METAIS-FERROSOS-E-NÃO-FERROSOS-VOL 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Curso de Graduação em Engenharia de Materiais
Metais Ferrosos e Não Ferrosos – EMC 5715
Volume II
Professor: Antonio Pedro Novaes de Oliveira 
Classificação dos aços carbono e ligados
Para fins de estudo pode-se classificar os aços de três 
modos diferentes:
•De acordo com a microestrutura;
•De acordo com a composição química;
•De acordo com a aplicação.
Classificação dos aços carbono e ligados
De acordo com a microestrutura:
•Perlíticos;
•Martensíticos;
•Austeníticos;
•Ferríticos;
•Carbídicos.
Perlíticos
Martensíticos
Carbídicos
Austeníticos
Ferríticos
Classificação dos aços carbono e ligados
De acordo com a composição química:
•Aços ao carbono: carbono e elementos químicos residuais;
•Aços-liga de baixo teor em liga: estão presentes os
elementos residuais acima dos teores normais e/ou com a
presença de novos elementos de liga, cujo teor total não é
maior que 3-3,5%;
•Aços-liga de alto teor em liga: teor total dos elementos de 
liga é maior ou igual a 10-12%;
•Aços-liga de médio teor em liga: são considerados como 
constituindo um grupo intermediário entre os aços de baixo 
e médio teor em liga.
Classificação dos aços carbono e ligados
AISI: American Iron and Steel Institute;
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.
XX – Indica teores de carbono, XX/100 (%);
B - Aços ao Boro;
L – Aços ao Chumbo;
De acordo com a composição química:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Designação 
AISI/ABNT
Ex.: Tipos de aços
10XX Aços carbono comuns
11XX Aços de usinagem fácil c/ alto S
43XX Aços Cr-Ni-Mo c/ 0,5-0,8% Cr; 1,82 Ni; 0,25% Mo
86XX Aços Ni-Cr-Mo c/ 0,55% Ni; 0,50-0,65% Cr; 0,20% Mo 
92XX Aços Si-Mn c/ 1,4-2,0% Si; 0,65-0,87% Mn; 0-0,65% Cr (molas)
XXLXX Aços ao Pb c/ 0,15-0,35% de Pb
Classificação dos aços carbono e ligados
De acordo com a aplicação:
•Aços para fundição;
•Aços estruturais;
•Aços para trilhos;
•Aços para chapas;
•Aços para tubos;
•Aços para arames e fios;
•Aços para molas;
•Aços de usinagem fácil ou de corte fácil;
•Aços para cementação;
•Aços para nitretação;
•Aços para ferramentas e matrizes;
•Aços resistentes ao desgaste;
•Aços resistentes à corrosão;
•Aços resistentes ao calor;
•Aços ultra-resistentes;
•Aços grafíticos;
•Aços criogênicos;
•Aços sinterizados. 
Impurezas normais nos aços
Fósforo (P): 0,025-0,04 máx. Dissolve-se no Ferro alfa, fragilizando a frio (crescimento de grão
e endurecimento); P=0,4%, produz estrutura “ghost lines” e/ou eutético fosforoso (steadita) –
Steadita (Fe3P + Fe3C) tem baixo ponto de fusão 980-1000°C produzindo fragilidade a quente
nos processos de fabricação.
Enxofre (S): 0,025-0,05: Combina-se com o Fe e Mn formando FeS (Tf=1000°C) e MnS
(Tf=1600°C ). FeS pode causar fragilidade a quente.
Manganês (Mn): Agente dessulfurante e desoxidante em teores de 025-0,90%, (5Mn:1S).
Silício (Si): Dissolve-se no ferro alfa entre 0,05 e 0,30%. Principal função: agente desoxidante.
Outras impurezas:
Alumínio (Al): Desoxidante (introduzido=0,15%, residual= 0,015-0,025%) formando inclusões
de alumina para controlar tamanho de grão.
Hidrogênio (H): Teores de 0,001-0,0001% : ocasiona fragilidade.
Nitrogênio (N): Teores acima de 0,01% ocasiona endurecimento por precipitação (formação
de nitretos de ferro).
Oxigênio (O): Formação de óxidos, pontos duros e concentração de tensões levando a uma
diminuição da resistência mec. do aço.
Outros elementos podem ser encontrados como o Sn, proveniente de sucatas, e/ou Ti, V, Zr, Cr,
Cu.
Efeito sobre as propriedades mecânicas dos aços:
Propriedades mecânicas dos aços
Steadita (Fe3C + Fe3P) Estrutura bruta de fusãotextura “ghost lines”
Aço de baixo carbono com diferentes graus de encruamento.
Efeito da microestrutura e impurezas nas prop. mec. dos aços:
Propriedades mecânicas dos aços
Redução (%) = [(Ai – Af)/Ai] x 100
Efeito do grau de encruamento ou deformação:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Propriedades mecânicas dos aços
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Constituinte σmax 
(kgf/mm
2
)
A (%) HB Poder endurecedor
com a têmpera
Ferrita 35 ~40 90 Nenhum
Perlita 85 ~10 250-300 Máximo
Cementita 3 0 650 Nenhum
Propriedades mecânicas dos aços
Propriedades mecânicas dos aços são afetadas:
•Composição química;
•Microestrutura:
•Trabalho mecânico;
•Tamanho de grão;
•Velocidade de resfriamento. 
Propriedades mecânicas dos microconstituintes dos aços: 
s:
Fonte: Adaptado de: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços para fundição ou fundidos
Praticamente todos os aços ao carbono ou ligados podem ser obtidos por
fundição (processo de fusão e solidificação em molde).
