Classificação de Materiais Polímeros e Aços

Prévia do material em texto

Nome: RA : 
Atividade 1
- Os materiais polímeros podem ser classificados com relação á sua característica de fusibilidade, ou seja, a propriedade de se fundir ou plastificar através do emprego de temperatura no material.
Alguns polímeros possuem a capacidade de se fundirem através da aplicação de temperatura mesmo depois de terem passado pelo processo de transformação, são os chamados Polímeros Termoplásticos, que são materiais recicláveis.
Os materiais que não apresentam essa propriedade, são chamados Polímeros Termofixos ou Termorrígidos, ou seja, não podem ser reprocessados com o emprego de temperatura. Esses materiais ao serem submetidos à temperatura degradam-se, devido ao rompimento das reticulações de sua estrutura. Para entendermos melhor como isso acontece, vamos estudar individualmente esses materiais e suas características, esses materiais não são recicláveis, apenas reutilizáveis.
Termoplásticos
São polímeros que possuem suas cadeias poliméricas unidas por forças de atração intermolecular secundárias. Essas forças de atração são relativamente baixas, por esse motivo, com o emprego de temperatura são facilmente rompidas, possibilitando que esses materiais se fundam e sejam reprocessados diversas vezes, sem que haja total degradação dos mesmos. A cada reprocessamento, os materiais termoplásticos perdem algumas de suas propriedades, pois, apesar de o emprego de temperatura sobre o material não degradar o mesmo no que se refere às forças intermoleculares, há a degradação de alguns dos monômeros das cadeias principais ou de aditivos e cargas presentes no termoplástico. Por esse motivo, as empresas de transformação de plásticos utilizam material reciclado em frações, adicionados às resinas virgens, que possuem suas propriedades e características inalteradas, garantindo a qualidade dos produtos.
Os polímeros termoplásticos são 100% recicláveis, por esse motivo, desde que sejam feitos os processos de descarte e coleta seletiva adequados, são ambientalmente corretos.
- Classificação dos aços-carbono e dos aços-liga
É muito difícil estabelecer-se uma classificação precisa e completa para todos os tipos de aços. Mesmo no caso dos aços-carbono comuns, os sistemas usuais de classificação – ABTN, SAE, AISI, etc. – como se viu no início deste capítulo, cobrem apenas os aços até carbono médio equivalente a 1,00%.
 
No caso de aços-liga, a elaboração de sistemas de classificação é mais difícil, devido ao constante acréscimo de novos tipos, não só com modificações mos teores de elementos de liga, em relação aos tipos já existentes, mas igualmente com a presença de novos elementos de liga. Ainda assim, para os tipos mais comuns e teores relativamente baixos de elementos de liga, tanto a SAE, a AISI e outras associações técnicas, como a ABTN no Brasil, elaboram sistemas de classificação que atendem satisfatoriamente às necessidades do meio. Do mesmo modo, já se estabeleceram sistemas de classificação para alguns tipos de aços especiais – aços-ferramenta, aços inoxidáveis, aços resistentes ao calor, etc. – como se verá por ocasião da sua descrição. Essas classificações especificam principalmente as composições químicas dos aços, subdivididos em inúmeros grupos, abrangendo dezenas de análises químicas diferentes.
 
Para os fins do presente estudo, poder-se-ia classificar os aços de três modos diferentes:
 
- de acordo com a composição química;
 
- de acordo com a estrutura;
 
- de acordo com a aplicação.
 
 
1 – Classificação de acordo com a composição química
 
Considerada a composição química dos aços como base de classificação, poderiam ser considerados os seguintes subgrupos:
 
- aços-carbono, ou seja, aqueles que estão presentes o carbono e os elementos residuais, manganês, silício, fósforo, enxofre e outros, nos teores considerados normais;
 
- aços-liga de baixo teor em liga, ou seja, aqueles em que os elementos residuais estão presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de novos elementos de liga, cujo teor total não ultrapassa um valor determinado (normalmente até 5,0%). Nestes aços, a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos;
 
- aços-liga, de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga é, no mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só as estruturas dos aços correspondentes podem ser profundamente alteradas, como igualmente os tratamentos térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e, freqüentemente, operações múltiplas;
 
- aços-liga, de médio teor em liga, que poderiam ser consideradas como constituindo um grupo intermediário entre os dois anteriores.
 
