura muito dura, frágil e muito resistente ao cisalhamento. CEMENTITA (FE3C) Apesar de ser muito utilizado para determinar as principais microestruturas dos aços, o diagrama ferro-carbono possui algumas limitações, sendo a principal delas o fato de ele não conseguir prever o tempo que as transformações de fase irão acontecer. Outro ponto a se destacar é o fato de uma das principais microestruturas, a martensita, não ser possível de ser obtida através do diagrama ferro-carbono. A martensita é uma microestrutura obtida pelo tratamento de austêmpera, no qual é realizado um resfriamento rápido do aço. Sua função é conceder a esses materiais uma maior dureza e resistência. Vale ressaltar que, além da introdução de martensita, que é geralmente utilizada para aumentar a resistência dos aços através do endurecimento por transformação de fase, os aços possuem alguns mecanismos de endurecimento, ou seja, mecanismos utilizados para aumentar a resistência desses materiais. Esses mecanismos visam dificultar a movimentação das discordâncias, pois, quanto menor for a possibilidade das discordâncias se moverem, maior será a resistência do aço. Os principais mecanismos de endurecimento são: endurecimento por transformação de fase, endurecimento por solução sólida, endurecimento por refino de grão, endurecimento por deformaçãoa frio e endurecimento por precipitação. O endurecimento por transformação de fase é realizado através do tratamento térmico de têmpera, em que o aço é resfriado bruscamente a partir do campo austenítico, formando microestruturas com elevada dureza, como martensita e bainita, aumentando a resistência do material. O endurecimento por solução sólida acontece através da adição de elementos de liga, com objetivo de formar soluções sólidas intersticiais ou substitucionais. A introdução da solução sólida irá causar distorções na rede cristalina, fazendo com que sejam criadas barreiras para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. O endurecimento por refino de grão acontece com a diminuição do tamanho de grão. Os Apesar de ser muito utilizado para determinar as principais microestruturas dos aços, o diagrama ferro-carbono possui algumas limitações, sendo a principal delas o fato de ele não conseguir prever o tempo que as transformações de fase irão acontecer. Outro ponto a se destacar é o fato de uma das principais microestruturas, a martensita, não ser possível de ser obtida através do diagrama ferro-carbono. A martensita é uma microestrutura obtida pelo tratamento de austêmpera, no qual é realizado um resfriamento rápido do aço. Sua função é conceder a esses materiais uma maior dureza e resistência. Vale ressaltar que, além da introdução de martensita, que é geralmente utilizada para aumentar a resistência dos aços através do endurecimento por transformação de fase, os aços possuem alguns mecanismos de endurecimento, ou seja, mecanismos utilizados para aumentar a resistência desses materiais. Esses mecanismos visam dificultar a movimentação das discordâncias, pois, quanto menor for a possibilidade das discordâncias se moverem, maior será a resistência do aço. Os principais mecanismos de endurecimento são: endurecimento por transformação de fase, endurecimento por solução sólida, endurecimento por refino de grão, endurecimento por deformação a frio e endurecimento por precipitação. O endurecimento por transformação de fase é realizado através do tratamento térmico de têmpera, em que o aço é resfriado bruscamente a partir do campo austenítico, formando microestruturas com elevada dureza, como martensita e bainita, aumentando a resistência do material. O endurecimento por solução sólida acontece através da adição de elementos de liga, com objetivo de formar soluções sólidas intersticiais ou substitucionais. A introdução da solução sólida irá causar distorções na rede cristalina, fazendo com que sejam criadas barreiras para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. O endurecimento por refino de grão acontece com a diminuição do tamanho de grão. Os UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 9 Apesar de ser muito utilizado para determinar as principais microestruturas dos aços, o diagrama ferro-carbono possui algumas limitações, sendo a principal delas o fato de ele não conseguir prever o tempo que as transformações de fase irão acontecer. Outro ponto a se destacar é o fato de uma das principais microestruturas, a martensita, não ser possível de ser obtida através do diagrama ferro-carbono. A martensita é uma microestrutura obtida pelo tratamento de austêmpera, no qual é realizado um resfriamento rápido do aço. Sua função é conceder a esses materiais uma maior dureza e resistência. Vale ressaltar que, além da introdução de martensita, que é geralmente utilizada para aumentar a resistência