Requisitos fundamentais:
•Homogeneidade, baixo nível de defeitos ao longo da seção das peças;
•Granulação fina e regular, completa isenção de tensões internas;
•Propriedades mecânicas adequadas. Depende do grau de responsabilidade
das aplicações e são reguladas pelos teores de carbono e eventual adição de
elementos de liga e apropriados tratamentos térmicos.
Aços para fundição ou fundidos
Considerações sobre o projeto metalúrgico de peças fundidas:
•Resistência real do metal, em função da espessura das peças;
•Forma da peça: semelhança com outras peças, posição de montagem e
condições de serviço;
•Espessuras das paredes: o mais uniforme possível;
•Previsão de defeitos de solidificação: defeitos ocorrem onde há excesso de
massa de metal;
•Condições de vazamento do metal líquido (baixa fluidez, contração,
resistência mecânica.
Aços para fundição ou fundidos
Considerações sobre o projeto metalúrgico de peças fundidas:
http://sites.google.com/site/epdprocessos/fundicao
Aços para fundição ou fundidos
Soldabilidade dos aços fundidos:
Tipos de aço Soldabilidade 
geral
Pré-aquecimento Recozimento p/ 
alívio de tensões
•Aço-carbono c/ C<0,30%
•Aço-liga de baixo teor em
liga (C<0,15%)
Prontamente 
soldáveis
Desnecessário Desnecessário
•Aço-carbono c/ C entre
0,35 e 0,50%
•Aço-liga de baixo teor em
liga (C entre 0,15 e
0,30%)
Soldáveis com 
precausões
Preferível Preferível
•Aço-carbono c/ C>0,50%
•Aço-liga c/ teor em liga
acima de 3% e C>0,30%
Difíceis de 
soldar
Necessário Necessário
Fonte: Adaptado de: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços estruturais
Aços estruturais são aços empregados principalmente em construção civil, veículos
em geral, equipamento rodoviário, ferroviário, naval, aeronáutico, etc.
•Aços ao carbono (80% desta categoria de aços é comum ao carbono, 0,15-0,40%C,
e de baixo carbono laminado a quente ou, eventualmente, encruado) e de baixa liga
para fabricação de barras, tiras, cantoneiras vigas em I, U, T, etc.
Requisitos Fundamentais:
•Ductilidade e homogeneidade;
•Valor elevado da relação entre limite de resistência (40-50 kgf/mm2, A=20%) e
limite de escoamento;
•Soldabilidade;
•Suscetibilidade de corte por chama, sem endurecimento;
•Resistência razoável à corrosão;
•Baixo custo.
Aços estruturais
Exemplos de perfis:
Aços estruturais
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços estruturais
Resistência à corrosão atmosférica (0,25% Cu):
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços para trilhos
Trilhos são componentes/materiais sujeitos a condições relativamente severas de
choques e esforços de flexão alternados e de desgaste da superfície. As extremidades
dos trilhos estão sujeitas a um amassamento produzido pela queda das rodas dos
trens em movimento. Este amassamento é atenuado por meio da têmpera superficial;
uso de aços ligados (0,02-0,04%Nb) e ao manganês austeníticos nos cruzamentos e
desvios onde a linha é muito sobrecarregada. Os aços são em geral ao carbono (0,6-
0,8%C).
•Mn em teores relativamente maiores (0,60-1,4%) para evitar fragilidade a quente
(FeS) já que os trilhos são laminados a quente.
•Propriedades típicas:
•Limite de resistência = 98 kgf/mm2
•Limite de escoamento = 60 kgf/mm2;
• Alongamento = 9%;
•Dureza Brinell = 300;
•Resistência ao Impacto = 0,28 kg.m
Aços para chapas
Chapas são materiais caracterizados pela ductilidade e facilidade de conformação. Não
apresentam, em geral, elevada resistência mecânica já que as cargas normalmentesuportadas limitam-se ao próprio peso. Deveriam apresentar certa resistência à
corrosão atmosférica. Como não apresentam este característico costuma-se aplicar
revestimentos protetores (ex.: zincagem ao fogo ou eletrolítica/galvanização ou
estanhadas, folhas de flandres ou esmaltadas).
As propriedades destes aços podem ainda ser ajustadas mediante tratamentos
térmicos de normalização, recozimento e alívio de tensões.
Requisitos fundamentais:
•Elevada trabalhabilidade/ductibilidade c/ prejuízo da resistência mecânica;
•Soldabilidade adequada;
•Superfície sem defeitos;
•Baixo custo.
Aços para chapas
Produtos tipo chapa: Laminadas a quente ou a frio a partir de aços acalmados
(~0,15% Al introduzido) ou efervescentes.
• Folha: espessura <0,30 mm e largura qualquer;
• Tira: 0,30<espessura<5,00 mm e largura <300 mm;
• Chapa fina: 0,30<espessura<6,00 mm e largura >300 mm;
• Barra chata: espessura >5,00 mm e largura <300 mm;
• Chapa grossa: espessura >5,00 mm e largura >300 mm.
Composição química típica:
• C: 0,05-0,55% Mn: 0,15-1,50% Si: 0,30-0,50% P+S: <0,05%
*Em alguns casos pode-se especificar cobre até 0,20%.
Propriedades mecânicas típicas:
• Limite de escoamento: 19-40 kgf/mm2;
• Limite de resistência: 28-50 kgf/mm2;
• Alongamento: 40-14%;
• Estricção: 78-65%;
• Dureza Brinell: 82-110.