2 - Classificação de acordo com a estrutura
 
Tomada a estrutura como base para classificação, os seguintes subgrupos poderiam ser considerados:
 
- perlíticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente baixos (até o máximo de 5%);suas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono e de elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento térmico de têmpera e revenido; também em função do teor de carbono, sua usinabilidade pode ser considerada boa;
 
- martensíticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza muito elevada e baixa usinabilidade;
 
- austeníticos, caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse grupo;
 
- ferríticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no estado recozido, caracterizam-se por representar uma estrutura predominante ferrítica, com eventualmente pequenas quantidades de cementita;
 
- carbídicos, caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura compõe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico, martensítico ou austenítico, dependendo da composição química. São aços usados especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.
 
 
3 – Classificação de acordo com a aplicação
 
Esta será a classificação adotada na presente obra. De acordo com a mesma, podem ser considerados os seguintes subgrupos:
 
- aços para fundição, caracterizados por apresentarem boa combinação de resistência, ductilidade e tenacidade; além disso, apresentam boa usinabilidade e adequada soldabilidade; muitos tipos são suscetíveis de tratamentos térmicos de têmpera e revenido;
 
- aços estruturais, ao carbono ou com pequenos teores de elementos de liga, com boas ductilidade e soldabilidade e elevado valor de relação limite de resistência à tração para limite de escoamento;
 
- aços para trilhos, cujas condições de serviços exigem característicos de boa resistência mecânica, boa resistência ao desgaste etc.; são tipicamente aços ao carbono;
 
- aços para produtos planos, que devem apresentar excelente deformabilidade, boa soldabilidade, entre outras qualidades;
 
- aços para tubos, com, em princípio, as mesmas qualidades dos aços para chapas; como os anteriores, são normalmente ao carbono, embora, nestes últimos, algumas aplicações podem exigir a presença de elementos de liga;
- aços para barras, arames e fios, os quais, conforme aplicações, podem apresentar característicos de resistência à tração realmente notáveis;
 
- aços para molas, caracterizados por elevado limite elástico;
 
- aços de usinagem fácil, caracterizados pela sua elevada usinabilidade, teores acima dos normais dos elementos enxofre e fósforo, principalmente o primeiro, e, eventualmente, à presença de chumbo;
 
- aços para cementação, normalmente de baixo carbono e baixos teores de elementos de liga, de modo a apresentarem os melhores característicos para enriquecimento superficialde carbono, além de um núcleo tenaz, depois da cementação e da têmpera;
 
- aços para nitretação, simplesmente ao carbono ou com os elementos de liga cromo, molibdênio e alumínio;
 
- aços para ferramentas e matrizes, caracterizados por alta dureza à temperatura ambiente, assim como, nos tipos mais sofisticados, alta dureza à temperatura elevada, satisfatória tenacidade e onde as propriedades comuns de resistência mecânica e principalmente de ductilidade, pouco significado apresentam. Os tipos mais sofisticados apresentam elementos de liga em teores muito elevados, sendo os mais importantes e famosos os “aços rápidos”, com elevado teor de tungstênio, mais cromo e vanádio e, eventualmente, molibdênio, cobalto e outros elementos de liga. Apresentam alta capacidade de corte. Outros tipos, alta capacidade de suportarem deformações;
 
- aços resistentes ao desgaste, entre os quais o mais importante é o que apresenta manganês em quantidade muito acima do normal (entre 10 e 14%), além de alto carbono (entre 1,0 e 1,4%);
 
- aços para mancais, empregados em mancais de esfera ou de rolete;
 
- aços resistentes à corrosão (também chamados “inoxidáveis”), com elevados teores de cromo ou cromo-níquel;
 
- aços resistentes ao calor (também chamados “refratários”), caracterizados por apresentarem elevados teores de cromo e níquel e por possuírem elevada resistência à oxidação pelo calor e por manterem as propriedades mecânicas a temperaturas acima da ambiente, às vezes, relativamente elevadas;
 
- aços para fins elétricos, empregados na fabricação de motores, transformadores e outros tipos de máquinas e aparelhos elétricos, caracterizados por apresentarem silício em teores acima dos normais (até 4,75%), ou altos teores de cobalto (até 50%) ou altos teores de níquel;
 
