www.infomet.com.br/acos-e-ligas.php Fundio e Metalurgia do p

a) Fundio O cobre e suas ligas, na condio de produtos fundidos, apresentam grande variao de propriedades como a resistncia mecnica, a resistncia corroso e as condutividades trmica e elctrica. O processo de fundio exige que a liga apresente alta fundibilidade para a obteno de formas complexas e boa qualidade (ausncia de defeitos de fundio). Entretanto, em funo dos requisitos de desempenho das peas fundidas em servios, outras caractersticas so importantes, como a resistncia corroso (causada pela atmosfera, guas, solos e produtos qumicos), resistncia ao desgaste (particularmente quando a pea usada como mancal de deslizamento), resistncia compresso, fadiga, condutividade trmica e elctrica, deformabilidade, estanqueidade (para evitar o vazamento de fluidos atravs das paredes da pea fundida) e resistncia mecnica a temperaturas relativamente elevadas (no mximo 300 C) ou a baixas temperaturas. As ligas de cobre podem ser fundidas por processos que permitam obter uma grande variedade de formas geomtricas, como a fundio em areia, a fundio em casca, o processo por cera perdida e a fundio sob presso. Mesmo os processos que permitem obter peas de boa qualidade, porm com limitao na variedade de formas, tambm podem ser aplicados s ligas de cobre, como a fundio contnua, a fundio centrfuga e a fundio em coquilha. Para a escolha de um processo de fundio fundamental determinar o tamanho e a forma das peas a serem fundidas, a quantidade de peas a serem produzidas e os requisitos de projecto, as tolerncias dimensionais e a qualidade desejada. A seguir os diversos tipos de processo de fundio recomendados para ligas de cobre so relacionados, levando em condio o grau de fundibilidade (alto ou baixo): Fundio em areia: alta fundibilidade para lates (Cu-Zn) e bronzes com chumbo e zinco; e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos (com e sem chumbo), Cu-Zn-Sn, bronzes com chumbo, cobres de alta condutividade, lates de alta resistncia mecnica, ligas cobre-cromo, cobre-alumnio, cupronquel e Cu-Mn-Al. Fundio sob presso: alta fundibilidade para lates e ligas cobre-alumnio e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos, bronzes fosforosos com chumbo, bronzes com zinco, cobres de alta condutividade, lates e alta resistncia mecnica, ligas cobre-cromo, ligas cobre-alumnio, cobre berlio e cobre-mangans-alumnio. Fundio contnua: alta fundibilidade para bronzes fosforosos, bronzes com zinco, bronzes com chumbo e bronzes com zinco e chumbo. Fundibilidade razovel para bronzes fosforosos com chumbo, cobres de alta condutividade, ligas cobre-alumnio, cobre nquel e cobre-mangans-alumnio. Fundio centrfuga: alta fundibilidade para bronzes fosforosos, e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos com chumbo, bronzes com zinco, bronzes com chumbo, lates e lates de alta resistncia mecnica, cobres de alta condutividade, ligas cobre-cromo, cobre-alumnio, cupronqueis, cobre-berlio e cobre-mangans-alumnio. Fundio em coquilha: alta fundibilidade para bronzes fosforosos e bronzes fosforosos com chumbo, alm de bronzes com chumbo. Fundibilidade razovel para bronzes com chumbo e zinco e bronzes com zinco.

As ligas de cobre podem ser classificadas, no que se refere fundio, em dois grupos distintos, de acordo com a maneira pela qual se solidificam. Determinadas ligas, como as ligas cobrealumnio, por exemplo, se solidificam em um estreito intervalo de temperaturas, de modo que durante a solidificao estas ligas se transformam rapidamente do estado lquido para o estado slido. Por outro lado, outras ligas, como os bronzes fosforosos e os bronzes com chumbo se solidificam num amplo intervalo de temperaturas, permanecendo um certo tempo num estado pastoso, ou seja, numa mistura de fases lquidas e slidas. Essas diferenas de velocidade de solidificao tm que ser consideradas ao se projectar a pea fundida e os canais de alimentao.

