UC11.Materiais_e_Ensaios.pdf

8/19/2019 UC11.Materiais_e_Ensaios.pdf

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Curso Técnico em Mecânica

Materiais e Ensaios


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Armando de Queiroz Monteiro Neto

Presidente da Confederação Nacional da Indústria

José Manuel de Aguiar MarnsDiretor do Departamento Nacional do SENAI

Regina Maria de Fáma TorresDiretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI

Alcantaro Corrêa

Presidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina

Sérgio Roberto ArrudaDiretor Regional do SENAI/SC

Antônio José CarradoreDiretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio DociaDiretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC


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Confederação Nacional das Indústrias

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Curso Técnico em Mecânica

Materiais e Ensaios

Fernando Darci Pi

Florianópolis/SC2010


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É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévioconsenmento do editor. Material em conformidade com a nova ortograa da língua portuguesa.

Equipe técnica que parcipou da elaboração desta obra

Coordenação de Educação a Distância

Beth Schirmer

Revisão Ortográca e NormazaçãoContextual Serviços Editoriais

Coordenação Projetos EaD

Maristela de Lourdes Alves

Design educacional, Ilustração,

Projeto Gráco Editorial, DiagramaçãoEquipe de Recursos DidácosSENAI/SC em Florianópolis

Autor

Fernando Darci Pi

SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialRodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SCCEP: 88034-001Fone: (48) 0800 48 12 12www.sc.senai.br

Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis

P688m

Pitt, Fernando Darci

Materiais e ensaios / Fernando Darci Pitt. – Florianópolis : SENAI/SC,

2010. 87 p. : il. color ; 28 cm.

Inclui bibliografias.

1. Materiais. 2. Materiais – Testes. 3. Mecânica. 4. Metalografia. I. SENAI.

Departamento Regional de Santa Catarina. II. Título.

CDU 620.1


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Prefácio

Você faz parte da maior instituição de educação prossional do estado.Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conecta-das e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina.

No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com asnecessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulasteóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educaçãopor Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, de-senvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho.

Com acesso livre a uma eciente estrutura laboratorial, com o que existe

de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seufuturo prossional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa emoferecer um modelo de educação atual e de qualidade.

Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos deensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movi-mento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processosde educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional,oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Edu-cação por Competências, em todos os seus cursos.

É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produçõescolaborativas dos professores mais qualicados e experientes, e contamcom ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com anima-ções, tornando a aula mais interativa e atraente.

Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz partedeste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústriado Conhecimento.


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Sumário

Conteúdo Formavo 9

Apresentação 11

13 Unidade de estudo 1

Estrutura Química

Seção 1 - Classicação dos

materiais

Seção 2 - Ligações químicas

Seção 3 - Estruturas crista-linas

Seção 4 - Defeitos cristalinos


Propriedades dosMateriais

Seção 1 - Propriedadessicas

Seção 2 - Propriedadesquímicas

Seção 3 - Propriedadesmecânicas

13

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16

19


Materiais MetálicosFerrosos

Seção 1 - Siderurgia

Seção 2 - Ligas metálicas

Seção 3 - Microconstuintes

do aço

Seção 4 - Aço-liga

Seção 5 - Aço ferramenta

Seção 6 - Aços inoxidáveis

Seção 7 - Ferros fundidos


Materiais MetálicosNão Ferrosos

Seção 1 - Os pos de mate-riais metálicos não ferrosos


Metalograa

Seção 1 - Introdução

Seção 2 - Microscopia

Seção 3 - Preparação dasamostras

Seção 4 - Preparação dosreagentes


ProcessamentosTérmicos


Seção 2 - Fatores de controlenos tratamentos térmicos

Seção 3 - Diagrama transfor-mação-tempo-temperatura

(TTT)Seção 4 - Tratamentos tér-micos

Seção 5 - Tratamentos ter-moquímicos


Ensaios


Seção 2 - Ensaios de ocina

Seção 3 - Ensaios não destru-vos

Seção 4 - Ensaios destruvos

Finalizando 81

Referências 83

Anexos 85

23

25

25

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34

35

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38

43

53

53

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47

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8 CURSOS TÉCNICOS SENAI


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Conteúdo Formativo

9MATERIAIS E ENSAIOS

Carga horária da dedicação

Carga horária: 45 horas

Competências

Avaliar as caracteríscas e propriedades dos materiais em componentes mecâni-cos ulizando técnicas de ensaios.

Conhecimentos

▪ Tratamentos térmicos.

▪ Metalograa.

▪ Ensaios mecânicos (destruvos e não destruvos).

Habilidades

▪ Ler e interpretar desenhos técnicos.

▪ Idencar, selecionar e ulizar equipamentos e ferramentas de ensaios.

▪ Ler, interpretar e aplicar manuais, catálogos e tabelas técnicas.

▪ Aplicar normas técnicas de saúde, segurança e meio ambiente.

▪ Idencar materiais.

▪ Aplicar ensaios mecânicos.

▪ Especicar processos de transformação dos materiais.

▪ Estabelecer critérios de análise para as causas dos diferentes pos de fraturas.

▪ Interpretar as estruturas metalográcas e analisar as mudanças que ocorrempor meio dos tratamentos térmicos.

▪ Preparar e analisar as amostras metalográcas dentro dos padrões técnicos.

▪

Aplicar ensaios destruvos e/ou não destruvos de acordo com a necessidade.▪ Especicar o tratamento térmico adequado de acordo com a aplicação.


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Atudes

▪ Assiduidade.

▪

Proavidade.▪ Relacionamento interpessoal.

▪ Trabalho em equipe.

▪ Cumprimento de prazos.

▪ Zelo com os equipamentos.

▪ Adoção de normas técnicas, de saúde e segurança do trabalho.

▪ Responsabilidade ambiental.


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Apresentação

MATERIAIS E ENSAIOS

Prezado aluno, em sua vida prossional certamente você necessitará es-pecicar materiais para projetos mecânicos novos ou projetos voltadospara manutenção e reforma. E ao seu dispor existirão milhares de op-ções de materiais metálicos, poliméricos, cerâmicos e compósitos. E qualselecionar? Para que este atenda a função que se propõe, deverá apresen-tar características físico-químicas e propriedades mecânicas adequadas,além de custo condizente.

Os materiais envolvem os povos desde o início dos tempos. Seu desenvolvimento e o controle de suas propriedades além de oferecerem con-forto à humanidade, também proporcionam um maior desenvolvimentoàs nações. Na antiguidade o desenvolvimento de novos materiais e ligasfoi tão marcante que deu nome às eras: idade da pedra, idade do bronzee do ferro.Neste livro você irá encontrar as principais classicações dos materiais,seus conceitos e propriedades e aprenderá os procedimentos para arealização de análises metalográcas sobre tratamentos térmicos, bemcomo os conceitos dos ensaios aplicados aos materiais.

Bom estudo!

Fernando Darci Pi

Fernando Darci Pi é engenhei-ro de materiais pela Universi-dade Estadual de Ponta Grossa(UEPG), especialista em GestãoEmpresarial pela Fundação Ge-túlio Vargas (FGV) e mestrandoem Engenharia Química pelaUniversidade Regional de Blu-menau (FURB). Possui experiên-cia na área de processamento,desenvolvimento de materiais

e de adivos na indústria detransformação de polímeros porinjeção. Atua como professor noSENAI/SC desde 2004 em cursostécnicos e de tecnologia (gradu-ação), ministrando disciplinascorrelatas à Engenharia e Ciên-cia dos Materiais.

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Unidade deestudo 1

Seções de estudo

Seção 1 – Classicação dos materiaisSeção 2 – Ligações químicasSeção 3 – Estruturas cristalinas

Seção 4 – Defeitos cristalinos


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SEÇÃO 1Classicação dosmateriais

Todos os materiais existentes nouniverso são classicados de acor-do com suas características físico-químicas e sua estrutura atômicaem materiais metálicos, polimé-ricos, cerâmicos ou compósitos.

Também é possível encontrarclassicações mais especícas emfunção de suas aplicações comoa dos semicondutores e biomate-riais.

Materiais metálicos: são mate-riais obtidos pelas combinaçõesde elementos químicos metálicos,possuindo um número grande deelétrons não localizados que po-

dem se movimentar livremente deum átomo a outro, o que lhe con-fere certas propriedades intrínse-cas a esta classe de materiais. Sãoexcelentes condutores de calor eeletricidade, opacos, normalmen-te de elevada resistência mecânicae geralmente com alto ponto defusão. A ligação química predo-minante é a metálica. Exemplos:alumínio (Al), ferro (Fe), cobre(Cu), etc.

Figura 1 - Material Metálico: OuroFonte: NDT (2009).

Estrutura Química

Materiais cerâmicos: são mate-riais de estrutura tipicamente cris-talina cujas composições são entreelementos metálicos e não metáli-cos, geralmente formando óxidos,nitretos ou carbetos (Al

2

O3

, Si3

N4,

WC, etc.). São excelentes isolantestérmicos e elétricos resistentes aaltas temperaturas e ao desgaste,porém frágeis. Dependendo dométodo de fabricação, podem

variar de cerâmicas densas a po-rosas. A ligação química predomi-nante é a iônica e em alguns casospode existir a covalente.

Classicam-se em cerâmicas es-

truturais, refratárias, vidros, abra-sivos, cimentos, materiais avan-çados, dentre outros. Exemplos:tijolos refratários, vidros, pisos derevestimento, selos mecânicos.

Materiais poliméricos: comu-mente conhecidos como plásticose borrachas. São compostos orgâ-nicos de cadeia longa de origemnatural ou sintética baseados noshidrocarbonetos (carbono (C),hidrogênio (H), nitrogênio (N),dentre outros), geralmente oriun-dos do petróleo, gás natural, oumateriais naturais. Suas principaiscaracterísticas são baixa densida-de, resistência à corrosão, isolanteelétrico e pouco resistente ao ca-lor extremo. Dividem-se basica-mente em dois grandes grupos,os termoplásticos e os termorrí-gidos.

Cerâmicos: A palavra derivado grego “keramos” que sig-nica olaria.

Poliméricos: A palavra polí -mero deriva do grego (poli +mero) que signica “muitaspartes”.


