1645 AS053 Nocoes de Valvulas Tubulacoes Industriais e Acessorios (1)

Autor: Carlos Roberto Firmino

NOES DE VLVULAS, TUBULAES INDUSTRIAIS E ACESSRIOS

Autor: Carlos Roberto FirminoColaboradores: Dlio Rodrigues da Silva Fernando Costa dos Santos Jnior Hernon Viana Filho

Ao final desse estudo, o treinando poder:

Definir o que cincia dos materiais e sua importncia para a indstria;

Classificar materiais quanto s suas caractersticas;

Reconhecer a aplicao dos diferentes materiais disponveis no mercado das tubulaes, vlvulas e acessrios utilizados na indstria.


Este material o resultado do trabalho conjunto de muitos tcnicos da rea de Explorao & Produo da Petrobras. Ele se estende para alm dessas pginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experincia de anos de dedicao e aprendizado no exerccio das atividades profissionais na Companhia.

com tal experincia, refletida nas competncias do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo.

Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competncia, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a fora de trabalho s estratgias do negcio E&P.

Realizado em diferentes fases, o Alta Competncia tem como premissa a participao ativa dos tcnicos na estruturao e detalhamento das competncias necessrias para explorar e produzir energia.

O objetivo deste material contribuir para a disseminao das competncias, de modo a facilitar a formao de novos empregados e a reciclagem de antigos.

Trabalhar com o bem mais precioso que temos as pessoas algo que exige sabedoria e dedicao. Este material um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que tm contribudo para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela .

Programa Alta Competncia

Programa Alta Competncia

Esta seo tem o objetivo de apresentar como esta apostila est organizada e assim facilitar seu uso.

No incio deste material apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

Autor

Ao fi nal desse estudo, o treinando poder:

Identifi car procedimentos adequados ao aterramento e manuteno da segurana nas instalaes eltricas;

Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurana;

Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurana e sua aplicabilidade nas instalaes eltricas.

ATERRAMENTO DE SEGURANA

Como utilizar esta apostila

Objetivo Geral

O material est dividido em captulos.

No incio de cada captulo so apresentados os objetivos especfi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

No fi nal de cada captulo encontram-se os exerccios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem.

Os gabaritos dos exerccios esto nas ltimas pginas do captulo em questo.

Para a clara compreenso dos termos tcnicos, as suas

Cap

tu

lo 1

Riscos eltricos e o aterramento de segurana

Ao fi nal desse captulo, o treinando poder:

Estabelecer a relao entre aterramento de segurana e riscos eltricos;

Reconhecer os tipos de riscos eltricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas eltricos;

Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurana e sua aplicabilidade nas instalaes eltricas.

20

Alta Competncia

21

Captulo 1. Riscos eltricos e o aterramento de segurana

A gravidade dos efeitos fi siolgicos no organismo est relacionada a quatro fatores fundamentais:

Tenso;

Resistncia eltrica do corpo;

rea de contato;

Durao do choque.

Os riscos eltricos, independente do tipo de instalao ou sistema, esto presentes durante toda a vida til de um equipamento e na maioria das instalaes. Por isso fundamental mant-los sob controle para evitar prejuzos pessoais, materiais ou de continuidade operacional.

Os choques eltricos representam a maior fonte de leses e fatalidades, sendo necessria, alm das medidas de engenharia para seu controle, a obedincia a padres e procedimentos de segurana.

1.4. Exerccios

1) Que relao podemos estabelecer entre riscos eltricos e aterramento de segurana?______________________________________________________________________________________________________________________________

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Tcnicas que abordam os cuidados e critrios relacionados a riscos eltricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incndio e exploso B) Risco de contato

( ) Todas as partes das instalaes eltricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possvel prevenir, por meios seguros, os perigos de choque eltrico e todos os outros tipos de acidentes.

( ) Nas instalaes eltricas de reas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteo, como alarme e seccionamento automtico para prevenir sobretenses, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condies anormais de operao.