Aços para chapas
Problemas de fabricação:
•Linhas de Lüder ou linhas de distensão: linhas alongadas (sob tensão de tração as
linhas apresenta-se como depressões e sob compressão como saliências) que surgem
em aços (baixo carbono) recozidos quando laminados com cargas imediatamente
acima a de escoamento do material desaparecendo quando a carga de deformação
excede 5 a 10% do valor que a originou ou passe de laminação a frio (redução de
0,5 a 1,5%) depois do recozimento . Não prejudicam a resistência mecânica do aço
mas influenciam o aspecto estético dos produtos fabricados com chapas. Nos aços
acalmados este defeito desaparece permanentemente mas nos aços efervescentes
pode reaparecer.
•Casca de laranja: Superfície grosseira e rugosa após estampagem profunda causado
pela utilização de aços de baixo carbono com granulação grosseira. Recomenda-se,
neste caso, para eliminar o problema, o uso de aços com granulação entre 5 e 8
ASTM. O defeito produzido pode ser eliminado por linchamento/polimento ou com
lima.
•Variação de espessura: causando problemas dimensionais nas peças produzidas e
nas ferramentas de estampagem.
Aços para tubos
Tubos são produtos vazados com elevada razão de aspecto (elevada relação
comprimento/seção) com seções circulares, quadradas, retangulares, etc..., fabricados
a partir de aços similares aos aços estruturais e para chapas. Finalidade:
condução/contenção de líquidos, sólidos e vapores/gases.
Processo de fabricação:
Tubos inteiriços ou sem costura: tubos fabricados a partir de tarugos os quais são
perfurados ou extrudados ou fundidos com diâmetros de até 660 mm. Aplicações de
elevada responsabilidade como em caldeiras e superaquecedores, refinaria e
destilação.
Tubos soldados ou com costura: os tubos (com diâmetros de até 762 mm) são
obtidos a partir de tiras de aço grossas ou finas laminadas a quente e dobradas e suas
extremidades soldadas. Aplicações como encanamentos de água, eletrodutos para fios
elétricos e telefônicos, fins estruturais e ornamentais.
Aços para tubos
Aços para tubos:
Os aços para tubos são comumente de baixo teor de carbono (<0,30%C) e Mn<
1,50%. O limite de resistência mecânica, no estado recozido, pode variar de 32 a 50
kgf/mm2 com alongamento entre 28 e 18%. No estado trefilado estes aços podem
alcançar limites de resistência mecânica de 45 a 65 kgf/mm2 com alongamento entre
6 e 4%.
Para aplicações a elevadas temperaturas adiciona-se Cr (0,50-10%) para melhorar a
resistência à corrosão à oxidação e Mo (0,45-1,10%) para melhorar a resistência a
fluência.
Aços para tubos
Composições, propriedades e aplicações de produtos tubulares de aço para pressão.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços para arames e fios
Arame ou fio é um produto obtido por trefilação, de seção transversal uniforme,
geralmente circular, muito pequena em relação ao comprimento. Esses produtos
podem apresentar também seções quadradas, hexagonais, octogonais, ovais,
triangulares, chatas, etc. As dimensões das seções podem variar desde 0,02 mm
até cerca de 25 mm. Para a fabricação de arames parte-se do chamado fio-
máquina obtido por laminação a quente de barras em geral quadradas.
Os aços utilizados na produção de arames ou fios na maioria são ao carbono e de
baixo teor para aplicações mais comuns até aços de médio e de alto teores de
carbono inclusive aços de baixa ligas para aplicações de maior responsabilidade, no
estado recozido ou encruado.
Aplicações: pregos simplesmente acabados por jateamento, galvanizados ou
estanhados; arames para cercas lisos ou farpados no estado galvanizado; arames
para concreto armado (malhas e telas); arames para fardos; cabos ou tirantes; fio
de música ou corda de piano; molas.
Aços para arames e fios
Processo de fabricação:
No processo de trefilação o fio máquina é inicialmente decapado em solução de
ácido sulfúrico ou ácido muriático aquecido (banho) a vapor (5-20% concentração).
O material é em seguida, lavado em água corrente e recebe uma camada de cal
para neutralizar o excesso de ácido, evitar a oxidação e servir como portador do
lubrificante (comum: sabão em pó) durante trefilação. O material é puxado
(velocidades de 5 a 15 m/s) através de fieiras de metal duro em passes sucessivos
(1-19 passes, redução em área de 20-30% por passe).
Redução (%) = [(Ai – Af)/Ai] x 100
Classificação dos fios de aço carbono:
•Não patenteados (encruados, recozidos, normalizados e posteriormente temperados
e revenidos);
•Patenteados (tratamento isotérmico, austêmpera) - visa melhorar os limites de
elasticidade e de resistência mecânica e a tenacidade) após trefilação.
Aços para arames e fios
Tipo de aço % de 
carbono
Estado Principais aplicações
Baixo carbono 0,08-0,20 Encruado
Recozido ou 
normalizado
Eletrodos de solda, pregos, pinos. (σf=50-100
kgf/mm2).
Arames lisos e farpados, telas, parafusos e
rebites.
Médio carbono 0,20-0,50 Recozido
Patenteado e 
trefilado
Parafusos (posteriormente temperados e 
revenidos).
Cabos, molas de pequena responsablidade.
Alto carbono 0,60-1,00 Encruado
Patenteado e 
trefilado
Eletrodos de solda, arruelas de pressão.
Fio ou corda de piano, cabos para serviço 
pesado, tirantes, molas, etc. (σf= 280 kgf/mm
2).
Classificação dos arames:
Fonte: Adaptado de: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços para molas
Molas são elementos de máquina que exigem cuidados especiais com relação ao
projeto e a especificação dos materiais utilizados para sua fabricação. Estão sujeitas
a esforços variados e extremos, variações de temperatura, meios corrosivos e
abrasivos, vibrações, etc. Podem ser do tipo helicoidal ou em espiral ou semi-
elípticas.