Entre as ligas com estreito intervalo de solidificao encontram-se os cobres de alta condutividade e as ligas cobre-cromo (0 C), cobre-alumnio (5 a 15 C), cobre-alumnio mangans (20 a 50 C), lates (20 a 50 C) e lates de alta resistncia mecnica (10 a 20 C). No grupo das ligas com amplo intervalo de solidificao esto os bronzes fosforosos com e sem chumbo, bronzes com chumbo, bronzes com zinco e bronzes com zinco e chumbo (todas essas ligas tm intervalo de solidificao da ordem de 100 a 180 C). Para as ligas do primeiro grupo necessrio prever na pea aumentos progressivos das sees pequenas para as sees grandes, sendo tambm necessrio prover alimentadores para todas as duas sees. J as ligas do segundo grupo, devido ao estado pastoso em que se encontram durante a solidificao, apresentam menores problemas de alimentao de material pea, e assim fundidos de melhor qualidade podem ser obtidos quando se consegue uma solidificao rpida quando essa for possvel, atravs da implementao de sees com pequena espessura. A qualidade da pea fundida depende do metal utilizado como matria-prima, e a qualidade deste depende basicamente de sua composio qumica, particularmente o seu nvel de impurezas e da sua microestrutura, que influenciada tanto pela composio qumica como pelas condies de resfriamento e do processo de fundio em geral. A matria-prima tanto pode ser material de prima fuso (metal primrio) como metal secundrio (reciclado), contudo, cuidados especiais devem ser tomados no que se refere aos teores mximos de impureza permitidos. Quanto s impurezas so importantes as seguintes informaes sobre os principais grupos de ligas: Ligas cobre-estanho (bronzes): A influncia que o antimnio, o arsnio, o bismuto e o ferro podem ter nas propriedades mecnicas, justificam as severas restries que as normas impem aos teores desses elementos nas ligas de cobre fundidas. necessrio ressaltar que o enxofre acima de 0,1 % afecta as propriedades de traco, enquanto o alumnio, mesmo em pequenos teores (acima de 0,01 %) provoca reduo da estanqueidade e prejudica as propriedades de traco. O silcio causa esses mesmos efeitos nos bronzes sem chumbo, alm de acarretar reaces metal-molde mais intensas, mesmo nos limites de 0,02 % especificados, para as ligas com chumbo. Excesso de fsforo alm do necessrio para desoxidao acarreta reaco metalmolde e aumenta a porosidade da pea de seo espessa: cerca de 0,04 % de fsforo um teor adequado para sees finas e cerca de 0,015 % para sees espessas. Ligas cobre-zinco (lates): de um modo geral significativa a tolerncia quanto aos teores de impurezas nos lates comuns para fundio em areia., porm se necessrio que a pea apresente grande estanqueidade (resistncia ao vazamento por fluidos atravs de suas paredes por presso interna), o teor de alumnio dever ser mantido em nveis muito baixos, para evitar a formao de pelculas de xido de alumnio, que ficam retidas atravs das paredes da pea fundida, embora esse problema possa ser contornado atravs de cuidados especiais, principalmente no que diz respeito ao vazamento de metal lquido no molde. Outro elemento nocivo acima de determinados teores o estanho. Alm dessas impurezas, o silcio acima de certos teores pode provocar o aparecimento de pontos duros que dificultam a maquinao. Ligas cobre-berlio: na fundio dessas ligas devem ser controlados os teores de estanho e silcio (0,01 % no mximo), magnsio (0,0 5 % no mximo) e chumbo (0,05 % no mximo). b) Metalurgia do P Diversos tipos de produtos base de ligas de cobre podem ser fabricados atravs do processo de metalurgia do p: filtros, mancais porosos, materiais para frico, contactos elctricos e peas estruturais. Os bronzes so ligas muito usadas na fabricao de filtros sintetizados por apresentarem elevada resistncia mecnica e corroso, porm tanto a resistncia mecnica quanto a ductilidade do material dependem da sua densidade. Geralmente se utiliza uma liga com cerca de 11 % de estanho, mas os lates e as alpacas tambm podem ser utilizados para a fabricao de certos filtros sintetizados. Esses filtros so utilizados para a filtragem de gua, lquidos em