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Materiais naturais: podem serclassicados originalmente comoum material pertencente às trêsprimeiras classes (metal, cerâmica

ou polímero), de acordo com suascaracterísticas. Exemplos: mine-rais (cerâmica), madeira, látex epeles (polímeros naturais).

DICA

Leia mais sobre as classesde materiais acessando osite:

.

SEÇÃO 2Ligações químicas

Embora existam pouco mais decem diferentes elementos quími-cos no universo, milhares de ma-teriais são criados pela combina-ção desses por meio de ligaçõesquímicas e arranjos atômicos.

A estrutura atômica afeta as pro-priedades primárias: química, fí-sica, térmica, elétrica, magnéticae óptica. Enquanto que as pro-priedades mecânicas do materialsão afetadas pela microestrutura emacroestrutura do material.

Átomos

O primeiro conceito sobre áto-mos foi proposto por Leucipo eDemócritos por volta do século Vantes de Cristo. Naquele momen-to, postularam que a matéria nãoera innitamente divisível, e simcomposta por partículas minús-culas que a constituíam.

A ligação química predominanteé a covalente. Exemplos: nylon(PA), polietilenos (PE), poli (te-reftalato de etileno) (PET).

Materiais compósitos: são obti-dos pela combinação de dois oumais materiais distintos criandoum novo material, cujas proprie-dades são superiores aos de ori-gem. As fases presentes são classi-cadas em matriz e reforço, e estepode estar na forma de partículasou bras, dispersas ou uniformes.

O reforço é o responsável porimpedir e/ou minimizar o meca-nismo de deformação. Esta classede materiais está entre as de maiorpesquisa na atualidade visto queconseguem agregar característicasde mais de um material em umproduto nal. A ligação entre amatriz e o reforço pode ser quí-mica e/ou física. Exemplos: nylon(matriz) com bra de vidro (refor-ço), materiais esportivos de alumí-

nio (matriz) com bra de carbono(reforço), concreto (matriz) comagregados (reforço).

Materiais semicondutores: ma-teriais que apresentam proprie-dades elétricas intermediárias en-tre os condutores e os isolantes,propriedades estas que são extre-mamente sensíveis à presença deoutros elementos, os quais podemser incorporados propositalmen-

te. Exemplos: componentes ele-trônicos, resistores, capacitores.

Biomateriais: também designa-dos de materiais biocompatíveis,possuem a propriedade de seremcompatíveis com os tecidos docorpo humano. Não são rejeita-dos pelos organismos vivos nemliberam substâncias tóxicas nessesorganismos. Exemplos: platina

(Pt) e titânio (Ti) utilizados empróteses humanas.

Átomo: A palavra átomosurge do grego a = não /

tomo = divisível.


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Também propunham que todasas características dos materiais,como gosto, cor, transparência,dentre outras, eram devido às for-

mas dessas partículas. Por exem-plo, o átomo que proporciona acor branca era plano o que nãogerava sombras, já o de cor escuraera irregular, o que proporcionavasombras e cores escuras. Emboraesta teoria hoje esteja completa-mente ultrapassada, para a épo-ca foi de grande valia, pois criourespostas físicas para aconteci-mentos que até então eram tidoscomo sobrenaturais ou por von-

tade dos deuses.

Na Idade Média, a química pas-sou a ser amplamente pesquisadapelos alquimistas que buscavamo elixir da vida eterna e tambémda transmutação de materiais emouro (transformar um materialem outro). Mas foi somente em1802 que o químico e físico bri-tânico John Dalton apresentou oque hoje se considera a primeirateoria atômica da era moderna.Diferentemente da teoria de De-mócritos, Dalton imaginou o áto-mo com sendo uma esfera commassa e propriedade característicade cada elemento, e que as trans-formações químicas poderiam serexplicadas em função dos rear-ranjos desses átomos. Deniu oelemento químico como sendoátomos que possuem a mesma

massa, tamanho e forma.

Nos últimos dois séculos outrosmodelos atômicos foram apre-sentados, porém aqueles quemais se destacaram foram os de

Thomson, Ruthenford e de NielsBohr. Este último conhecidocomo modelo planetário, apresen-

tando o átomo como sendo uma partícula em cujo núcleo se encontramos nêutrons e prótons (carga positiva), ao redor dos quais orbitam oselétrons (carga negativa).

Figura 2 - Modelo Atômico de Niels Bohr

elétronsprótons

núcleonêutrons

Com o avanço da ciência e o desenvolvimento de equipamentos depesquisa mais modernos e potentes, novos conceitos e complementosaos modelos atômicos surgem a cada dia, além da descoberta de novassubpartículas.

Ligações químicas primárias

Átomos somente são estáveis se a sua camada de valência estiver com-pleta, o que geralmente se dá com 8 elétrons (regra do octeto), e paraque isso ocorra pode haver compartilhamento ou transferência eletrô-nica, formando assim as ligações primárias que podem ser metálicas,iônicas ou covalentes.

Já a interação que ocorre entre as moléculas é classicada como ligaçõessecundárias, sendo as principais a de Van der Walls e pontes de hidro-

gênio.

▪ Ligações metálicas

Uma característica das ligações existentes entre materiais metálicos é queos elétrons presentes não cam presos a somente um átomo, mas simpodem se movimentar livremente no cristal, característica esta respon-sável pela condutibilidade termoelétrica.


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▪ Ligações iônicas

As ligações iônicas ocorrem entreátomos com cargas diferentes, oscátions e os ânions, metais e não

metais. Os átomos metálicos pos-suem normalmente 1, 2 ou 3 elé-trons na sua camada de valência,enquanto que os não metais pos-suem 5, 6 ou 7 elétrons na camadade valência. Formam-se sais, óxi-dos, nitretos, etc.

Ao perder elétrons, a carga elé-trica do átomo se torna positiva,e ao ganhar, torna-se negativa, epela diferença eletrônica os áto-mos se atraem.

Como não há a presença de elé-trons livres que possam se movi-mentar livremente no material, asprincipais características são deisolamento elétrico, dureza e bai-xa deformação.

▪ Ligações covalentes A ligação predominante entre ele-mentos não metálicos, como noshidrocarbonetos, é a covalente, na

qual ocorre o compartilhamentodo mesmo elétron por dois áto-mos.

Os materiais podem ser sólidos,líquidos ou gases à temperaturaambiente, dependendo do núme-ro de átomos da molécula.

Exemplo de materiais que pos-suem ligações covalentes são ospolímeros.

Figura 3 - Exemplo de MateriaisPolímeros Fonte: NDT (2009).

SEÇÃO 3Estruturas cristalinas

A ordenação atômica varia de ma-terial para material de acordo comas ligações envolvidas e os proces-sos de fabricação, e se divide emdois grupos:

▪ amorfos – são materiais quenão possuem ordenação espa-

cial a longa distância no nívelatômico e são conseguidos peloresfriamento de materiais derreti-dos, exemplo: vidro. São algumas

vezes designados como líquidossuper-resfriados;

▪ cristalinos – são materiais queapresentam ordenação especialregular com ordenação a longasdistâncias no nível atômico.

Figura 4 - (a) Estrutura Cristalina, (b) Material AmorfoFonte: Callister (2002, p. 39).

Os materiais metálicos e a maioriadas cerâmicas terão seus átomosarranjados de forma ordenada,formando uma estrutura cristali-

na denida e previsível. Essa or-denação pode ser de 14 formasdiferentes, conforme você podeacompanhar a seguir.

Estrutura cristalina

A estrutura cristalina pode serconvenientemente representadapor pequenos grupos de átomosque descrevem o arranjamentoatômico tridimensional do cris-

tal chamados de células unitárias.Na natureza é possível encontrar14 tipos diferentes de células uni-tárias, também designadas comorede de Bravais. A estrutura de-pende da temperatura e afeta,dentre outros fatores, a densida-de, dureza e rigidez do material.

Uma célula unitária indica o pa-drão repetitivo que pequenos gru-pos de átomos assumem duran-te a solidicação. Nos metais, aocorrência principal é das célulascúbicas de corpo centrado (CCC),cúbica de face centrada (CFC) ehexagonal compacta (HC).


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▪ Cúbico de face centrado

(CFC) A célula unitária de face centradapossuiu 1/8 de átomo em cada

vértice, mas ½ de átomo em cadaface, totalizando 4 átomos porcélula. Possui fator de empacota-mento de 0,74.

Figura 7 - Estrutura Cristalina Cúbica deFace CentradaFonte: Callister (2002, p. 22).

a

a

a

a

a

c ca

b b

ca

β

β

b

c

a

aaa

c

a

aa

de corpocentrado

de facecentrada

ortor-rômbico

monoclínico

triclínico

de facecentrada

de corpocentrado

cúbico

tetragonal

romboédrico

hexagonal

Figura 5 - Rede de Bravais

▪ Cúbico de corpo centrado

(CCC) A célula unitária cúbica de corpocentrado possuiu 1/8 de átomoem cada vértice e uma central, oque totaliza dois átomos por célu-la e o seu fator de empacotamen-to é de 0,68.

Figura 6 - Estrutura Cristalina Cúbica deCorpo CentradoFonte: Callister (2002, p. 23).

▪ Hexagonal compacta (HC)

Neste tipo de estrutura os átomosse acomodam durante a solidica-ção na forma de um hexágono. As

faces superior e inferior possuem6 átomos que formam um hexá-gono com um átomo central, en-tre elas um outro plano é compos-to por 3 átomos adicionais. Possuifator de empacotamento de 0,74.

a

c

Figura 8 - Estrutura CristalinaHexagonal Compacta. Fonte: Callister (2002, p. 24).

A seguir, a Tabela 1 evidencia a es-trutura cristalina de alguns metais.Com algumas bolinhas de isopore palitos tente montar estas estru-turas. Vamos, experimente!

Tabela 1 - Estrutura Cristalina de alguns

Metais

Estrutura Metal

CCC Ba, Cr, Cs, Fe α, Fe δ,K, Li, Mo, Na, Nb, Rb,Ta, Tiβ, V, W

CFC Ag, Al, Au, Ca, Cu, Feγ, Ni, Pb, Pt, Rh

HC Be, Cd, Mg, Os, Re,Ru, Ti α, Zn


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Solidicação

O fenômeno físico de solidica-ção é responsável pela passagemde um material do estado líquidopara o estado sólido. Em materiaiscristalinos, inicia-se por um pontosimples de nucleação a partir doqual o cristal cresce. Em ciênciados materiais um cristal normal-mente é denominado de grão.

