Tec Mec Ifrj

8/12/2019 Tec Mec Ifrj

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TECNOLOGIA DOS

MATERIAIS

CURSO PROCESSO DE PRODUO

2 SEMESTRE

Prof Panesi


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Prof Tecg, Me Andr R. Q. Panesi

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AULA 1PROPRIEDADES DOS MATERIAISMETLICOS

Um bom conhecimento de materiais importante no s para quem projeta ou

constri como para aquele que simplesmente realiza manuteno de

equipamento mecnico (saber substituir um material por outro). Para tanto o

material dever ser avaliado sob dois aspectos fundamentais: suas qualidades

mecnicas e seus custos de matria - prima e de produo.

Tambm com o conhecimento das propriedades dos materiais que podemos

escolher os fatores de segurana e estes influem decisivamente na parte

econmica do projeto.

O nmero de materiais usados na construo mecnica elevadssimo,bastando dizer que s de aos existem vrias centenas de tipos.

Se considerarmos um automvel, por exemplo, veremos que o nmero de

materiais diferentes que o compem, ultrapassa uma centena. Como exemplo,

podemos citar que as vlvulas de admisso e escapamento so feitas

contendo silcio, cromo e nquel e a segunda pode ser de um ao especial

contendo silcio e cromo em percentagens diferentes. J nos motores de avio

as vlvulas de escapamento podem ser ocas e cheias de sdio ou mercrio. Aoestudarmos a classe dos materiais metlicos podemos dividi-los em dois

grupos distintos: ferrosos e no ferrosos.


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PROPRIEDADES FSICAS

a) Densidade ( )

a relao entre a massa de uma substncia e o volume ocupado pela

mesma.

= m /V ( Kg/m3)

b) Peso Especfico()

a relao do peso da substncia e o volume ocupado pela mesma.

= P / V = mg / V = .g ( N/ m3)

c) Condutividade Trmica (k)

Propriedade que possuem certos corpos de transmitir com maior ou menor

facilidade o calor.


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Tabela 1.1 Condutividade trmica e densidade de certos metais a 20C

Elemento Condutividade trmica (W/mK) Densidade (Kg/ m3

)Alumnio 236 2702Cobre 399 8933Ouro 316 19300Ferro 81,1 7870Mangans 7,78 7290Molibdnio 138 10240Nquel 91 8900Mercrio --------- 13546Platina 71,4 21450Bronze --------- 8800

d) Condutividade eltrica

Propriedade que possuem certos corpos de transmitir com maior ou

menor facilidade a corrente eltrica. A condutividade est relacionada com a

resistividade, ou seja, quanto menor for a resistividade de um material, menor a

sua resistncia eltrica.

Tabela 1.2 Resistividade de alguns materiais a 20C

Material Resistividade (m)Prata 1,6 x10-

Cobre 1,7 x10- Alumnio 2,7 x10-8Ferro 10 x10-8Nquel-cromo 150 x10-8Semicondutores 10-1a 104Isolantes 1011a 1018

PROPRIEDADES TECNOLGICAS

a) Maleabilidade

Propriedade do material de ser deformado permanentemente, pela

compresso, sem se romper, ou seja, a possibilidade de ser laminado ou

amassado.


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b) Ductilidade

Propriedade do material de ser deformado permanentemente, pelatrao, sem se romper, ou seja, a possibilidade de ser estirado ou trefilado.

c) Soldabilidade

Capacidade do material de ser soldado (rejuntado) por caldeamento

(compresso a quente das partes a serem unidas, sem utilizao de material

auxiliar). Materiais de baixa caldeabilidade s podem ser soldados atravs de

eletrodos especiais.

A soldabilidade depende do tempo em que o metal permanece num estado

slido plstico, sob o efeito do calor produzido pela ao soldante. O metal

ou liga que passar instantaneamente do estado slido para o lquido

dificilmente soldvel. (Ex.: ferro fundido).

d) Temperabilidade

Propriedade que certos metais possuem de modificarem a sua estrutura

cristalina aps um aquecimento prolongado seguido de resfriamento brusco.

e) Usinabilidade

Capacidade do material apresentar maior ou menor resistncia de ser

usinado (cortado, desbastado, furado, etc.) pela ao de uma ferramenta de

corte. Podemos relaciona-la tambm com a vida da ferramenta de corte, ou

com a energia ou tempo necessrio ara removermos certa quantidade de

material. Os graus de usinabilidade dos diferentes aos so estabelecidos em

funo do ao de CORTE LIVRE SAE 1112 que tido como o de 100% de

usinabilidade.

Por exemplo, se disser que a usinabilidade de ao SAE 1070 de 45 %,

significa que na usinagem deste ao, o rendimento de 45% em relao ao do

ao SAE 1112.


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Os fatores envolvidos nessas propriedades so entre outros:

Natureza do material sob usinagem

Natureza do material da ferramenta

Forma da ferramenta

Condies de corte: velocidade, avano, profundidade de corte

Natureza da operao de corte: torneamento, frezamento, etc.

Natureza do corte: contnua ou interrompido

Condies da mquina operatriz

RefrigeraoDevido a necessidade de termos um custo cada vez mais baixo na

indstria, para reduzirmos os custos em uma produo em massa, a

usinabilidade uma propriedade de grande interesse e assim, temos uma srie

de profissionais estudando mtodos de melhorarmos a usinabilidade dos

materiais. Podemos assim melhorar a usinabilidade dos materiais basicamente

por dois mtodos:

Modificao do desenho da ferramenta

Alterao da sua estrutura

PROPRIEDADES MECNICAS

a) Plasticidade

Propriedade do material de suportar uma deformao permanente semse romper. A plasticidade tem grande importncia nas operaes de

dobramento, estampagem e extruso. O material quando submetido a um

esforo sofre uma deformao permanente, e s se rompe quando a tenso

aplicada ao material ultrapassa a tenso mxima.

A plasticidade influenciada pelo calor ( ao ao rubro torna-se bastante

plstico).


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O inverso da plasticidade a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um

material dito frgil ou quebradio quando o mesmo ao romper-se apresenta

uma pequena deformao.

A plasticidade pode ser subdividida em:

Maleabilidade

Ductilidade

b) Tenacidade

A tenacidade mede a capacidade que o material tem de absorverenergias at fratur-lo incluindo a deformao elstica e plstica quando essa

energia absorvida progressivamente. Para que um material seja tenaz, ele

deve exibir tanto resistncia como ductilidade.

c) Elasticidade

a propriedade do material, cuja deformao causada por uma tenso,

desaparece quando esta deixa de agir. Em termos de engenharia, o maior

interesse concentra-se mais na tenso do que na deformao, e esta a razo

porque se registra, para os dados tcnicos de elasticidade o valor da tenso

que representa o limite de elasticidade. Ex.: ao para molas.

d) Dureza

Propriedade do material de se opor penetrao de outro material.

Quando aumentamos a dureza de um material aumentamos a sua resistnciamecnica e sua fragilidade, diminuindo a sua ductilidade.

Na prtica, representa duas coisa importantes:

resistncia ao desgaste

resistncia a deformao ( ou conformao)

Por esta razo, os materiais mais duros so usados na fabricao de

peas sujeitas a maiores esforos, atrito constante, etc., enquanto os materiais


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Condies de trabalho, podendo ser subdivididas em:

solicitaes mecnicas

local de trabalho do material

Assim, uma pea que vai ser submetida a um esforo de trao, no poder

ser feita de um material de pequena resistncia trao, como por exemplo de

ferro fundido comum. Na indstria de laticnios os materiais empregados so

resistentes corroso como por exemplo o ao inoxidvel.

Disponibilidade de material: para se escolher um material ele

deve ser disponvel em quantidade necessria e tambm quando desejado

para reposio de peas. A escolha do material no deve ser feita apenas em

livros, mas sim nos catlogos de fabricantes.

Custo: por custo entendemos no s o material em bruto como

tambm o dos processos de fabricao, isto , o custo total, isto porque um

material pode ter preo reduzido mais implicar em processo de fabricao

dispendioso.