As molas helicoidais são divididas em:
•de extensão: de bobina fechada para esforços de tração-material trabalha sob
torção;
•de compressão: de bobina aberta para suportar esforços de compressão e choque-
material trabalha sob torção;
•de torção: de bobina fechada para suportar esforços laterais de torção-material
trabalha sob dobramento.
As molas helicoidais são fabricadas a partir de barras e fios e as semi-elípticas a
partir de tiras de aço.
Aços para molas
Fabricação e composição química:
•As molas são obtidas a partir de tiras ou fios de aço carbono ou aço liga no estado
recozido. As molas conformadas são então temperadas em óleo e revenidas;
•As molas podem ser fabricadas a partir de fios ou tiras já endurecidos
(temperados e revenidos ou patenteados e estirados a frio). As bolas obtidas são
tratadas termicamente (alívio de tensões a baixa temperatura).
Os aços ao carbono (0,50-1,20%C) satisfazem quase que completamente aos
requisitos exigidos para molas, temperatura de trabalho até 120°C. Algumas
aplicações exigem aços ligados (maior limite de fadiga e maior temperatura de
trabalho,230°C) contendo Cr e V ou Si e Mn em teores acima dos normais.
Requisitos/propriedades fundamentais para fios e molas:
•Elevado limite de elasticidade;
•Elevada resistência ao choque-veículos em geral;
•Elevado limite de fadiga-baixo nível de defeitos internos e sobretudo superficiais
(marcas de ferramenta, riscos das fieiras de trefilação, inclusões, rugosidades,
descarbonetação superficial, oxidação).
Aços (carbono) para molas
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços para molas
Prop. mec. de aços p/ molas hel. enroladas a frio
Para melhorar as
propriedades finais das
molas, sobre tudo a
resistência à fadiga,
recorre-se ao
encruamento superficial
das molas por
jateamento (introdução
de tesões de compressão
na superfície das molas,
revestimentos com Cd
para melhorar a
resistência à corrosão e à
abrasão. A pintura
também é utilizada.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços de usinagem fácil 
Aços de usinagem fácil são aços que apresentam melhor desempenho durante
usinagem, são cortados mais facilmente possibilitando maior produtividade em
processos de produção em massa de peças com dimensões e geometrias variadas.
A usinabilidade é uma propriedade relacionada com a facilidade com que um
material pode ser cortado, de acordo com as dimensões, forma e acabamento
superficial requeridos comercialmente. A usinabilidade depende, desta forma, de
uma série de fatores (qualidade, forma da ferramenta de corte, tipo e estado da
máquina ferramenta ou operatriz, velocidade de avanço e profundidade de corte,
fluido de resfriamento, etc.). Assim, a usinabilidade não é uma propriedade fácil de
se medir e o método mais comum é a usinabilidade relativa que consiste em, sob
condições prefixadas de usinagem, determinar qual material garante vida mais
longa da ferramenta entre afiamentos consecutivos ou ainda qual o desgaste
sofrido pela ferramenta.
Aços de usinagem fácil 
Uma melhor usinabilidade depende da composição química e da microestrutura do 
aço a ser usinado.
Assim, a dureza do aço é um fator importante. Valores elevados de dureza, em geral,
significam dificuldades de usinagem ao passo que valores médios e baixos de dureza
estão associados a boa usinabilidade. No entanto, a dureza, a rigor, não é um bom
parâmetro de avaliação da usinabilidade já que o material usinado encrua e aços com
durezas muito baixas ou elevada ductibilidade resultam em adesão do cavaco à
ferramenta de corte quando deveriam ser removidos.
A microestrutura dos aços, por outro lado, é o fator que melhor caracteriza a
usinabilidade. Sem alterar a composição química de um aço é possível melhorar a sua
usinabilidade modificando a sua microestrutura por meio de tratamentos térmicos ou
mecânicos adequados (aços de baixo carbono, <0,15%C são melhor usinados no estado
normalizado, em vez de recozidos ou encruados). Aços de elevado teor de carbono são
melhor usinados quando a microestrutura é do tipo esferoidita (tratamento térmico de
esferoidização). A formação de inclusões não metálicas (MnS) ou a introdução
controlada de metais dúcteis como chumbo e bismuto, formando uma fina dispersão,
melhora, significativamente, a usinabilidade constituindo os aços de usinagem fácil.
Aços de usinagem fácil 
Aços de usinagem fácil com inclusões não metálicas:
As inclusões são, neste caso, de MnS (sulfeto de manganês) e são produzidas a
partir da combinação (adição controlada) de enxofre (0,08-0,24%) e manganês
(0,3-1,7), proporção de 1S : 5Mn.
Os MnS podem ser globulares ou alongados (aços laminados a quente) e
formam, durante usinagem, cavacos curtos/quebradiços (interrompendo o corte)
já que atuam como lubrificantes impedindo a adesão do cavaco à ferramenta de
corte.
A adição de fósforo (P), em teores menores que 0,12%, em aços de baixo
carbono, melhora a usinabilidade já que forma cavacos curtos (endurecimento do
aço por solução sólida no ferro).
Nestas condições a máquina de usinagem é menos solicitada, o acabamento da
peça é melhorado, a velocidade de usinagem pode ser aumentada (as vezes
duplicada) em comparação com aços não ressulfurados.
O aço considerado padrão de usinabilidade é o SAE 1112.
MnS
Aços de usinagem fácil 
Principais tipos de aços de usinagem fácil:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços de usinagem fácil 
Efeito da microestrutura sobre a usinabilidade de aço SAE 4140
Índice de usinabilidade (I.U.) do
SAE 1112 é 100. Quando um outro
metal tem um I.U. = 70, significa que
sua usinabilidade é 70% da do aço
SAE 1112 no estado encruado.