Geralmente materiais sólidos sãopolicristalinos, ou seja, apresen-tam muitos grãos, pois muitospontos de nucleação surgem du-rante o resfriamento do material.

Já materiais monocristalinos, quepossuem apenas um cristal emtoda sua estrutura, são consegui-dos apenas por processos de fa-bricação com cuidadoso controle,possuem alto valor agregado esão utilizados para a fabricação decomponentes eletrônicos de altatecnologia.

Embora sicamente os cristaistendam a crescer igualmente emtodas as direções, isso pratica-

mente não ocorre uma vez queencontram barreiras pelo cami-nho, como outro grão que se de-senvolve ao lado ou à lateral dopróprio molde, e o tamanho naldependerá do número de pontosde nucleação surgidos.

DICA

Veja animações do crescimento de cristais na internet:


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SEÇÃO 4Defeitos cristalinos

Por mais controlado que seja oprocesso de fabricação, não exis-te um cristal com todos os áto-mos em suas posições perfeitas.

Todos os cristais possuem algumtipo de defeito, estes por sua vezcontribuem com as propriedadesmecânicas dos materiais, como osmetais. O controle desses “defei-tos” proporciona propriedadesdiferenciadas aos materiais.

A simples adição de um elemento

de liga, como o carbono (C) noferro (Fe) para a produção do aço,gera defeitos pontuais, pois essesátomos se posicionarão entre osátomos da matriz original, ou atémesmo substituindo estes em suaestrutura original.

A deformação plástica do material ocorre devido à movimentação dedefeitos lineares, como as discordâncias, já a rigidez é alcançada peloancoramento das discordâncias em defeitos pontuais que existem na mi-croestrutura, tais como átomos intersticiais intencionalmente introduzi-

dos no material, como o carbono (C) no aço. Acompanhe agora os principais defeitos.

▪ Defeitos pontuais

São átomos faltantes ou ocupando posições irregulares na estrutura cris-talina do material. Incluem vacâncias, átomos ou impurezas intersticiaise substitucionais.

Vacâncias são espaços criados na estrutura cristalina pela ausência de umou mais átomos na rede cristalina. Já defeitos intersticiais são átomos queocupam posições entre os átomos da estrutura cristalina. Normalmentesão de tamanhos menores e afetam de forma signicativa a rigidez domaterial, uma vez que servem como obstáculos para a movimentação

dos defeitos planares.Defeitos pontuais causados por átomos substitucionais ocorrem quandoestes átomos estão ocupando posições referentes a outros átomos. Sãoos responsáveis pela formação de ligas metálicas isomórcas, e para queisso ocorra algumas condições devem ser atendidas.

A regra de Home-Rothery apresenta os fatores que inuenciam para aocorrência de soluções sólidas substitucionais, que são: raios atômicoscom diferenças inferiores a 15%, mesma estrutura cristalográca, eletro-negatividades próximas e mesma valência.


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Vacância

Vacância

Posição intersticialantes da difusão

Posição intersticialdepois da difusão

Figura 10 - Defeitos Pontuais: (A) Vacância, (B) Intercio

Fonte: Callister (2002, p. 65).

▪ Defeitos lineares

Defeitos lineares são comumente chamados de discordâncias e ocorremquando falta uma “linha” inteira na estrutura cristalina, gerando distor-

ções na rede. As distorções na rede são criadas e movidas pela ação de tensões exter-nas, e são as responsáveis pela deformação plástica do material.

Figura 11 - Defeito Linear


▪ Defeitos planares

Outro defeito comum nas estru-turas cristalinas é o defeito planar,o qual ocorre quando a sequênciaatômica sofre distúrbios, gerandoum novo sequenciamento ao lon-go da estrutura cristalográca.

Ainda, outro tipo de defeito planaré o gerado na interface entre doiscristais, conhecido como contor-no de grão. Essa região é muitomais reativa do que o restante docristal e, consequentemente, maisfacilmente atacável por ácidos e,assim, facilmente revelável nasanálises cristalográcas.


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Relembrando

Nesta unidade você transi-

tou por conceitos e termosimportantes, como: classi-cação dos materiais, átomos,ligações químicas, célulasunitárias, solidicação e de-feitos. Você aprendeu queos materiais são classicadosde acordo com os elementosquímicos presentes e suas li-gações. As principais classessão: metálica, polimérica, ce-râmica e compósitos. Apren-deu que os átomos podem

assumir estruturas denidase ordenadas, é o caso daestrutura cristalina, ou nãoseguirem ordem nenhuma,é o caso dos materiais amor-fos. Você também conheceucomo ocorre a solidicaçãode um material cristalino eos defeitos que estarão pre-sentes nos cristais. Bastan-te, não? Mas não pense queacabou! Estamos apenas co-meçando... vamos juntos!

▪ Defeitos volumétricos

É um defeito que se apresenta em escalas maiores, podendo ser inclusive visível a olho nu, e ocorre devido ao rearranjo dos átomos do materialquando em estado fundido para uma estrutura cristalina rígida.

Este defeito é conhecido como contrações ou vazios internos. Pode afe-tar grandemente a resistência do produto nal dependendo de seu design .


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Unidade deestudo 2

Seções de estudo

Seção 1 – Propriedades sicasSeção 2 – Propriedades químicasSeção 3 – Propriedades mecânicas


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SEÇÃO 1Propriedades sicas

As principais propriedades dosmateriais, como cor, densidade,dureza, resistência à corrosão,dentre outras, podem ser classi-cadas como propriedades físicasou químicas em função das mu-danças sofridas no seu estado da

matéria, superfície, composição,etc.

Já em relação à resposta de ummaterial a um esforço aplicado,as propriedades físicas envolvidassão classicadas como proprieda-des mecânicas.

Quando um material recebe aaplicação de uma tensão, como

resposta ele irá se deformar. Se oesforço for de baixa intensida-de, ao ser retirado o produto re-tornará à sua forma original, poissofre somente o que se chama dedeformação elástica. Já se o es-forço for de magnitude sucientepara gerar o escorregamento deplanos cristalinos do material, fa-zendo com que as discordânciasse movimentem do interior dogrão em direção ao seu contor-no, mesmo após a retirada desseesforço o material continuará de-formado, pois sofreu uma defor-mação plástica. Você conheceráas características desses dois ti-pos de deformação mais à frente.

Aguarde!

Propriedades dos Materiais

As propriedades físicas dos ma-teriais são aquelas que podem serobservadas diretamente no mate-rial, como densidade, cor, dureza,dentre outras. Algumas das pro-priedades físicas mais importantesestão listadas abaixo.

Temperaturas detransformação de fases

São as temperaturas nas quais osmateriais mudam de fase, comopor exemplo, do sólido para olíquido e posteriormente parao vapor, e vice-versa. A pressãoambiente inuencia diretamente atemperatura de mudança de fase.

A temperatura de solidicação/fusão é a temperatura na qual omaterial passa do estado líquidopara o sólido, ou do sólido para olíquido. Já o ponto de ebulição éaquele cujo líquido se transformaem vapor, e o de condensação, o

vapor se torna líquido.

DICA

O exemplo mais comum detransformação de fases é aformação de gelo no freezer(solidicação) ou seu des-gelo (fusão). Já a ebuliçãopode ser observada ao fer-ver essa mesma água.

Baixa intensidade: Relavo acada material.


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Densidade

É a relação da massa por unidadede volume:

ρ = m V

Massa especíca

É a relação da densidade do ma-terial em estudo com a densidadeda água a 4°C. Nesta temperatura

a água tem uma densidade de 1 g/cm3.

Conduvidade especí -ca

É uma propriedade intrínseca domaterial que se refere à capacida-de deste conduzir calor através desua estrutura cristalina em direçãoà região de menor temperatura.

Expansão térmica

Quando um material é aquecido,ele recebe energia na forma de ca-lor, fazendo com que as ligaçõesquímicas entre os átomos vibremcom maior intensidade e com issoa sua distância interatômica au-mente. Essa expansão pode sertanto linear e supercial quanto

volumétrica. Industrialmente, cer-

tos acoplamentos são feitos uti-lizando esta propriedade. Temoscomo exemplo a junção de umaengrenagem com um eixo: aque-ce-se essa engrenagem fazendo-adilatar, e em seguida procede-se aunião de ambos, ao resfriar o dis-positivo a engrenagem volta a secontrair e, desta forma, unindo-sefortemente ao eixo.

DICA

Você já observou que existem “folgas” nas pontes, trilhos de treme calçadas? Sabe por quê? Para compensar a dilatação desses ma-

teriais quando submedos a altas temperaturas.

Conduvidade e resisvidade elétrica

Indica a capacidade dos elétrons se moverem através dos átomos uni -dos por ligações metálicas. A condutividade indica a capacidade de omaterial conduzir eletricidade, enquanto a resistividade é a medida daresistência oferecida nesta condução.

Permeabilidade magnéca

É a facilidade com a qual um material pode ser magnetizado.

Transparência

Indica qual é a capacidade de um material conduzir ondas luminosasatravés dele, pode ser classicado como opaco (nenhuma luz passa porele), translúcido (pouca luz passa por ele) ou transparente (consegue-se

ver do outro lado com nitidez).

Figura 12 - Material Transparente, Translúcido e Opaco



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SEÇÃO 2Propriedades químicas

Oxidação

Indica a capacidade de o mate-rial se deteriorar pela formaçãode óxidos através da interação domaterial com o meio, como porexemplo, a oxidação do ferro, naqual o elemento ferro (Fe) reagecom o oxigênio (O) do meio for-mando o óxido de ferro, ou seja,a ferrugem.

Corrosão

Corrosão pode ser denida comosendo a deterioração do mate-rial que reage com o meio, sen-do literalmente consumido nesteprocesso, o que ocasiona umadiminuição de sua resistência àstensões a que for submetido.

A corrosão normalmente não éexpressa em valores quantitativos,e sim em qualitativos, os quais in-dicam qual é o grau de resistênciaà corrosão do material em deter-minado meio, como por exemplo,o cobre (Cu) que possui boa re-sistência à corrosão em ambientesmarítimos.