Aparncia: a aparncia importante quando o produto se destina

ao grande pblico. Assim uma pea de alumnio anodizado agradvel a vista

(tampos de panelas, etc.). J para uma pea estrutural que est escondida, aaparncia no to importante.

em virtude da aparncia que se usa niquelados, cromados,

materiais plsticos coloridos, oxidados (armas, ferramentas), partes esmaltadas

(porcelanizadas), fundio sob presso (zamak, plsticos).


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Adaptabilidade para os processos de produo: certos

materiais se prestam melhor que outro para determinados processos de

fabricao incluindo ou no tratamentos trmicos, e assim dependendo do

equipamento que dispomos somos conduzidos a escolha de certos materiais

(sapatas de freio de chapas de ao estampadas e soldadas por pontos em

lugar de liga de alumnio fundida).

Forma da pea: em certos casos a forma da pea condiciona o

processo de fabricao e dessa maneira influi indiretamente na escolha do

material.

o caso de um bloco de motor, cujo processo normal de

fabricao a fundio. J grandes motores diesel possuem o bloco fabricado

a partir de chapas grossas e perfilados soldados.


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AULA2SIDERURGIA E METALURGIANormalmente os metais quando encontrados na natureza no esto

prontos para o uso, mas sim fazendo parte da composio de minerais

denominados minrios. Tomemos como exemplo o metal alumnio, na sua

utilizao nos produtos comerciais ele se encontra na forma de substncia

simples. chamado de alumnio metlico e representado por Al. Essa

substncia simples no encontrada na natureza, mas sim se encontra esse

elemento combinado com outros, nas chamadas substncias compostas. O

termo mineral relaciona toda substncia natural presente na crosta terrestre. As

rochas so agregados naturais formados por um ou mais minerais. Assim

pode-se dizer que o elemento qumico alumnio encontrado em substncias

compostas denominadas de minerais, que por sua vez esto presentes em

rochas. Na tabela 2.1 so dados os metais mais importantes e alguns de seus

minrios.


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Tabela 2.1 Metais e seus minrios

Metal Frmula do minrio Nome do minrioOuro Au Ocorre no combinado

Platina Pt Ocorre no combinado

Mercrio HgS

Hg

Cinbrio

Ocorre no combinado (raramente)

Prata Ag2S

Ag

Argentita

Corre tambm no combinada

Cobre Cu2S

CuS.FeS

Cu

Calcosita

Calcopirita

Ocorre tambm no combinado

Zinco ZnS Blenda ou esfaleritaNquel FeS.NiS Pentlandita

Chumbo PbS Galena

Estanho SnO2 Cassiterita

Mangans MnO2 Pirolusita

Cromo FeO.Cr2O3 Cromita

Ferro Fe2O3Fe3O4FeCO3

Hematita

Magnetita

Siderita

Alumnio Al2O3 Bauxita

Figura 2.1 A Hematita


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Figura 2.2 A Siderita

Histria do ferro

A revoluo industrial, iniciada na Gr-Bretanha no fim do sculo XVIII,

representou a transio da sociedade agrria e txtil para a sociedade

industrial, que se baseava no carbono, como combustvel, e no ferro, como

matria-prima fundamental para a fabricao das mquinas. Conhecido desde

os tempos pr-histricos, o metal da nome a idade do ferro, perodo histrico

que sucedeu a idade do bronze. Pertencente ao grupo dos metais de transio,

o ferro o quarto elemento qumico em abundncia na crosta terrestre. Na

natureza, apresenta-se principalmente combinado com o oxignio em forma de

xidos como mostra a tabela 1.1.O minrio de ferro, fundido, tem mltiplas

aplicaes e grande utilidade industrial.

Quando puro, o ferro um metal branco-cinzento brilhante. Caracteriza-

se pela grande ductibilidade, que permite transform-lo em fios e arames, e

maleabilidade, que facilita a fabricao de folhas laminares. Entre suas

propriedades fsicas destaca-se o magnetismo, que o torna um timo material

para fabricar ms. Quanto s propriedades qumicas, o ferro inaltervel, em

temperatura normal, quando exposto ao ar seco. Submetido ao ar mido, o

ferro metlico sofre oxidao e se transforma lentamente em ferrugem (xido

de ferro), o que pode ser evitado se o ferro for revestido de metal mais


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resistente corroso, como zinco (ferro galvanizado), estanho (folha-de-

flandres) ou cromo (ferro cromado). O ferro atacado facilmente por cidos.

As ligas do tipo ferro-carbono podem ser classificadas em quatro grupos

distintos: (1) ao doce, liga que contm menos de 0,06% de carbono e cuja

estrutura essencialmente ferrosa; (2) aos, ligas com contedo de carbono

entre 0,06% e 2%, que se subdividem em aos ao carbono, aos-ligas e aos

especiais ou aos finos; (3) ferro fundido, liga que contm mais de dois por

cento de carbono, em geral de reduzida ductibilidade e maleabilidade, utilizada

na fabricao de peas moldadas e tubos. No ao, a dureza est na razo

direta da percentagem de carbono na liga.

.

Metalurgia

Metalurgia o processo bsico de obteno dos metais na natureza.

Esse processo dado atravs de uma seqncia que comea no solo (lavra)passando pela moagem e purificao do minrio e logo em seguida

dependendo do metal, sofrer o processo de reduo que normalmente se

d dentro de alto fornos. Aps a said do alto forno o metal purificado

novamente para finalmente ser beneficiado obtendo assim o produto

desejado. O princpio de obteno do metal se baseia na reduo de algum

elemento para que esse metal no oxide. Logo, ao se retirar o minrio da

natureza, esse, se no passar pelo processo metalrgico dependendo do

tipo de metal, sofrer corroso imediata no servindo assim para fins

industriais. A corroso portanto um processo natural que tende a oxidar os

metais; exatamente o oposto da metalurgia, que visa reduzi-los. Os diversos

metais conhecidos apresentam diferentes tendncias para sofrer corroso.


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Exemplo:

Quanto maior a tendncia de um metal de sofrer corroso, maior a

dificuldade para obt-lo a partir do minrio, atravs de sua reduo.

Aps a obteno do minrio de ferro pelo processo de lavra, moagem e

purificao, ele introduzido juntamente com outros materiais no alto forno,

local onde ocorrer o processo de reduo.

Figura 2.3 O processo de lavra


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Figura 2.4 Moagem e purificao

Alto forno

O alto forno um aparelho de grandes propores com uma altura que

pode chegar aos 25 metros e 9metros de dimetro na sua base maior. Ele

revestido internamente por uma parede de tijolos refratrios de espessura de0,5 metros. O volume interno da ordem de 1000m3.

So basicamente trs os ingredientes que so dispostos no alto forno:

O minrio de ferro, isto , a substncia que contm o xido de ferro.

O calcrio (rocha base de carbonato de clcio) para remover impurezas.

O coque, que o agente combustvel e redutor. Coque normalmenteproduzido na prpria siderrgica, atravs da queima parcial do carvo mineral.

Isto necessrio para remover o material voltil do carvo e, assim, aumentar

sua resistncia mecnica de forma a suportar a carga de minrio e calcrio.


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Figura 2.5 Alto Forno convencional

As reaes qumicas principais que ocorrem so:

Formao do monxido de carbono a partir do carvo e do oxignio

C(s) + O2 CO2(g)

CO2(g)+ C(s) 2CO(g)

Formao do ferro a partir da hematita e do monxido de carbono

produzido anteriormente


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Fe2O3(s)+ 3CO(g) 2Fe(l) + 3CO2 (g)

Nmero de oxidao do Fe2O3(s): 3+ e 2-

Nmero de oxidao do CO(g) : 2+ e 2-

Nmero de oxidao do F: 0

Nmero de oxidao do CO2 (g): 4+ e 2-

Nessa reao o Fe reduziu ( diminui o nox) de 3+ para 0 e o CO oxidou

(aumentou o nox) de 2+ para 4+.

