Unifacs Materiais Metálicos AULA 2 Lucas Nao Horiuchi [email protected] 19/Fev/10.
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Tipo de avaliação Peso Data• Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar• Avaliação escrita (P2) 2,0 14/mai• Avaliação escrita (P3) 1,5 11/jun
ARHTE 1,0
• 2ª Chamada 18/jun• Avaliação Final 3,0 09/jul
1. Aços baixa liga;2. Aços para estruturas e vasos de pressão;3. Aços para rolamentos;4. Aços inoxidáveis
5. Aços ferramentas (aço rápido, aço para tarbalho a quente,
aço para trabalho a frio, aços para molde, aços resistentes ao choque).
Aços para Construção Mecânica
Aula 2
– Baixa Liga 1 a 2% de elementos de liga (Cr, Mo e Ni);
– Os elementos visam basicamente o aumento da temperabilidade;
– Classificação:– aços para beneficiamento (tratamento de têmpera
seguido do revenimento);– aços para cementação ou carbonetação;– aços para nitretação.
1. Aços baixa liga
– Aplicações típicas:– peças para a indústria mecânica, tais como: eixos;
engrenagens; chavetas, parafusos; biela; vira-brequins e elementos de máquinas em geral;
– em casos onde são requeridas;» elevadas resistência ao desgaste;» alta resistência e tenacidade.
1. Aços baixa liga
• Aços para beneficiamento – são aços para construção mecânica de composição química adequada à realização de têmpera e revenimento:
1. Aços baixa liga
• Aços para beneficiamento – alguns exemplos de aplicações:
Aço Composição química Aplicação %C %S %Mn %Cr %Ni %Mo
AISI 4130 0,30 0,25 0,50 1,00 - 0,20
AISI 4140 0,40 0,25 0,90 0,95 - 0,20 Eixos-árvore, engrenagens, parafusos, bielas, virabrequins, peças sujeitas a desgaste
Peças soldáveis para a indústria aeronáutica. Acessórios de tubulações, flanges, eixos, engrenagens, chavetas etc.
1. Aços baixa liga
Resposta ao tratamento térmico do aço AISI 4140
Aço baixa liga
1. Aços baixa liga
• Aços para cementação ou carbonetação:– necessidade de camadas superficiais com elevada
dureza, resistência ao desgaste e à fadiga;– núcleo de boa resistência e tenacidade.– teor de carbono na ordem de 0,20% e composição
química balanceada para obter temperabilidade e tenacidade adequadas.
– Aplicações:• engrenagens;• balancins;• eixos de comando.
1. Aços baixa liga
• Cementação: reação química de introdução de carbono na superfície de um aço de baixo teor, em temperatura superior a da zona crítica desse aço.
A cementação altera a composição química da camada superficial do aço, de modo que após a têmpera e revenimento, esta camada terá dureza maior que o núcleo. A cementação em si, não endurece a
superfície do aço, mas aumenta o teor de carbono da superfície favorecendo o endurecimento superficial após o processo de têmpera a que for submetido.
1. Aços baixa liga
• Processo de cementação utiliza carbono livre:– Cementação Gasosa
O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada, onde o potencial de carbono está acima de 0,5%.
– Cementação LíquidaO processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos (Banho de Sal).
– Cementação Sólida (Em Caixa)O processo é realizado em peças cobertas com material sólido, rico em carbono.
1. Aços baixa liga
• Temperatura de tratamento: entre 850oC e 1000oC;• Profundidade de cementação:
Varia com a temperatura de tratamento e o tempo de permanência a essa temperatura: de 0,01 até 3,0mm.
1. Aços baixa liga
1. Aços baixa liga
Aço Composição química Aplicação%C %S %Mn %Cr %Ni %Mo
AISI 4320 0,20 0,25 0,55 0,50 1,80 0,25
AISI 8620 0,20 0,25 0,80 0,50 0,55 0,20 Engenagens, eixos-árvores, cremalheiras, fusos, buchas, peças mecânicas diversas.
Engrenagens, pinhões, coroas, capas de rolamentos
• Aços para cementaçãoAços para cementação – alguns exemplos de – alguns exemplos de aplicações:aplicações:
1. Aços baixa liga
• Aços para cementação, características:– teores de carbono na superfície na ordem de 0,85 a
1,00% são em geral especificadas para estes aços, após a cementação.