( ) Nas partes das instalaes eltricas sob tenso, (...) durante os trabalhos de reparao, ou sempre que for julgado necessrio segurana, devem ser colocadas placas de aviso, inscries de advertncia, bandeirolas e demais meios de sinalizao que chamem a ateno quanto ao risco.

( ) Os materiais, peas, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados aplicao em instalaes eltricas (...) devem ser avaliados quanto sua conformidade, no mbito do Sistema Brasileiro de Certifi cao.

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Alta Competncia

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CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo S. Aterramento de sistemas eltricos - inspeo e medio da resistncia de aterramento. UN-BC/ST/EMI Eltrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalaes e servios com eletricidade. Curso tcnico de segurana do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurana em unidades martimas. Comisso de Normas Tcnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalaes eltricas de baixa tenso. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteo de estruturas contra descargas atmosfricas. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurana em instalaes e servios em eletricidade. Ministrio do Trabalho e Emprego, 2004. Disponvel em: - Acesso em: 14 mar. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Manuais de Cardiologia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Educao. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Cincia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

1) Que relao podemos estabelecer entre riscos eltricos e aterramento de segurana?

O aterramento de segurana uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas eltricos.



( B ) Todas as partes das instalaes eltricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possvel prevenir, por meios seguros, os perigos de choque eltrico e todos os outros tipos de acidentes.

( A ) Nas instalaes eltricas de reas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteo, como alarme e seccionamento automtico para prevenir sobretenses, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condies anormais de operao.

( B ) Nas partes das instalaes eltricas sob tenso, (...) durante os trabalhos de reparao, ou sempre que for julgado necessrio segurana, devem ser colocadas placas de aviso, inscries de advertncia, bandeirolas e demais meios de sinalizao que chamem a ateno quanto ao risco.

( A ) Os materiais, peas, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados aplicao em instalaes eltricas (...) devem ser avaliados quanto sua conformidade, no mbito do Sistema Brasileiro de Certifi cao.

3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir:

( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalao eltrica.

( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques eltricos.

( V ) Se uma pessoa tocar a parte metlica, no energizada, de um equipamento no aterrado, poder receber uma descarga eltrica, se houver falha no isolamento desse equipamento.

( V ) Em um choque eltrico, o corpo da pessoa pode atuar como um fi o terra.

( F ) A queimadura o principal efeito fi siolgico associado passagem da corrente eltrica pelo corpo humano.

1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a

Para a clara compreenso dos termos tcnicos, as suas defi nies esto disponveis no glossrio. Ao longo dos textos do captulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois esto em destaque.

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Alta Competncia Captulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurana

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3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurana

Todas as Unidades de Explorao e Produo possuem um plano de manuteno preventiva de equipamentos eltricos (motores, geradores, painis eltricos, transformadores e outros). A cada interveno nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou no da realizao de inspeo nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos.

Para que o aterramento de segurana possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construdo. Alm disso, deve ser mantido em perfeitas condies de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos eltricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque eltrico por contato indireto e de incndio e exploso.

3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento so:

Falta de continuidade; e

Elevada resistncia eltrica de contato.

importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multmetro DC (ohmmetro), como o mximo admissvel para resistncia de contato.

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Alta Competncia Captulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurana

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Choque eltrico conjunto de perturbaes de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este percorrido por uma corrente eltrica.

Ohm unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistncia eltrica.

Ohmmetro instrumento que mede a resistncia eltrica em Ohm.


COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalaes e servios com eletricidade Curso tcnico de segurana do trabalho, 2005.






3.5. Bibliografi a3.4. Glossrio

Objetivo Especfi co

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do contedo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada captulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque esto presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa Voc Sabia traz curiosidades a respeito do contedo abordado de um determinado item do captulo.

Importante um lembrete das questes essenciais do contedo tratado no captulo.

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Alta Competncia

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COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalaes e servios com eletricidade. Curso tcnico de segurana do trabalho, 2005.






Manuais de Cardiologia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Educao. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

Mundo Cincia. Disponvel em: - Acesso em: 20 mai. 2008.

1) Que relao podemos estabelecer entre riscos eltricos e aterramento de segurana?