Formao da escria a partir do calcrio e da slica que acompanha ominrio de ferro

CaCO3(s) CaO(s) + CO2 (g)

CaO(s) + SiO2(s) CaSiO(l)

Periodicamente so retirados do alto forno a escria e o gusa. O gusa

uma liga F-C que contm entre 3,5% e 4,5% de carbono, um material muito

duro mas ao mesmo tempo frgil. A escria constituda de silicato de clcio,

utilizada em pavimentao e na fabricao de cimento e adubo. O gusa no

pode ser utilizado comercialmente devido suas baixas qualidades como a

ductilidade ou a maleabilidade. Sendo assim necessrio obter um material

que possua alm de dureza tambm outras propriedades importantes como

ductilidade, maleabilidade, tenacidade e flexibilidade. Para isso preciso que o

gusa sofra uma drstica reduo de carbono, essa diminuio feita nos

conversores a oxignio onde o gusa sofre uma reao com o oxignio que

produz CO e CO2. Quando o produto contiver entre 0,005% e 2% de carbono

pode ser denominado de ao.

gangaescria


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Pela tabela 2.1 percebe-se porque alguns metais so mais fceis de obter nanatureza e outros no.

Tabela 2.1 Potenciais de reduo de alguns elementos

ElementosPotencial


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Tabela 2.3 Principais pases produtores de ferro

Pas Reservas deminrio de

ferro(KT/m3)

Produo de ferro eao bruto (KT/m3)

EUA 23000 67656China 53600 37160

Polnia 15 14142Alemanha 387 35880

frica do Sul 15370 8383Frana 6200 18402Brasil 81559 7680Itlia 2 24188Peru 4403 274

Venezuela 7258 2206

O Brasil conta com pequenas reservas de carvo mineral nos estados de

So Paulo, Rio Grande do Sul e Santa Catarina. No entanto, esse carvo

considerado de m qualidade para uso siderrgico, devido a sua alta

porcentagem de cinzas e enxofre, que alm de reduzir o poder calorfico do

carvo, tambm influi nas caractersticas do ao. Entretanto essa m qualidade

tambm decorrncia do fato de os alto-fornos brasileiros serem cpias dos

estrangeiros, construdos para utilizao de carvo com caractersticas

diferentes. As grandes siderrgicas brasileiras, como a CSN, USIMINAS E

COSIPA utilizam carvo mineral proveniente de Santa Catarina. Este carvo

possui um poder calorfico em torno de 500 Kcal/Kg ( 20900 KJ/Kg), enquanto

o carvo estrangeiro da ordem de 8000 Kcal/Kg (33440 KJ/Kg). A produo

de ferro gusa nas siderrgicas acompanhada a cada corrida, atravs de

boletins de produo. Nesses boletins so registrados as massas de matrias-

primas empregadas e as de produtos obtidos. A produo mundial atualmente

de carvo metalrgico gira em torno de 2 bilhes de toneladas, sendo a China

o maior produtor, com um volume de 1,1 bilho de toneladas por ano. A

Austrlia, segundo maior produtor, com 400 milhes de toneladas, o maior

exportador e tambm um dos principais fornecedores das siderrgicas

brasileiras. O preo do carvo hoje, est em torno de US$ 125 a tonelada,

representando entre 40% e 50% do custo de produo de ao lquido.


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Tabela 2.4 Boletim de produo

Carga do alto-forno(T)

Ferro gusa (T) Escria (T)

Minrio 66Carvo 36,4Calcrio 3,2

40,0 12,4

O processamento do minrio de ferro pode ser representado pela

equao global:

2Fe2O3(s) + 6C(s)+ 3O2(g) 4Fe(s) + 6CO2 (g)+ energia

2x160g 6x 12g 3x2x16g 4x 56g 6x 44g

320g de 72g de 96g de 224g de ferro 264g de dixido

xido carbono oxignio de carbono

de ferro III

320 g de ferro III produzem 224 g de ferro

Pela tabela 2.4 sabe-se que a partir de 66T de minrio de ferro so

obtidas 40T de ferro gusa. A quantidade de ferro gusa prevista bem diferente

da real. Pela equao qumica anterior temos:

320g de Fe2O3(s) produzem 224g de Fe

66x106g de Fe2O3(s) devem produzir xg de Fe

x = 66x106g / 320 = 46,2 x106g = 46,2 T de Fe

Como a quantidade real obtida foi de 40 T, o rendimento do processoser

46,2 T ----- 100%

40 T ------ rendimento


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rendimento = 40/ 46,2 x100 = 86%

ou seja, o rendimento de um processo dado pela expresso

rendimento = massa de produto obtida / massa de produto esperada x 100

No caso do minrio de ferro brasileiro, o grau de pureza da hematita

cerca de 86,57%. Isso significa que em cada 100 partes da massa de qualquer

amostra desse minrio, 86,57 partes so constitudas por xido de ferro III. As

13,43 partes restantes correspondem ganga. Considerando os dados do

boletim de produo, quando se carrega o alto forno com 66 T de minrio,

apenas 57,14 vo se transformar em ferro, as 8,86 T restantes daro origem

escria. Isto confirmado pelo seguinte clculo

100 T do minrio correspondem 86,57 T de hematita

66 T do minrio ---------------- x ( quantidade real de hematita)

Retornando-se a Eq. global da produo de ferro

2Fe2O3(s) + 6C(s) + 3O2(g) 4Fe(s) + 6CO2 (g)

Pode-se calcular qual a massa de ferro produzida quando se usa 66 T deminrio cuja pureza de 86,57% de minrio de ferro.

320x 106

T produzem 224 x106

T57,14 T --------------- x

x = 39,99 T de ferro ( aproximadamente 40T ), exatamente como mostra oboletim de produo.


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Combustveis

a partir da combusto que o homem tem obtido a maior parte da

energia que ele necessita. Para isso, necessrio um dos elementos principais

para obter essa energia, isto , o combustvel. lcool, gasolina, leo diesel,

lenha, carvo mineral, gs liquefeito de petrleo e querosene so exemplos de

combustveis atualmente utilizados em diferentes setores da atividade humana.

Considera-se combustocomo sendo a transformao qumica que envolve a

queima de um material combustvel em presena de um comburente

(geralmente o oxignio), sendo frequentemente utilizados com o objetivo deobter energia na forma de calor. No entanto, a produo de calor, embora

necessria, no condio suficiente para que um material seja considerado

um bom combustvel. Alm da capacidade de liberar calor, o combustvel deve

apresentar tambm certas caractersticas que garantam um bom desempenho

durante a sua queima. Uma dessas caractersticas a volatilidade ou

facilidade de evaporao. O lcool e a gasolina, por apresentarem essa

facilidade so utilizados em motores de exploso. devido a maior volatilidadeda gasolina que, nos carros movidos s custas desse combustvel, a partida

mais rpida do que nos carros movidos a lcool. Um outro aspecto a ser

considerado na avaliao de um combustvel, refere-se a sua inflamabilidade.

Todo combustvel tem uma temperatura de inflamao determinada,

temperatura em que a evaporao se d em proporo suficiente para o

combustvel inflamar-se e manter a queima contnua. Essa temperatura

alcanada atravs do fornecimento de uma energia inicial que o aquece,elevando sua temperatura at a temperatura de inflamao. Desse modo, a

combusto se inicia de modo endotrmico e prossegue desenvolvendo calor.

Um dos aspectos a considerar na escolha de um combustvel a sua

eficincia, avaliada em relao quantidade de calor que capaz de produzir.

A quantidade de calor liberada por unidade de massa (ou de volume) do

material combustvel indicada como seu poder calorfico, que expresso em

Kcal/Kg ou KJ/Kg.