(0,4%C; 0,50-0,95%Cr; 0,12-0,25%Mo)
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços de usinagem fácil 
Efeito da microestrutura sobre a usinabilidade de aço SAE 5160.
(0,60%C; 0,8-1,0%Cr)
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços de usinagem fácil 
Usinabilidade de aços contendo chumbo:
A adição de 0,15-0,35% Pb ao aço
no estado líquido resulta em uma fina
dispersão de partículas de Pb.
Seu uso é limitado a baixas
temperaturas já que o Pb funde a
327°C.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços resistentes ao desgaste
Aços resistentes ao desgaste, neste caso, são aços que por si só, devido as suas
características em termos de composição química, possuem elevada resistência ao
desgaste, ainda que a mesma lhe seja conferida por tratamentos térmicos ou
mecânicos suplementares-Aços Mn.
Desgaste: Ocorre em peças em movimento relativo, como em eixos, pistões,
válvulas, cilindros, engrenagens, aparelhos de transporte, maquinário agrícola, de
construção, britadores, escavadeiras, misturadores, revestimento de moinhos, etc.
Trata-se de um fenômeno superficial, devido ao contato de superfícies, uma das
quais, pelo menos em movimento e que resulta na modificação das suas dimensões
ou ajustes com perda de massa até que perdem a sua eficiência em serviço.
Tipos básicos de desgaste:
•Desgaste de metal contra metal-desgaste metálico (15% casos de desgaste);
•Desgaste de metal contra uma substância não metálica abrasiva-desgaste abrasivo
(50% dos casos de desgaste);
•Desgaste de metal contra líquidos ou vapores-erosão (8% dos casos de desgaste);
•Outros: 27% dos casos de desgaste.
Aços resistentes ao desgaste
Fatores dos quais depende a resistência ao desgaste de metais:
•Acabamento da superfície metálica (bom acabamento);
•Dureza (dureza elevada);
•Lubrificação;
•Elevada resistência mecânica e tenacidade para evitar arrancamento de partículas 
duras e formação de crateras. 
Aços resistentes ao desgaste
Resistência ao desgaste dos metais pode ser melhorada por meios:
•Mecânicos, por encruamento, jateamento da superfície do material;
•Tratamentos térmicos, têmpera;
•Tratamentos termo-químicos, cementação, nitretação, etc.;
•Revestimento superficiais, cromo duro, siliconização, eletrodeposição, metalização,
etc.
Aços-manganês auteníticos ou Hadifield (Inventor, Sir. Robert Hadifield em 1882):
C: 1,0 – 1,4%; Mn: 10 – 14% Típico: C: 1,2%; Mn: 12 – 13%
Aumento da dureza superficial e da resistência ao desgaste causado por
encruamento em serviço (transformação da austenita em martensita).
Outros elementos:
•Si: desoxidante <1% ou até 2%, melhora a resistência mecânica;
•S: teores normais e não é crítico devido ao elevado teor de Mn;
•P: 0,1 – 0,06%
•Pode conter ainda teores variados de Ni, Cr, Cu, V, para melhorar a resistência
mecânica, ao desgaste, soldabilidade e a usinabilidade.
Aços resistentes ao desgaste
Processamento dos aços manganês (são não-magnéticos):
•Fusão e solidificação ou laminação: precipitação de carbonetos levando a
fragilização (Limite de resistência mecânica = 42–49 kgf/mm2; Estricção <1%;
•Tratamento térmico:
•Austenitização: 1000ºC para solubilização de carbonetos;
•Resfriamento em água, retenção da estrutura austenítica.
Propriedades mecânicas após tratamento térmico:
•Alongamento=30-60%
•Limite de escoamento=30-42 kgf/mm2
•Limite de resistência mecânica=57-100 kgf/mm2
•Resistência ao choque=14-15 kg.m
•Dureza=180-220 HB
*Após encruamento, em serviço, a dureza passa para 500 a 600 HB.
**Problema: usinabilidade é complexa exigindo ferramentas de metal duro e
técnicas específicas de usinagem.Aços resistentes ao desgaste
Outros aços resistentes ao desgaste:
Aços carbono-cromo com 0,95 a 1,10%C e 1,30 a 1,60%Cr:
•Utilizados para mancais de esferas ou de roletes (SAE 52100, 51100, 50100);
•SAE 50100 (0,40-0,60%Cr), para esferas de até 12,7 mm de diâmetro;
•SAE 51100 (0,90-1,15%Cr), para esferas de até 25,4 mm de diâmetro.
Aços ultra-resistentes
Aços ultra-resistentes são aços que foram desenvolvidos, inicialmente, para
componentes de aviões com limite de resistência à tração de 210 kgf/mm2 e,
posteriormente, para veículos espaciais, mísseis, foguetes, etc. em que os aços podem
atingir limites de resistência à tração de 300 kgf/mm2.
No desenvolvimento destes aços procurou-se garantir também uma ductibilidade
conveniente.
Neste sentido, as primeiras aproximações no sentido de se aumentar a resistência
mecânica dos aços carbono foram:
•Aumento da proporção de perlita mediante aumento do teor de carbono;
•Aumento da resistência mecânica da ferrita mediante endurecimento por solução
sólida, com adições de Mn, Mo e Cu.
Um aumento ulterior da resistência mecânica pode ser obtido mediante:
•Refino de grão da ferrita com adições de Al ou Nb, 70 kgf/mm2, limite máximo de
resistência mecânica dos aços comuns ao carbono ferríticos laminados a quente;
•Tratamento térmico adequado de aços de baixa liga resultando em valores de
resistência à tração de 140 kgf/mm2 os quais apresentam ainda boas soldabilidade e
ductibilidade e resistência à corrosão.