- aços para fins magnéticos, com alto teor de carbono, cromo médio, eventualmente tungstênio relativamente elevado, eventualmente molibdênio e (os melhores tipos) elevada quantidade de cobalto (até cerca de 40%); esses aços, quando temperados, apresentam o característico de imantação permanente representado pelo produto (BH)max. bastante elevado;
 
- aços ultra-resistentes, desenvolvidos principalmente pela necessidade das aplicações da indústria aeronáutica, mas cuja utilização está se estendendo a outros setores da engenharia; nesses aços procura-se uma elevada relação resistência/peso; alguns podem apresentar limites de escoamento superiores a 150 kgf/mm2 (1470MPa); as excepcionais propriedades mecânicas são conseguidas mediante o emprego de tratamentos térmicos em composições contendo diversos elementos de liga em teores geralmente baixos. Um tipo especial de aço ultra-resistente é o aço “maraging”, em que os elementos de liga presentes estão em teores mais elevados (como níquel até 18% ou mais), além de possuírem cobalto, molibdênio, titânio e baixo carbono. São obtidos por um tratamento de endurecimento por precipitação que permite atingir-se valores de resistência à tração da ordem de 280 kgf/mm2 (2745MPa), além de excelente ductilidade.
 
- aços criogênicos, caracterizados por sua resistência ao efeito de baixas temperaturas;
 