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Tabela 2.5 Poder calorfico de alguns combustveis

Combustvel Poder calorfico emKJ/Kg e emKcal/Kg

GLP 49030 11730Gasolina isenta de lcool 46900 11220

Gasolina com 20% delcool

40546 9700

Querosene 45144 10800leo Diesel 44851 10730

Carvo metalrgiconacional

28424 6800

Gs canalizado 17974 4300

Lenha 10550 2524Etanol 29636 7090

lcool combustvel 27200 6507Metanol 22200 5311Metano 53922 12900Propano 49951 11950Butano 49324 11800

Acetileno 40964 9800Hidrognio 120802 28900

Carvo mineral

O carvo mineral uma mistura de compostos ricos em carbono e ocorre

na crosta terrestre, resultante da fossilizao da madeira. A madeira formada

por carbono, oxignio e hidrognio, na fossilizao, o hidrognio e o oxignio

so eliminados na forma de gs carbnico, metano e gua. Assim, o resduo

carvo mineral vai se enriquecendo e se transformando em carbono ao passar

do tempo. A hulha uma variedade de carvo mineral que apresenta,

aproximadamente, 80% de carbono que quando aquecida entre 1000 e

1300C, na presena de corrente de ar obtm-se trs tipos de fraes:

Frao gasosa:

Obteno de combustveis domsticos e muito utilizada antigamente nailuminao de ruas (lampio a gs).


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Frao lquida:

Aqui obtido o benzeno, tolueno, xileno, naftaleno, etc.Frao slida:

Fase em que se obtm o carvo coque utilizado na obteno do ao.

Produtos siderrgicos

AS LIGAS FERRO-CARBONO

So as que apresentam em sua composio os elementos normais (

carbono, silcio, mangans, enxofre, e fsforo).

AS LIGAS FERRO-CARBONO ESPECIAIS

So as que apresentam em sua composio elementos diferentes dos

comumente apresentados nas ligas comuns. Para estudarmos a classificao

das ligas de ferro carbono comuns devemos considerar os seguintes aspectos:

O aumento do teor de carbono baixa o ponto de fuso da liga ferro-carbono.

As lidas de ferro-carbono que contm carbono na porcentagemcompreendida entre 0,005 e 1,7% so maleveis e tem o nome de

ao. As ligas especiais apresentam essa propriedade com teores de

carbono at 2%.

A partir de 2% o produto perde sua maleabilidade e recebe o nome deno malevel.

O produto no malevel pode tornar-se malevel se retirarmos oexcesso de carbono do mesmo. O material resultante denominadomaleabilizado.

Resumidamente temos de acordo com o teor de carbono:


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O ferro gusa um produto bruto. As suas propriedades no permitem o

emprego industrial direto, o gusa duro, frgil, no malevel, porm fundvel,

contendo sempre doses de substncias estranhas como o silcio, fsforo,

enxofre, mangans, etc. Ao quebrarmos um lingote de gusa a fratura pode se

apresentar branca (prateada) ou cinza. Quando h predominncia de cementita

(Fe3C) o gusa chamado branco, sendo duro, frgil, ponto de fuso entre 1100

e 1300C e quando h predominncia de grafita a fratura cinza escuro e o

gusa cinzento. menos duro que o gusa branco, ponto de fuso entre 1200 e

1250C.

A formao da grafita favorecida pelo silcio, isto , o gusa cinzento

contm sempre um certo teor de silcio, enquanto o mangans tem o efeito de

favorecer a formao da cementita. A eliminao completa do fsforo e

enxofre, substncias nocivas, praticamente impossvel; o teor mximo

admissvel no gusa para o mesmo servir fundio de 0,15% de enxofre e de

1,0% de fsforo.

Ferro fundido

O ferro fundido o produto da refuso do gusa, levada a efeito paratorn-lo mais homogneo, acertando ao mesmo tempo a sua composio para

aplicaes determinadas. um produto muito usado na indstria por possuir:

Baixo custo.

Boa capacidade de absorver vibraes.

Boa capacidade de resistir fadiga e concentraes de tenses.

Alta resistncia compresso e ao desgaste.


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Boas caractersticas no que se refere fundio possibilitando aobteno de peas. De formatos bastante complexos.

Quanto a sua constituio o ferro fundido pode ser branco, cinzento,

nodular e malevel. A composio qumica de um ferro fundido geralmente a

seguinte:

Carbono total: 3 a 4,5%

Silcio: 1 a 2%

Mangans: at 0,7%

Enxofre: at 0,1%

Fsforo: 0,6% a 0,8%

O carbono total a soma do carbono combinado na cementita e do

carbono graftico. O ferro fundido cinzentopossui uma dureza reduzida e em

vista da grafita pode ser usinado com facilidade. A usinagem geralmente feita

a seco. O ferro fundido branco duro e no usinvel. Contm 2 a 4% de

carbono, sob a forma combinada. Ele principalmente usado para a fabricao

do ferro malevel e para a moldagem de um nmero limitado de peas em quese deseja como caractersticas principais uma extrema dureza e alta

resistncia ao desgaste.

O ferro fundido nodular obtido pelo acrscimo de pequenas quantidades de

magnsio ou csio (meio quilo por tonelada aproximadamente) aqui a grafita

aparece sob a forma de ndulos ou esferas e se distribui mais uniformemente

por todo o material, dando uma material muito resistente e altamente dctil. No

caso dele possuir nquel (at 3,5%) ele se torna altamente resistente

corroso(inoxidvel). Caractersticas do ferro nodular:

Alta tenacidade

Alta fluidez

Excelente resistncia ao desgaste

Excelente soldabilidade

Maior usinabilidade que o ferro fundido cinzento


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Tempervel

Sistema de classificao

O sistema de classificao dos aos varia de acordo com o tipo de ferro

fundido em funo das suas faixas de composio qumica, de acordo com a

tabela 2.6

Tabela 2.6

Tipo C Si Mn P SCinzento 2,54,0 % 1,03,0 % 0,21,0 % 0,0021,0 % 0,020,25 %Dctil 3,04,0 % 1,82,8 % 0,11,0 % 0,010,1 % 0,010,03 %Branco 1,83,6 % 0,51,9 % 0,250,8 % 0,060,2 % 0,060,2 %Malevel 2,22,9% 0,91,9 % 0,151,2 % 0,020,2 % 0,020,2%

Aplicaes

Ferro fundido cinzento

Este material frgil e quebradio devido a sua microestrutura, no

servindo muito bem a aplicaes que requeiram elevada resistncia trao.

Sua resistncia e ductilidade so maiores sob compresso, alm de terem

excelentes capacidades de amortecimento de vibraes e elevada resistncia

ao desgaste mecnico. So aplicados como componente estrutural de

mquinas e equipamentos pesados sujeitos vibrao, peas fundidas de

vrios tipos que no necessitam de elevada resistncia mecnica, pequenos

blocos cilndricos, pistes, cilindros, discos de embreagem e peas fundidas de

motores a diesel.


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Ferro fundido dctil

Sua estrutura nodular confere maiores resistncia mecnica e ductilidadeao material, aproximando suas caractersticas das do ao. Suas aplicaes

incluem vlvulas carcaa de bombas, virabrequins, engrenagens, pinhes,

cilindros e outros componentes de mquinas e automveis.

Ferro fundido branco

Extremamente duro e frgil, chegando a ser inadequado para a usinagem

em alguns momentos. Sua aplicao restrita aos casos em que durezaelevada e resistncia ao desgaste so necessrias, como nos cilindros de

laminao. O ferro fundido branco, geralmente, utilizado como um processo

intermedirio na produo do ferro fundido malevel.

Ferro fundido malevel

Produto da transformao do ferro fundido branco aps tratamentotrmico em temperatura e atmosfera adequada. Apresenta caractersticas de

elevada resistncia mecnica e considerveis ductilidade e maleabilidade.

aplicvel tanto em temperaturas normais quanto mais elevadas. Flanges,

conexes para tubos, peas para vlvulas ferrovirias e navais, e outras peas

para indstria pesada so algumas das aplicaes tpicas do ferro fundido

malevel

Estrutura Cristalina

Os metais quando solidificam eles cristalizam, ou seja, os seus tomos

que no estado lquido, estavam se movimentando mais livremente e sem

nenhuma organizao, agora esto localizados em posies relativamente

definidas e ordenadas, que se repetem em trs dimenses, formando uma

figura geomtrica que o cristal. Existem sete sistemas cristalinos: triclnico,

monoclnico, ortormbico, hexagonal, trigonal, tetragonal e cbico. De acordo


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com a disposio dos tomos, originam-se desses sistemas 14 possveis

distribuies de acordo com o tipo de metal e suas respectivas temperaturas e

presso. Essas distribuies dos tomos chamada de reticulados ou redes.

