AULA_3-4-5_MAT_DE_CONST_MEC

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICAA5
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Prof. Dr.Odney Carlos Brondino
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2.4. Obtenção do Aço
Após a reação, o ferro gusa na forma líquida é transportado nos carros torpedos
(vagões revestidos com elemento refratário) para uma estação de dessulfuração, onde
são reduzidos os teores de enxofre a níveis aceitáveis. Também são feitas análises da
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composição química da liga (carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre)
A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda
em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e
adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.
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2.4.1. Aço ( Aço Carbono)
É uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo geralmente de 0,008 a 2% de
carbono, além de certos elementos resultantes do processo de fabricação.
Composição química: os elementos resultantes do processo de fabricação são o
manganês (0,3 a 0,6%), silício (0,1 a 0,3%), fósforo (máximo de 0,04%), enxofre
(máximo de 0,05%), carbono (0,08 a 2%) e ferro.
Efeito dos elementos : os aços comuns, além do carbono que é o seu principal
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elemento de liga, apresentam manganês (Mn), silício (Si), fósforo (P) e enxofre como
elementos sempre presentes, em função das matérias primas que foram utilizadas na
fabricação de ferro gusa e do aço. Por essa razão, esses elementos são normalmente
especificados.
CARBONO: É o responsável direto pela dureza do material. Sem carbono, o ferro
não pode ser endurecido pela têmpera, pois não haverá formação da martensita.
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SILÍCIO: Nos teores normais (entre 0,15 e 0,30%) é o elemento essencialmente
desoxidante, pois neutraliza a ação de CO ou CO2, por ocasião da fusão e solidificação
dos aços. Através do silício, desenvolve-se na ferrita, aumenta a sua resistência e
dureza sem afetar a ductibilidade.
MANGANÊS: Em teores entre 0,30 e 0,60%, atua como desoxidante do mesmo
modo que o silício e como dessulfurante, ao combinar-se com o enxofre de preferência
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modo que o silício e como dessulfurante, ao combinar-se com o enxofre de preferência
ao ferro, formando sulfeto de manganês, eliminando o problema da fragilidade a quente
que pode ocorrer na presença do FeS.
FÓSFORO e ENXOFRE: São geralmente considerados elementos nocivos, a não
ser em casos especiais, procuram fixar os teores destes elementos em valores baixos.
De fato, em certos casos esses elementos, são considerados impurezas nocivas devido
aos efeitos que podem produzir.
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Fósforo: é responsável pela fragilidade a frio, isto é, baixa resistência ao choque à
temperatura ambiente, devido ao fato de dissolver-se na ferrita, endurecê-la e aumentar
o tamanho do grão. Entretanto esta influência do fósforo não é séria, exceto nos aços
de alto teor de carbono.
Enxofre: forma com o ferro um sulfeto (FeS) e se localiza no contorno dos grãos.
Devido ao baixo ponto de fusão do FeS, este irá fundir-se nas temperaturas
correspondentes às operações de forjamento e laminação, diminuindo a tenacidade do
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correspondentes às operações de forjamento e laminação, diminuindo a tenacidade do
aço.
A Obtenção do Aço: São obtidos por meio líquido e elaborados no estado de fusão. 
O aço é um produto resultante:
1. do refino do ferro fundido no conversor Bessemer ou LD (Linz-Donawitz ) ;
2. do refino de sucatas de aço com ferro gusa ou ferro fundido em fornos Siemens-
Martin ou elétrico.
3. da refusão de sucatas em fornos do tipo conversor.
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O Conversor ou processo Thomas onde ar ou O2 insuflado por baixo (muito semelhante 
CONVERSORES 
Nos conversores o ar ou O2 é soprado durante 15 a 20 minutos através ou 
sobre 100 a 150 toneladas de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos 
elementos (reações são exotérmicas)
TIPOS DE CONVERSORES 
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ao Bessemer). 
