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Ferro e Aço

O FERRO (Fe)

Ferro (Fe) e suas Ligas

O Fe é um metal que se caracteriza por

apresentar várias fases alotrópicas,

apresenta ponto de fusão a 1538 ºC, abaixo

dessa temperatura ele cristaliza-se.

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Ferro e Aço

Os materiais metálicos ferrosos classificam-

se como:

• Ferro Puro;

• Eletrolíticos;

• Comercial (Esponja, Armco, Pudlado);

• Ligas de Ferro-Carbono (Fe-C)

• Comuns (Maleáveis, Não maleáveis,

Maleabilizáveis);

• Especiais ou Complexas

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Ferro e Aço

• Ligas de Adição ou Fe-Ligas Não Maleáveis:

• Ferro Gusa

• Ferro Fundido

• Ligas de Adição ou Fe-Ligas Maleáveis:

• Ferro (Nodular, Fundido e Inoculado)

• Aço (De origem fundida ou plástica)

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Ferro e Aço

5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm granulado

Em detalhe

Carga

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Ferro e Aço

Minério de ferro

O minério de ferro é retirado do

subsolo, porém muitas vezes é

encontrado exposto formando

verdadeiras montanhas.

Os principais minérios de ferro são

a Hematita e Magnetita.

Para retirar as impurezas, o

minério é lavado, partido em pedaços

menores e em seguida levados para a

usina siderúrgica.

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II – Ferro e Aço

O ferro é encontrado na natureza

geralmente sob a forma de óxidos, nos

minérios de ferro dos quais é extraído quase

sempre em forte aquecimento, em presença

de coque ou carvão de madeira em fornos

adequados (Alto- Forno), nos quais o óxido é

reduzido e ligado ao carbono. Forma-se

assim uma liga de Fe-C que, depois de

refinada, transforma-se em matéria prima,

para o fabrico da grande maioria das peças

metálicas, atualmente empregadas,

apresentando excelentes propriedades

mecânicas e custo relativamente baixo.

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Definição de Ferro e Aço

Estes produtos são obtidos por

via líquida, isto é, são elaborados no

estado de fusão. São chamados:

• Aços quando possuem de 0,008 a

2,11% C.

• Ferro quando possuem teores de

carbono até 6,7% C.

Ferro e Aço

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Habitualmente essa liga

contém outros elementos como

Manganês (Mn), Silício (Si),

Enxofre (S) e Fósforo (P), que

em baixo teores são

considerados impurezas

normais.

Ferro e Aço

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O aço é um produto resultante

do(a):

• Refino do gusa bruto no conversor

Bessemer ou a Oxigênio;

• Refino do gusa bruto com sucata de

aço e Fofo em fornos Siemens-

Martin, Elétrico, etc;

• Repuxão de sucata de aço em

qualquer forno menos do tipo

conversor.

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Ferro e Aço

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Ferro e Aço

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Ferro e Aço

Tipo de

forno

Combustível Tipo de

carga

Capacidade

de carga Vantagens Desvantagens

Conversor

Bessemer

Injeção de ar

comprimido.

Gusa

líquido. 10 a 40 ton.

Ciclo curto de

processamento (10

a 20 minutos).

Impossibilidade de controle do teor de

carbono.

Elevado teor de óxido de ferro e nitrogênio

no aço.

Gera poeira composta de óxido de ferro,

gases e escória.

Conversor

Thomas

Injeção de ar

comprimido.

Gusa

líquido,

cal.

Em torno de

50 ton.

Alta capacidade de

produção.

Permite usar gusa

com alto teor de

fósforo.

O gusa deve ter baixo teor de silício e

enxofre.

Elevado teor de óxido de ferro e nitrogênio

no aço.

Gera poeira composta de óxido de ferro,

gases e escória.

Conversor

LD

Injeção de

oxigênio puro

sob alta

pressão.

Gusa

líquido,

cal.

100 ton.

Mínima contami-

nação por

nitrogênio.

Gera poeira composta de óxido de ferro,

gases e escória.

Forno a arco

elétrico.

Calor gerado

por arco

elétrico.

Sucata de

aço +

gusa,

minério de

ferro, cal.

40 a 70 ton.

Temperaturas mais

altas. Rigoroso

controle da

composição

química. Bom

aproveitamento

térmico.

Pequena capacidade dos fornos.

Custo operacional.

Forno de

indução

Calor gerado

por corrente

induzida dentro

da própria

carga.

Sucata de

aço.

Em torno de 8

ton.

Fusão rápida.

Exclusão de gases.

Alta eficiência.

Pequena capacidade dos fornos. Custo

operacional.

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Ferro e Aço

O FERRO (Fe)

O Fe é um metal que se caracteriza

por:

• Apresentar várias fases alotrópicas;

• Apresentar ponto de fusão a 1538ºC.

• É dividido em:

• Puro;

• Gusa;

• Fundido;

• Ligas.

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Ferro Puro

Eletrolítico: Obtido através da eletrólise de sais

ferrosos e apresenta alto índice de pureza. É

empregado atualmente sob as formas de tubos. Por

ser de difícil produção torna-se caro, sendo usado

apenas em laboratórios.

Esponja: Proveniente da redução dos óxidos de ferro e

à baixa temperatura (Máx. 1100°C), sem fusão da

matéria. O ferro é separado da ganga

eletromagneticamente e briquetado; usado na

metalurgia do pó e como redutor em solução ácida.

Como exemplo:

Varetas para soldas, mancais e retentores auto-

lubrificáveis. .