Tabela 2.7 Raios atmicos e estruturas cristalinas para alguns metais

Metal Estruturacristalina

Raioatmico

(nm)

Metal Estruturacritalina

Raioatmico

(nm)Alumnio CFC 0,1431 Molibdnio CCC 0,1363Cdmio HC 0,1490 Nquel CFC 0,1246

Cromo CCC 0,1249 Platina CFC 0,1387Cobalto HC 0,1253 Prata CFC 0,1445Cobre CFC 0,1278 Titnio HC 0,1445Ouro CFC 0,1442 Tungstnio CCC 0,1371Ferro CCC 0,1241 Zinco HC 0,1332Chumbo CFC 0,1750

CLULAS UNITRIAS

As clulas unitrias so pequenos volumes que representam a disposio

geomtrica dos tomos, como o modelo atmico repetido indefinidamente,

torna-se conveniente subdividir a rede cristalina em clulas unitrias. A

distncia repetida chamada de parmetro cristalino, dita o tamanho de uma

clula unitria, tambm a dimenso da aresta da clula unitria.


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Figura 2.7 Parmetro cristalino (Pc)

Exemplo 1:

A clula unitria do cromo cbica e contm dois tomos. Determine o

parmetro cristalino para o cromo.

SOLUO

Consultando a tabela peridica obtemos a massa atmica do Cr = 52 U e a

massa molar = 52g. a densidade do cromo : 7,20g/cm3.

A massa por clula unitria = 2 . 52g / 6,02 x1023 = 172,76x10-24g

Mas, Densidade = massa / volume

Volume = massa / densidade = 172,76 x10-24g / 7,20x106g/m3 = 23,994x10-30 m3

Volume do cubo = aresta3

Ento a aresta ou o parmetro cristalino = 0,2884 x10-9 m ou 0,2884 nm

Um conjunto de clulas unitrias forma o cristal com contornos geomtricos,

onde ao adquirir os contornos irregulares pelo seu crescimento passa a

chamar-se gro.


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Figura 2.8 Estrutura cristalina granular

Cada gro constitudo de milhares de clulas unitrias, estas por sua

vez, consistem em grupos de tomos dispostos em posies fixas, formando

figuras geomtricas como foi indicado na figura 2.8.

ALOTROPIA

Alotropia ou polimorfismo a propriedade de certos metais, apresentam

reticulados cristalinos diferentes, conforme a variao da temperatura. Como

exemplo temos o ferro que no estado slido e temperatura ambiente apresenta

uma grade cbica centrada no espao, essa denominao chamada de cubo

de corpo centrado.


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Figura 2.9 Cubo de corpo centrado

Aquecendo-se o ferro a 910C os tomos mudam de posio e o conjunto semodifica e a grade anterior se transforma em grade cbica de face centrada.

Figura 2.10 Cubo de face centrada


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Continuando o aquecimento at 1390C, o cubo de face centrada

transforma-se novamente em cubo de corpo centrado. Podemos resumir essas

transformaes de acordo com a tabela 2.8

Tabela 2.8 Transformaes alotrpicas do ferro

Modificao Estrutura cristalina Faixa de estabilidade(C)Alfa CCC At 910Gama CFC 910-1390Delta CCC 1390-1535

RETICULADOS CBICOS

Numa rede cristalina de cubos de corpo centrado, cada tomo dos

vrtices repartido com os sete outros vrtices dos cubos vizinhos, possuindo

cada vrtice somente 1/8 de tomo, ou seja, 8. 1/8 + 1(tomo do centro) = 2

tomos por clula unitria.


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Figura 2.11 2 tomos por clula unitria

J na rede de cubos de faces centradas, cada cristal possui 1/8 de tomo

em cada vrtice e meio tomo no centro de cada face. Os tomos das faces

so repartidos com as faces adjacentes. 8.1/8 + 6.1/2 = 4 tomos.

Figura 2.12 4 tomos por clula unitria

Exemplo 2

Calcule o volume de uma clula unitria CFC em termos do raio atmico R


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Exemplo 4

Demonstre que o fator de empacotamento atmico para a estrutura cristalinaCFC de 0,74.

SOLUO

O volume de uma esfera 33

4R , e uma vez que existem quatro tomos por

clula unitria CFC, o volume total dos tomos (ou esferas)

4 33

4R = 3

3

16R e de acordo com o exemplo 2, o volume total da clula unitria

16R3 2 , portanto, o fator de empacotamento atmico

FEA =216

)3

16(

3

3

R

R

= 0,74

DEFEITOS DOS CRISTAIS

Os defeitos nos cristais podem ser causados pela sua arrumao durante

o seu crescimento, por vibrao, vazios ou lacunas etc. Consideremos at

nesse momento a rede cristalina como um empilhamento perfeitamente

simtrico, mas, na realidade, os metais no so perfeitos. Do ponto de vista

geomtrico podemos classificar os defeitos das redes cristalinas em

Defeitos de ponto

Defeitos de linha

Defeitos de superfcies

Os defeitos pontuais podem ser


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Lacunas pontuais: a mais simples, normalmente ocorre quando falta

um tomo no reticulado normal.

Figura 2.13 Lacuna

tomos intersticiais: um tomo preso numa posio intermediriadentro do reticulado cristalino.

Figura 2.14 tomos intersticiais

Defeito de linha a discordncia, que o acmulo de vrios tomos numa

mesma linha com o mesmo tipo de defeito. J os defeitos de superfcies

aparecem geralmente nos contornos dos gros ou junes dos cristais.

DEFEITOS DURANTE A SOLIDIFICAO DOS METAIS

-Bolhas: vazios oriundos de gases dissolvidos no lquido e que ficaramretidos no lingote fundido. Para se evitar as bolhas utilizam-se, desoxidantes.Ex: Fe-Si, Fe-Mn, que evitam a formao de CO ou CO2, pois se combinamcom o O2.


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-Trincas: so ocasionadas pelas tenses excessivas que se desenvolvemdurante o resfriamento ou ainda devido ao formato desigual das peas,

impedindo o resfriamento uniforme.

-Segregao: ao solidificar um metal, as impurezas como: fsforo eenxofre, no so to solveis no estado slido como no lquido, portanto sorepelidas para o lquido quando a solidificao se propaga. A solidificaocominha da periferia para o centro, portanto no centro que as impurezas seacumulam, esse fenmeno denominado segregao.

-Rechupe: a solidificao de um metal se inicia pelas partes que esto emcontato com as paredes do molde ou na parte superior, onde o metal est

exposto ao ar. O metal ao passar do estado lquido para o slido diminui seuvolume, portanto aparecer uma regio central no lingote ou pea que sechama rechupe.

DEFORMAO PLSTICA DOS METAIS

A deformao plstica acarreta uma mudana de lugar permanente dos

tomos da rede cristalina. Com a interrupo das tenses, os tomos da rede

cristalina no retornam as suas distncias interatmicas normais, ou seja, no

voltam as suas posies de origem. Dois mecanismos estruturais bsicos

podem estar presentes no cristal durante o processo de deformao plstica:

escorregamento e maclao.

No escorregamento uma parte do cristal move-se em relao a outra

parte, segundo determinados planos e direes. Na maclao uma parte do

cristal inclina-se em relao a outra parte a partir de um plano limite das duas

partes. O principal mecanismo de deformao plstica, contudo, o de

escorregamento provocado pela movimentao de discordncias.