geral e gases na indstria qumica e farmacutica, lquidos combustveis e fluidos hidrulicos de sistemas de comando. Ao contrrio dos mancais porosos, os filtros so fabricados a partir de ps constitudos de ligas, de maior granulao e forma esfrica, e quando a operao de compresso realizada durante a fabricao, so utilizadas presses muito baixas. Os mancais porosos feitos com bronze apresentam um variado campo de aplicaes, porm se destaca o seu uso na fabricao de electrodomsticos e de autopeas. A elevada porosidade faz com que esses mancais sejam capazes de reter uma considervel quantidade de lubrificantes, cerca de 25 % do volume total da pea, fazendo com que assumam a caracterstica de autolubrificantes. Nesse tipo de pea o teor de estanho pode variar entre 5 e 12 %, podendo adicionalmente conter de 1 a 2 % de grafite, assim como ferro e chumbo em pequenos teores. Os materiais para frico sintetizados, que so utilizados nos sistemas de embraiagem ou de freios em automveis, contm cobre (de 60 a 85 %), estanho (2 a 10 %) e outros materiais metlicos e abrasivos (at 20 %). A finalidade do uso do cobre criar uma matriz para os demais ps e actuar como um componente que, devido sua alta condutividade trmica, dissipa calor gerado durante a frico em servio. J os contactos elctricos so constitudos essencialmente de ps de cobre que apresentam alta condutividade trmica, e ps de tungstnio ou molibdnio (40 a 85 %), que apresentam boa resistncia ao calor e ao desgaste. Essas caractersticas, conferidas pela presena desses dois metais reunidos num produto sintetizado, permitem o seu uso como elementos de contactos elctricos de chaves, interruptores, comutadores de transformadores, motores e outros equipamentos elctricos. Sendo um processo alternativo aos chamados processos convencionais, a metalurgia do p tambm permite, em alguns casos, a fabricao de peas e componentes estruturais em condies economicamente mais vantajosas [1]. A tabela 1 apresenta propriedades mecnicas de alguns componentes estruturais sintetizados em ligas de cobre [5]: Liga (densidade em g/cm3) 90 Cu 10 Sn (7,2) 90 Cu 10 Zn (8,1) 85 Cu 15 Zn (8,2) 70 Cu 30 Zn (8,1) 68,5 Cu 30 Zn 1,5 Pb (7,7) 64 Cu 10 Ni 18 Zn (7,9) Resistncia traco (MPa) 140 210 220 266 242 230 Resistncia ao Alongamento (% Dureza Rockwell escoamento (alpaca: HBR, em 25 mm) (MPa) demais HRH) 140` 21 3 20 20 21 29 12 65 HRH 77 HRH 82 HRH 87 HRH 71 HRH 83 HRB

02 - Incluses no-metlicas

Como se viu, as impurezas normais so o fsforo, o enxofre, o mangans, o silcio e o alumnio. A maior parte delas reage entre si ou com outros elementos no-metlicos como o oxignio e, eventualmente, o nitrognio, formando as chamadas incluses no metlicas. A formao dessas incluses se d, em grande parte, na fase final de desoxidao os aos. Devido tendncia de se produzirem aos com propriedades cada vez melhores, em face das condies de sua aplicao se tornarem cada vez mais severas, o estudo do efeito das incluses nessas propriedades e o aperfeioamento das condies de fabricao, tm concentrado, nos ltimos anos, a ateno dos estudiosos na matria. Na realidade, algumas das incluses podem at mesmo ser consideradas necessrias ou benficas devido ao efeito de certo modo positivo que pode acarretar. Mesmo assim, e principalmente quando as condies de servio provocam o aparecimento de esforos cclicos e alternados, alguns tipos de incluses podem ser prejudiciais, sobretudo quando sua quantidade, forma e dimenses esto alm do que se considera aceitvel. Dentre as impurezas, o fsforo foi considerada, por muito tempo, um elemento exclusivamente nocivo, devido fragilidade a frio que confere aos aos, sobretudo nos aos duros, de alto carbono e quando seu teor ultrapassa certos limites. Por essa razo, as especificaes so rigorosas a respeito. Certas especificaes restringem as percentagens mximas admissveis aos valores abaixo, conforme as aplicaes consideradas (103). estrutura de construo e barras de concreto armado 0,10%

Trilhos

eixos

estrutura de pontes 0,06%

0,04%

0,05%

Nos aos-liga, o fsforo especificado com 0,04% no mximo em alguns casos e em outros, 0,025% mximo. No possui esse elemento tendncia a formar carbonetos, mas dissolve-se na ferrita, endurecendo-a e aumentando o tamanho de gro do material, ocasionando a fragilidade a frio, representada por baixa resistncia ao choque ou baixa tenacidade. Essa influncia tanto mais sria, quanto mais alto o teor de carbono do ao. Por outro lado, o fsforo apresenta alguns aspectos favorveis, pois ao aumentar a dureza do ao, aumenta igualmente sua resistncia traco, fato esse que pode ser aproveitado nos aos de baixo carbono onde seu efeito nocivo menor, juntamente com outros elementos como cobre, nquel e cromo em baixos teores. Alm disso, o fsforo melhora a resistncia corroso e a maquinao dos aos, principalmente neste ltimo caso, quando adicionado juntamente com o enxofre. O fsforo de se caracteriza por ser um tanto incompatvel com o carbono, ou seja, ele tende a expulsar o carbono da austenite, de modo que, quando no resfriamento se ultrapassa a linha Ar, as reas originalmente ricas em fsforo ficam praticamente constitudas somente de ferrita, com ausncia quase que completa de perlite (104) . A figura 106 mostra a estrutura que resulta desse fenmeno denominado textura ghost lines caracterizada, como se v, por estrias constitudas quase que exclusivamente de ferrita, devido presena de fsforo, agrupando-se a perlite, por seu turno, nas beiradas dessas faixas.