O Conversor ou processo Bessemer Ar O2 insuflado por baixo, 
O Conversor LD (Linz-Donawitz ) o Ar ou O2 é insuflado com lança e em geral adiciona-
se sucata junto para baixar a temperatura é um dos processos mais utilizado.
Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em geral 
utiliza sucata como carga, tempo de corrida 2 horas (em geral usado para aços 
especiais).
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Conversor 
Thomas
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Thomas
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2.4.1.1. - A. PROCESSO DE BESSEMER
O processo de Bessemer consiste em insuflar (soprar) ar no metal líquido contido
num forno basculante para reduzir por oxidação o carbono, o silício e o magnésio. Os
aços assim obtidos podem ser ácidos ou básicos, vai depender do revestimento
refratário do conversor seja à base de compostos de silício ou de magnésio. A fundição
média é de 25 a 30 toneladas.
No método do cadinho, funde-se ferro com carvão vegetal e areia. O ferro é
refinado e vertido em lingotes (30 a 45 kg).
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refinado e vertido em lingotes (30 a 45 kg).
O processo básico é o mais usado, pois permite reduzir o fósforo, carbono, enxofre,
manganês e outros elementos. A carga de sucata e lingote, ou apenas de lingote,
fundida no processo básico, geralmente com pedra calcária, refina-se num forno de
reverberação, aquecido por ar comprimido e gás de petróleo. Após a operação de
refinamento, necessária para eliminar as impurezas, o aço é desoxidado e vazado em
grandes panelas, de onde passa para as lingoteiras. As fundições variam entre as 100 e
as 200 t.
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CONVERSOR BESSEMER
O método de conversores para produzir aço, proposto pelo metalúrgico inglês 
Bessemer em 1855, consiste em soprar ar comprimido ao ferro fundido derramado em 
uma retorta especial chamada conversor.
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Ar
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CONVERSOR LD
Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial,
a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço,
particularmente, chapas de aço de alta qualidade.
Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente
barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos
média-liga.
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média-liga.
REPRESENTAÇÃO DA PRODUÇÃO DE AÇO NUM CONVERSOR LD.
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O método Martin, diferentemente do método de conversores, Fornece a 
possibilidade de transformar em aço não só o ferro fundido (líquido, em blocos), mas 
também a sucata de todo gênero dos metais ferrosos .
2.4.1.2. - PROCESSO DE MARTIN-SIEMENS
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Este método é baseado num forno idealizado por Siemens, cujas partes principais
são:
l) forno propriamente dito, formado por uma estrutura metálica, em que ficam
alojados os queimadores, de grande superfície e pouca profundidade; 2) recuperadores
de calor, 2 ou 4, situados na infra-estrutura do forno que aquecem o combustível e o ar
necessário à combustão; 3) filtros que separam a escória e as cinzas; 4) sistema de
válvulas de passagem, admissão de ar, gás e fumos, válvulas de comporta de
acionamento mecânico, elétrica ou hidráulica.
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Conversor
Siemens-Martin
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Siemens-Martin
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O êxito do sistema baseia-se na recuperação do calor, base do funcionamento do
forno, que, em termos gerais, funciona da seguinte maneira: Fornece-se combustível ao
forno através da válvula 7 aberta, recuperador 4 de gás e queimador direito, com a
válvula l fechada.
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Figura 2.6. - Esquema do
processo Martin-Siemens
para a fabricação do aço.
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2.4.1.3. - FORNO ELÉTRICO
Os fornos elétricos, de arco ou de indução, têm duas grandes vantagens: obter
temperaturas mais elevadas com menor custo e, principalmente, oferecer a
possibilidade de regular o ar e o refino da escória com maior precisão, pois o operador
pode trabalhar a carga em condições de oxidação seguidas de redução. As impurezas
ficam reduzidas ao mínimo e o aço é de qualidade superior.
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ficam reduzidas ao mínimo e o aço é de qualidade superior.
Atualmente é dada grande atenção ao tratamento do banho fundido com «lanças
de oxigênio» em processos importantes, como o «Ajax» (1958), «LD»(1948), «LDC»,
«Kaldo» (1948), «Rotor» (1952) e diversos métodos de fundição contínua.