O aterramento de segurana uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas eltricos.



( B ) Todas as partes das instalaes eltricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possvel prevenir, por meios seguros, os perigos de choque eltrico e todos os outros tipos de acidentes.

( A ) Nas instalaes eltricas de reas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteo, como alarme e seccionamento automtico para prevenir sobretenses, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condies anormais de operao.

( B ) Nas partes das instalaes eltricas sob tenso, (...) durante os trabalhos de reparao, ou sempre que for julgado necessrio segurana, devem ser colocadas placas de aviso, inscries de advertncia, bandeirolas e demais meios de sinalizao que chamem a ateno quanto ao risco.

( A ) Os materiais, peas, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados aplicao em instalaes eltricas (...) devem ser avaliados quanto sua conformidade, no mbito do Sistema Brasileiro de Certifi cao.

3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir:

( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalao eltrica.

( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques eltricos.

( V ) Se uma pessoa tocar a parte metlica, no energizada, de um equipamento no aterrado, poder receber uma descarga eltrica, se houver falha no isolamento desse equipamento.

( V ) Em um choque eltrico, o corpo da pessoa pode atuar como um fi o terra.

( F ) A queimadura o principal efeito fi siolgico associado passagem da corrente eltrica pelo corpo humano.

1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a

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Alta Competncia

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atribudo a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observao de um fenmeno relacionado com a eletricidade esttica. Ele teria esfregado um fragmento de mbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado o mbar era capaz de atrair pequenos pedaos de palha. O mbar o nome dado resina produzida por pinheiros que protege a rvore de agresses externas. Aps sofrer um processo semelhante fossilizao, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos eltricos de uma instalao so divididos em dois grupos principais:

1.1. Riscos de incndio e exploso

Podemos defi nir os riscos de incndio e exploso da seguinte forma:

Situaes associadas presena de sobretenses, sobrecorrentes, fogo no ambiente eltrico e possibilidade de ignio de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade esttica.

Os riscos de incndio e exploso esto presentes em qualquer instalao e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional.

Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantiro o controle dos riscos de incndio e exploso nos nveis defi nidos pelas normas de segurana durante o projeto da instalao, como por exemplo:

A escolha do tipo de aterramento funcional mais adequado ao ambiente;

A seleo dos dispositivos de proteo e controle;

A correta manuteno do sistema eltrico.

O aterramento funcional do sistema eltrico tem como funo permitir o funcionamento confi vel e efi ciente dos dispositivos de proteo, atravs da sensibilizao dos rels de proteo, quando existe uma circulao de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema eltrico.

Observe no diagrama a seguir os principais riscos eltricos associados ocorrncia de incndio e exploso:

J a caixa de destaque Resumindo uma verso compacta dos principais pontos abordados no captulo.

Em Ateno esto destacadas as informaes que no devem ser esquecidas.

Todos os recursos didticos presentes nesta apostila tm como objetivo facilitar o aprendizado de seu contedo.

Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional!

Uma das principais substncias removidas em poos de petrleo pelo pig de limpeza a parafi na. Devido s baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulao. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de leo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

VoC SaBIa??

muito importante que voc conhea os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Importante!

ateno

muito importante que voc conhea os procedimentos especficos para passagem de pig em poos na sua Unidade. Informe-se e saiba quais so eles.

Recomendaes gerais

Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lanador;

Aps a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs;

Lanadores e recebedores devero ter suas

reSUmInDo...

NVEL DE RUDO DB (A) MXIMA EXPOSIO DIRIA PERMISSVEL

85 8 horas

86 7 horas

87 6 horas

88 5 horas

89 4 horas e 30 minutos

90 4 horas


92 3 horas



95 2 horas

96 1 hora e 45 minutos


100 1 hora

102 45 minutos

104 35 minutos

105 30 minutos

106 25 minutos

108 20 minutos

110 15 minutos

112 10 minutos

114 8 minutos

115 7 minutos


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SumrioSumrioIntroduo 15

Captulo 1 - Cincia dos materiais Objetivos 171. Cincia dos materiais 19

1.1. Metais 201.1.1. Ao 21

1.2. Estrutura cristalina de ferro 271.2.1. Estrutura cristalina do ao no resfriamento lento - transformao no estado slido 29