Fig. 106 Aspecto microgrfico de ao doce forjado mostrando a textura chamada ghost lines. Ataque: reactivo de nitral. Aumento: 100 vezes.

Um alto teor de fsforo pode acarretar a presena de um euttico fosforoso. A figura 107 reproduz o aspecto microgrfico de ao meio doce moldado com fsforo elevado. O fenmeno que ocorre quando o fsforo se situa em torno de 0,4% nocivo, pois o euttico fosforoso funde temperatura pouco acima de 1000C, o que pode ocasionar a ruptura ou esboroamento do ao se este for deformado a quente. Como, entretanto, teores altos de fsforo nos aos no so comuns, as estruturas do tipo apresentado na figura 107 so relativamente raras.

Fig. 107 Aspecto microgrfico de ao meio doce moldado com alto teor de fsforo notado pela presena de um euttico fosforoso, existente quando o teor de fsforo se situa em torno de 0,4%. Nota-se no euttico incluso de MnS. Ataque: reactivo de nital. Aumento: 700 vezes.

Quanto os outros elementos, enxofre, mangans, silcio e alumnio, ele so os principais responsveis pela formao de incluses no-metlicas. Estas, de acordo com sua origem, podem ser classificadas em dois grupos principais (105)(106): - endgenas, as quais so devidas a reaces que se desenrolam durante a elaborao do ao ou durante sua solidificao e geradas pela precipitao do enxofre e do oxignio sob a forma de sulfetos, xidos, silicatos e aluminatos; - exgenas, derivadas de fontes externas, como de escrias, corroso ou eroso dos refractrios das paredes do forno e canais de vazamento, metais e ligas de dissoluo difcil no banho metlico, etc. Essas incluses exgenas so geralmente constitudas de silicatos, aluminatos e xidos vrios e se caracterizam por dimenses maiores, forma irregular e constituio complexa. importante assinalar que o comportamento das incluses sob o ponto de vista de deformabilidade, quando o ao sujeito conformao mecnica, pode alterar o seu caracterstico de maior ou menor nocividade. De fato, de incio as incluses podem ser imaginadas como partculas esfricas ou globulares de pequenas dimenses. No processo de conformao mecnica, algumas delas se alongam na direco da laminao, por exemplo, enquanto outras se mantm intactas ou se fragmentam em partculas menores (107).

Silicatos e sulfetos, por exemplo, formam estrias alongadas. Contudo, ao passo que as estrias de sulfetos tm extremidades com raios apreciveis, as de silicato apresentam nas extremidades arestas vivas, mais favorveis concentrao de tenses e iniciao de microfissuras. Alumnio, por outro lado, fragmenta-se em partculas diminutas, com menor prejuzo para o ao. Como j se mencionou, as incluses nos aos so de vrias naturezas e so devidas a uma srie de causas, todas elas ligadas a reaces que ocorrem no ao lquido, durante seu processo de fabricao. As causas mais importantes so (105) (198): - precipitao, durante o processo de solidificao do ao, de xidos e sulfetos cuja solubilidade no ao lquido ou slido diminui medida que cai a temperatura; - separao deficiente dos produtos de oxidao e de sulfurao resultantes da adio de desoxidantes e dessulfurantes; - formao de escrias nos fornos e nas panelas de vazamento; - arrastamento para o metal lquido de produtos de eroso e corroso do material refractrio das paredes dos fornos ou dos canais de vazamento; - adio de produtos como ferro-ligas ou aditivos de fundio, mais difceis de se dissolverem no banho metlico. Em resumo, as incluses formadas em funo desses vrios fenmenos qumicos e mecnicos correspondem a compostos qumicos como xidos diversos, sulfetos, silicatos e aluminatos. A quantidade de incluses muito grande; admite-se que uma tonelada de ao-carbono comum possua cerca de 10(12) e 10(13) incluses somente de xidos, sendo que a maior quantidade, cerca de 98%, tem dimenses inferiores a 02 mcron. Desse modo, somente 1 a 2 % so visveis ao microscpio. As incluses de sulfetos so, em quantidade, da mesma ordem de grandeza. No caso de aos efervescentes, as incluses de xidos podem atingir dimenses superiores a 30 microns na camada superficial do ao (105). Esses xidos so principalmente FeO, MnO, Al2O3, e SiO2 e o seu agrupamento junto superfcie pode provocar defeitos superficiais nos laminados a frio. Outros tipos de incluses nos aos efervescentes so os sulfetos FeS e MnS que se localizam nas regies de maior segregao e, portanto, so igualmente prejudiciais. O sulfeto de ferro possui um ponto de fuso muito baixo, em relao ao do ao (o FeS solidifica em torno de 1000C), de modo que sua presena nos processos de conformao mecnica a quente, realizados normalmente acima de 1000C, confere ao ao a chamada fragilidade a quente, defeito que deve ser evitado para permitir uma conformao mecnica correta. Nessas condies, faz-se necessria a adio do mangans, pois o enxofre tem maior afinidade por esse elemento do que pelo ferro e o sulfeto de mangans formado, cujo ponto de fuso em torno de 1600C (103), elimina a fragilidade a quente. Alm disso, o MnS forma-se em partculas diminutas, relativamente plsticas, deformando-se e amoldando-se no sentido em que o material trabalhado. Sugere-se que a relao Mn/S seja superior a 4 para garantir a formao de MnS. Contudo, como as outras incluses, o MnS pode ser prejudicial, principalmente nos aos efervescentes e semi-acalmados onde o teor de oxignio mais elevado que o normal. Pode-se ter, ento, a formao de incluses duplex (105), caracterizadas por serem constitudas de silicatos monofsicos ou xidos multifsicos possudo uma camada de sulfeto que pode atingir dimenses maiores que 100 microns. Se tais incluses se formarem nas proximidades de bolhas, elas do origem ao defeito chamado pontos pretos (105). O ao , em consequncia, prejudicado quando submetido operao de dobramento e estiramento a frio. A substituio do silcio pelo alumnio na fase de desoxidao reduz o efeito nocivo dos pontos pretos, pois seu nmero e dimenses ficam diminudos. De qualquer modo, pela aco relativamente prejudicial do enxofre, procura-se mant-lo at 0,05% ou pouco mais nos aos-carbono comuns e at 0,025% nos aos-lia especiais.