dos aços através do endurecimento por transformação de fase, os aços possuem alguns mecanismos de endurecimento, ou seja, mecanismos utilizados para aumentar a resistência desses materiais. Esses mecanismos visam dificultar a movimentação das discordâncias, pois, quanto menor for a possibilidade das discordâncias se moverem, maior será a resistência do aço. Os principais mecanismos de endurecimento são: endurecimento por transformação de fase, endurecimento por solução sólida, endurecimento por refino de grão, endurecimento por deformação a frio e endurecimento por precipitação. O endurecimento por transformação de fase é realizado através do tratamento térmico de têmpera, em que o aço é resfriado bruscamente a partir do campo austenítico, formando microestruturas com elevada dureza, como martensita e bainita, aumentando a resistência do material. O endurecimento por solução sólida acontece através da adição de elementos de liga, com objetivo de formar soluções sólidas intersticiais ou substitucionais. A introdução da solução sólida irá causar distorções na rede cristalina, fazendo com que sejam criadas barreiras para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. O endurecimento por refino de grão acontece com a diminuição do tamanho de grão. Os grãos possuem orientações diferentes; por isso, para uma discordância se movimentar de um grão para outro, ela precisa mudar de direção e com isso o contorno de grão irá funcionar como uma barreira para a movimentação das discordâncias. Portanto, ao realizar o refino dos grãos, haverá aumento da quantidade de contornos de grãos, fazendo com que se dificulte o movimento das discordâncias e aumente a resistência do material. O endurecimento por deformação a frio ou endurecimento por encruamento irá aumentar a resistência do material, pois a deformação plástica realizada causará um grande aumento de discordâncias na estrutura cristalina. Com isso, as próprias discordâncias, interagindo entre si, servirão como barreiras para a movimentação umas das outras, fazendo com que sua movimentação seja dificultada e aumente a resistência do material. O endurecimento por precipitação consiste em precipitar uma segunda fase através de um tratamento térmico. Os precipitados irão funcionar como uma barreira para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. Esses precipitados podem ser carbonetos (exemplo: cementita, carboneto de cromo, entre outros). Os mecanismos de endurecimento são realizados para aumentar a resistência dos aços, porém destaca-se, também, que a quantidade de carbono é muito utilizada para controlar a dureza e a resistência à tração do aço. Com isso, surgiu a classificação dos aços- carbono. O diagrama ferro-carbono mostra a divisão entre dois tipos de materiais: os aços e os ferros fundidos. Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços-carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. Aços-carbono » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto grãos possuem orientações diferentes; por isso, para uma discordância se movimentar de um grão para outro, ela precisa mudar de direção e com isso o contorno de grão irá funcionar como uma barreira para a movimentação das discordâncias. Portanto, ao realizar o refino dos grãos, haverá aumento da quantidade de contornos de grãos, fazendo com que se dificulte o movimento das discordâncias e aumente a resistência do material. O endurecimento por deformação a frio ou endurecimento por encruamento irá aumentar a resistência do material, pois a deformação plástica realizada causará um grande aumento de discordâncias na estrutura cristalina. Com isso, as próprias discordâncias, interagindo entre si, servirão como barreiras para a movimentação umas das outras, fazendo com que sua movimentação seja dificultada e aumente a resistência do material. O endurecimento por precipitação consiste em precipitar uma segunda fase através de um tratamento térmico. Os precipitados irão funcionar como uma barreira para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. Esses precipitados podem ser carbonetos (exemplo: cementita, carboneto de cromo, entre outros). Os mecanismos de endurecimento são realizados para aumentar a resistência dos aços, porém destaca-se, também, que a quantidade de carbono é muito utilizada para controlara dureza e a resistência à tração do aço. Com isso, surgiu a classificação dos aços- carbono. O diagrama ferro-carbono mostra a divisão entre dois tipos de materiais: os aços e os ferros fundidos. Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços-carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. Aços-carbono » Clique nas abas para saber mais sobre o assunto UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 10 grãos possuem orientações diferentes; por isso, para uma discordância se movimentar de um grão para outro, ela precisa mudar de direção e com isso o contorno de grão irá funcionar como uma barreira para a movimentação das discordâncias. Portanto, ao realizar o refino dos grãos, haverá aumento da quantidade de contornos de grãos, fazendo com que se dificulte o movimento das discordâncias e aumente a resistência do material. O endurecimento por deformação a frio ou endurecimento por encruamento irá aumentar a resistência do material, pois a deformação plástica realizada causará um grande aumento de discordâncias na estrutura cristalina. Com isso, as próprias discordâncias, interagindo entre si, servirão como barreiras para a movimentação umas das outras, fazendo com que sua movimentação seja dificultada e aumente a resistência do material. O endurecimento por precipitação consiste em precipitar uma segunda fase através de um tratamento térmico. Os precipitados irão funcionar como uma barreira para movimentação das discordâncias, aumentando a resistência do material. Esses precipitados podem ser carbonetos (exemplo: cementita, carboneto de cromo, entre outros). Os mecanismos de endurecimento são realizados para aumentar a resistência dos aços, porém destaca-se, também, que a quantidade de carbono é muito utilizada para controlar a dureza e a resistência à tração do aço. Com isso, surgiu a classificação dos aços- carbono. O diagrama ferro-carbono mostra a divisão entre dois tipos de materiais: os aços e os ferros fundidos. Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços-carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. Aços-carbono » Clique nas abas para saber mais sobre o assuntoBaixo teor de carbono Possuem carbono inferior a 0,25%. Médio teor de carbono Possuem carbono inferior a 0,25%. Os aços com baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono ainda possuem algumas subdivisões, como podemos ver através da Figura 4: Diagrama 1 – Esquema de classificação para as várias ligas ferrosas Fonte: CALLISTER, 2016, p. 423. Os aços com baixo teor de carbono podem ser classificados em aços comuns e aços de alta resistência e baixa liga; os aços médio carbono podem ser classificados como termicamente tratáveis; e os aços com alto teor de carbono podem ser classificados como comum e aço-ferramenta. 3.1.1 Aços de baixo teor de carbono Como visto, antes de entender os aços-carbono, é necessário o entendimento dos aços, de modo geral, passando por sua estrutura cristalina, microestrutura, propriedades, defeitos, composição, mecanismos de endurecimento, dentre outros aspectos importantes vistos até aqui. Destaca-se que o entendimento de aço é de extrema Baixo teor de carbono Médio teor de carbono Alto teor de carbono Possuem carbono inferior a 0,25%. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 11 Alto teor de carbono Possuem carbono entre 0,6% e 1,4%. importância para um engenheiro mecânico, visto que o mercado de aços no Brasil é um dos grandes responsáveis por movimentar a economia. A partir de agora, veremos as principais diferenças entre os aços com baixo, médio e alto teor de carbono. Os aços com baixo teor de carbono são os aços que possuem maior produção dentre os três tipos. Esses aços contêm, aproximadamente, um teor de carbono menor que 0,25%. O aumento de resistência dos aços com baixo teor de carbono pode ser melhorado através do trabalho a frio, já que não é possível aumentar sua resistência através da transformação martensítica. Sua microestrutura é constituída por perlita e ferrita. As propriedades mecânicas dos aços de baixo carbono apresentam baixa resistência e baixa dureza, porém, como consequência, eles apresentam uma excelente ductilidade. Além disso, esses aços são soldáveis, usináveis e seu custo de produção é considerado baixo. Porém, esses aços, têm como principal desvantagem, o fato de não serem tratados termicamente. As principais aplicações dos aços baixo carbono são: perfis estruturais, chapas de automóveis, construção civil, dentre outros. Devido à necessidade dos aços de possuírem alta resistência mecânica, boa ductilidade e boa soldabilidade, principalmente para atender a indústria automobilística, foram criados os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL). Os aços ARBL são aços com pequenas adições de nióbio, titânio ou vanádio, produzidos através do processo de laminação controlada. Destaca-se que os teores de elementos de ligas desses aços são inferiores aos aços ferramentas e aos aços inoxidáveis, não ultrapassando 5%. A principal aplicação dos aços de alta resistência e baixa liga é na indústria automotiva, devido às características citadas anteriormente. Um dos principais fatores para utilização desses aços na indústria de automóveis é sua ótima resistência à fadiga, responsável por grande parte das falhas mecânicas de peças automotivas forjadas. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 12 3.2 Aços de baixo, médio e alto carbono Os aços carbono possuem diversos tipos de aplicações industriais devido a suas excelentes propriedades. Sabe-se que quantidade de carbono é um dos principais fatores de controle de resistência dos aços, pois, quanto maior a quantidade de carbono, maior será a resistência do aço. Nesse âmbito, os aços médios podem ser divididos entre aços comum e aços tratáveis termicamente. 3.2.1 Aços de médio teor de carbono Os aços com médio teor de carbono contêm, aproximadamente, um teor de carbono entre 0,25% e 0,60%. A grande vantagem desses aços é que eles possuem a capacidade de melhorar suas propriedades mecânicas através de tratamentos térmicos, como têmpera e revenido, sofrendo endurecimento por transformação de fase, diferentemente dos aços de baixo teor de carbono. A têmpera é realizada através da austenitização, na qual a peça é aquecida até acima da zona crítica com o objetivo de formar a austenita e, em seguida, há um resfriamento rápido, têmpera, com o objetivo de obter uma microestrutura martensítica, aumentando a resistência do aço. Já o revenido tem como função aumentar a tenacidade do aço, diminuindo a fragilidade causada pela têmpera. Essas ligas, quando submetidas a tratamentos térmicos, possuem resistência mais elevada, comparadas aos aços de baixo teor de carbono. Contudo, elas possuem menor ductilidade devido à porcentagem de manganês entre 0,6% e 1,65% em sua composição. As principais aplicações dos aços de médio teor de carbono são: equipamentos ferroviários, engrenagens, peças no geral que necessitam de boa resistência mecânica, boa resistência à abrasão e boa tenacidade. 3.3 Aços de baixo, médio e alto carbono Como visto até então, os aços de baixo teor de carbono apresentam baixa resistência e baixa dureza, porém com ótima ductilidade e tenacidade. Já os aços de médio teor de carbono apresentam dureza e resistência melhor do que os aços de baixo teor de carbono, porém com ductilidade e tenacidade mais baixa. Além disso, foi visto que os UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 13 aços de baixo teor de carbono não são tratáveis termicamente e podem ter sua resistência aumentada através da adição de elementos de ligas. Já os aços de médio teor de carbono têm sua resistência aumentada através de tratamentos térmicos. 3.3.1 Aços de alto teor de carbono Os aços com alto teor de carbonocontêm, aproximadamente, um teor de carbono entre 0,60% e 1,40%. Esses aços, quando comparados com os aços de baixo e médio teor de carbono, possuem maior dureza e resistência devido à maior quantidade de carbono em sua composição, porém possuem menor ductilidade. Além disso, são aços que costumam ser usados temperados ou revenidos. Sua principal vantagem é a alta resistência ao desgaste, possuindo boa capacidade de corte, devido a sua elevada dureza. São aços aplicados principalmente em facas, serrotes e martelos. Através dos aços com alto teor de carbono, é possível fabricar um aço denominado aço ferramenta. Esse aço tem, como principal característica, sua excelente resistência à abrasão e alta dureza. Além disso, possui boa tenacidade e boa resistência mecânica quando elevado a altas temperaturas. Os aços ferramentas possuem adição de elementos de liga como molibdênio, vanádio, cobalto, cromo, dentre outros. A adição desses elementos de liga fornece as principais propriedades desses aços, porém acaba tornando o seu processo de fabricação complexo, devido à dificuldade de se obter um controle preciso de sua composição adequada. 3.4 Ferro fundidos Os ferros fundidos, também conhecidos como FoFo, com teores de carbono acima de 2,11%, possuem outros elementos residuais recorrentes do seu processo de fabricação. Os FoFos possuem diversas aplicações, porém sua principal é na indústria automobilística, na fabricação de blocos e peças de motores, volantes e cabeçotes de cilindros, devido a suas propriedades mecânicas e seu baixo custo de produção. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 14 Quanto à sua divisão, os FoFos tiveram suas primeiras classificações baseadas em aspectos da superfície de sua fratura, na sua coloração. Um exemplo claro dessa classificação é o ferro fundido branco, que recebeu tal nomeação devido ao fato de apresentar uma coloração branca. Além dessa classificação, existe outra classificação muito utilizada que leva em consideração seus aspectos microestruturais, como as formas da grafita e de sua matriz metálica, além de continuar por seus aspectos de fratura e suas propriedades. Eles são classificados em: ferros fundidos branco, cinzento, maleável, nodular e vermicular. As propriedades mecânicas dos ferros fundidos são influenciadas diretamente pela