Aços ultra-resistentes
Entretanto, nesta faixa de resistência mecânica este aços (anteriores) foram
ultrapassados por algumas ligas de Al e Ti em aplicações estruturais da industria de
aviões a jato. Visando alcançar resistência mecânica ainda maiores, já que a
resistência à tração teórica do ferro é da ordem de 175 kgf/mm2, originaram-se os
aços ultra-resistentes modernos.
Elevando-se o teor de carbono para 0,30-0,40% e diminuindo-se a temperatura de
revenido para 200-230ºC consegue-se atingir limites de resistência à tração (σmax) de
200 kgf/mm2.
Categorias de aços ultra-resistentes:
•SAE 4330 (0,30%C; 0,50%Mn; 0,30%Si; 0,8%Cr; 1,80%Ni 0,20%Mo) no estado
temperado e revenido: σmax =154-168 kgf/mm
2;
•SAE 4340 (0,40%C; 0,85%Mn; 0,20%Si; 0,75%Cr; 1,80%Ni; 0,25% Mo) temperado
e revenido adequadamente (260-315ºC): σmax =182-210 kgf/mm
2.
Aços ultra-resistentes
O passo seguinte na produção de aços ultra-resistentes foi o tratamento de
“ausforming” – deformação plástica da austenita na faixa de temperaturas de
transformação da bainita (tipicamente entre 450 e 550°C) nos aços ligas comuns ou
à temperatura ambiente para os aços austeníticos: σmax =245 kgf/mm
2 com 6% de
alongamento.
Por último mas não finalmente, foram desenvolvidos os aços maraging (mar:
martensite; ag: age; ing: hardening) os quais podem atingir valores de σmax =280 a
300 kgf/mm2; estricção de 60% e resistência ao choque de 3,6 kg.m.
Processamento:
•Austenitização a 800-850°C, para solubilização;
•Resfriamento rápido em água para obtenção de solução sólida de Ni e outros
elementos de liga no Ferro alfa (martensita de Ni);
•Reaquecimento (425-510ºC) para precipitação (envelhecimento) de fases
intermetálicas a base de Ni, Mo, Ti, e Fe (Ni3Mo e Ni3Ti) com aumento de resistência
mecânica.
Aços ultra-resistentes
Composição química típica e propriedades mecânicas de aços maraging :
C: 0,03% max.;
Mn, Si: 0,10% max.;
P, S: 0,01% max.;
Ni: 17-26%;
Ti: 0,5-1,6%;
Al: 0,05-1,0%;
Co: 8,0-11,0%;
Nb: 0,30-0,50%.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços grafíticos
Aços grafíticos são aços que possuem elevados teores de C e Si resultando
microestrutura contendo carbono livre sob a forma de grafita tornando o aço
endurecível, usinável e resistente ao desgaste. Devido a sua excelente usinabilidade
e estabilidade dimensional, são utilizados em matrizes de conformação a frio e
dispositivos mecânicos (buchas, matrizes e punções de corte, calibres, facas de
corte, etc.) diversos.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços criogênicos
Aços criogênicos são aços resistentes a baixas temperaturas. Aços ao carbono de
baixo carbono apresentam comportamento satisfatório à temperaturas de até -
50°C. No entanto, em situações onde as temperaturas podem atingir os -196°C
(para o nitrogênio líquido) ou -250°C (para o hidrogênio líquido) é importante
considerar o fenômeno de transição, isto é, a passagem da fratura frágil para a
fratura dúctil.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005
Aços criogênicos
Aços carbono ferríticos ou ferríticos-perlíticos podem apresentar fraturas dúcteis ou frágeis já
que a deformação, dependendo da temperatura do material, pode ocorrer por movimento de
discordâncias (grande deformação e plasticidade) ou por clivagem (com menor plasticidade). Na
prática, procura-se manter o teor de carbono baixo e aumentar o teor de Ni ou de Mn. A medida
que se aumenta o teor de Ni (aços austeníticos), mantendo-se baixo o carbono, os materiais
podem ser empregados a temperaturas cada vez mais baixas. Uma microestrutura refinada
melhora ulteriormente a tenacidade a fratura.
C
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.Fonte: SMITH, W.F.,1993.
Aços criogênicos
Aços e propriedades típicas para utilização em baixas temperaturas.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Aços criogênicos
Aços e propriedades típicas para utilização em baixas temperaturas.
*Os aços austeníticos não apresentam uma transição dúctil-frágil nítida. Ocorre uma diminuição
gradativa da resistência ao choque com a diminuição da temperatura já que a austenita é muito
plástica.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Ferros fundidos (fofos.), do ponto de vista do diagrama de equilíbrio Fe-C, são
ligas Fe-C com teores de carbono acima de 2%. Na realidade, são ligas fundidas
(ferro-carbono-silício), com teores de carbono geralmente entre 2 e 4% e teores de
silício entre 1 e 3% tal que, após solidificação, a microestrutura pode conter, além
dos microconstituintes observados nos aços, carbono parcialmente livre, sob a forma,
fundamentalmente, de veios/lamelas de grafita.
Os ferros fundidos constituem um grupo de ligas de importância fundamental para a
industria, em função de suas características intrínsecas e também pela possibilidade
de se adicionar elementos de liga tornando-os tratáveis termicamente originando
categorias de materiais com emprego em aplicações que eram exclusivas dos aços.
O seu uso, em uma série de aplicações, é resultado do seu, relativamente, baixo
custo de fabricação e de sua versatilidade em termos de propriedades de engenharia.