1.3. Tratamento trmico do ao 341.3.1. Tipos de tratamentos trmicos do ao 361.3.2. Fatores que influenciam no tratamento trmico dos aos 45

1.4. Metais no-ferrosos e ligas 501.5. Materiais plsticos 53

1.5.1. Propriedades comuns dos plsticos 561.5.2. Classificao dos plsticos 571.5.3. A obteno dos plsticos 65

1.6. Ensaios de materiais 671.7. Exerccios 1011.8. Glossrio 1031.9. Bibliografia 1051.10. Gabarito 106

Captulo 2 - Tubulaes e acessrios de tubulao Objetivos 1092. Tubulaes e acessrios de tubulao 111

2.1. Principais materiais para tubos 1112.2. Processos de fabricao de tubos 1132.3. Tubos de ao-carbono 118

2.3.1. Especificaes para tubos de ao-carbono 1202.3.2. Aos-liga e aos-inoxidveis - casos gerais de emprego 1222.3.3. Tubos de aos-liga 1232.3.4. Tubos de aos inoxidveis 124

2.4. Dimetros comerciais dos tubos para conduo 1252.4.1. Dados para encomenda ou requisio de tubos 127

2.5. Acessrios 1282.5.1. Classificao de acessrios quanto ao sistema de ligao empregado 1292.5.2. Outros tipos de acessrios de tubulao 1372.5.3. Flanges 142

2.6. Cuidados na montagem de flanges e juntas 1542.6.1. Juntas de vedao 1592.6.2. Limpeza e lavagem de linhas 1602.6.3. Secagem 162

2.7. Teste de estanqueidade e teste hidrosttico de linhas 1622.8. Exerccios 1662.9. Glossrio 1692.10. Bibliografia 1712.11. Gabarito 172

Captulo 3 - Vlvulas Objetivos 1753. Vlvulas 177

3.1. Classificao das vlvulas 1773.2. Componentes das vlvulas 1783.3. Meios de operao das vlvulas 1793.4. Vlvulas que controlam a presso a montante 1803.5. Vlvulas que controlam a presso a jusante 1813.6. Vlvulas de esfera 181

3.6.1. Tipos: caracterstica de operao 182

3.7. Vlvulas globo 1833.7.1. Vlvulas agulha 184

3.8. Vlvulas de reteno 1843.9. Vlvulas de borboleta 1863.10. Teste de estanqueidade em vlvulas 1873.11. Atuadores 188

3.11.1. Atuadores lineares 1893.11.2. Atuadores rotativos 190

3.12. Vlvulas acionadas eletricamente 1933.13. Exerccios 1963.14. Glossrio 1983.15. Bibliografia 1993.16. Gabarito 200

15

Introduo

O fim do sculo XIX e o incio do sculo XX foram marcantes no que se refere ao avano dos estudos sobre o interior da estrutura atmica dos elementos. Isso permitiu compreender a formao dos elementos e, portanto, o progresso das pesquisas em busca de materiais mais resistentes e adequados s necessidades que foram se criando a partir do desenvolvimento tecnolgico. Ao mesmo tempo, esses avanos impulsionariam outras descobertas. A possibilidade de investigar a estrutura dos materiais se tornava,finalmente, uma realidade, superando a era das especulaes em torno do tema.

Barros (2008) afirma que os tomos do sculo XIX eram considerados esferas perfeitas, agrupadas lado a lado, unidas por ligaes qumicas semelhantes a molas. Essa concepo mudaria a partir de 1848, quando o cristalgrafo francs Bravais determinou matematicamente que esferas poderiam ser arranjadas no espao atravs de, no mximo, 14 arranjos, que ficaram conhecidos como os catorze slidos desse cientista.

Alcanar o perfil topolgico de amostras permitiria, portanto, a manipulao das caractersticas conhecidas dos elementos estudados.