A corrosão é um processo eletro-químico e envolve dois processosquímicos distintos: a oxidação ea redução. O primeiro consiste

na retirada de elétrons do átomo,enquanto o segundo na adição deelétrons.

DICA

Observe à sua volta os produtos ferrosos que estão no ambiente semproteção de nta ou verniz, e veja que sobre a supercie deles exis-rá uma pequena camada de ferrugem, ou seja, do óxido de ferroformado durante a oxidação desse metal.

SEÇÃO 3Propriedadesmecânicas

As propriedades mecânicas sãoaquelas que envolvem a reação deum corpo como resposta a umatensão aplicada, também apre-sentam as escalas de aplicaçãodo produto, vida útil esperada ecaracterísticas de processamen-to permitidas. Servem ainda paraclassicar os materiais metálicosem materiais dúcteis ou frágeis.

Tensão

Tensão é a terminologia utilizadapara expressar a carga aplicadasobre uma seção transversal emtermos de força. Essa tensão édistribuída de forma uniforme nointerior do material.

Deformação

Deformação (elongação) é a res-posta do material a uma tensãoaplicada sobre o mesmo. Quandosubmetidos a um esforço, os áto-mos alojados na estrutura crista-lina tendem a se deslocar de suasposições primitivas no espaço.Quando esse esforço acontecerdentro da zona elástica e cessar,os átomos retornarão para suasposições originais. Porém, se tive-rem sido deslocados para outros

sítios, não mais retornarão, defor-mando plasticamente o material.

Elongação: é a relação entre a va-

riação dimensional do material em

função de uma carga aplicada e seu

tamanho inicial.

Deformação elásca

Quando um material é submetidoa um esforço que cause deforma-ção na forma nal do produto de-nomina-se que o material sofreuuma deformação elástica.

Esta deformação se dá de ma-neira microestrutural na estrutu-ra cristalina do material, gerandotensões nessa estrutura, porémsem causar a movimentação dasdiscordâncias através do cristal(grão).

Figura 13 - Deformação Causada pela

Aplicação de Uma Força F sobre A

Seção Transversal de Área A0



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Deformação plásca

Já quando aplicadas tensões for-tes o suciente para deformarpermanentemente o material, diz-se que esse material sofreu umadeformação plástica.

Deformações plásticas são de-correntes da movimentação dasdiscordâncias lineares no interiordo cristal até a região do contor-no de grão. Ao mesmo tempo emque defeitos pontuais intersticiaispodem aumentar a resistência domaterial à deformação, como porexemplo a adição de carbono (C)

no aço, certas características dosmateriais podem ser alteradas pe-las deformações plásticas nos ma-teriais. Um exemplo deste proces-so é o encruamento, que gera umadistorção nos cristais e proporcio-na uma maior rigidez no material.Exemplos de conformação mecâ-nica com o propósito de melhorara qualidade do metal são: extru-são, trelação e laminação a frio.

DICA

Aplicando um esforço sobreum elásco, este irá se de-formar e retornar à sua po-sição original após o esforçoser rerado, pois sofreu so-mente deformação elásca.Já uma goma de mascar,por exemplo, não retorna-ria mais ao seu tamanho ini-

cial, pois sofre deformaçãoplásca.

Tenacidade

A tenacidade indica a capacidadede um material absorver energiaquando sujeito à deformação atése romper. Esta propriedade é deextrema importância, principal-mente em produtos que estejamsujeitos a esforços de impacto echoque. Um aço 1020 apresentamaior tenacidade do que um ferrofundido cinzento, por exemplo.

Dureza

Na metalurgia considera-se como

sendo a resistência de um materialà deformação permanente pelaaplicação de uma carga localiza-da, normalmente por meio de umidentador de carboneto ou dia-mante. Já na mineralogia conside-ra-se como sendo a resistência aorisco de um mineral, dureza estadada em função da escala Mohsde que vai de 1 para o talco a 10para o diamante.

DICA

A dureza de um produto po-derá ser alterada em funçãode tratamentos térmicos outermoquímicos.

Ducbilidade

Propriedade denida de formaqualitativa que indica a capacidadede deformação (estiramento) de

um material sob esforço até seurompimento, normalmente asso-ciada à formação de lamento, ouseja, quanto mais dúctil for um

material, maior será a capacida-de desse material ser deformadoplasticamente por meio dos pro-cessos de conformação mecânicacomo: trelação, laminação, etc.Materiais que exibem alta ducti-bilidade são o ouro (Au), o cobre(Cu), o alumínio (Al), dentre ou-tros.

DICAVocê sabia que é possíveldar um “nó” no ferro? Emsua próxima aula de labo-ratório tente fazer isso u-lizando um aço 1020 redon-do de ¼. Aqueça a região aser dobrada acima dos 1100°C e faça o nó.

MaleabilidadeÉ uma propriedade muito seme-lhante à ductibilidade, porém en-quanto esta indica a capacidade deum material ser deformado para aformação de lamentos, a male-abilidade se refere à capacidadede um material ser laminado. Ummaterial de uso cotidiano que exi-be alta maleabilidade é o alumínio(Al), com o qual é possível formar

o papel alumínio. O ouro (Au) é omaterial que exibe maior capaci-dade de ser laminado.


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Fragilidade

A fragilidade é uma propriedade com características opostas à ductibi-lidade, ou seja, quanto maior a fragilidade de um material, maior seráa chance dele quebrar quando submetido a um esforço externo semapresentar deformações plásticas. Como exemplo de materiais frágeispode-se destacar vidros e cerâmicas em geral, ferro fundido cinzento,aço ferramenta de elevada dureza, dentre outros.

A velocidade da aplicação de um esforço, bem como a temperatura domaterial têm inuência direta sobre esta propriedade. Quanto maior a

velocidade (energia) de impacto, maior será a possibilidade de um mate-rial exibir uma fratura frágil (tijolo colocado sobre uma mesa de vidro xtijolo lançado sobre uma mesa de vidro). Já a diminuição das temperatu-ras limita a mobilidade das ligações químicas, o que acaba por enrijecero material e, consequentemente, torná-lo mais frágil.

Figura 14 - Nó de Ferro

Fonte: Panoramio (2009).

Resiliência

É a máxima energia que um material pode absorver durante a aplicaçãode um esforço dentro de sua zona elástica e liberá-la quando descarre-gado.

Relembrando

Nesta unidade de ensino

você conheceu as princi-pais propriedades sicas,químicas e mecânicas dosmateriais e seus conceitos.O conceito de propriedademecânica aprendido nestaunidade lhe acompanharáao longo de toda sua vidaprossional no setor metalmecânico. Por isso, é impres-cindível uma aprendizagemsignicava em torno desseconceito. Se você ainda es-

ver com dúvida sobre algumapropriedade, é hora de voltare estudar um pouco mais.Pesquise mais sobre as pro-priedades mecânicas na lite-ratura especializada. Vamos!Concentre-se em sua apren-dizagem!


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Unidade deestudo 3

Seções de estudo

Seção 1 – Siderurgia

Seção 2 – Ligas metálicasSeção 3 – Microconstuintes do açoSeção 4 – Aço-liga

Seção 5 – Aço ferramentaSeção 6 – Aços inoxidáveis

Seção 7 – Ferros fundidos


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SEÇÃO 1Siderurgia

Há milênios o homem utilizametais para a fabricação de seusutensílios e armas. Inicialmen-te empregava metais nobres porserem facilmente encontradosna sua forma nativa na natureza,como o ouro (Au) e o cobre (Cu),

e em seguida passou a utilizartambém ligas, como o bronze –Cobre (Cu) mais estanho (Sn).

O conjunto de técnicas que a hu-manidade desenvolveu ao longodos milênios para a extração e ma-nipulação dos metais e suas ligasé chamado de metalurgia. E umdos campos especícos desta, quese dedica à fabricação e ao trata-mento dos aços, é a siderurgia. Oinício da exploração e utilizaçãodo ferro (Fe) se deu somente por

volta de 1200 a.C.

Minério

É um composto mineral extraídoda natureza com quantidades sig -nicantes do elemento metálico.Por exemplo, o ferro (Fe) pode serobtido dos seguintes minerais: he-matita (Fe

2O

3 ), magnetita (Fe

3O

4 ),

limonita (FeO[OH]), pirita (FeS2 ),dentre outros.

Materiais Metálicos Ferrosos

Após a mineração, que pode sera céu aberto ou subterrânea, ominério de ferro é preparado eenviado para as siderúrgicas paraa redução do óxido de ferro emferro-gusa.

Ferro-gusa: é o ferro resultante

da redução do minério de ferro

em altos fornos ulizando o

coque (carvão) como combusvel

e carburante e o calcário como

fundente. Seu percentual de

carbono (C) é em média de 4 a 5%,

além de outros elementos.

Figura 15 - Minério de Ferro

Fonte: Industry Player (2009).

Alto-forno (redução)

A redução do minério de ferroem ferro-gusa se dá no alto-for-no, usando como combustível ocoque (carvão mineral ou vegetal)e como fundente o calcário.

O minério de ferro é trituradoaté a granulometria especicadano processo, e então carregadono alto-forno juntamente com osfundentes e o coque.

O fundente normalmente é o cal-cário e tem por objetivo a sepa-ração das impurezas do processoque sairão na forma de escória.

Já o coque é obtido a partir decarvão vegetal ou mineral aque-

cido a temperaturas superiores a1000 °C em câmaras herméticas.O resultado nal será um mate-rial rico em carbono. Atua comocombustível e agente carburanteno processo.

Esquema deoperação de um

alto forno

Coque

Minériodeferro

Calc

ário

T r a n s p

o r t a

d o r

Saída deescóriaS

aídadeferrogusa

Injeçãodear

Alimentador

1200°C

1650°C

500°C

Figura 16 - Alto-Forno

Fonte: MSPC Informações Técnicas (2009).


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Aciaria

A aciaria é o setor da siderúrgicaresponsável pela puricação doferro-gusa para obtenção do aço.É nesta etapa que ocorre tambémo reno do aço e a adição de ele-mentos de ligas.