Ferros fundidos
Diagrama de equilíbrio Fe-C
Fofo eutético
Fofo hipoeutético
Fofo hipereutéticoFonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Fe3C 3Fe + C (grafita)
Ct = Cc + Cg
C.E. = %C + 1/3 %Si
Diagramas (seções) de equilíbrio metaestável Fe-C-Si
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Fatores que influem na microestrutura dos ferros fundidos:
•Composição química:
•C: determina a quantidade de grafita que pode ser formada;
•Si: elemento grafitizante, favorece a decomposição da cementita em grafita, dependendo
do seu teor pode transformar o ferro fundido em cinzento ou branco;
•Mn: efeito oposto ao do Si, tende a estabilizar a cementita contrabalançando o efeito do Si
sendo também um elemento dessulfurante. O Cr tem efeito semelhante;
•P: Estabiliza a cementita, sua principal ação é formar a steadita (Fe3C+Fe3P, P.F.=982°C);
•S: em teores normais não tem ação significativa.
•Velocidade de resfriamento:
Esta relacionada c/ a espessura das peças que solidificam em moldes. Pequenas seções
significam velocidades de resfriamento mais elevadas que seções espessas. O aumento da
velocidade de resfriamento em seções finas e em moldes metálicos, originam as seções
coquilhadas onde não ocorre decomposição da cementita em grafita resultando na formação de
ferro fundido branco. A composição e a velocidade de resfriamento são os fatores mais
importantes na definição da microestrutura dos fofos. A tendência a grafitização pode ser
verificada através do ensaio da cunha de coquilhamento.Ferros fundidos
Cunha de coquilhamento:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Outros fatores que podem influir na grafitização dos fofos.:
•Inoculação:
Adição (0,05-0,25%) de ferro ligas (no metal líquido antes do vazamento), ex. Fe-
Si (50-85%Si), Fe-Ca-Si, Fe-Ca-Si-Ti, com o objetivo de criar núcleos de grafita
possibilitando a obtenção de estruturas mais finas e uniformes para a obtenção de
fofos. Com melhores propriedades mecânicas.
•Superaquecimento:
Elevar a temperatura (1500-1700°C) do banho para provocar a grafitização, no
resfriamento, a temperaturas mais baixas, favorecendo a formação de veios
menores e mais finos. Temperatura normal de fusão=1460°C. Temperaturas
elevadas destroem núcleos de grafita retardando sua formação.
Ferros fundidos
Classificação dos ferros fundidos:
•Ferro fundido cinzento (FC);
•Ferro fundido branco (FB);
•Ferro fundido maleável (FM);
•Ferro fundido nodular ou esferoidal (FE).
Ferros fundidos
Elemento FC (%) FB (%) FM (%) FE (%)
C 2,20-4,00 1,80-3,60 2,00-2,60 3,00-4,00
Si 1,00-3,00 0,50-1,90 1,10-1,60 1,80-2,80
Mn 0,25-1,00 0,25-0,80 0,20-1,00 0,10-1,00
S 0,02-0,25 0,06-0,20 0,04-0,18 0,03 max.
P 0,05-1,00 0,06-0,18 0,18 max.. 0,10 max.
Tabela: Composição química dos ferros fundidos:
FC: Ferro fundido cinzento ou lamelar; FB: Ferro fundido branco; FM: Ferro fundido maleável;
FE: Ferro fundido nodular ou esferoidal.
Ferros fundidos
Ferros Fundidos Cinzentos (FC):
Fofo cinzento perlítico
Fofo cinzento perlítico
evidenciando steadita (P>0,15%)
Clasificação grafita lamelar (ASTM):
SteaditaGrafita
Dentre os ferros fundidos é o mais usado devido a sua
fácil fusão e moldagem, boa resistência mecânica,
excelente usinabilidade, boa resistência ao desgaste e
boa capacidade de amortecimento. Superfície de fratura
de coloração cinza escuro. Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Propriedades mecânicas de ferros fundidos cinzentos (FC)
Propriedades mecânicas (complemento):
•Módulo de elasticidade a 0,25 σmax,
(7.500-15.500 kgf/mm2);
•Dureza: 100 a 600 HB (brancos), HB=
σmax /1,82;
•Resistência à compressão é 3-4,5 vezes a
resistência à tração (50-140 kgf/mm2);
•Limite de fadiga (6-17,5 kgf/mm2);
•Resistência ao choque: normalmente
frágeis mas os ligados e adequadamente
tratados termicamente podem atingir
valores de 7-14 kg.m;
•Capacidade de amortecimento de
vibrações e usinabilidade.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Ferros Fundidos Cinzentos, usinabilidade e capacidade de amortecimento:
Aplicações: anéis de pistão, carcaças de
máquinas, bases de máquinas pesadas, tampas de
poços de inspeção, tubos, conexões, tambores de
freio, placas de embreagem, carters, virabrequins,
grandes blocos de motor, buchas, etc.Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Fonte: SMITH, W.F.,1993.
Ferros fundidos
Ferros Fundidos Brancos (FB):
Ferros fundidos brancos são fofos. em que o carbono se apresenta,
praticamente todo, na forma combinada (cementita). Superfície de fratura de
coloração clara. Fofos. brancos não ligados apresentam, normalmente, matriz
perlítica (fina). Adicionando-se elementos de liga como Cr, Ni, Mo, e V a matriz
pode se tornar martensítica ou bainítica ou austenítica. O fofos. brancos
apresentam elevada dureza e resistência ao desgaste o que os torna difíceis de
usinar. Na sua produção combina-se os teores de carbono e silício e a velocidade
de resfriamento a qual é atingida por meio de coquilhas (moldes metálicos). As
peças coquilhadas são submetidas a tratamento térmico (815-870°C/7-20h seguido
de resfriamento lento) para alívio de tensões e para uniformizar a estrutura
dendrítica.