- aços sinterizados, produtos da metalurgia do pó, incluindo ferro praticamente isento de carbono, aços comuns e alguns aços especiais, de aplicação crescente na indústria moderna.
Processo de estampagem
Processo de conformação de chapas, realizado geralmente a frio, que compreende um conjunto de operações por meio das quais uma chapa é submetida de modo a adquirir uma nova forma geométrica, plana ou oca. É o processo utilizado para fazer com que uma chapa plana ("blank") adquira a forma de uma matriz (fêmea), imposta pela ação de um punção (macho). O processo é empregado na fabricação de peças de uso diário (pára-lamas, portas de carro, banheiras, rodas, etc.).
Basicamente, a estampagem compreende as seguintes operações: corte, dobramento e encurvamento, estampagem profunda e prensagem. A prensagem pode ser plena ou compacta, quando o material é levado à fluência (prensagem entre moldes, como acabamento de peças já prensadas); ou prensagem côncava de peças em chapas (placas).
Para melhorar o rendimento do processo, é importante que se tenha boa lubrificação. Com isso reduzem-se os esforços de conformação e o desgaste do material.
Processo de laminação
O Processo de Laminação de Aço é a atividade de conformação mecânica de chapas, tiras ou folhas de aço, com o objetivo de obter um novo perfil dimensional, bem como de refinar suas microestruturas, o que permite o alcance de propriedades mecânicas mais adequadas às diferentes aplicações para cada tipo de produto. Encontramos peças de aço laminadas em diferentes produtos do nosso dia a dia, sendo utilizado como implementos da indústria automotiva, rodoviária, ferroviária, construção civil, mineração e muito mais.
Considerado um dos processos de transformação do aço mais relevantes, o Processo de Laminação de Aço é definido como a redução da área de seção transversal das peças de aço, por meio de rolos tracionados (cilindros de laminação). Durante o Processo de Laminação de Aço a peça de trabalho é submetida a altas tensões de compressão, resultado do atrito entre os cilindros de laminação e a superfície da peça de trabalho que está sendo laminada. O que ocorre, de fato, é uma deformação plástica exercida pelas forças de compressão entre dois ou mais cilindros em rotação constante. Como resultado dessas forças temos a redução da espessura das peças, bem como um impacto direto em sua estrutura de grãos.
Processo de extrusão
Extrudar é forçar a passagem de um material através de um orifício. Na indústria em geral, a extrusão de um material é usada para dar forma a ele e conferir determinadas características.
Nas indústrias metalúrgicas ou automobilísticas, a extrusão é um processo de conformação mecânica (ou conformação plástica) de materiais plásticos ou metálicos, assim como a trefilação, laminação ou estampagem (terminologias usadas para metais). Podem ser extrudadas peças longas com a seção transversal no formato que se desejar e, posteriormente, secioná-las de modo a produzir diversas peças com a mesma seção transversal de uma só vez.
Nesse processo a peça é conformada pela ação combinada de tensões (tração e compressão), mas o que faz com que a peça adquira o formato desejado é a resistência imposta pela matriz (molde ou orifício) à passagem da peça. Assim dizemos que a extrusão é um processo de conformação onde a força predominante é a compressão indireta (desenvolvida pela matriz).
A extrusão é um método muito comum que faz parte do processo produtivo de filmes plásticos, chapas, barras e peças de metal e até mesmo de alimentos. Basicamente, seu principal componente é a prensa hidráulica, ou extrusora, que irá forçar a passagem do material pela matriz e controlar o curso e a velocidade de extrusão.
As prensas mais comuns nas indústrias metalúrgicas são horizontais, e também existem prensas que realizam a diminuição do perfil externo do material gradativamente, em estágios. Na indústria alimentícia as extrusoras podem possuir ao invés de um êmbolo, uma rosca que tem a função de transportar e dar forma ao material extrudado.
O processo de extrusão de metais pode ser classificado de acordo com o método em: direto, onde o material é forçado pela prensa a passar pela matriz ocasionando grande atrito – método de alto impacto. Uma variação do processo direto é a denominada extrusão vertical, onde a direção de escoamento do material forma um ângulo reto com a direção da força exercida pelo êmbolo. Outro processo de extrusão é o indireto no qual o material permanece fixo enquanto a matriz é deslocada em direção a ele ocasionando a conformação. Esse processo não permite a aplicação de grandes pressões.
Um terceiro método de extrusão de metais é a extrusão hidrostática. Inventada na década de 1950 e depois aperfeiçoado para o processo fluido a fluido 1, esse método consiste na extrusão sem que haja contato do material com a superfície da câmara (reduzindo o atrito).O material é colocado em uma câmara de diâmetro maior que o seu e contendo um fluido de lubrificação (que pode ser um óleo vegetal). Então ele é empurrado em direção à matriz por meio de pressão hidrostática.
De acordo com a temperatura o processo de extrusão do metal pode ser classificado em: extrusão a quente ou extrusão a frio. A extrusão a quente torna mais fácil o processo de conformação, mas a extrusão a frio permite um melhor acabamento e elimina a oxidação do material. O que irá determinar qual desses processos será usado é a ductilidade da peça (metais não muito dúcteis passam pelo processo a frio), o custo (o processo a quente é mais barato) e exigências técnicas (a alta temperatura e pressão podem ter efeitos indesejáveis sobre a peça a longo prazo). Qualquer processo de extrusão, seja de materiais plásticos ou alimentos, pode variar de temperatura de acordo com as características do material.
Os polímeros termoplásticos (aqueles que podem ser amolecidos com o aumento da temperatura) também podem ser extrudados pelo método hidrostático fluido a fluido dando origem a tubos, bastões e diversos tipos de materiais. Os tipos de plásticos utilizados no processo de extrusão são: polietileno de baixa ou alta densidade (PEBD e PEAD), o vinil, o PVC, acrílico, PETG, butirato, polipropileno e poliestireno.