Exceptua-se o caso dos aos de maquinao fcil, ode a presena de MnS em quantidades maiores exigindo pois maiores percentagens de enxofre e mangans nesses aos, interrompem a continuidade da matriz ferrtica que, como se sabe, muito plstica; obtm-se, assim, condies de maquinao mais rpida, com menor potncia e melhor acabamento superficial. O efeito do enxofre sobre as propriedades mecnicas do ao mnimo, quando o teor de carbono muito baixo (104), tornando-se mais sensvel, no sentido negativo, quando aumenta a quantidade de carbono. As propriedades mais afectadas so a resistncia traco, a ductilidade e a tenacidade. Cumpre ressaltar, entretanto, que at o limite de 0,1% de enxofre, essa influncia no to pronunciada como s vezes se admite. O mangans, alm de actuar como agente dessulfurante, atua do mesmo modo que o silcio e o alumnio, como elemento desoxidante. De fato, o mangans, ao reagir com o oxignio, forma o composto slido MnO, de preferncia ao CO ou CO2, evitando assim o desprendimento de bolhas. O MnO no exerce influncia de maior vulto. O mangans que no se combinou com o enxofre ou com o oxignio pode actuar de duas maneiras: quando o teor de carbono baixo, ele se dissolve na ferrita, aumentando sua dureza e resistncia mecnica: com teor de carbono mais elevado, admite-se que se forme o composto Mn3C(109) que se associaria com o Fe3C, aumentando ainda mais a dureza e a resistncia do ao. Normalmente, o mangans especificado em teores que variam de 0,23% a 0,9%, podendo em certos casos (aos de maquinao fcil) apresentar valores mais elevados. Em teores acima de 1%, portanto, j deve ser considerada sua influncia no sentido de conferir aos aos caractersticas especiais. O silcio, responsvel pela formao de silicatos, varia nos aos comuns de 0,05 a 0,3%. Dissolve-se na ferrita do mesmo modo que o fsforo, sem, contudo, afectar apreciavelmente a sua ductilidade, embora aumente ligeiramente a sua dureza e a sua resistncia mecnica. A funo principal do silcio a de agente desoxidante, isto , quando adicionado ao ao lquido combina-se com o oxignio, originando compostos slidos e evitando a combinao do oxignio com o carbono, o que provocaria o desprendimento de CO ou CO2 com a resultante formao de bolhas. Entretanto, no se deve esquecer a aco das incluses de silicatos. O alumnio, adicionado em princpio como desoxidante, age nesse sentido mas eficientemente que o silcio e o mangans, formando com o oxignio incluses em partculas diminutas, com menor efeito nocivo para o ao. O alumnio atua, ainda, como elemento controlador do crescimento de gros nos aos. O "hidrognio", de um modo geral, aparece em teores de 0,001 a 0,0001%(109). A sua presena produz certa fragilidade no material. O "nitrognio", que se dissolve na ferrita, produz nos aos de baixo carbono o fenmeno de endurecimento por precipitao, visto que sua solubilidade na ferrita , temperatura ambiente, de somente 0,001%(110) aumentando a pouco mais de 0,02% a 425C. Desse modo, quando seu teor estiver acima de 0,01% poder causar aquele fenmeno. Esse elemento, precipitado em tais aos, sob certas condies, pode ser notado ao microscpio como agulhas de nitreto de ferro. O "oxignio" forma uma variedade de xidos lquidos ou gasosos, quando o ao est fundido. Quando o ao solidifica, alguns desses xidos permanecem na forma de bolhas; outros, isolados ou combinados com outros xidos formam compostos resultando, como j se viu, em incluses no-metlicas. Um outro elemento que pode estar presente nos aos o "estanho", devido ao emprego de sucata estanhada. O estanho pode tornar susceptvel fragilidade a quente e fragilidade de revenido. Outros elementos residuais que podem ser encontrados nos aos so certos elementos de liga existentes nas matrias-primas empregadas na fabricao do ao. Ento nesse caso, o titnio, o vandio o zircnio, o cromo e o cobre. Como elementos residuais, pouco afectam, isoladamente, as propriedades daquelas ligas. Contudo, como a maioria desses elementos aumenta o endurecimento dos aos, seu efeito adicionado pode ter consequncias indesejveis, principalmente quando a ductilidade factor crtico, como em aplicaes de estampagem profunda. Por isso, os fabricantes de ao devem ter o cuidado de