O material alimentado é o gusalíquido ou sólido e a sucata, e oproduto nal é o aço. Ocorre aredução do carbono, que geral-mente é de 4-5% para níveis mui-to baixos, podendo ser inferior a0,1%. A maior parte desse aço ésolidicada em lingotamento con-

tínuo ou convencional na formade tarugos ou blocos.

Figura 17 - Lingotamento Connuo

Fonte: STEEL Producon (Processes &

Products) (2009).

Laminação

Os blocos produzidos na aciariasão laminados na forma de chapasou pers, melhorando as proprie-

dades do aço, além de dar formaao material.

Figura 18 - Laminação

Fonte: STEEL Producon (Processes &Products) (2009).

SEÇÃO 2Ligas metálicas

Somente alguns poucos materiaissão utilizados na sua forma pura,a grande maioria dos materiaismetálicos utilizados na indústriase encontra na forma de liga.

Uma liga é o resultado da incor-poração de outros elementos aomaterial base com o propósito delhe conferir propriedades diferen-ciadas, como por exemplo, umamelhor resistência à corrosão e aaltas temperaturas de trabalho ou

simplesmente para aumentar suaresistência mecânica.

Historicamente, os primeiros ma-teriais metálicos utilizados pelohomem eram feitos de liga de co-bre (Cu), como o bronze: liga decobre (Cu) e estanho (Sn).

Exemplos de ligas utilizadas emprodutos industriais:

▪ aço ao carbono comum –ferro (Fe) e carbono (C);

▪ aço inoxidável – ferro (Fe),carbono (C), cromo (Cr) e níquel(Ni);

▪ bronze – cobre (Cu) e esta-nho (Sn);

▪ ferro fundido – ferro (Fe) ecarbono (C); e

▪ latão – cobre (Cu) e zinco(Zn).

As propriedades nais das ligassão alcançadas pela manipulaçãodos elementos presentes e suasproporções, bem como pelostratamentos a que essas ligas sãosubmetidas ainda na forma de lin-gotes ou já dos produtos acaba-dos. Como exemplo, pode-se des-tacar a incorporação de carbono(C) no aço, elevando a dureza doaço pela adição do carbono.

A adição de um segundo elemento

na matriz metálica poderá gerar no- vas estruturas: uma solução sólida oua formação de uma segunda fase.

O diagrama a seguir apresenta a

classicação das ligas metálicasem função dos elementos envolvidos, mais especicamente, asligas metálicas ferrosas.

Solução sólida

Ocorre quando outros elementosde liga são dissolvidos na estrutu-ra cristalina sem que seja geradauma nova fase. Poderão ocuparposições intersticiais ou simples-

mente substituir os átomos da es-trutura cristalina.

De uma forma ou outra, a dife-rença do tamanho atômico dosátomos envolvidos gerará tensõesinternas na estrutura cristalina decompressão ou tração nas regi-ões ocupadas pelo soluto. Comoconsequência, o deslizamento dosplanos cristalinos e a movimenta-ção das discordâncias necessitarão

de maior energia. Por exemplo, aadição de 30% de níquel em cobreaumenta a sua resistência de tra-ção de 172 para 379 MPa.

Soluto: elemento que serádissolvido, exemplo: o açúcardo xarope.

Solvente: meio em que o so-luto será dissolvido. Solvente

universal: água.


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Diagrama 1 - Classicação das Ligas Ferrosas



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Segunda fase

Quando se adiciona elementosque não são solúveis, ou que têmsolubilidade incompleta na ma-triz, haverá a formação de umasegunda fase resultante da preci-pitação desse soluto. Como resul-tado, a resistência, a ductibilidade,a rigidez e a resistência à corrosãosofrerão alterações, tanto paramais quanto para menos, de acor-do com os elementos envolvidose a forma com que eles se preci-pitam.

O ferro fundido é um exemplo

da formação de uma segunda faseoriunda da precipitação do ele-mento carbono (C) (soluto comsolubilidade parcial) no ferro (Fe)(solvente). Através de processosde fundição e adição de outroselementos, a grata poderá seprecipitar na forma de nódulos,lamelas, dentre outras formas.

SEÇÃO 3Microconstuintes doaço

Ao analisar a microestrutura doaço em função do percentual decarbono e condições de resfria-mento, será possível observar di-ferentes microestruturas, as quaispor sua vez também apresentaramcaracterísticas mecânicas particu-

lares. Essas microestruturas sãochamadas de microconstituintes.

Os microconstituintes podemser identicados no diagrama deequilíbrio ferro – carbono (Fe-C) e são dependentes do teor decarbono e de outros elementos deliga, além da temperatura. Dentreos mais importantes, podem-sedestacar ferrita, cementida, perli-ta, austenita e martensita.

Figura 19 - Diagrama de Equilíbrio Ferro – Carbono (Fe-C)


Ferrita

O ferro α (ferrita) apresenta umaestrutura cristalina cúbica de cor-po centrado (CCC), baixa dureza,baixa resistência mecânica, grandeductibilidade e é ferromagnético.

A solubilidade máxima de carbo-no (C) é de 0,008% à temperaturaambiente, e pode ser também de-signado ferro puro.

Em ligas comerciais o percentualde carbono (C) será maior do que0,008% e assim além da ferritaé possível que a microestruturaapresente outros microconstituin-tes.

Figura 20 - Micrograa de uma Estru-

tura Ferríca (Ferro Α)


Cementa

A saturação do carbono (C) naferrita ou na austenita forma acementita, ou carboneto de ferro(Fe

3C), que é uma fase metaestá-

vel e contém 6,67% de carbono. Ao contrário da ferrita e austenita,exibe grande dureza e fragilidade,e é a responsável pelo aumento deresistência nos aços.

Figura 21 - Micrograa de um Aço

com 1,4% de Carbono. A Cemenda é

a parte ao redor dos Grãos de Perlita



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Perlita

A perlita em si não é uma fase, esim a combinação de duas fases,ferrita e cementita. Estas se for-mam de forma intercalada comuma proporção de aproximada-mente 88,5% e 11,5%, respectiva-mente.

Microconstituinte muito comumna maioria dos aços, contribui sig -nicativamente para o aumentoda resistência destes. Sua forma-ção ocorre a partir do resfriamen-to lento do ferro Υ(austenita) peladifusão controlada do carbono

(C) para os limites dos grãos deaustenita.

Um aço ao carbono comum com0,76% de carbono (SAE 1077) édesignado como sendo um açoeutetóide e exibirá somente per-lita em toda sua microestrutu-ra. Aços com percentual menorde carbono (C) são classicadoscomo hipoeutetóides e aços commais de 0,76% de carbono (C) sãoos aços hipereutetóides.

Figura 22 - Micrograa de uma

Estrutura Perlíca


Austenita

Acima de 727 °C o ferro α (ferri-ta) sofre uma transformação po-limórca e passa a se arranjar emuma estrutura cristalina cúbica deface centrada (CFC), passando aser designado como ferro Υ (aus-tenita).

Essa é uma solução sólida na qualtodo o carbono presente (até omáximo de 2,11% a 1147 °C) estádissolvido na estrutura cristalinado ferro (Fe), apresenta boa te-nacidade, resistência mecânica e énão magnética.

Processos de tratamento térmi-co como têmpera requerem queo aço seja austenitizado para en-tão ser submetido a um gradientede resfriamento. Nesse processoocorrerá a transformação de ferroα em ferro Υ e em seguida este emoutro microconstituinte, como amartensita.

A transformação de fase de α →Υ e Υ → α é acompanhada de mu-danças no volume do material,uma vez que o fator de empaco-tamento das duas estruturas é li-geiramente diferente. A alteração

volumétrica pode ser responsávelpela criação de tensões internasem peças tratadas termicamente.

Figura 23 - Micrograa de uma

Estrutura AustenícaFonte: Callister (2002, p. 190).

Reação eutetóide: a rea-ção eutetóide ocorre emaços ao carbono comum

a uma temperatura de 727 °Ce 0,76% de carbono. Nessa re-

ação toda a austenita (ferro Υ)é transformada em perlita (fer-rita mais cementa em lamelasalternadas).


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Martensita

A martensita é uma fase metaes-tável de ferro (Fe) supersaturadocom carbono (C), obtida pelo tra-tamento térmico de têmpera. Oaço austenitizado é resfriado rapi-damente sem que dê tempo paraque o carbono (C) difunda dessaestrutura na qual está dissolvidoe forme o Fe

3C. Obrigando, en-

tão, que o ferro (Fe) se arranje emuma estrutura tetragonal de corpocentrado (TCC) que retém o car-bono (C).

Essa estrutura é a responsável

pelo aumento de dureza e rigidezno aço temperado, conferindo aoaço propriedades mecânicas demaior interesse comercial, em quea dureza e resistência são deseja-das.

Por ser uma fase metaestável, eestar longe do equilíbrio, não apa-rece no diagrama de equilíbrio daliga ferro carbono (Fe-C). O graude martensita formada dependeráda quantidade de carbono e ou-

tros elementos de liga e tambémdo gradiente de resfriamento aoqual o aço for submetido.

Figura 24 - Micrograa de uma Estru-

tura Martensíca


Martensita revenida

A martensita obtida pelo trata-mento térmico de têmpera podeser muito dura e rígida, porémtambém frágil para muitas aplica-ções. Com o propósito de alcan-çar alta dureza, no entanto comuma certa ductibilidade e tena-cidade, a martensita poderá sersubmetida ao tratamento térmicode revenimento. O resultado seráuma martensita revenida mais fa-ses de ferro a e cementida.

Bainita

Exibe uma microestrutura seme-lhante aos aços perlíticos, porémmais renada (partículas de ferroa e Fe

3C menores), o que resulta

em um aço mais duro e resistente.

SEÇÃO 4Aço-liga

Embora a designação para o açoseja de uma liga ferro (Fe) car-bono (C) com concentrações decarbono variando entre 0,008%e 2,11%, na realidade é uma ligamuito mais complexa e leva emsua composição muitos outroselementos de liga que serão res-ponsáveis por suas propriedades.

Abaixo de 0,008% de carbono (C)a liga formada é designada de fer-ro doce.

Aço baixa liga

A terminologia de aços ligados éutilizada para designar a liga deferro (Fe) e carbono (C) com ou-tros elementos de liga em percen-tuais inferiores a 5%.