– Após a têmpera e revenido se obtém, normalmente, dureza superficial na ordem de 650 a 750HV;
1. Aços baixa liga
1. Aços baixa liga
• Aços para nitretaçãoSão utilizados aços com teores de carbono entre 0,13 e 0,40%, podendo ter adições de alumínio (essencial), cromo, silício, tungstênio e vanádio.
• Nitretação:Objetiva o endurecimento superficial de aços por absorção de nitrogênio.É realizado em fornos com atmosfera controlada, rica em Nitrogênio (em geral NH3).
1. Aços baixa liga
• Aços para nitretação, características:– elevada resistência à fadiga;– elevada resistência ao desgaste (metal-metal);– dureza superficial elevada até ~600°C;– resistente a certos tipos de corrosão;– dureza devido a formação de nitretos de elevada dureza;– camadas produzidas são de menor espessura;– baixa existência de distorções e trincas.
• Aplicações:– os aços nitretados encontram muita aplicação em peças
de extrusoras e injetoras de plásticos.
1. Aços baixa liga
• Tratamentos térmicos anteriores: têmpera e revenido;• Controle da camada nitretada: semelhante a cementação.
• Vantagens:– temperatura de tratamento (500~550oC), menor que cementação;
• Desvantagens– O tempo de permanência é grande;– A espessura da camada cementada é muito pequena;
1. Aços baixa liga
• Nitretação:
Tempo, [h] Espessura, [mm]
10 0,125 0,240 0,350 0,465 0,596 0,8
Exemplo do tempode nitretação para umaço ao cromo.
1. Aços baixa liga
• Nitretação:
(a) Nitretação Gasosa Convencional
(b) Banho de Sais Convencional
Camada nitretada
1. Aços baixa liga
2. Aços para estruturas e vasos de pressãoCaracterísticas essenciais:
• soldabilidade;• propriedades mecânicas adequadas;• para emprego em altas temperaturas é dado
preferência para materiais que não sofram fluência;• para aplicações em baixas temperaturas, uma das
principais características é a tenacidade (ligas de Ni, neste caso são muito empregadas);
– Processamento:• tratamentos térmicos
– normalização + revenimento;– têmpera + revenimento;– alívio de tensões, geralmente após conformação a frio
ou soldagem.
Características essenciais:• capacidade de receber tratamentos térmicos e
termoquímicos;– Tipos:
• aços para têmpera profunda;– deve garantir têmpera ao longo de toda a seção das
partes do rolamento.• aços para cementação;
– apenas 9% dos aços para rolamentos são aços para cementação.
• aços altamente ligados.– destacam-se os aços inoxidáveis martensíticos, aplicações
típicas em meios corrosivos.
3. Aços para rolamentos
• Aços Inoxidáveis: são aços normalmente com baixo carbono e Cr acima de 12%, além de outros elementos de liga, cuja característica principal é a elevada resistência à corrosão.
• Principais famílias dos aços inoxidáveis (segundo a sua microestrutura) são: ferríticos, austeníticos, martensíticos e duplex (ferríticos-austeníticos).
4. Aços Inoxidáveis
Martensítico Ferrítico Austenítico Duplex
• Molibdênio – melhora a resistência no HSO3 a altas temperaturas e água do mar;
• Cobre – HSO4;
• Tântalo, titânio e Nióbio – estabilizadores;
• Silício – resistência a oxidação a altas temperaturas;
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis ferríticos
– Características:• ligas inoxidáveis com alto cromo e baixo carbono;• estrutura ferrítica em todas as temperaturas < Tf;• não endurecem por tratamento térmico.
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis ferríticos
– Aplicações:• peças que requeiram combinação de:
– resistência a corrosão com propriedades mecânicas;– formabilidade;– soldabilidade.
• adornos arquitetônicos;• equipamentos para indústria alimentícia;• equipamentos para a indústria química.
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis martensíticos– Características:
• ligas inoxidáveis ao cromo e carbono e tem composições que interceptam o campo austenítico;
• são temperáveis;• boa resistência à corrosão.
– Aplicações principais:• cutelaria;• instrumentos cirúrgicos;• peças para válvulas e bombas;• peças para turbinas a vapor e bombas;• moldes para plásticos e vidros.