reduzir ao mnimo a quantidade desses elementos nos aos comuns, mediante uma seleco cuidadosa da sucata utilizada. Para concluir, no que se refere a impurezas e incluses no-metlicas, pode-se tirar as seguintes concluses: - o enxofre, o fsforo, o oxignio, o hidrognio so elementos considerados indesejveis sob o ponto de vista de qualidade de ao: o fsforo pela sua aco como elemento que pode acarretar a "fragilidade a frio"; o enxofre pelos sulfetos que forma, sobretudo o de ferro que pode acarretar a "fragilidade a quente"; o oxignio, pelas incluses que forma e o hidrognio pela fragilidade que pode conferir ao ao. Esses elementos no podem ser totalmente eliminados, nas condies normais de fabricao dos produtos siderrgicos, mas devem ser mantidos dentro de faixas de teor que no ultrapassem os limites de influncia prejudicial queles produtos; - o mangans, o silcio e o alumnio, os trs agindo como desoxidantes e mangans tambm como dessulfurante so elementos de um lado benficos, mas de outro lado prejudiciais pelas incluses que formam de sulfetos, silicatos e aluminatos; - o conceito "ao limpo", ou seja, isento de incluses relativo, porque, sob o ponto de vista tcnico impossvel um ao totalmente isento de incluses; alm disso, algumas delas - as micro-incluses - so em geral necessrias. o importante a identificao dessas incluses sob os pontos de vista de composio, quantidade e dimenses e optimizar os processos de fabricao dos produtos siderrgicos, de modo a que elas afectem o menos possvel as propriedades bsicas daqueles produtos. As incluses mais prejudiciais so as macro incluses: frequentemente utiliza-se como fronteira que separa as micro das macro incluses a dimenso de incluso de 5 a 100 microns (108). - outro factor importante a considerar a deformabilidade das incluses (108): os xidos FeO, MnO e (Fe,MnO) apresentam alta deformabilidade temperatura ambiente e perdem gradualmente esse caracterstico na faixa de temperaturas de 400 a 800C; o Al2O3 e aluminatos de clcio so indeformveis em toda a faixa de temperaturas de fabricao do ao, assim como os xidos duplos tipos spinel (de alumnio e magnsio, por exemplo); os silicatos so indeformveis temperatura ambiente, mas dependendo de sua composio, tornam-se altamente deformveis na faixa de 800 a 1300 graus C, a qual corresponde da maioria das operaes de conformao mecnica dos aos. Por esse motivo, essas incluses so de grande importncia para as propriedades finais desses produtos; o MnS altamente deformvel at temperaturas em torno de 1000 graus C a partir da qual sua deformabilidade diminui gradualmente. - finalmente, a necessidade mundial crescente de aos de melhor qualidade envolve uma srie de providncias por parte dos produtores, as quais devem abranger todo o ciclo de produo do ao, desde as prticas do refino do ao lquido at sua transferncia aos moldes. Entre as tcnicas que esto sendo adoptadas para reduzir o efeito prejudicial das incluses no-metlicas pode-se citar as seguintes: tratamento a vcuo do ao na panela, de modo a minimizar os seus nveis de oxidao; a injeco na panela, prtica relativamente recente, a qual, se realizada sob condies de perfeito controle, pode significar uma importante contribuio no que se refere remoo do enxofre, modificao das incluses endgenas e reduo do volume total de incluses; seleco correta dos revestimentos refractrios de modo a reduzir as incluses exgenas; preveno para impedir a transferncia de escrias do forno e da panela s fases subsequentes do processamento do ao; projecto adequado das panelas intermedirias, incluindo o seu revestimento e assim em seguida. claro que todas essas prticas significam um aumento de custo de produo, facto esse sem dvida compensado pela melhor qualidade do ao produzido.