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Figura 2.15 Escorregamento e maclao

A presena de contornos de gro interfere no comportamento dos metais

quando sujeitos a deformao. Assim sendo nos metais policristalinos, como

ocorre geralmente, o tamanho de gro um dos fatores importantes a

considerar na sua deformao plstica, assim como nas suas propriedades

mecnicas. A deformao quando aplicada nos metais policristalinos, ocorre nointerior dos gros. Ao passar de um gro para outro, a orientao

cristalogrfica muda bruscamente.os gros que esto orientados em relao a

direo do esforo aplicado, deformam-se em primeiro lugar, em seguida

deformam-se os gros menos favoravelmente orientados. A deformao em

geral no se d atravs dos contornos dos gros, pode-se dizer assim que

esses contornos constituem uma regio de maior resistncia mecnica. Dessa


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forma podemos concluir que a medida que diminui o tamanho de gro,

aumenta a resistncia deformao mecnica.

DEFORMAO A FRIO E DEFORMAO A QUENTE

Costuma-se distinguir o trabalho mecnico a frio do trabalho mecnico a

quente, por uma temperatura indicada como temperatura de recristalizao,

que caracterstica de cada metal e definida como a menor temperatura na

qual uma estrutura deformada de um metal trabalhado a frio restaurada ou

substituda por uma estrutura nova, livre de tenses, aps a permanncia

nessa temperatura por um tempo determinado. O trabalho mecnico a frio ao

causar uma deformao plstica abaixo da temperatura de recristalizao

provoca o chamado encruamento cujos efeitos so traduzidos por uma

deformao da estrutura cristalina e modificao das propriedades mecnicas

do material, efeitos esses tanto mais intensos, quanto maior a intensidade do

esforo mecnico a frio. O material encruado tambm sofre uma diminuio da

condutibilidade eltrica ficando num estado de elevadas tenses internas

devido ao aumento do nmero de discordncias. Um metal no estado normal (

recozido) contm cerca de 106 a 108discordncias por centmetro quadrado,

enquanto que um metal severamente encruado contm cerca de 10 12

discordncias por centmetro quadrado.


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Tabela 2.8 Efeito do encruamento de alguns metais e ligas

As propriedades e a estrutura do metal alteradas pelo trabalho a frio

podem ser recuperadas ou devolvidas ao estado anterior ao encruamento

mediante um tratamento trmico de recristalizao ou recozimento. O principal

efeito da recuperao o alvio das tenses internas, restaurando-se ao

mesmo tempo certos caractersticos fsicos alterados, como a condutibilidade

eltrica que aumenta rapidamente.


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Tabela 2.9 Temperatura de recristalizao de alguns metais

Metal Temperatura de recristalizao (C) Temperatura de fuso (C)

Alumnio 150 660Magnsio 200 650

Prata 200 960Ouro 200 1063Cobre 200 1083Ferro 450 1536

Platina 450 1769Nquel 600 1450

Molibdnio 900 2610Tungstnio 1200 3410

Polimorfismo

Dois cristais so polimorfos quando possuem estruturas cristalinas

diferentes, mas a mesma composio.

Materiais no cristalinos (amorfos)

So aqueles nos quais os tomos no se repetem num arranjo em largasdistncias. Exemplos:

Vidro Gases


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QUESTES DO CAPTULO

1) O que metalurgia?

2) O que corroso?

3) Quem apresenta no estado natural, maior tendncia a sofrer oxidao,

o alumnio ou o ferro? Explique

4) Quais so as etapas de obteno do ferro?

5) O que Fe2O3?

6) Qual a finalidade do carvo no alto forno?

7) O que fazer reduzir um elemento qumico?

8) Quais so as principais impurezas que compem o ferro gusa?

9) Qual a caracterstica principal do ferro gusa?

10) O que ao?

11) Quais as principais propriedades mecnicas que o ao deve possuir?

12) O que ferro alfa?

13) O que ferro gama?

14) O que CCC e qual a sua faixa de estabilidade para o ferro puro?

15) A clula unitria do Fe cbica e contm 4 tomos. Determine o

parmetro cristalino do Fe em metros.

16) Qual a diferena do ferro fundido branco para o cinzento?

17) Quais so as reaes que ocorrem no alto forno?

18) O que encruamento?

19) Cite trs defeitos dos cristais

20) O que um material maleabilizado?

21) Quais so as vantagens do ferro fundido?

22) Cite quatro tipos de reticulados cristalinos

23) O que alotropia?

24) O que escorregamento e maclao?

25) Um material metlico passou por um processo de conformao a frio e

sofreu encruamento, como podemos melhorar a sua estrutura?


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AULA 3AO

Ao: liga Fe-C contendo geralmente de 0,008 at cerca de 2% de C (carbono),

alm de certos elementos residuais do processo, sendo um material tenaz, de

excelentes propriedades, de fcil trabalho, podendo tambm ser forjvel.

Principais influncias do carbono nas propriedade do ao:

Aumento da dureza

Aumenta o limite de resistncia e limite de escoamento

Reduo da ductilidade

Diminui a tenacidade

Diminuio do alongamento

Aumenta a temperabilidade (formao da martensita)

Dificulta a soldagem (endurecimento e trincas na solda e na

ZATzona afetada termicamentre)

AOS- CARBONO

So os aos resultantes de uma combinao qumica de ferro e carbono,

nas quais o teor de carbono varia entre 0,05 a 1,7%. Comumente tais aos

contm alm do Fe e C, outros elementos como o mangans, silcio, enxofre e

o fsforo que entram na composio em porcentagens pequenas e que so

considerados impurezas. Porm se o teor de mangans for superior a 1,65%

ou o do silcio acima de 0,60%, 0s aos sero classificados entre os de liga. As


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propriedades mecnicas dos aos- carbono variam quase que exclusivamente

em funo do teor de carbono existentes nas respectivas composies, pois,

quanto maior o teor deste, o ao se torna mais duro e resistente trao,

enquanto que diminui em tenacidade, alongamento e maleabilidade.

EFEITOS DOS ELEMENTOS COMPONENTES

Ferro (Fe): o elemento bsico da liga.

Carbono ( C): elemento determinativo dos aos-carbono. Mangans ( Mn): adicionado ao ao no curso de sua

produo siderrgica, como elemento desoxidante e

dessulfurizante, e a maior parte dele removida em forma de

escria, permanecendo na composio final um teor inferior a

1,65%.

Silcio (Si): todos os aos-carbono contm silcio em

proporo que varia de 0,05 a 0,30%, a qual constitui uma

impureza normal, no exercendo grandes influncias nas

propriedades dos aos.

Enxofre (S): tolerado nos aos um teor mnimo de

0,055% nos aos denominados de corte livre, em que esse

elemento adicionado at 0,35% para melhorar a usinabilidade

dos mesmos.

Fsforo (P): quando o teor ultrapassar certos limites, esse

elemento passa a constituir um dos componentes mais nocivos

para os aos, uma vez que os tornam frgeis e quebradios.

CLASSIFICA O DOS AOS-CARBONO

Comumente os aoscarbono so classificados, segundo o teor decarbono como indica a tabela 1.1


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Tabela1.1 Classificao dos aos-carbono

Carbono (%) DenominaoAt 0,15 Extra doce0,15 a 0,30 Doce0,30 a 0,40 Meio doce0,40 a 0,60 Meio duro0,60 a 0,70 Duro0,70 a 1,20 Extra duro1,20 a 1,70 Emprego especial

Os aos-carbono com teor de carbono superior a 0,30% adquirem

tmpera e at 0,30% podem ser endurecidos superficialmente atravs de um

tratamento especial denominado cementao. Com at 0,30% de carbono eles

so encontrados comercialmente em forma de chapas, fios, vergalhes,

perfilados e tubos. Com mais de 0,30% de carbono os aos so fornecidos em

forma de barras ( circulares, sextavadas, quadradas, retangulares).


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EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA

Nquel: Aumentam a resistncia ao desgaste, o limite de elasticidade, a

dureza e a tenacidade. Adicionado juntamente com o cromo fica

conhecido como aos inoxidveis.