Os alimentos extrudados também são muito comuns. A indústria alimentícia utiliza o método para a produção dos mais diversos alimentos destinados ao consumo humano e, também, para produzir comidas destinadas aos animais (ração para cachorros, peixes, gatos, etc.).
A extrusão de alimentos além de consistir em um método que permite a obtenção de formas e texturas diferentes, também agrega algumas vantagens. As características gerais do produto irão depender de sua constituição inicial e do tipo de processo à que ele é submetido. Mas, de modo geral, o processo de extrusão aumenta a biodisponibilidade de alguns nutrientes como o ferro (Fe2), ao mesmo tempo em que torna as proteínas mais fáceis de digerir e as fibras e o amido mais solúveis (aumentando seus efeitos benéficos ao organismo). A extrusão também elimina a presença de micro-organismos. Por outro lado, o processo diminui a biodisponibilidade de zinco (Zn), magnésio (Mg), cobre (Cu) e fósforo (P), além de perda da vitamina C e tiamina.
Extrudar é forçar a passagem de um material através de um orifício. Na indústria em geral, a extrusão de um material é usada para dar forma a ele e conferir determinadas características.
Nas indústrias metalúrgicas ou automobilísticas, a extrusão é um processo de conformação mecânica (ou conformação plástica) de materiais plásticos ou metálicos, assim como a trefilação, laminação ou estampagem (terminologias usadas para metais). Podem ser extrudadas peças longas com a seção transversal no formato que se desejar e, posteriormente, secioná-las de modo a produzir diversas peças com a mesma seção transversal de uma só vez.
Nesse processo a peça é conformada pela ação combinada de tensões (tração e compressão), mas o que faz com que a peça adquira o formato desejado é a resistência imposta pela matriz (molde ou orifício) à passagem da peça. Assim dizemos que a extrusão é um processo de conformação onde a força predominante é a compressão indireta (desenvolvida pela matriz).
A extrusão é um método muito comum que faz parte do processo produtivo de filmes plásticos, chapas, barras e peças de metal e até mesmo de alimentos. Basicamente, seu principal componente é a prensa hidráulica, ou extrusora, que irá forçar a passagem do material pela matriz e controlar o curso e a velocidade de extrusão.
As prensas mais comuns nas indústrias metalúrgicas são horizontais, e também existem prensas que realizam a diminuição do perfil externo do material gradativamente, em estágios. Na indústria alimentícia as extrusoras podem possuir ao invés de um êmbolo, uma rosca que tem a função de transportar e dar forma ao material extrudado.
O processo de extrusão de metais pode ser classificado de acordo com o método em: direto, onde o material é forçado pela prensa a passar pela matriz ocasionando grande atrito – método de alto impacto. Uma variação do processo direto é a denominada extrusão vertical, onde a direção de escoamento do material forma um ângulo reto com a direção da força exercida pelo êmbolo. Outro processo de extrusão é o indireto no qual o material permanece fixo enquanto a matriz é deslocada em direção a ele ocasionando a conformação. Esse processo não permite a aplicação de grandes pressões.
Um terceiro método de extrusão de metais é a extrusão hidrostática. Inventada na década de 1950 e depois aperfeiçoado para o processo fluido a fluido 1, esse método consiste na extrusão sem que haja contato do material com a superfície da câmara (reduzindo o atrito). O material é colocado em uma câmara de diâmetro maior que o seu e contendo um fluido de lubrificação (que pode ser um óleo vegetal). Então ele é empurrado em direção à matriz por meio de pressão hidrostática.
De acordo com a temperatura o processo de extrusão do metal pode ser classificado em: extrusão a quente ou extrusão a frio. A extrusão a quente torna mais fácil o processo de conformação, mas a extrusão a frio permite um melhor acabamento e elimina a oxidação do material. O que irá determinar qual desses processos será usado é a ductilidade da peça (metais não muito dúcteis passam pelo processo a frio), o custo (o processo a quente é mais barato) e exigências técnicas (a alta temperatura e pressão podem ter efeitos indesejáveis sobre a peça a longo prazo). Qualquer processo de extrusão, seja de materiais plásticos ou alimentos, pode variar de temperatura de acordo com as características do material.
Os polímeros termoplásticos (aqueles que podem ser amolecidos com o aumento da temperatura) também podem ser extrudados pelo método hidrostático fluido a fluido dando origem a tubos, bastões e diversos tipos de materiais. Os tipos de plásticos utilizados no processo de extrusão são: polietileno de baixa ou alta densidade (PEBD e PEAD), o vinil, o PVC, acrílico, PETG, butirato, polipropileno e poliestireno.
Os alimentos extrudados também são muito comuns. A indústria alimentícia utiliza o método para a produção dos mais diversos alimentos destinados ao consumo humano e, também, para produzir comidas destinadas aos animais (ração para cachorros, peixes, gatos, etc.).
A extrusão de alimentos além de consistir em um método que permite a obtenção de formas e texturas diferentes, também agrega algumas vantagens. As características gerais do produto irão depender de sua constituição inicial e do tipo de processo à que ele é submetido. Mas, de modo geral, o processo de extrusão aumenta a biodisponibilidade de alguns nutrientes como o ferro (Fe2), ao mesmo tempo em que torna as proteínas mais fáceis de digerir e as fibras e o amido mais solúveis (aumentando seus efeitos benéficos ao organismo). A extrusão também elimina a presença de micro-organismos. Por outro lado, o processo diminui a biodisponibilidade de zinco (Zn), magnésio (Mg), cobre (Cu) e fósforo (P), além de perda da vitamina C e tiamina.
 
1No processo fluido a fluido há outra câmara na saída do material extrudado com pressão menor que a câmara anterior. Isso permite melhor acabamento da peça e controle do processo.