Aço alta liga

Aços alta liga possuem em suacomposição pelo menos 5% deelementos de liga, os quais pro-porcionarão características es-peciais ao aço em função de suaquantidade, proporções e trata-mento térmico a que o aço forsubmetido.

Nomenclatura

Ao redor do planeta existem mui-tos organismos de normatizaçãoque buscam padronizar metodo-

logias, processos, nomes, etc. Paraas ligas de aço comercial não édiferente, elas são codicadas deacordo com normas desses orga-nismos.

Entre as nomenclaturasdestacam-se: UNS – UniedNumbering System; ASTM – American Society for Tesng

and Materials; DIN – Deuts-ches Instut für Normung;JIS – Japanese Industrial Stan-dards; BS – Brish Standards;SAE – Society of AutomoveEngineers; AISI – AmericanIron and Steel Instute; e ISO – Internaonal Organizaon for Standardizaon com aISO/TS 4949:2003: Steel Na-mes Based on Leer Symbols.

Um aço SAE 1045, por exemplo,é designado por C45 na DIN,060A47 na BS e S45C na JIS. OBrasil adota a nomenclaturadenida pela AISI/SAE para osaços comerciais que seguem aseguinte classicação genérica:


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Tabela 2 - Classicação Genérica de

Aços segundo a Sae

DesignaçãoSAE

Tipo

1xxx Aço carbono

2xxx Aço níquel

3xxx Aço cromo níquel

4xxx Aço molibdênio

5xxx Aço cromo

6xxxAço ao cromo

Vanádio

7xxx Aço tungstênio

8xxxAço ao cromoníquel vanádio

9xxx Aço ao silício man-ganês

xxBxx Aço boro

xxLxx Aço chumoFONTE: adaptado de Chiaverini (2002).

Os dois primeiros algarismos de-nem a liga e os dois últimos opercentual centesimal de carbono(C). O Aço 1045, por exemplo,é um aço comum com 0,45% de

carbono (C), já um aço 4340 é umaço ao cromo-níquel-molibdêniocom 0,4% de carbono (C).

SEÇÃO 5Aço ferramenta

Os aços utilizados na fabricaçãode ferramentas de uso industrialrequerem propriedades mecânicasespecícas, como resistência aochoque, resistência para o traba-lho a quente, capacidade de cortea frio, dentre outras.

São produzidos com severas tole-râncias de composições químicase propriedades físicas. Os princi-pais elementos químicos presen-tes em quantidades relativamentegrandes são tungstênio (W), mo-libdênio (Mo), vanádio (V) e cro-mo (Cr).

São classicados de acordo comsuas propriedades e aplicações.

Tabela 3 - Classicação de Aços Ferramenta

AISI Denição Exemplo Aplicações comuns

W

Aço ferramenta

temperável emágua W2 Matrizes para cunhagem

SAço ferramentaresistente aochoque

S1 Estampos, culelaria

PAço ferramentapara moldes paraplásco

P20Moldes para injeção deplásco

OAço ferramentatemperável emóleo

O1Ferramentas para dobra dechapas

AAço ferramenta

temperável ao ar

A2Ferramentas de corte e

repuxo

DAço ferramentapara trabalho afrio

D6Matrizes para conformaçãoa frio de aços

HAço ferramentapara trabalho aquente

H13Matrizes para trabalho aquente de aços

MAços rápido aomolibdênio

M2Ferramentas de corte eusinagem

Fonte: CIMM (2009).

Aço temperável em

água (W)

Tem alta resistência ao desgaste eà abrasão e boa tenacidade. Den-tre os aços ferramenta é o queapresenta melhor soldabilidade.Porém pode apresentar trincas edistorções durante o tratamentotérmico.

Aço resistente ao cho-

que (S)

Esta classe de aço ferramentaapresenta grande tenacidade e re-sistência ao choque, além de altadureza. Suas principais aplicaçõessão em ferramentas de corte.

Aço ferramenta para afabricação de moldes parapláscos (P)

São aços empregados nafabricação de moldes de injeção

de plástico ou de metais leves.

Apresentam boa usinabilidade,média temperabilidade, boacapacidade de polibilidade, alémde uniformidade de dureza.

Aço ferramenta tem-perável ao óleo (O)

Esta classe de aços apresenta umagrande temperabilidade, o quepermite que sejam temperados ao

óleo.

Aço ferramenta tem-perável ao ar (A)

Tem maior temperabilidade doque os aços temperáveis em água.O meio refrigerante empregado, oar, é o que gera menor gradientede resfriamento. Por esse motivoapresenta menos possibilidade

de distorções e trincas térmicas.


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Porém sua resistência à abrasão émoderada.

Aço ferramenta paratrabalho a frio (D)

Utilizado para usinagem, confor-mação e processamento de mate-riais à temperatura ambiente oupouco elevada. As principais ca-racterísticas são a elevada dureza,a resistência à abrasão e a tenaci-dade.

Aço ferramenta para

trabalho a quente (H)

São aços cuja temperatura de apli-cação pode superar os 200 ºC, enestas condições devem apresen-tar resistência ao desgaste, ao cisa-lhamento e à abrasão, mantendoa alta dureza conseguida por têm-pera, a resistência ao desgaste esua tenacidade. Ainda possui altaresistência à fadiga térmica.

Aço rápido ao molib-dênio (M) ou ao tânio (T)

São aços de elevada dureza e re-sistência ao desgaste aliada a umaboa tenacidade. Sua dureza podechegar a mais de 60 HRC e entresuas principais aplicações estãoferramentas de corte e usinagem.

Figura 25 - Ferramentas de Usinagem em Aço Rápido

Fonte: Portal da Usinagem (2009).

SEÇÃO 6Aços inoxidáveis

Dentre os muitos tipos de aço,uma classe se destaca para traba-lhos em que a elevada resistência aambientes corrosivos e altas tem-peraturas são necessárias, é a dosaços inoxidáveis. A sua produçãoenvolve a adição de elementos deliga, como o cromo (Cr) (>11%)e eventualmente o níquel (Ni),dentre outros, em quantidades eproporções variadas em funçãodas características mecânicas e fí-

sicas que se deseja para aplicaçõesespecícas.

Para sua nomenclatura normal-mente é utilizada a equivalênciados nomes comerciais com a nor-ma AISI e classicam-se em cin-co grupos de acordo com a mi-croestrutura básica e o tratamentotérmico possível. Acompanhe!

Austenícos

Os aços inoxidáveis austeníticossão os mais comuns e com carac-terísticas mais nobres. Contêmentre 12% a 30% de cromo (Cr)e entre 7% e 25% de níquel (Ni),dentre outros elementos adicio-nados em menores quantidadescomo o titânio (Ti) e o nióbio(Nb). São pouco sensíveis à tem-

AISI: American Iron and SteelInstute.


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peratura e podem ser endurecidospor têmpera, ou ainda encruadose recozidos. As ligas mais comunssão a 301, 304, 316 L.

Ferrícos

São ligas menos nobres que con-têm entre 16% e 30% de cromo(Cr), e cujas propriedades mecâ-nicas não são alteradas pelos tra-tamentos térmicos. Suas caracte-rísticas mecânicas são inferiores,porém são mais inoxidáveis doque o primeiro grupo. Uma ligacaracterística é a AISI 430.

Martensícos

Possuem elevado teor de carbono,o que lhes confere alta capacidadede endurecebilidade por têmpera.O teor de cromo (Cr) varia entre12% a 16% e de carbono (C) entre0,1% a 0,4%. Apresentam menorinoxibilidade do que os ferríticos,porém com qualidades mecâni-cas otimizadas. As ligas 410 e 420compõem esta classe.

Duplex

Aços com baixo teor de carbonoligados ao cromo (Cr) e ao níquel(Ni), obtendo uma microestruturamista de austenita e ferrita. Apre-sentam boa resistência à corrosãoaliada à resistência mecânica, alémde melhor soldabilidade do que os

aços inoxidáveis austeníticos.

Endurecíveis por preci-

pitação

O teor de níquel (Ni) é reduzido,

aproximadamente 4%, porém ou-tros elementos como o cobre (Cu)são adicionados com o propósitode promover a precipitação. Suaresistência à corrosão é equivalen-te aos austeníticos e suas proprie-dades mecânicas semelhantes aosmartensíticos.

Aços inoxidáveis ferríticos, mar-tensíticos e duplex exibem a pro-priedade de serem ferromagnéti-cos, enquanto os demais são ferro

não magnéticos, ou seja, não sãoatraídos por imãs.

A característica de resistência àoxidação (inoxidáveis) se dá gra-ças à formação de uma na pe-lícula de óxido de cromo muitoaderente e impermeável ao oxigê-nio (O) e a muitos outros produ-tos químicos corrosivos.

Tabela 4 - Classicação dos Aços Inoxidáveis

Elementos de liga(principais)

MicroestruturaMicroestrutura Endurecibilidade Exemplos

Série AISI 4XX(ao cromo)

Martensíca Endurecível AISI 416 / 420

Ferríca Não endurecível AISI 430

Série AISI 3XX(ao cromo /

níquel)

Auteníca Não endurecívelAISI 302 / 303/ 316

Não endurecívelAISI 321 (Ti) /AISI 347 (Nb) -estabilizados

Duplex Não endurecíveis AISI 329

Fonte: adaptado de Chiaverini (2002).

Inoxidáveis: Resistentes àcorrosão.


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SEÇÃO 7Ferros fundidos

Pelo estudo do diagrama de equi-líbrio Fe-C (Ferro – Carbono) de-ne-se o ferro fundido como umaliga de ferro (Fe) e carbono (C),com o carbono presente entre2,11 e 6,67%. O terceiro elemen-to é o silício (Si) que se encontrageralmente entre 1 e 3% e é oresponsável pela precipitação dagrata. O carbono (C) excedente(grata) parcialmente “livre” naforma de lamelas, veios ou nódu-

los é o responsável pelas proprie-dades do material como a absor-ção à vibração. A palavra “ferrofundido” poderá ser abreviada emalgumas literaturas por FºFº.

A grata livre é quem determinaas propriedades mecânicas e tam-bém sua nomenclatura. Os ferrosfundidos são classicados comoferro fundido cinzento, branco,maleável, nodular e vermicular.

