Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA OCB Prof. Dr.Odney Carlos Brondino 1Provérbio chinês: “Escuto e Esqueço, Vejo e Lembro, Faço e Aprendo.” OCB �Chapas são materiais caracterizados pela ductilidade e facilidade de conformação. �Não apresentam, em geral, elevada resistência mecânica já que as cargas normalmente suportadas limitam-se ao próprio peso. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA CHAPAS 2 �Deveriam apresentar certa resistência à corrosão atmosférica e, por não apresentarem esta característica, 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. OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES Requisitos fundamentais: •Elevada trabalhabilidade / ductibilidade, ⇒ o que impede elevada resistência mecânica; •Soldabilidade adequada; AÇOS PARA CHAPAS 3 •Superfície sem defeitos; •Baixo custo. Propriedades mecânicas típicas: •Limite de escoamento:190-400 MPa; •Limite de resistência: 280-500 MPa; •Alongamento: 4-14%; •Estricção: 78-65%; (redução do corpo de prova sujeito a cargas de tração) •Dureza Brinell: 82-110. (HB) OCB Produtos tipo chapa: �Laminadas a quente ou a frio a partir de aços acalmados / tratamento de desoxidação aciaria (~0,15% Al introduzido) ou efervescentes. �Folha: espessura < 0,30mm e largura qualquer; AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA CHAPAS 4 �Tira: 0,30 < espessura < 5,00 mm e largura <300mm; �Chapa fina: 0,30 < espessura < 6,00mm e largura >300mm; �Barra chata: espessura >5,00mm e largura <300mm; �Chapa grossa: espessura >5,00mm e largura >300mm. 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%. OCB �Aços resistentes ao desgaste são aços que devido as suas características em termos de composição química, possuem elevada resistência ao desgaste, ou ainda que a mesma lhe seja conferida por tratamentos térmicos ou mecânicos suplementares. �Desgaste: Ocorre em peças em movimento relativo, como em eixos, pistões, AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES 5 �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 está em movimento e que resulta na modificação das suas dimensões, com perda de massa até que perdem a sua eficiência em serviço. OCB �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); AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 6 •Desgaste de metal contra líquidos ou vapores – erosão (8% dos casos de desgaste); •Outros: 27% dos casos de desgaste. OCB �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 AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 7 duras e formação de crateras. OCB �Resistência ao desgaste dos metais pode ser melhorada por meios: •Mecânicos, por encruamento, jateamento da superfície do material; •Tratamentos térmicos, têmpera; AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 8 •Tratamentos térmicos, têmpera; •Tratamentos termoquímicos, cementação, nitretação, etc.; •Revestimento superficiais, cromoduro, siliconização, eletrodeposição, metalização, etc. • Aços-manganês auteníticos ou Hadifield (Inventor, Sir. Robert Hadifield em1882): C:1,0–1,4%; Mn:10–14% Típico: C:1,2%; Mn:12–13%; OCB � Resistência ao desgaste dos metais pode ser melhorada por meios (cont.): • Aumento da dureza superficial e da resistência ao desgaste causado por encruamento em serviço. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 9 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: 0,06 - 0,1 % •Pode conter ainda teores variados de Ni, Cr, Cu, V, para melhorar a resistência mecânica, desgaste, soldabilidade e a usinabilidade. OCB �Processamento dos aços manganês: •Fusão e solidificação ou laminação: precipitação de carbonetos levando a AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 10 fragilização (LRT-Limite de resistência mecânica = 420–490 MPa; Estricção < 1%; •Tratamento térmico: •Austenitização: 1000ºC para solubilização de carbonetos; •Resfriamento em água, retenção da estrutura austenítica. OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE �Propriedades mecânicas após tratamento térmico: •Alongamento = 30 - 60% •Limite de escoamento = 300 – 420 MPa. •Limite de resistência mecânica = 570 – 1000 MPa. 11 •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. OCB �Outros aços resistentes ao desgaste: Aços carbono-cromo com 0,95 - 1,10%C e 1,30 - 1,60%Cr: •Utilizados para rolamentos de esferas ou de roletes (SAE 52100, 51100, 50100); AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE 12 •Utilizados para rolamentos 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. OCB �Aços ultra resistentes são aços que foram desenvolvidos, inicialmente, para componentes de aviões com limite de resistência à tração de 210 MPa, e, posteriormente, para veículos espaciais, mísseis, foguetes, etc. em que os aços podem AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES �AÇOS ULTRA RESISTENTES 13 atingir limites de resistência à tração de 300 MPa. No desenvolvimento destes aços procurou-se garantir também uma ductilidade conveniente. �Neste sentido, as primeiras aproximações de se aumentar a resistência mecânica dos aços carbono foram: •Aumento da proporção de perlita