4. Aços Inoxidáveis
Principais Principais aços inoxidáveis martensíticosaços inoxidáveis martensíticos
4. Aços Inoxidáveis
Aços inoxidáveis martensíticos - alguns exemplos Aços inoxidáveis martensíticos - alguns exemplos de aplicação:de aplicação:
Aço Composição química Aplicação %C %Cr %Ni %Mo
AISI 410 0,10 12,5 - -
AISI 440C 1,10 17,5 0,75 0,75 max max
-Rolamentos especiais, submetidos a ação de agentes corrosivos ou a altas temperaturas.
-Instrumentos cirúrgicos e dentários, artigos de cutelaria, peças para bombas de óleo, assento de válvulas etc.
-Rolos para conformação de embalagens, p.ex.: latas de cerveja, óleo, produtos comestíveis etc.
Palhetas para turbinas a vapor, eixos e rotores de bombas, pistões de motores marítimos, componentes para indústria petroquímica, alimentícia e farmacêutica, facas.
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis martensíticos - Processamento:– cuidados especiais no
resfriamento destes aços, devido à elevadíssima temperabilidade;
– revenimento essencial para recuperar a tenacidade após a têmpera;
– a dureza de peças de dimensões normais pode ser obtida diretamente das curvas de revenimento destes materiais.
• Curva de revenimento para o Curva de revenimento para o aço AISI 440C.aço AISI 440C.
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis austeníticos
– Características:• ligas inoxidáveis de baixo teor de carbono, ligadas ao Cr-Ni;• estrutura essencialmente austenítica;• boa resistência à corrosão e oxidação em diversos meios;• excelente tenacidade, mesmo em baixas temperaturas;• boa resistência mecânica à temperaturas elevadas;• a elevada ductilidade destes materiais torna estes aços
especialmente adequados à fabricação por conformação.
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis austeníticos
– Aplicações principais:• equipamentos;• estruturas;• tubulações;• em diversas indústrias, quando uma ou mais destas
características são necessárias.
4. Aços Inoxidáveis
Principais aços inoxidáveis austeníticos
4. Aços Inoxidáveis
• Aços inoxidáveis austeníticos - Processamento:– O controle do tamanho do grão é essencial para o controle
das propriedades e é feito por recristalização. Controle de:• deformação• parâmetros de solubilização
• Propriedades usualmente especificadas para os aços inoxidáveis austeníticos.
4. Aços Inoxidáveis
Sensitização (ou Weld Decay)• Provoca a corrosão intergranular devido a formação de
carbetos de cromo no contorno de grão. O cromo migra da periferia do grão para o seu contorno, deixando a periferia com menor quantidade de cromo;
• Faixa de temperatura ~ 650°C;• Maior quantidade de carbono, mais rápida a
sensitização. Ex:• 0,1% C – 2min• 0,06% C – 10min;• 0,02%C – 30h;
• ASTM A-262 -> ensaio para detectar a sensitização;• Forma para amenizar efeito:
• Aços inox tipo L – possuem menos quantidade de carbono;• Elementos estabilizantes – Ti, Nb, Ta. Ex: 321, 347, 348;
4. Aços Inoxidáveis
Sensitização (ou Weld Decay)4. Aços Inoxidáveis
Outras formas de corrosão
Corrosão por Pites
4. Aços Inoxidáveis
Corrosão sob Tensão4. Aços Inoxidáveis
Corrosão Intergranular
• 4. Aços Inoxidáveis
5. AÇO FERRAMENTA
• Um aço ferramenta é qualquer aço usado para fabricar ferramentas de corte, conformação ou qualquer outro artefato capaz de dar forma a um material transformando-o em uma peça.
• As operações utilizadas pelos AF são: corte, estampagem, embutimento, forjamento, extrusão e laminação.
• Os aços ferramenta podem ser aços carbono ou aços liga capazes de serem endurecidos por têmpera, ou seja, adequados para serem transformados em ferramentas.
• Esse tipo de aço abastece os segmentos de autopeças, automobilístico, eletro-eletrônico, extrusão de alumínio, etc.