Cromo: Aumentam o limite de elasticidade, dureza, a resistncia ao

desgaste e melhora a propriedade de tmpera em gua ou leo sem

muita deformao. classificado entre os aos inoxidveis com teor

superior a 10%.

Mangans: S considerado elemento de liga quando sua porcentagem

for superior a 1,65%. Adicionado em pequenas quantidades aumenta a

dureza, a resistncia ao desgaste e a resistncia a trao.

Molibdnio: Depois do carbono esse elemento o que exerce maior

influncia na dureza do ao. Aumenta a profundidade de tmpera,

aumentando tambm a resistncia corroso dos aos inoxidveis.


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Tungstnio: Aumenta a dureza do ao e sua resistncia ao calor, assim

como a tenso de ruptura e o limite de escoamento.

Cobalto: Entra na composio dos aos para as ferramentas de corte e

na fabricao de ims permanentes. Pequenas propores so

adicionados aos aos especiais para as ferramentas, que lhes

proporcionam maior dureza, no entanto, em grandes porcentagens

tornam os aos menos resistentes ao impacto.

Silcio: Todas as categorias de aos contm algumas porcentagens de

silcio e em sua maioria entre 0,10 a 0,35%. Ele desoxida os aos e comum teor de at 1,75% aumentam o limite de elasticidade e a resistncia

ao impacto.

Vandio: Tem a propriedade de aumentar a resistncia a trao sem

diminuir a ductilidade. Com maiores porcentagens, emprega-se na

fabricao de aos rpidos.


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AQUECIMENTO DO AO

O que acontece com o ao ao ser aquecido?

No caso de ao no ligado que contm 0,4% de carbono:

- em temperatura de 300C a estrutura do ao ao carbono igual a suaestrutura na temperatura ambiente: ferrita (cor branca) e perlita (cor preta);

- em temperatura de 723C inicia-se uma transformao em sua estrutura: aferrita transforma-se em austenita e a cementita da perlita se decompe;

- em temperatura de 800C toda a estrutura do ao transforma-se em austenita.

O grfico anterior ilustra uma regio de mudana de fase em intervalo detemperatura: A ferrita e a perlita transformam-se em austenita. Essa regio chamada zona crti ca: rea em que as clulas unitrias do ferro CCC setransformam em CFC, durante o aquecimento do ao.


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A austenita forma-se no ao a partir de 723 C. Encontra-se na regio acima dazona crtica, na zona de austenitizao, conforme se pode observar no grfico.

A austenita tem uma estrutura cbica da face centrada (CFC), apresentandomenor resistncia mecnica e boa tenacidade. No magntica.

Os cristais de ferro puro observados ao microscpio formam umaestrutura denominada ferrita. A ferrita ferro alfa, ou seja, ferro puro que podeconter em soluo, pequenas quantidades de Si-P e outras impurezas.Cristaliza no sistema cubo de corpo centrado, tem uma resistncia aproximadade 28 Kg/mm2, 35% de alongamento e uma dureza de 90 Brinell. o mais mole de todos os constituintes, muito dctil, malevel e magntico. Oteor de carbono exerce significativa influncia nas propriedades mecnicas doao. Quanto maior, maiores a dureza e a resistncia trao. Entretanto, aoscom elevados teores de carbono so prejudicados pela maior fragilidade devido maior quantidade de cementita, uma substncia bastante dura masquebradia. A cementita deposita-se em forma de finas lamelas entre oscristais de ferro formando outra estrutura regular denominada de perlita. Aperlita aparece geralmente por esfriamento lento da austenita, tem umaresistncia de 80Kg/mm e um alongamento de 15%. Ao microscpio, a perlitaapresenta-se como um desenho parecido com uma impresso digital.


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TRATAMENTOS TRMICOS

De modo geral, o tratamento trmico consiste em aquecer e resfriar umapea de metal para que ela atinja s propriedades mecnica desejadas comodureza, elasticidade, ductibilidade e resistncia a trao, que so chamadaspropriedades mecnicas do metal. A pea adquiri esta propriedade sem que semodifique o estado fsico do metal.

PROCESSO

A pea de ao deve ser colocada em um forno com temperatura definida para otipo de material, durante o tempo que foi calculado para alcanar o efeitodesejado. Retira-se com segurana do forno com o uso de uma tenaz esubmete-se ao resfriamento.

O resultado desse processo a mudana nas propriedades mecnicas do ao,

e dependem de trs fatores:

- Temperatura de aquecimento

- Velocidade de resfriamento

- Composio qumica do material

FATORES DE INFLUNCIA NOS TRATAMENTOS TRMICOS

O tratamento trmico representa um ciclo tempo temperatura, de modo que,basicamente, os fatores a considerar so os seguintes: aquecimento, tempo depermanncia temperatura e resfriamento.


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AQUECIMENTO.

Considerando como objetivo fundamental do tratamento trmico a modificaodas propriedades mecnicas do material, verifica-se que isto s conseguidomediante uma alterao da sua estrutura. Nestas condies, a liga consideradadeve ser aquecida a uma temperatura que possibilite tal modificao. Estatemperatura corresponde geralmente valores acima da temperatura derecristalizao do material; no caso dos aos chamamos de temperatura crtica.No aquecimento deve ser considerado o fator velocidade de aquecimento, queno pode ser muito lenta, casocontrrio haver excessivo crescimento de gro, Ou

muito rpida, o que poder provocar empenamento ou mesmo aparecimentode fissuras.

TEMPO DE PERMANNCIA TEMPERATURA.

A influncia do tempo de permanncia temperatura de aquecimento maisou menos idntica a influncia da mxima temperatura de aquecimento, ou

seja, o tempo temperatura deve ser suficiente para que as peas se aqueamde modo uniforme atravs de toda sua seo. Deve-se evitar tempo alm doestritamente necessrio para que isto ocorra, pois pode haver indesejvelcrescimento de gro, alm da oxidao de determinadas ligas.

RESFRIAMENTO.

A escolha do meio de resfriamento fundamental no processo de tratamentotrmico e depende essencialmente da estrutura final desejada. O aumento dopercentual do carbono na liga o responsvel pelo aumento da dureza do ao.

Esse aumento do carbono se traduz pelo aumento da cementita na mistura.Com os tratamentos trmicos podemos modificar as formas de cristalizao do

ao e a disposio do carbono na liga, modificando, assim, a dureza domaterial. A modificao da forma de cristalizao conseguida atravs da


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velocidadede resfriamento podendo endurecer ou amolecer o material.

TIPOS DE TRATAMENTOS TRMICOS

Existem duas classes de tratamentos:

Os tratamentos trmicos: que por simples aquecimento e resfriamento,

modificam as propriedades de toda a massa do ao.Os tratamentos termoqumicos: que modificam as propriedades somente numafina camada superficial da pea. Nesses tratamentos a pea aquecidajuntamente com produtos qumicos e posteriormente resfriada.

RECOZIMENTO

Esse tratamento trmico tem por objetivo reduo da dureza que os aospossam apresentar devido a processos anteriores tais como: conformao afrio (encruamento), tratamentos trmicos, processos de soldagem, fundio ououtros processos que gerem endurecimento.

Torna o ao mais homogneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmenteusinvel. O tratamento consiste em elevar-se a temperatura da pea at atransformao completa em austenita e resfriar-se lentamente. de umamaneira geral, indica-se o resfriamento com a pea envolvida em areia para osaos de baixo carbono e o resfriamento controlado dentro do forno, para os


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aos de alto carbono. Aps o recozimento a perlita se apresenta mais grosaresultando da uma menor dureza e resistncia

NORMALIZAO

Pode ser tambm chamado de recozimento de normalizao. O seu objetivo dotar o ao de suas caractersticas normais (material laminado a quente eresfriamento ao ar). A normalizao refina a granulao do ao; apagavestgios de tratamentos trmicos anteriores; elimina microestruturas brutas de

fundio; regulariza microestruturas em juntas soldadas. As peasNormalizadas apresentam dureza mdia e uma boa resistncia mecnica aocontrrio das peas recosidas que sobem macias; maleveis e poucoresistentes. O tratamento consiste emaquecer o material at a temperaturade transformao da austenita e fazer-se resfriamento ao ar. Asmicroestruturas obtidas na

normalizao so semelhantes s dorecozimento apenas com a diferenade que a perlita se apresenta mais fina resultando da uma maior dureza eresistncia.