forma de sua grafita. As grafitas com formato nodulares aumentam propriedades como dureza e ductilidade dos ferros fundidos. Já as partículas mais alongadas, ou com contornos irregulares, diminuem a resistência desses materiais devido à concentração de pontos de tensão. Com isso, os ferros fundidos podem ser classificados também de acordo com a forma de sua grafita. Teste seus conhecimentos UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 15 Página não encontrada VO LTA R A página que você está procurando não existe, ou foi movida. Atividade não pontuada. » Ferro fundido Branco O ferro fundido branco apresenta carbono entre 2,0 e 3,5% e silício entre 0,5 e 1,0%. O carbono nos ferros fundidos brancos irá se solidificar na forma de cementita, em vez de grafita. Isso acontece devido à baixa porcentagem de silício, menor que 1%, e devido ao seu processo de fabricação. Sua microestrutura por carbonetos (cementita, carboneto de cromo, nióbio etc.) em uma matriz que pode ser austenitica, pelitica, martensitica. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 16 Os ferros fundidos podem ser classificados de acordo com sua coloração de fratura como, por exemplo, o ferro fundido branco, que possui um aspecto branco, dando origem ao seu nome e de acordo com o formato de sua grafita. Assim, e considerando os conteúdos estudados, qual tipo de ferro fundido apresenta grafitas com formato nodular? Ferro fundido nodular.a Ferro fundido vermicular.c Ferro fundido branco.b Ferro fundido maleável.d Ferro fundido cinzento.e Matrizes Compósitas Gabarito na página 25. Atividade não pontuada. Teste seus conhecimentos Figura 3 – Microestrutura ferro fundido branco. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 431. O seu nome vem do aspecto de sua fratura, que possui um aspecto esbranquiçado. Já em relação as suas propriedades, esses materiais são duros, com fratura frágil, devido à alta porcentagem de cementita presente em sua microestrutura. Os FoFos branco possuem como principal limitação o fato de possuírem uma soldagem praticamente impossível, limitando sua aplicação. Os ferros fundidos brancos têm como principal aplicação a fabricação de ferro fundido maleável, além de peças que são submetidas à alta compressão e atrito. » Ferro fundido Cinzento O ferro fundido cinzento apresenta carbono entre 2,5% e 4,0% e silício entre 1,0% e 3,0%. Esses materiais apresentam microestrutura com matriz perlítica contendo uma pequena porção de ferrita. Além disso, destaca-se que o carbono, durante o seu processo de fabricação, solidifica-se no formato de grafita. Isso ocorre devido à sua baixa velocidade de resfriamento. A grafita dos FoFos cinzento apresenta formato de lamelas. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 17 Figura 4 – Microestrutura ferro fundido cinzento. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 431. As propriedades dos ferros fundidos cinzentos apresentam grande resistência ao desgaste, devido à morfologia de sua grafita. Elas também apresentam baixo custo de produção, ainda que possuam baixa resistência à tração, o que acontece porque as lamelas de grafita funcionam como concentradores de tensões. Algumas de suas principais aplicações são: discos de freios, engrenagens de grandes dimensões, blocos de motores. » Ferro fundido nodular ou dúctil O ferro fundido nodular apresenta carbono entre 3,0% e 4,0% e silício entre 1,8% e 2,8%. Os FoFos nodulares possuem esse nome devido a sua grafita apresentar formato esferoidal. Sua microestrutura é formada, geralmente, por uma matriz ferrítica, perlitica ou até mesmo martensita revenida. O número de nódulos de grafita irá ter influência direta com as propriedades desses materiais. Isso ocorre porque a quantidade de nódulos está ligada diretamente à quantidade de ferrita. Mudando a quantidade de ferrita, UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 18 irá aumentar ou diminuir a quantidade de perlita na matriz. Com isso, haverá alteração na propriedade desses materiais. Quanto maior o percentual de perlita na microestrutura, melhor será a resistência mecânica, fazendo com que os ferros fundidos nodulares possam ter suas propriedades comparadas com o aço. Figura 5 – Microestrutura ferro fundido nodular ou dúctil. Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 262. A utilização deste tipo de ferro fundido vem aumentando e substituindo algumas ligas, como as de ferro cinzento, maleável e estruturas soldadas. » Ferro fundido maleável O ferro fundido maleável apresenta carbono entre 2,2% e 2,9% e silício entre 0,9% e 1,9%. Os FoFos maleável são produzidos através de fundidos brancos, nos quais os FoFos brancos são submetidos a um tratamento térmico de maleabilização. A microestrutura obtida no processo de fabricação desse material resulta em uma matriz geralmente ferrítica e uma decomposição da cementita em “nódulos” de grafita. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 19 Figura 6 – Microestrutura ferro fundido maleável. Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 262. Os FoFos maleáveis apresentam boa usinabilidade e ductilidade, além de apresentarem alta tenacidade. Suas propriedades variam de acordo com a taxa de resfriamento durante sua fabricação, fazendo com que seja possível obter ferros fundidos maleável com diferentes propriedades. Suas principais aplicações são: peças sujeitas a alta temperatura, juntas, conexões e pequenas ferramentas. » Ferro Fundido Vermicular O ferro fundido vermicular possui carbono entre 2,5% e 4,0% e silício entre 1,0% e 3,0%. Os FoFos vermiculares são obtidos através da adição de titânio na composição do ferro fundido nodular. O ferro fundido vermicular apresenta uma matriz perlítica, constituída por lamelas de ferrita e cementita. Sua grafita apresenta forma de verme e é considerada intermediária entreos ferros fundidos cinzentos e nodulares. Dessa forma pode-se afirmar que suas propriedades também são intermediárias entre eles. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 20 Figura 7 – Microestrutura ferro fundido vermicular. Fonte: CALLISTER, 2016, p. 431 As propriedades desses materiais apresentam alta tenacidade, ductilidade, resistência e maior resistência à fadiga, quando comparados aos ferros fundidos cinzentos. Suas principais aplicações são: blocos de motores, discos de trens para alta velocidade, dentre outros. Teste seus conhecimentos UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 21 Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. A partir dessas informações, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s). Classificação aços carbono Teste seus conhecimentos Síntese Nesta unidade, vimos que é de extrema importância entender o comportamento dos aços para então conseguirmos diferenciar os aços carbono. Foi visto como a estrutura cristalina, defeitos, microestrutura, composição, dentre outros aspectos irão influenciar nas propriedades e, consequentemente, nas aplicações desses materiais. Além disso, vimos também as principais diferenças entre os ferros fundidos, destacando suas principais propriedades e aplicações. Por fim, podemos destacar que é de extrema importância para o engenheiro mecânico Página não encontrada VO LTA R A página que você está procurando não existe, ou foi movida. Atividade não pontuada. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 22 Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. A partir dessas informações, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s). I. ( ) Os aços com baixo teor de carbono possuem carbono inferior a 0,10% e podem ser tratados termicamente. II. ( ) Os aços com médio teor de carbono possuem carbono entre 0,25% e 0,60% e podem ser tratados termicamente. III. ( ) Os aços com baixo teor de carbono possuem carbono inferior a 0,50% e sua principal classe de aços são os aços inoxidáveis. IV. ( ) Os aços com baixo alto de carbono possuem carbono entre 0,60% e 1,40% e possuem maior dureza e resistência quando comparados aos de baixo e médio teor de carbono. Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta: V, V, F, V.a F, F, V, V.c V, F, V, F.b F, V, V, V.d F, V, F, V.e Gabarito na página 25. Atividade não pontuada. entender não só o comportamento mecânico dos aços e ferros fundidos, mas também o que deu origem ao comportamento desses materiais. SAIBA MAIS Título: Aços e ferros fundidos Autor: ABM Ano: 2002 Comentário: O livro trata dos principais conceitos de aços e ferros fundidos passando desde o seu processamento até as suas microestruturas finais e suas principais aplicações. Destaca-se que o livro possuí uma rica quantidade de micrografias de diversos tipos de aços e ferros fundidos. Onde encontrar? Disponível em: <https://kupdf.net/download/vicente- chiaverini-a-ccedil-os-e-ferros-fundidos_58f52abfdc0d60b83dda9846_pdf >. Título: Instituto Aço Brasil Autor: Aço Brasil Ano: 2020 UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 23 SAIBA MAIS Título: Aços e ferros fundidos Autores(as): ABM Ano: 2002 Comentário: O livro trata dos principais conceitos de aços e ferros fundidos passando desde o seu processamento até as suas microestruturas finais e suas principais aplicações. Destaca-se que o livro possuí uma rica quantidade de micrografias de diversos tipos de aços e ferros fundidos. Onde encontrar? Disponível em: <https://kupdf.net/download/vicente-chiaverini-a-ccedil-os-e-ferros-fu ndidos_58f52abfdc0d60b83dda9846_pdf >. Título: Instituto Aço Brasil Autor: Aço Brasil Ano: 2020 Comentário: O site possui diversas informações sobre o mercado de aços no Brasil. Através do acesso ao site, você