mediante aumento do teor de carbono; OCB •Aumento da resistência mecânica da ferrita mediante endurecimento por solução sólida, com adições de Mn, Mo e Cu. �Um outro aumento posterior da resistência mecânica pode ser obtido mediante: •Refino de grão da ferrita com adições de Al ou Nb, 700 MPa, limite máximo de AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS ULTRA RESISTENTES 14 •Refino de grão da ferrita com adições de Al ou Nb, 700 MPa, 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 1400 MPa os quais apresentam ainda boas soldabilidade, ductilidade e resistência à corrosão. OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS ULTRA RESISTENTES �Entretanto, nesta faixa de resistência mecânica este aços 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 15 teórica do ferro é da ordem de 1750 MPa, 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 àtração (max) de 2000 MPa. OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS ULTRA RESISTENTES �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: LRT (limite de resistência a Tração) = 1540 – 1680 MPa; •SAE 4340 (0,40%C; 0,85%Mn; 0,20%Si; 0,75%Cr; 1,80%Ni; 0,25%Mo) temperado e 16 revenido adequadamente (260 - 315ºC): LRT = 1820-2100 MPa. O passo seguinte na produção de aços ultra resistentes foi o tratamento de “ausforming”– (A ausforming é o resfriamento rápido até uma temperatura logo acima de Mi , seguido de um trabalho mecânico efetuado na liga para distorcer a austenita, fazendo-se finalmente um resfriamento rápido para se obter a martensita. ) : LRT = 2450 MPa com 6% de alongamento. OCB �Por último mas não finalmente, foram desenvolvidos os aços maraging (mar: martensite; ag: age; ing: hardening) os quais podem atingir valores de LRT = 2800 a 3000 MPa; estricção de 60% e resistência ao choque de 3,6 kg.m. Processamento: AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS ULTRA RESISTENTES 17 Processamento: •Austenitizaçãoa800-850°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. OCB �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%. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS ULTRA RESISTENTES 18 Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005 OCB �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. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS GRAFÍTICOS 19 �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 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS GRAFÍTICOS 20 OCB �Aços criogênicos são aços resistentes a baixas temperaturas. �Aços ao carbono de baixo carbono apresentam comportamento satisfatório à temperaturas de até -50°C (negativos). �No entanto, em situações onde as temperaturas podem atingir os -196°C (para o AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS CRIOGÊNICOS 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. 21 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS CRIOGÊNICOS 22 OCB �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). AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS CRIOGÊNICOS 23 �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. OCB �Aços e propriedades típicas para utilização em baixas temperaturas. Fonte: CHIAVERINI, V. , 2005. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS CRIOGÊNICOS 24 OCB �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. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS CRIOGÊNICOS 25 OCB Introdução e Classificação �Dá-se o nome de aços ferramenta ao conjunto de aços utilizados na fabricação de ferramentas de uso industrial, sejam elas manuais ou mecânicas. �São aços de alta qualidade, produzidos sob severas tolerâncias de composição AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 26 química e propriedades físicas. �Os primeiros aços ferramenta foram aços carbono comuns mas, do início do ano 1868. �até o momento, muitos aços ferramenta complexos, altamente ligados, foram desenvolvidos. OCB TABELA: CLASSIFICAÇÃO BÁSICA DOS AÇOS FERRAMENTA AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 27 American Socíety For Metals - Metals Handbook. v. 1, 7. ed., 1983 OCB �Esses aços que contêm, entre outros elementos, grandes quantidades de tungstênio, molibdênio, vanádio e cromo, que possibitam atender as crescentes exigências de severidade de aplicação, obter grande controle dimensional e isenção de trincas durante o tratamento térmico. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 28 O desempenho de uma ferramenta industrial depende basicamente de: - um projeto correto; - grau de precisão adotado na execução; - uma rigorosa seleção do aço; - apropriada aplicação de tratamento térmico. �A ferramenta produzida levando em conta os quatro pontos acima terá um desempenho satisfatório durante a sua aplicação. OCB Os aços ferramenta, sob o ponto de vista de aplicação, podem ser classificados em: - Aços para Trabalho a Frio - Aços Prata (Cr, W, V) - Aços para Moldes - Aços para Trabalho a Quente AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 29 - Aços para Trabalho a Quente - Aços para Trabalho a Frio e a Quente - Aços Resistentes ao Choque OBS.: AÇOS PRATA – AÇO FERRAMENTA �Também conhecido como "Aço Prata" devido ao acabamento superficial, após retifica, ser brilhante, prateado. �É um aço para trabalho a frio de alto carbono com excelente relação custo benefício na confecção de ferramentas e componentes mais simples, mas que requerem elevada dureza. OCB APLICAÇÕES: É usado para pinos-guia, pinos extratores, machos, cossinetes, �Tem alta tolerância dimensional . Temperável em água ou em óleo. Dos aços temperáveis em água é aquele que apresenta menor deformação. AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA OBS.: AÇOS PRATA – AÇO FERRAMENTA (Cont.) 30 ejetores, alargadores, capas de rolamentos, esferas, pinos guia para matrizes de injeção, pino extrator, roletes de rolamentos e peças em geral. É utilizado em componentes de média resistência mecânica. COMPOSIÇÕES QUÍMICAS TÍPICAS (AÇO PRATA): �1,05C - 0,27Si - 0,30Mn 1,45Cr e �1,20C - 0,25Si - 0,30Mn 0,20Cr, 1,0W 0,10V OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 31 OCB SELEÇÃO DE UM AÇO FERRAMENTA �A seleção de um aço para ferramenta resulta da combinação entre as condições de trabalho a que a ferramenta estará sujeita e as propriedades do aço escolhido. �O método de seleção a seguir exposto baseia-se nas propriedades mais comumente AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 32 exigidas dos aços para ferramentas, quais sejam: - resistência ao amolecimento pelo calor; - Não deformar durante a têmpera; - resistência ao desgaste (à abrasão); - resistência ao choque; - resposta à têmpera; OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA - usinabilidade; - tenacidade; - resistência à trinca; SELEÇÃO DE UM AÇO FERRAMENTA (Cont.) 33 �Sob esses enfoques os aços ferramenta foram distribuídos em um quadro com 12 grupos, guardando os componentes do mesmo grupo uma certa semelhança de propriedades e emprego. - resistência à descarbonetação; - facilidade de polimento. OCB Quadro de Seleção para aços Ferramenta Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES 34 AÇOS FERRAMENTA OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 35 Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 36 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 37 OCB TABELA: AÇOS FERRAMENTA PARA TRABALHO A FRIO (Alto carbono e alta cromo) AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 38 American Socíety For Metals - Metals Handbook. v. 1, 7. ed., 1983 OCB 39 Fonte: American Socíety For Metals - Metals Handbook. v. 1, 7. ed., 1983 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 40 FIGURA : Aplicações típicas de aços-ferramenta para trabalho a frio. (Fonte: SOUZA, SERGIO A. Composição Química dos Aços,1 ed. , 1989) OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 41 FIGURA : Roletes utilizados para dobra de vergalhões de aço e laminação de arames. (trabalho a frio) OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 42 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU -edição atualizada 2003 43 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 44 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 45 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 46 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 47 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 48 Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA Fonte: Manual de Aços – GERDAU - edição atualizada 2003 49 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS FERRAMENTA 50 OCB �São aços de médio carbono com boas características de usinabilidade, polimento e uniformidade de dureza. �Apresentam média temperabilidade, baixa distorção, baixa resistência ao AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA MOLDES 51 amolecimento a elevadas temperaturas e alta resistência à descarbonetação. �São especialmente indicados para fabricação de moldes para injeção de plástico e para fundição sob pressão de ligas leves (não ferrosas). OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA MOLDES 52 Figura: Exemplo de molde produzido em aço ferramenta. a) após tratamento térmico, pesando 14.800 kg; b) bloco pré-usinado durante sua fabricação e c) e d) molde após usinagem de desbaste realizada pelo fabricante, agora pesando 8.400 kg. OCB �São aços que caracteristicamente possuem um baixo teor de carno (C<0,25%), com ou sem a presença de elementos de liga. �São empregados em elementos de máquinas que devem ter grande resistência ao AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS: CEMENTAÇÃO OU NITRETAÇÃO 53 desgaste (grande dureza superficial) e ótima ductilidade no seu núcleo, tendo portanto ótima capacidade de absorção de impactos. �Os aços normalmente empregados para a cementação ou nitretação são: AISI 1010, 1016, 3120, 5120, 4320, 8620. �Da forma DIN pode-se citar: C10, C20, 15 Cr Ni 6, 18 Cr Ni 8. OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS: CEMENTAÇÃO OU NITRETAÇÃO 54 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS: CEMENTAÇÃO OU NITRETAÇÃO 55 OCB AÇOS PARA DIVERSAS UTILIDADES OU APLICAÇÕES AÇOS PARA TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS: CEMENTAÇÃO OU NITRETAÇÃO 56
Compartilhar