Também podem ser classicadosde acordo com o percentual decarbono (C). Entre 2,11% e 4,3%é considerado um ferro fundidohipoeutético, com 4,3% de carbo-no (C) é eutético, e acima de 4,3%até 6,67% será hipereutético.

Tabela 5 - Composição Típica de Ligas de Ferro Fundido

Composição pica (%)

Ferro

fundido

Carbono Silício Manganês Enxofre Fósforo

Cinzento 2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,2 – 1,0 0,02 – 0,25 0,02 – 1,0

Nodular/dúcl

3,0 – 4,0 1,8 – 2,8 0,1 – 1,0 0,01 – 0,03 0,01 – 0,1

Vermicular/gratacompactada

2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,2 – 1,0 0,01 – 0,03 0,01 – 0,1

Maleável 2,0 – 2,9 0,9 – 1,9 0,15 – 1,2 0,02 – 0,2 0,02 – 0,2

Branco 1,8 – 3,6 0,5 – 1,9 0,25 – 0,8 0,06 – 0,2 0,06 – 0,2

Fonte: Chiaverini (2002, p. 495).

Maleável

Perlítico

FºFº

Maleável

Ferrítico

FºFº

FºFºBranco Cinzento

Perlítico

FºFº

Cinzento

Ferrítico

FºFº

Dúctil

Perlítico

FºFºDúctil

Ferrítico

FºFº

T e m p e r a

t u r a

Ferros Fundidos

Comerciais M /CegResfriamento

Fe3C C

Rápido

P + Fe3 C

Moderado

P + Gf

Lento Moderado

P + Gn

Lento

α + Gnα + Gf

Rápido

P + Gr

Lento

α + Gr

G

Fe3C

FºFº

P

α

: Cementita

: Ferrita

: Grafita

: Perlita

: Ferro Fundido

Abreviaturas:

~~

~~

~~

Reaquecimento a:

~700 C - 30min°

Figura 26 - Microconstuintes Típicos dos Ferros Fundidos



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Ferro fundido cinzento

O carbono livre (grata) se en-contra na forma de lamelas, carac-terizando dessa forma uma fratu-ra de coloração cinza-escuro. Orestante desse carbono está comocarboneto (Fe3C). Apresenta ex-celente absorção a vibrações, poresse motivo é muito utilizado emestruturas de máquinas e equipa-mentos, além de ser fácil de fun-dir e usinar, no entanto, apresentabaixa resistência mecânica e fratu-ra frágil.

Figura 27 - Micrograa de um Ferro

Fundido Cinzento Ferríco


Figura 28 - Comparação entre a Amplitude de Vibração de um Aço e um Ferro

Fundido em Função do Tempo


Ferro fundido branco

Praticamente todo o carbono estáretido na forma combinada decarboneto (Fe

3C) devido às suas

condições de fabricação com me-nos silício. A sua fratura terá umacaracterística mais clara. É a classede ferro fundido mais dura. Uma

de suas aplicações é em roletes delaminação.


Fundido Branco



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Ferro fundido

maleável

O ferro fundido maleável é obti-

do por meio do tratamento térmi-co de maleabilização a partir doferro fundido branco. A grata setransformará em nódulos.


Fundido Maleável


Ferro fundido nodular

Dentre os ferros fundidos é omais dúctil, propriedade que éobtida pelo tratamento térmicoainda no estado líquido. A grataesferoidal resultante é a responsá-

vel por essa ductibilidade.


Fundido Nodular


Ferro fundido

vermicular

Também conhecido como com-

pacted graphite iron (CGI), foi des-coberto ao acaso durante a fun-dição do ferro fundido nodular eseu uso se dá há mais de 30 anos,porém somente na última décadapassou a ser empregado em com-ponentes mais complexos comoblocos de motores, substituindoo cinzento. Leva em sua composi-ção magnésio (Mg) em uma faixamuito estreita, elemento este quefaz com que a grata livre se for-

me como estrias grossas (seme-lhante a vermes), origem do nomevermicular .


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Relembrando

Nesta unidade de ensino nos

concentramos nas ligas me-tálicas. Você aprendeu sobresiderurgia, as classicaçõesdas principais ligas metáli-cas ferrosas e a sua nomen-clatura. Conheceu ainda osmicroconstuintes principaisdessas ligas.Na próxima unidade vocêaprenderá sobre materiaismetálicos não ferrosos. Ain-da há muito pela frente. Con-nuemos juntos!

Destaca-se por apresentar boa resistência mecânica (praticamente odobro do cinzento), capacidade de amortecimento a vibrações, poucosensível a choques térmicos, tenacidade e ductibilidade. A grata que seencontra tanto na forma de veios (ferro fundido cinzento) quanto em

nódulos (ferro fundido nodular) é a responsável por essas característicasmecânicas.

Figura 32 - (A) Micrograa de um Ferro Fundido Vermicular, (B) Micrograa da

Grata no CGI

Fonte: Mocellin et al. (2004).


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Unidade deestudo 4

Seções de estudo

Seção 1 – Os pos de materiais metáli-cos não ferrosos


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SEÇÃO 1Os pos de materiaismetálicos não ferrosos

Alumínio (Al)

O alumínio (Al) se destaca pelasua elevada condutibilidade tér-mica e elétrica aliada a uma baixadensidade, além de ser o elemento

metálico mais abundante na cros-ta terrestre. Do latim aluminium, apresenta uma densidade de 2,700g/cm3 e um ponto de fusão de660°C. Sua aparência é de cinzaprateado fosco.

É um metal bastante resistente àcorrosão, dúctil, aceita tratamen-tos térmicos que lhe conferemmaior dureza e rigidez, além deformar ligas com propriedades di-ferenciadas com inúmeros outrosmetais, como cobre (Cu), manga-nês (Mn), magnésio (Mg), dentreoutros. A condutibilidade térmicae elétrica, por exemplo, é altamen-te dependente do grau de purezada liga. A resistência à corrosãose dá em função da formação doóxido de alumínio (Al

2O

3 ) em sua

superfície.

Tais características o habilitampara aplicações na indústria aero-

náutica, naval, de transporte, decondutores elétricos, trocadoresde calor, da construção civil, utili-dades domésticas e muitas outras.

É um dos metais mais reciclados, visto sua facilidade de recolhi-mento e seu preço de revenda,aliados a um consumo energéticode até vinte vezes menor do que asua obtenção a partir do seu mi-nério natural, a bauxita.

Materiais Metálicos Não Ferrosos

Chumbo (Pb)

Do latim plumbum, tem densidadede 11,340 g/cm3 e ponto de fusãode 327 °C. Sua aparência é bran-ca azulada quando cortado, em

contato com o ar se oxida candocinza.

Embora tóxico e pesado, é mui-to utilizado em construção civil,baterias, munição, proteção con-tra raios X, ligas de solda, lastros,gaxetas, tipos de pigmentos, tipo-graa, etc. As propriedades queo tornam interessante industrial-mente são sua alta maleabilidade,exibilidade, lubricidade, além dacondutibilidade elétrica. Em con-trapartida, seu ponto de fusão, suaresistência mecânica e dureza sãobaixos.

A sua utilização como elementode proteção contra radiações deraios X e raios gama é devido àsua alta densidade. Finas placasdeste material podem substituirparedes de concreto de maior es-pessura aplicadas com o mesmopropósito.

Forma ligas com outros metaiscomo antimônio (Sb), estanho(Sn), cobre (Cu), etc.

DICA

O chumbo é um metal pe-sado que pode provocargraves danos à saúde hu-mana. Pesquise mais sobrea toxicologia do chumbo na

internet.

Recolhimento: Como latasde bebidas, por exemplo.


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Cobre (Cu)

O cobre (Cu) é um dos primei-ros metais utilizados pelo ho-mem. Tem coloração avermelha-da brilhante e possui densidadede 8,950 g/cm3 com um ponto defusão de 1083 °C.

Dentre suas propriedades mecâni-cas, destacam-se a ductibilidade emaleabilidade, o que permite queseja estampado, estirado, confor-mado. Ainda como um excelentecondutor térmico e elétrico é am-plamente utilizado em condutoreselétricos e trocadores de calor.

Em ambientes corrosivos, resistemuito bem à oxidação.

Forma ligas com vários metais,dos quais os mais conhecidos sãoas ligas de cuproníquel (cobremais níquel), o latão (cobre maiszinco) e o bronze (cobre mais es-tanho).

Cromo (Cr)

O cromo (Cr) é um metal cinzacom característica semelhante aoaço. Sua densidade é de 7,200 g/cm3 e seu ponto de fusão é de1907 °C.

Além da sua aplicação como ele-mento de liga em aços inoxidáveise aços resistentes ao calor, porexemplo, também é muito empre-gado por eletrodeposição em açospara melhorar sua resistência àcorrosão e oxidação e pigmentos.

A alta resistência à corrosão docromo é devida à formação deuma camada muito na, aderentee resistente, o óxido de cromo.

Estanho (Sn)

O estanho (Sn) se caracterizacomo um material branco pratea-do com densidade de 7,310 g/cm3 e ponto de fusão de 231 °C.

Utilizado pela humanidade a mi-lhares de anos, formando ligacom o cobre (Cu): bronze. A con-tribuição para o desenvolvimentohumano foi relevante a ponto denomear uma era, a idade do bronze , que ocorreu aproximadamenteentre os anos 4000 e 1000 a.C.

Possui baixa ductibilidade, porémapresenta boa resistência à oxida-ção em muitos meios, é utiliza-do para recobrir outros metais eassim agir como proteção à cor-rosão. Um exemplo clássico é a“lata”, que é uma folha de an-dres (aço de baixo teor de carbo-no) revestida com o estanho (Sn),largamente utilizada na indústriaalimentícia.

Magnésio (Mg)

O magnésio (Mg) é um metal deaparência prateada. Sua densidadeé de 1,73 g/cm3 e ponto de fusãode 650 °C.

Por ser bastante resistente e leve,e apresentar boa resistência à cor-rosão em meios pouco agressivos,é utilizado em aplicações estrutu-rais. Pode-se destacar seu uso na

indústria naval, bélica, aeronáuti-ca, automobilística, além de com-ponentes eletroeletrônicos. Seuuso na forma de ligas se dá pre-dominantemente com o alumínio(Al).