Nos fornos elétricos o carbono é o principal elemento endurecedor, combina-se
com o ferro para formar cementita, martensita, bainita e outras formas de precipitação
que conferem a dureza.
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O manganês é também desoxidante e dessulfurante. O fósforo constitui uma
impureza que reduz a ductilidade, tal como o enxofre, embora este favoreça a
mecanização. O silício, desoxidante, aumenta a permeabilidade magnética. Alumínio,
níquel, zircônio e silício encontram-se misturados com a ferrita; o níquel, em particular,
aumenta a resistência à tração. O cromo, tungstênio, molibdênio e vanádio, dissolvidos
no ferro puro, são muito ativos na formação de carbonetos que aumentam a dureza, a
resistência à tração, abrasão e desgaste, assim como a capacidade de suportar
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elevadas temperaturas.
Estes elementos atuam sós ou combinados para proporcionar as propriedades
desejadas. As ligas mais conhecidas são os aços ao níquel, cromo, manganês, silício,
molibdênio, tungstênio e vanádio; os aços com 4 a 24% de tungstênio chamam-se
«aços para ferramentas». Os elementos mais importantes dos aços inoxidáveis são o
níquel e o cromo, em dois grupos principais: um que contém de 5 a 27% de cromo e
outro que tem também 2 a 20% de níquel.
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FOTO DO FORNO A ARCO
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Carvão
Calcáreo
Minério de 
Ferro
O2
C
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Elementos
de liga
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Escória
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Ferro gusa
Aço 
carbono
Forma 
ao açoCarro torpedo
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Forno
Panela
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METALURGIA DE PANELA
Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O
tratamento a ser feito visando os acertos finais na composição química e na
temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento contínuo na cadeia de
produção de aço carbono.
Desta forma o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela
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- Forno de panela
- Desgaseificação
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OBJETIVOS DA DESGASEIFICAÇÃO
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ESQUEMA DE METALURGIA DA PANELA
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ESQUEMA DE METALURGIA DA PANELA
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ESQUEMA DE INSTALAÇÃO VAD
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FOTO VAD
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FOTO VAD
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FORNO DE INDUÇÃO SOB VÁCUO (VOD)
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Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo
de forma adequada em função da sua utilização posterior.
O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:
LINGOTAMENTO
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- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua
base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à
água.
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OPERAÇÕES DE VAZAMENTO E DE 
REMOÇÃO DAS LINGOTEIRAS DO 
LINGOTAMENTO CONVENCIONAL
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LINGOTAMENTO CONVENCIONAL
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CRISTALIZAÇÃO DO LINGOTE
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DEFEITOS DOS LINGOTES CONVENCIONAIS
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DEFEITOS DOS LINGOTES CONVENCIONAIS
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PROCESSOS 
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PROCESSOS 
DE REFUSÃO
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PROCESSOS DE REFUSÃO
� Lingotes com:
- Baixo nível de inclusões;
- Baixo nível de segregações-homogeneidade química;
- Ausência de porosidade;
- Macroestrutura homogênea;
- Melhor microestrutura;
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- Melhor microestrutura;
� Produtos Refundidos:
- Propriedades mecânicas mais elevadas;
- Anisotropia de propriedades;
- Alta resistência a propagação de trincas;
- Estabilidade dimensional;
- Reprodutibilidade de propriedades mecânicas;
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LINGOTAMENTO CONTÍNUO
O lingotamento contínuo é um processo
pelo qual o aço fundido é solidificado em
um produto semi-acabado, tarugo, perfis
ou placas para subseqüente laminação.
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Seções possíveis no 
lingotamento contínuo (mm)
Antes da introdução do 
lingotamento contínuo, nos anos 
50, o aço era vazado em moldes 
estacionário (lingoteiras).
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LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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Outro forno que usa a energia elétrica para a produção do aço é o forno de 
indução, que também processa sucata
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FUNDIÇÃO
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