consegue ler diversos relatórios de como o mercado nacional de aço se encontra. Além disso, é possível ver também diversos aspectos em relação ao processamento e aplicação dos aços. Onde encontrar? Disponível em: <https://acobrasil.org.br/site/>. Título: Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares Autor: IPT Ano: 1986 Comentário: O livro mostra como são fabricados os ferros fundidos cinzentos e os ferros fundidos nodulares. Além disso, mostra as principais características e aplicações dos ferros fundidos cinzentos e dos ferros fundidos nodulares. Onde encontrar? Disponível em: <https://www.estantevirtual.com.br/>. Referências bibliográficas Comentário: O site possui diversas informações sobre o mercado de aços no Brasil. Através do acesso ao site, você consegue ler diversos relatórios de como o mercado nacional de aço se encontra. Além disso, é possível ver também diversos aspectos em relação ao processamento e aplicação dos aços. Onde encontrar? Disponível em: <https://acobrasil.org.br/site/>. Título: Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares Autor: IPT Ano: 1989 Comentário: O livro mostra como são fabricados os ferros fundidos cinzentos e os ferros fundidos nodulares. Além disso, mostra as principais características e aplicações dos ferros fundidos cinzentos e dos ferros fundidos nodulares. Onde encontrar? Disponível em: <https://www.estantevirtual.com.br/>. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 24 Referências bibliográficas Comentário: O site possui diversas informações sobre o mercado de aços no Brasil. Através do acesso ao site, você consegue ler diversos relatórios de como o mercado nacional de aço se encontra. Além disso, é possível ver também diversos aspectos em relação ao processamento e aplicação dos aços. Onde encontrar? Disponível em: <https://acobrasil.org.br/site/>. Título: Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares Autor: IPT Ano: 1989 Comentário: O livro mostra como são fabricados os ferros fundidos cinzentos e os ferros fundidos nodulares. Além disso, mostra as principais características e aplicações dos ferros fundidos cinzentos e dos ferros fundidos nodulares. Onde encontrar? Disponível em: <https://www.estantevirtual.com.br/>. ACOBRASIL. Instituto aço Brasil. Rio de Janeiro, 2020. Disponível em: <https://acobrasil.org.br/site/>. Acesso: 04 nov. 2020. CALLISTER JR, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais – uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2016. CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais – ABM, 2002. GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000. SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2008. SOUZA SANTOS, A. B.; CASTELLO BRANCO, C. H. Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares. São Paulo, IPT, 1989. UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 25 Os ferros fundidos podem ser classificados de acordo com sua coloração de fratura como, por exemplo, o ferro fundido branco, que possui um aspecto branco, dando origem ao seu nome e de acordo com o formato de sua grafita. Assim, e considerando os conteúdos estudados, qual tipo de ferro fundido apresenta grafitas com formato nodular? Os ferros fundidos nodulares apresentam a grafita em formas de nódulos, ou seja, apresentam formato esferoidal. Ferro fundido nodular.a Matrizes Compósitas Gabarito Os aços correspondem aos materiais com carbono entre 0,8% e 2,11%. Já os ferros fundidos possuem carbono acima de 2,11%. Os aços carbono são divididos em três grupos: aços de baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono. A partir dessas informações, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s)e F para a(s) falsa(s). I. ( ) Os aços com baixo teor de carbono possuem carbono inferior a 0,10% e podem ser tratados termicamente. II. ( ) Os aços com médio teor de carbono possuem carbono entre 0,25% e 0,60% e podem ser tratados termicamente. III. ( ) Os aços com baixo teor de carbono possuem carbono inferior a 0,50% e sua principal classe de aços são os aços inoxidáveis. IV. ( ) Os aços com baixo alto de carbono possuem carbono entre 0,60% e 1,40% e possuem maior dureza e resistência quando comparados aos de baixo e médio teor de carbono. Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta: F, V, F, V.e Classificação aços carbono UNIDADE 3. AÇOS E FERROS FUNDIDOS 26 A afirmativa II e IV são verdadeiras. Os aços com médio teor de carbono possuem carbono entre 0,25% e 0,60% que podem ser tratados termicamente. Já os aços com alto teor de carbono, possuem carbono entre 0,60% e 1,40% e esses aços quando comparados com os aços de baixo e médio teor de carbono possuem maior dureza e resistência devido a maior quantidade de carbono em sua composição.
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