3 - Tipos de aos de maquinao fcil

Como j se mencionou, os aos de maquinao fcil so aqueles em que se introduzem, de modo controlado, incluses no metlicas. Do mesmo modo, a introduo de metais moles origina tipos importantes de aos de maquinao fcil. 3.1 Tipos com incluses no metlicas Essas incluses so de sulfureto de mangans e so obtidas pela introduo de enxofre em quantidade suficiente para combinar-se com o mangans e com o ferro, formando uma srie de sulfuretos de mangans e de ferro, principalmente o primeiro, os quais so insolveis no ao, tanto no estado lquido como no slido. As incurses de MnS podem ser do tipo globular ou podem tornar-se alongadas durante a laminao do ao. De qualquer modo, elas favorecem a maquinao porque causam a formao de um cavaco quebradio e atuam como uma espcie de lubrificante, impedindo que o cavaco adira ferramenta e destrua o seu gume cortante. Nessas condies, a mquina-ferramenta menos solicitada, o acabamento da pea melhorado, alm da velocidade de maquinao poder ser aumentada, s vezes duplicada, em comparao com o que acontece com ao comum no ressulfurado. Tais aos so includos na classificao SAE-AISI. A Tabela 63 mostra os tipos mais importantes. Nos aos com alto teor de enxofre, um aspecto importante a forma, tamanho e distribuio das partculas de MnS. Um exemplo prtico confirma esse fato (163): dois aos de composio idntica, ou seja, 0,07C; 0,94Mn; 0,20S; 0,094 ou 0,093P, com excepo do silcio que, num deles era de 0,044% e no outro 0,009% apresentaram diferentes ndices de maquinao. Tabela 63 Faixas de composio de ao-carbono SAE-AISI resulfurados Composio % C Mn S 1110 0,08-0,03 0,30-0,60 0,08-0,13 1117 0,14-0,20 1,00-1,30 0,08-0,13 1118 0,14-0,20 1,30-1,60 0,08-0,13 1137 0,32-0,39 1,35-1,65 0,08-0,13 1139 0,35-0,43 1,35-1,65 0,13-0,20 1140 0,37-0,44 0,70-1,00 0,08-0,13 1141 0,37-0,45 1,35-1,65 0,08-0,13 1144 0,40-0,48 1,35-1,65 0,24-0,33 1146 0,42-0,49 0,70-1,00 0,08-0,13 1151 0,48-0,55 0,70-1,00 0,08-0,13 O fsforo mantido no mximo a 0,040%. Devido ao efeito adverso do silcio sobre a maquinao, estes aos no so desoxidados com silcio. O ao com incluses de MnS maiores apresentou ndice 176, enquanto o outro com incluses mais alongadas e mais finas, esse ndice foi 125. A presena no primeiro de maior teor de silcio elemento desoxidante modificou a forma de incluses do MnS e conferiu maior maquinao. O alumnio atua no mesmo sentido. A prtica de laminao pode igualmente afectar as caractersticas dessas incluses e influenciar a maquinao. - O teor de carbono dos aos 11XX pode chegar a 0,55%, preferindo-se os de maior carbono em aplicaes em que, alm da maquinao, se deseja tambm melhores propriedades mecnicas. Por exemplo, o tipo 1137 substituiu muitas vezes os SAE 1045 e 1050, devido ao seu comportamento mais satisfatrio em aplicaes como eixos de geradores, certos tipos de parafusos, engrenagens e peas semelhantes, as quais, alm de fcil maquinao 70 e suas propriedades mecnicas mdias no estado encruado so (163): Designao AISI-SAE

- Limite de resistncia traco -------------------- 70,0 a 84,0 kgf/mm2 (690 a 820 MPa) - Limite de escoamento ----------------------------- 59,5 a 79,0 kgf/mm2 (585 a 770 MPa) - Alongamento, em 2 ------------------------------ 10% a 15% - Estrico -------------------------------------------- 30% a 45% - Dureza Brinell -------------------------------------- 187 a 235 - Em alguns tipos de baixo carbono, pode-se introduzir fsforo alm dos teores normais; esse elemento, como se sabe, dissolve-se na ferrita cuja dureza e resistncia mecnica ficam aumentadas, o que melhora a maquinao, pois promove a ruptura dos cavacos na maquinao. No se ultrapassa, entretanto, 0,12% de P, pois do contrrio, os seus efeitos negativos poderiam prevalecer. A tabela 64 mostra esses tipos de aos. A figura 134 apresenta o aspecto microgrfico de um ao de maquinao fcil de alto teor em enxofre.