5. AÇO FERRAMENTA
ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES E SUA INFLUÊNCIA
• Aços ferramenta aços de médio e alto teor de carbono com adições de elementos específicos em diferentes porcentagens.
• O carbono aumenta a dureza do aço ferramenta, melhorando a resistência ao corte e ao desgaste.
ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES E SUA INFLUÊNCIA
• Outros elementos são adicionados para alterar as propriedades mecânicas dos materiais.
• Obter características especiais de acordo com a necessidade da ferramenta a ser criada
• AÇO RÁPIDO Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades. Podem ser ao molibdênio e ao tungstênio. Aplicação: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, etc.
5. AÇO FERRAMENTA
http://www.heattech.com.br/publicacoes/FOLDER_ACOS_FERRAMENTA.pdfhttp://www.favorit.com.br/produtos/ferramenta/afrio/aisi_d2.html
CLASSIFICAÇÃO
5. AÇO FERRAMENTA
• AÇOS PARA TRABALHOS A QUENTE (H) Indicado para utilização em operações de puncionamento, cisalhamento e forjamento de metais em temperaturas elevadas, condições de pressão e abrasão.
Aplicação: os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a temperaturas elevadas, etc;
5. AÇO FERRAMENTA
AÇOS PARA TRABALHOS A QUENTE (H) H13, H21, H23A família destes aços são osligados principalmente ao cromo, com adições de Mo e V em menores quantidades, que constituem a família de aços H. O mais popular destes aços é oAISI H13. Este aço é utilizado em uma faixa ampla de dureza, entre 44-50 HRC,
Composição química do H13:
5. AÇO FERRAMENTA
CLASSIFICAÇÃO• AÇO PARA DEFORMAÇÃO A FRIO (D)
esse aço se restringe a aplicações que não envolvam aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205º a 260º C.
• São divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar, alto-carbono e alto-cromo e temperáveis em óleo.
Aplicação: aplicados na produção de facas de cisalhamento, rolos de laminação de rosca, flangeamento e forjamento.
5. AÇO FERRAMENTA
AÇO PARA DEFORMAÇÃO A FRIO (D)D2, D6
- Aços com alto C e Cr como elementos de liga;- Conhecidos como aços ledeburíticos;- Os mais populares são os D2 e D6;-Característica: elevada temperabilidade e atingem elevada dureza após o beneficiamento, na faixa de 58 – 62 HRC;- São tidos como indeformáveis;- Ex: Matrizes de estamparia; buchas;ferramenta para repuxamento; moldespara cerâmica; forjamento a frio; fieiras;
http://www.favorit.com.br/aisid6.php?id=45
5. AÇO FERRAMENTA
• AÇOS RESISTENTES AO CHOQUE (S) Seus principais elementos de liga são Mn, Si, Cr, W e Mo. Quase todos os aços deste tipo possuem conteúdo de carbono de aproximadamente 0,50%.
Aplicação: talhadeiras, formões, contra-rebites, brocas-guia e outras aplicações que requerem elevada tenacidade e resistência ao choque.
5. AÇO FERRAMENTA
• AÇOS PARA MOLDAGEM (P) Possuem Cr e Ni como principais elementos de liga.
Aplicação: utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em moldes para injeção ou compressão de plásticos
5. AÇO FERRAMENTA
AÇOS PARA MOLDAGEM (P) P20
É um aço ligado ao Cr-Ni-Mo pré-endurecido desenvolvido para aplicações em moldes para plásticos com elevada
dureza e tenacidade.
http://www.uddeholm.com.br/br/files/Folheto_Nimax_07.pdf
5. AÇO FERRAMENTA
Características importantes:• usinabilidade;• bom coeficiente de troca térmica;• resistência à abrasão;• capacidade de receber tratamentos térmicos e
termoquímicos;• capacidade de ser polido.
– Processamentos:• recozimento;• têmpera;• revenimento;• alívio de tensões;• polimento.
AÇOS PARA MOLDAGEM (P) à P20
5. AÇO FERRAMENTA
– A dureza superficial de peças produzidas a partir destes aços pode ser estimada consoante a apreciação de curvas de revenimento.
• Curva de revenimento do aço AISI P20Curva de revenimento do aço AISI P20
AÇOS PARA MOLDAGEM (P) à P20
5. AÇO FERRAMENTA