REVENIMENTO

um tratamento trmico subcrtico (abaixo da temperatura de transformaoda austenita) Tem como objetivo aliviar as tenses na martensita reduzindosignificativamente sua fragilidade reduzindoconseqentemente a dureza obtida natmpera. A microestrutura obtida chamada martensita revenida. Astemperaturas do revenido podem variar deacordo com o desejo de maior ou menoralvio de tenses internas e a suaconseqente perda de dureza. Altas

temperaturas de revenido podem estar


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entre 550/650 C e baixas temperaturas esto entre 300/400 C. Resfriamentoao ar.

TMPERA

O tratamento de tmpera consiste em elevar-se o material temperatura detransformao da austenita e resfriar-se o material rapidamente. Esseresfriamento deve ser mais rpido quanto menor for o teor de carbono nomaterial. Podemos utilizar como meios de resfriamento desde a salmoura

gelada, passando por resfriamento em gua gelada, gua temperaturanormal, leo, ar soprado ou ar normal. Os tratamentos de tmpera tambmpodem apresentar diversas maneiras de serem efetuados. Temos a tmperacomum com pouco controle no resfriamento ou as tmperas mais elaboradasque por isso mesmo recebem os nomes de austmpera ou martmpera. Amicroestrutura que se deseja obter na tmpera comum a martensita. Essamicroestrutura apresenta elevada dureza, elevada resistncia mecnica eelevada fragilidade. A tmpera comum causa um grau elevado de tensesinternas podendo gerar trincas e empenos em peas mais delicadas. Outroresultado dessa tmpera a perda de tenacidade. Para reduzir essesinconvenientes indicado a seguir um tratamento de revenimento.


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Para se entender os tratamentos trmicos a seguir necessrio conhecer ascurvas TTT. As curvas, Temperatura, Tempo, Transformao (TTT) so

caractersticas que os aos apresentam no resfriamento. Visto em um grfico x,y (temperatura, tempo) elas assim se apresentam:

Vejamos, ento como podemos aproveitar essas caractersticas dos aos aoserem resfriados. Quando queremos obter uma transformao na estruturainterna de uma pea de ao, devemos aquec-la a uma temperatura acima dalinha de transformao da austenita. Ao resfri-la podemos faz-lo mais oumenos lentamente. A distncia (tempo) entre o zero e o ponto a no grfico

varia para cada tipo de ao podendo ser muito grande ou menor que zero. Porisso devemos conhecer essas curvas do ao que queremos temperar para quepossamos utilizar o tipo de tmpera mais adequado.


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Quando a curva do resfriamento, devido sua pouca velocidade corta ascurvas 1 e 2 no seu ponto alto obtemos uma microestrutura no material

formada por perlita grosseira (recozimento). Quando a velocidade deresfriamento um pouco maior temos como microestrutura, no material, aperlita fina (normalizao). Quando essa velocidade muito grande e no cortaas curvas temos a formao de martensita (tmpera comum).

MARTMPERA

A martmpera tem por objetivo obter na pea tratada uma estrutura demartensita como na tmpera comum, porm devemos controlar o resfriamentopara que quando a temperatura alcanar a linha Mi (incio da formao damartensita) esse resfriamento retardado de maneira que a transformao secomplete mais lentamente. Omeio de resfriamento normalmente leo ou salfundido. O material mantidomaior tempo entre as duaslinhas de transformao paraque a formao da martensitase d de maneira uniforme,gerando menores tensesinternas. Em seguida a pea resfriada a qualquer

velocidade. Esse tratamento


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normalmente necessita o tratamento de revenimento para aliviar tensesresiduais.

AUSTMPERA

um tratamento de endurecimento dos aos que consiste em aquecer omaterial acima da temperatura de formao de austenita manter essatemperatura at a completa transformao e fazer um resfriamento brusco atuma temperatura ligeiramente acima da linha Mi. Esse processo obtido

atravs da manuteno do material em banho de chumbo ou sal (fundidos)(260 a 440 C). Deixando o material a uma temperatura constante durante otempo em que a linha de resfriamento ultrapassa as curvas 1 e 2 na altura

de transformao da bainita (sempre em temperatura constante). Atemperatura escolhida dependeda dureza que queremos obter.Quanto mais baixo no grficoatingimos a bainita maiorendurecimento vamos

conseguir. Esse tratamentodispensa o revenimento porgerar baixas tenses internas. normalmente indicado paratemperar peas delicadas ondeos empenos e as deformaesso crticos. A desvantagem desse tratamento que ele no podeser feito emaos de baixa temperabilidade alm de ser um tratamento mais caro.

TRATAMENTOS TERMOQUMICOS

CEMENTAO

A finalidade da cementao fazer com que um ao de baixo teor de carbono(macio) fique com a superfcie dura, reunindo assim as duas caractersticasideais de uma pea. Que seja macia o suficiente para no partir com a

continuidade de choques e no se desgastar por abraso nos pontos onde se


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atrite com outras peas, como nos mancais. Esse tratamento feito aquecendoa pea em um ambiente rico em carbono, o material do ambiente em que fica

a pea pode ser slido, lquido ou gasoso. A pea deve permanecer nesseambiente por um tempo suficiente para que o carbono migre atravs domaterial da pea tornando assim, a superfcie rica em carbono. A espessura dacamada dura depende do tempo de permanncia da pea nesse ambiente.Essa permanncia a alta temperatura faz com que cresa demasiadamente agranulao do material cementado. Para que isso no acontea o ao deve serespecial para cementao, quer dizer, deve ter elementos de liga que iniba oaumento do gro, com a temperatura. Aps o tratamento superficial(cementao) a pea deve ser temperada para que a camada superficial, rica

em carbono adquira a dureza desejada. Muitas vezes esse endurecimento feito atravs da tmpera por induo.

NITRETAO

um tratamento semelhante cementao. Apenas em vez do uso daatmosfera de carbono, utiliza-se uma atmosfera rica em nitrognio. Esse

elemento combina-se com alguns elementos de liga do ao (principalmente oalumnio), formando nitretos que tm elevada dureza. Esse tratamento temcomo vantagem sobre a cementao o fator de no necessitar tmpera e aindaaumentar a resistncia da peca fadiga e corroso. Tem ainda a vantagemde utilizar temperaturas menores que a com menores riscos de empenos dapea nitretada. Tanto na nitretao como na cementao o interior da pea nosofre modificaes consideradas.

CARBONITRETAO

O meio carbo-nitretante uma atmosfera gasosa, contendo carbono enitrognio ao mesmo tempo. A atmosfera pode ser constituda pelos seguintesgases:

Gs de gerador77 a 89%

Gs natural9 a 15%


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Amnia2 a 8%

A temperatura vria de 700. a 900. C e o tempo de tratamento relativamente pequeno; a espessura das camadas carbo-nitretadas vria de0,07 a 0,7 mm

A carbonitretao usada, geralmente em peas de pequeno porte, comocomponentes de relgios e aparelhos eletrodomsticos.

Temperaturas ideais de alguns tratamento trmicos


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QUESTES DO CAPTULO

1)No que consiste a tmpera?

2) Para temperar um ao com 1,40% de carbono recomenda-se aquece-lo a

uma temperatura acima de aproximadamente 850C e depois resfria-lo

rapidamente. Esse procedimento est correto? Caso no esteja explique o

processo ideal.

3)Qual ou quais tratamentos trmicos que consiste aquecer um ao com 0,4%

de carbono acima do ponto crtico e em seguida resfria-lo ao ar?

4)Quando normalmente utiliza-se o tratamento trmico de alvio de tenses?

5)O que ferrita?

6)O que cementita?

7)O que austenita?

8)O que perlita?

9)O que martensita?


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