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Armco: É obtido em forno Siemens-Martin

num processo parecido com a do aço;

Apresenta boa res. à corrosão, boa

condutibilidade elétrica. Indicado para peças

esmaltadas ou porcelanizadas.

Pudlado: Obtido no “estado pastoso” onde se

aplica o forjamento ou laminação (pudlagem).

Nesse trabalho de deformação a escória é

em grande parte expulsa da massa

permanecendo o restante em forma de

inclusões. Fácil de soldar, boa res. à

corrosão, à fadiga e Vibrações. É usado em

parafusos e estojos correntes, engates, etc.

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Ligas de Fe-C Comuns: São as que

apresentam em sua composição elementos

normais (C, S , Mg, Si, Ph), em porcentagem

controlada.

Ligas de Fe-C Especiais ou Complexas

São as que apresentam em sua

composição elementos diferentes, além dos

comuns.

Quando o percentual de carbono é

baixo, este metalóide se apresenta

combinado com o ferro sob forma de

Carbureto (Fe3C) ou Cementita. Com teores

mais elevados esta substância se decompõe

ficando o Carbono livre sob a forma de

grafita.

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Ferro Gusa

É o produto da redução do

minério de ferro no alto forno,

contendo elevado teor de carbono.

A presença do carbono torna o

material:

• Duro;

• Frágil;

• Não maleável;

• Fundível e

• Impuro (S, P, Si, Mg, etc)

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Ferro Gusa (Cont.)

Estando o alto forno carregado, por

meio de dispositivo especial injeta-se ar

em seu interior. O ar ajuda a queima do

carvão coque, que ao atingir 1200ºC

derrete o minério. O ferro ao derreter-se

deposita-se no fundo do alto forno.

A este ferro dá-se o nome de ferro-

gusa ou simplesmente gusa.

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FERRO GUSA (Cont.)

As impurezas ou escórias por serem mais

leves, flutuam sobre o ferro gusa derretido.

Através de duas aberturas especiais, em

alturas diferentes são retiradas, primeiro a

escória e em seguida o ferro-gusa, que é

despejado em panelas chamadas CADINHOS.

O ferro-gusa derretido é levado no cadinho

e despejado em formas denominadas lingoteiras.

Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado

da lingoteira recebendo o nome de LINGOTE DE

FERRO GUSA

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FERRO GUSA (Cont.)

Aplicação

O ferro gusa é utilizado basicamente como

principal matéria prima para a fabricação de

ferro fundido e aços.

Para a transformação em aço o mesmo é

transportado ainda no estado líquido. No estado

sólido, é utilizado para a fabricação do fero

fundido.

É basicamente uma liga de ferro-carbono

com alto teor de carbono e teores variáveis de Si,

Ma, P e S. Existem vários tipos, devido à natureza

das matérias primas empregadas no alto forno e

ao processo de produção.

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FERRO GUSA (Cont.)

De um modo geral, a maioria dos

ferros gusas possíveis de serem obtidos

em alto-forno está compreendida na

seguinte faixa de composição:

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Ao se quebrar um lingote de ferro

gusa sua parte interna apresenta as

tonalidades branca(prateada) ou

cinzenta. No primeiro a predominância

da cementita o que torna o gusa duro,

frágil e de elevado ponto de fusão,

servindo apenas para produção do aço.

No segundo a predominância é da

grafita(C livre), usado para fundição e

parte, também, na produção do aço.

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Ferro Fundido (Fefo)

O fefo é o produto da segunda fusão

(refusão) do gusa.

Teores de carbono entre 2,11 e 6,7

É o produto de grande aplicação nas

industriais devido aos seguintes fatores:

• Baixo custo;

• Boa capacidade de absorver vibrações

(Amortecedores);

• Alta res. à compressão e ao desgaste;

• Boa res. à fadiga e concentrações de

tensões;

• Facilidade de obtenção de peças

complexas na fundição.

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Quanto à sua constituição o fefo pode ser :

Cinzento: Mostra uma cor escura ao fraturar

e apresenta elementos de liga tais como o

Carbono(C) e o Silício(S).

Branco: Mostra uma cor clara ao fraturar

diferenciando, em sua formação, apenas no

processo de fabricação.

OBS: O carbono total é a soma do carbono

combinado na cementita (cinzento) e do

carbono grafítico (branco).

Mesclado: Coloração mista entre o branco e

o cinzento; apresenta variável de ambos.

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Alta Resistência: É constituído de ferrita,

perlita, e grafita, também conhecido com o

nome de fonte acerada.

Produtos Maleáveis

São as ligas Fe-C e apresentam

plasticidade.

Obtido a partir de ferro fundido branco

mediante a um T. Térmico que transforma

todo Fe combinado em grafita na forma de

nódulos.

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Ferro Nodular ou Dúctil: Obtido pelo

acréscimo de pequenas quantidades de Mg e

Ce à panela com a qual se consegue a grafita

(Nódulos ou Esferas), para distribuição

uniforme.

Se a este ferro adicionarmos até 3,5%

Ni, ele se torna inoxidável. Suas principais

características são:

• Alta tenacidade;

• Fluidez;

• Alongamento até 18% (recozido);

• Res. Ao desgaste;

• Soldabilidade;

• Usinabilidade (Maior que o Fe Cinzento);

• Temperabilidade.

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Inoculado ou metal MEEHANITE:

É o “intermediário” entre o Ferro e

o aço fundidos.

Suas características são:

• Res. Mecânica;

• Res. ao calor;

• Res. ao desgaste;

• Res. corrosão.

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DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO Fe - Fe3C

0,77 4,3

Fe Puro

Fe Gusa

Fofo

Etetóide