Fig. 134 Micrografia de um ao de maquinao fcil com alto teor de enxofre. Ataque: reactivo de nitral. Aumento: 500 vezes.

Tabela 64 Faixas de composio de ao-carbono AISI-SAE ressulfurados e refosforados Designao AISIC Mn P S SAE 1211 0,13 0,60-0,90 0,07-0,12 0,10-0,15 1212 0,13 0,70-1,00 0,07-0,12 0,16-0,23 1213 0,13 0,70-1,00 0,07-0,12 0,24-0,33 12L14 0,15 0,85-1,15 0,04-0,09 0,26-0,35 1215 0,09 0,75-1,05 0,04-0,09 0,26-0,35 Esses aos no so geralmente desoxidados com silcio devido ao efeito adverso desse elemento na maquinao. O tipo 12L14 contm 0,15 a 0,35 de chumbo. 3.2 Tipos com introduo de chumbo A adio de chumbo constitui outro meio de melhorar a maquinao dos aos-carbono, alm de melhorar o seu acabamento. A maioria dos aos das sries 10XX e 11XX pode ser encontrada com adio de chumbo, em teores variveis de 0,15% a 0,35% (164). O chumbo adicionado no ao lquido durante seu vazamento nos moldes; como esse metal insolvel no ao fundido, forma-se uma fina disperso de partculas de chumbo, to pequenas que s vezes so imperceptveis ao microscpio. A Tabela 65 (165) indica a maquinao dos principais tipos de ao de maquinao fcil tomando-se como ndice o ao B1112. Com a introduo de chumbo, a produo de peas de responsabilidade, como bombas (ao 41L50), buchas (ao 52L50), pistes (ao11L26), aparelhos domsticos (ao 86L20), por intermdio das mais diversas operaes de maquinao, aumentou, em alguns casos at 100%, resultando, pois, em aprecivel reduo do custo e vida mais longa das ferramentas (164). Tabela 65 Usabilidade de aos de maquinao fcil (por cento de velocidade de corte para o tipo 1212)

Tipo (a) Usinabilidade, % 1117 90 1118 85 1137 70 1140 70 1141 70 1144 80 1146 70 1151 65 1212 100 1213 136 1215 136 12L14 160 12L14 (b) 190 12L14 (c) 235 12L14(d) 295 (a) Todos os valores so para aos encruados (b) tipo alternativo ao 12L14 (c) tipo alternativo ao 12L14, contendo bismuto (d) tipo alternativo ao 12L14, contendo bismuto, selnio e telrio. A figura 135 (166) mostra o efeito do teor de enxofre na maquinao.

Dureza Brinell 137 143 197 170 212 217 187 207 163 137 137 137

Suas propriedades, plenamente satisfatrias, so comparveis, no estado temperado e revenido, s dos aos de maior teor de carbono, aos mesmos aos sem chumbo, i que comprova que este metal no produz qualquer efeito mecnico nocivo, mesmo na resistncia ao choque do material. Seu uso deve, entretanto, ser limitado a baixa temperatura, pois o chumbo funde a 260 graus C de modo que, acima dessa temperatura, ocorre queda de resistncia traco e do limite de fadiga do ao. 3.3 Outras adies Outras adies tm sido experimentadas para melhorar a maquinao dos aos. Entre elas, selnio e telrio, adicionados em percentagens de 0,04 ou 0,05% para qualquer deles. Quando utilizados, so em combinao com o enxofre ou chumbo. Admite-se que o efeito benfico que exercem na maquinao do ao devida reteno de incluses do tipo sulfeto de forma globular. Pela mesma razo, eles so considerados como tanto um efeito menos danoso para as propriedades mecnicas. Contudo, esses elementos no tiveram o xito esperado, pois o custo de seu emprego alto e eles podem provocar gases txicos.

Fig. 135 - Efeito do teor de enxofre na maquinao.

Adies de clcio melhoram os caractersticos de maquinao em aos totalmente desoxidados com alumnio (167). A adio de clcio resulta na formao de grandes incluses de silicatos de Ca-Al, que so consideradas mais moles e menos abrasivas do que as existentes nos aos no tratados com clcio. Essa condio melhora a maquinao. Outro efeito positivo do clcio reside na possvel eliminao do chumbo, adio essa que acarreta igualmente diversos problemas.