Cobre: Do lam cuprum.

Cromo: Do grego chrôma edo lam chromium.

Estanho: Do lam stagnun.

Magnésio: Do lam mag-nesium.


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RelembrandoNesta unidade você conhe-ceu um pouco sobre outrosmateriais metálicos não fer-rosos, aqueles mais ulizadosna indústria metal mecânica,e suas principais caracterís-cas. Na próxima unidade deestudos você estudará a des-crição dos ensaios metalo-grácos, conhecendo desdeos procedimentos para pre-

paração das amostras até osreagentes mais aplicados noataque químico de ligas fer-rosas e de alguns metais nãoferrosos.Connue antenado!

Níquel (Ni)

O níquel (Ni) é um metal brancoprateado com densidade de 8,908g/cm3 e ponto de fusão de 1455°C.

Dentre suas propriedades, pode-se destacar sua resistência à oxida-ção e à corrosão, boa resistênciamecânica e característica ferro-magnética. Tais propriedades di-ferenciam as ligas de níquel (Ni)de muitos outros materiais.

Seu maior consumo se dá comoelemento de liga na fabricação doaço inoxidável, superligas de ní-

quel, além de estar presente emalgumas ligas de aço-carbono.

Titânio (Ti)

O titânio (Ti) é um metal de corbranca metálica com densidade de4,507 g/cm3 e ponto de fusão de1668 °C.

Seu alto módulo de elasticida-de, leveza, resistência mecânica e

biocompatibilidade o tornam ummaterial de grande interesse paraa fabricação de próteses médicas.Outra propriedade de interesse éa sua alta resistência à corrosão.

As principais aplicações se dão naindústria química, naval, nuclear,em pigmentos na forma de dióxi-do de titânio (TiO

2 ), além de par-

ticipar como elemento de liga emmuitas outras ligas metálicas.

Tungstênio (W)

O tungstênio (W) é um metalde aparência de branco a cinza,com densidade de 19,250 g/cm3 emaior ponto de fusão de todos oselementos, 3422 °C.

Embora muito escasso, é extraídoda natureza na forma de óxidose sais, sua gama de aplicações émuito grande graças às suas carac-

terísticas de alta dureza e ponto defusão.

As principais aplicações são emferramentas de corte como bro-cas e pastilhas, lamentos de lâm-padas, eletrodos não consumíveisem soldas TIG, além de tambémser empregado como elemento deliga.

Zinco (Zn)

O zinco (Zn) é um metal de co-loração branco azulada com den-sidade de 7,140 g/cm3 e ponto defusão de 419 °C.

A formação de um óxido em suasuperfície o torna muito resistenteà corrosão. Muitas de suas aplica-ções se dão em função dessa pro-priedade como, por exemplo, oprocesso de galvanização.

Também é utilizado como pig -

mento, aditivo e elemento de liga.Dentre as ligas formadas, a demaior destaque é a formada como cobre (Cu), o latão.

DICA

Pesquise mais sobre a apli-cação do zinco como metalde proteção ao aço. Vamos!Não custa tentar!

Níquel: Do alemão kupfer-nickel .

Titânio: Do lam tanium.

Tungstênio: Do lam wol- framium.

Zinco: Do lam zincum.


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Unidade deestudo 5

Seções de estudo

Seção 1 – Introdução

Seção 2 – Microscopia

Seção 3 – Preparação das amostrasSeção 4 – Preparação dos reagentes


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SEÇÃO 1Introdução

A olho nu uma superfície metálicapode parecer sólida e homogênea,porém não é. Ela possui defeitoscomo vazios e contornos de grão,além de diferentes microconsti-tuintes e precipitados que só se-rão visíveis através do uso de mi-

croscópios óticos ou eletrônicos.Empregando-se técnicas de análi-se metalográca será possível ava-liar as fases presentes, bem comoa sua quanticação com o uso detécnicas especícas de análise, e ouso de relações estatísticas tam-bém é possível.

O conhecimento das fases pre-sentes, do tamanho e forma dosgrãos, da densidade, além de ou-

tras características que são possí- veis de serem avaliadas pela aná-lise metalográca, pode estimarquais serão as propriedades me-cânicas do material naquela con-dição.

A observação dessas microestru-turas permite inclusive a identi-cação de algumas ligas quanto aopercentual de elementos de ligae ao tratamento térmico sofrido.Em relação ao percentual de car-

bono, pode-se avaliar, por exem-plo, se um aço é hipo ou hipereu-tetóide. Já uma microestruturamartensítica indica que esse açofoi submetido a um tratamentotérmico de têmpera, por exemplo.

Metalografia

DICA

Você provavelmente já ulizou um binóculo para visualizar objetosque estão a longas distâncias. Isso é possível graças à combinaçãode suas lentes. Um microscópio faz exatamente a mesma coisa, po-rém a análise se resume a curtos espaços de uma supercie que é

ampliada várias vezes.

SEÇÃO 2Microscopia

O microscópio é o equipamentoresponsável por ampliar a proje-ção da superfície que será anali-sada. Esse aumento pode ser de

poucas dezenas até milhares de vezes.

Para as análises das microestrutu-ras dos materiais metálicos, bemcomo de outras classes de mate-riais, três tipos de microscopiapodem ser utilizados: microscopiaótica (MO) com faixa de aumen-to de 1 a 1.500 vezes, microscopiaeletrônica de varredura (MEV)com aumento de 10 a 20.000 ve-zes e a microscopia eletrônica detransmissão (MET) com aplica-ção de 500 a 300.000 vezes.

A MO apresenta uma resoluçãona ordem de 3.000 Å, a MEV de200 Å, enquanto que a MET pode

chegar a 50 Å. Um novo tipo demicroscopia de pouca aplicaçãoindustrial, a microscopia de cam-po iônico (MCI), tem resoluçãoinferior a 1 Å.

1 Å (um Amgstron) corres-ponde a 1.10-10 m, ou seja,0,0000000001 m.

A microscopia ótica é aplica-da para análise de grandes áreas,além de sua utilização ser simplese rápida, é também de baixo cus-to. A microscopia de varredurapossibilita a análise com maiorprofundidade de foco como emsuperfícies de fratura. Já atravésda MET, defeitos e fases internasdos materiais podem ser identi-cados, como discordâncias e pe-quenas inclusões.


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SEÇÃO 3Preparação dasamostras

Para que uma análise metalográ-ca seja executada, é necessá-ria uma correta preparação dasamostras quanto a sua superfíciee reagente de ataque.

Corpo de prova

O primeiro passo é a retirada daamostra do material a ser analisa-do. Essa separação deve ser por

meios abrasivos, como discos decorte altamente refrigerados. Ouso de operações mecânicas deusinagem e cisalhamento, porexemplo, pode impor severas alte-rações microestruturais na regiãoa ser analisada devido ao trabalhomecânico a frio. Discos de corteabrasivos nos, além de eliminaro trabalho a frio, ainda deixamuma superfície plana com baixarugosidade de forma rápida e se-gura.

Microscopia óca

O microscópio ótico é o maissimples de todos e também omais empregado na indústria paraas análises metalográcas de me-tais, além dos demais setores detransformação, como a indústriatêxtil, de papel e celulose, etc.

É composto basicamente por doisconjuntos de lentes, a ocular (pró-ximo ao olho do observador) e aobjetiva (perto da amostra). Mi-croscópios modernos podem ain-da estarem equipados com lmespolarizadores, prismas, espelhos,

monitores, câmaras de captura, li-gados a computadores equipadoscom softwares de tratamento deimagens, etc. A multiplicação doaumento da objetiva pela ocularserá o aumento total do micros-cópio.

A micrograa observada é obtidaatravés da reexão de um feixe deluz que incide sobre a amostra, aqual por possuir diferentes dire-ções cristalográcas em cada grão

os revela ao observador.

A refrigeração deve ser sucien-temente alta a m de evitar que asuperfície cortada sofra alteraçõesem sua microestrutura decorren-

tes de deformações por trabalhotérmico.

A determinação da seção de corteserá de acordo com as informa-ções que se deseja estudar. Podeser longitudinal ou transversal. Ocorte transversal é utilizado paraestudar a natureza do material,homogeneidade, segregações,profundidade de tratamentos tér-micos, dentre outros. Já o cortelongitudinal permite a avaliação

de detalhes de solda, extensãode tratamentos térmicos, além daidenticação de trabalhos mecâni-cos, aos quais a amostra foi sub-metida.

Embumento

Amostras com dimensões muitopequenas devem ser montadassob um suporte que possibilite oseu manuseio, além de evitar aci-dentes e preservar a qualidade docorpo de prova. Esse processoconhecido como embutimentopode ser executado utilizando re-sinas plásticas a quente ou a frio.São empregadas as resinas de ba-quelite, epóxi, acrílico ou outraque mantenha a forma e a rigidezdurante as etapas de lixamento epolimento.

Equipamentos especiais, como

as prensas para embutir, auxiliamnessa operação, garantindo a qua-lidade e a rapidez da xação.

Lixamento

A operação de lixamento visa eli-minar as imperfeições mais pro-fundas na amostra, que podemser inerentes ao próprio corpo deprova ou decorrentes do corte dasmesmas. Pode ser automático ou

manual, a seco ou a úmido.

Oculares

Caminho da Luz

AnalisadorEspelho

Difusor

Iluminador

PolarisadorDiafragma

Lentes Condensadoras

Seção Polida

Plana Giratória Graduada

Controlede Foco

Figura 33 - Princípio de Funcionamento de um Microscópio


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O lixamento é a etapa anterior aopolimento e, portanto, a sequên-cia de lixas deve começar da maisgrossa para a mais na: 80, 120,

220, 320, 400, 600, 1200 e 1600.Quanto mais imperfeita for a su-perfície inicial, mais grossa será alixa inicial. A numeração da lixacorresponde ao tamanho dosgrãos abrasivos. Estes podem serde óxido de alumínio ou carbetode boro.

DICA

A cada troca de lixa a amos-tra deve ser cuidadosamen-te lavada.

Polimento

O objetivo do polimento é elimi-nar os riscos dei

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