Ferros fundidos
Esquema da seção de fratura de fofo coquilhado evidenciando a microestrutura 
e os teores de carbono combinado e livre em função da espessura.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros Fundidos Brancos (FB):
Ferros fundidos
Efeito do carbono total na dureza
de fofo coquilhado.
Efeito do teor de Si na profundidade de
coquilhamento.
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros Fundidos Brancos (FB):
Ferros fundidos
Principais aplicações de ferros fundidos brancos:
•Revestimentos de moinhos (415-460 HB ou 550-650 HB/ligados com Cr e Ni);
•Bolas de moinhos de bolas (415-477 HB ou 555-627 HB/ligados com Cr e Ni);
•Rodas de ferro coquilhado para vagões;
•Cilindros de laminação para borracha, vidro, plástico e metais;
•Peças pesadas para britamento de minérios;
•Matrizes e guias;
•Peças pra equipamentos de moagem de cimento. 
Ferros fundidos
Ferros Fundidos Maleáveis (FM):
Ferros fundidos maleáveis são importantes materiais de engenharia já que
apresentam uma série de desejáveis propriedades tais como facilidade de fusão,
usinabilidade, tenacidade e ductilidade, resistência à corrosão para certas aplicações
e resistência mecânica adequada. A estrutura dos ferros fundidos maleáveis é obtida
por meio de tratamento térmico dos fundidos que têm estrutura de ferros fundidos
brancos (cementita). Assim, os fundidos em ferro fundido branco (sem nenhuma ou
pouca ductilidade) são convertidos em ferros fundidos maleáveis (ferríticos ou
perlíticos) por meio de um tratamento térmico apropriado de recozimento ou
tratamento térmico de maleabilização (900-1000°C/15-72h).
Processos de maleabilização:
•Maleabilização por descarbonetação;
•Maleabilização por grafitização.
Ferros fundidos
Maleabilização por descarbonetação:
Este tratamento térmico origina o maleável tipo europeu, maleável de núcleo branco ou maleável
branco. Estrutura constituída essencialmente de ferrita até 5-6 mm de espessura (fratura de
coloração clara). O processo consiste em aquecer (em T adequada) peças de fofo branco em
caixas fechadas contendo minério de ferro para evitar oxidação das peças tal que o carbono das
peças é eliminado (descarbonetação) sob a forma de gás.
A: Descarbonetação intensa e grafitização se
houver cementita livre;
B: Grafitização continua e a cementita
originada da austenita se decompõe em
grafita;
C: Forma-se perlita se ainda houver carbono
combinado.
Processo de descarbonetação:
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
C + CO2 2CO
Maleável branco ferrítico
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Maleabilização por grafitização:
Este tratamento térmico origina o maleável tipo americano, maleável de núcleo preto ou maleável
preto. (fratura de coloração escura já que a estrutura é constituída de grafita em matriz ferrítica).
O processo consiste em aquecer as peças (em T adequada) de fofo branco em atmosfera neutra
em caixas de ferro fundido envoltas em areia, cinzas ou outro material inerte. Este ciclo é mais
curto que o europeu porque, por precipitação de carbono, a distância de migração é menor.
Maleável preto ferrítico
A: Grafitização da cementita livre;
B: Grafitização da cementita originada da
austenita;
C: Grafitização da cementita da perlita.
Processo de grafitização:
Fe3C + 3Fe C (grafita)
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Propriedades mecânicas de ferros fundidos maleáveis:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Usinabilidade de diversas ligas ferrosas:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Ferros fundidos
Principais aplicações dos ferros fundidos maleáveis (FM):
Campo de aplicação:
•Industrias mecânicas e de materiais de construção;
•Industrias de veículos, tratores;
•Industria de materiais elétricos.
Aplicações típicas:
•Conexões para tubulações hidráulicas;
•Conexões pra linhas de transmissão elétrica;
•Correntes;
•Suportes de molas;
•Caixas de direção;
•Cubos de rodas, sapatas de freios, pedais de embreagem e freio;
•Bielas, caixas de engrenagem, etc.
Ferros fundidos
Ferros fundidos nodulares (FE):
O ferro fundido nodular, esferoidal ou dúctil consiste de esferóides de grafita
dispersos em uma matriz de ferrita, perlita ou ambos. Durante a sua solidificação o
carbono se decompõe sob a forma de grafita esferoidal em contraste com a grafita
lamelar normalmente formada nos ferros fundidos cinzentos. Por esta razão estes
ferros fundidos possuem uma combinação de propriedades tais comobaixa
temperatura de fusão e boas fluidez e preenchimento dos moldes, excelentes
usinabilidade e boa resistência ao desgaste. Além disso, estes materiais apresentam
elevadas resistência mecânica, ductibilidade e tenacidade. Apresentam, em particular,
elevada tensão de escoamento, superior as demais classes de ferros fundidos e aços
ao carbono.
Ferros fundidos
Ferros Fundidos Nodulares:0,1% massa de Mg
1 min após o vazamento 1 0 min após o vazamento 24 min após o vazamento
Processamento:
Transferência do metal líquido para uma panela de nodularização contendo no
fundo briquetes ou cavacos de magnésio ou sob a forma de pré-ligas (ex:
5Mg.45Si.50Fe; 12Mg.40Si.18Cu.30Fe).
Grafita nodular Ferrita
Perlita
Ferros fundidos
Propriedades mecânicas de ferros fundidos nodulares:
Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005.
Principais aplicações dos ferros fundidos nodulares (FE):
Aplicações típicas:
•Compressores, lingoteiras;
•Encanamentos e acessórios;
•Bielas e peças em geral que exijam maior resistência ao choque;
•Equipamento agrícola e ferroviário;
•Máquinas operatrizes;
•Engrenagens;
•Mancais e matrizes;
•Virabrequins, tambores de freio, polias;
•Etc.
Ferros fundidos