No sculo XX, tornou-se possvel a criao de inmeros tipos de ao, ligas de alumnio, do uso da cermica para fins industriais. Entramos no sculo XXI com materiais mais resistentes, plsticos de difcil deteriorao, o concreto (Barros, 2008). Enfim , abriu-se uma verdadeira revoluo na indstria, cada vez mais voltada ao controle de custos, velocidade de produo e absorvida pelas exigncias de diminuio da agresso ao meio ambiente.

CORPORATIVA

16

Alta Competncia

Grande parte desses avanos se deve s contribuies dos estudos da mecnica quntica cincia dos materiais que possibilitou a explorao da composio qumica de metais, a identificao da estrutura cristalina dos vrios elementos com reflexos diretos sobre a indstria eletrnica, de metais e mecnica, da construo civil, naval e aeronutica, por exemplo.

Podemos afirmar seguramente que o fim da evoluo dos mtodos atuais e o surgimento de novos materiais est longe de ser alcanada (BARROS, 2008).

Neste estudo sero apresentados alguns princpios sobre a cincia dos materiais e sua importncia na fabricao e adequada aquisio dos equipamentos, assim como os procedimentos de operao da Companhia. Sero tambm detalhadas as estruturas das tubulaes e vlvulas presentes no dia a dia dos funcionrios.

Portanto, este contedo ser fundamental para que os tcnicos de operao possam reconhecer as necessidades referentes manuteno, aquisio, bem como segurana e adequao dos equipamentos utilizados.

CORPORATIVA

Cap

tu

lo 1

Cincia dos materiais

Ao final desse captulo, o treinando poder:

Explicar o que cincia dos materiais;

Identificar as propriedades e o comportamento dos materiais a partir das suas caractersticas;

Reconhecer as tcnicas de tratamento trmico do ao;

Reconhecer os tipos de ensaios dos materiais.

CORPORATIVA

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Alta Competncia

CORPORATIVA

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Captulo 1. Cincia dos materiais

1. Cincia dos materiais

Quando imaginamos a confeco e a utilizao de um determinado produto devemos pensar na seleo do material que ir constitu-lo.Esse material dever atender a exigncias tcnicas, como durabilidade e resistncia, por exemplo, e tambm ser necessrio avaliar seu uso sob os aspectos econmicos.

A cincia dos materiais uma rea de estudos multidisciplinar voltada para o desenvolvimento de materiais cada vez mais resistentes, baratos e adequados s exigncias do mercado e de preservao do meio ambiente.

Classificao dos materiais

A seguir ser apresentada uma classificao dos materiais mais comumente utilizados na indstria petrolfera, principalmente nas tubulaes e vlvulas, tendo cada um deles sua importncia e emprego definidos em funo de suas caractersticas e propriedades.

Observe o esquema a seguir.

Materiais

No - ferrososFerrosos

No - MetaisMetais

Ao

Ferr

o f

un

did

o

Pesa

do

s

Leve

s

Pls

tico

s

Res

in

ides

Mad

eira

Co

uro

Bo

rrac

ha

etc.

NaturaisSintticos

Classificao de materiais

CORPORATIVA

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Alta Competncia

1.1. Metais

A classe dos metais pode ser dividida em dois grupos: os ferrosos e os no-ferrosos.

Metais Descrio Tipos

Ferrosos

Desde a sua descoberta, os metais ferrosos tornaram-se de grande importncia na construo mecnica.

Os metais ferrosos mais importantes so o ao e o ferro fundido.

Ao Material tenaz, de excelentes propriedades e de fcil manipulao, constitudo basicamente de ferro e carbono.

Ferro fundido (FoFo)Material amplamente empregado na construo mecnica e pode substituir o ao em diversas aplicaes, muitas vezes com grande vantagem, embora no possua grande resistncia. Como esses materiais so fceis de serem trabalhados, eles so usados na maioria das vezes para construir bases de mquinas, ferramentas e estruturas.

Metais no ferrosos

So todos os demais metais empregados na construo mecnica. Possuem as mais diversas aplicaes, podendo substituir materiais ferrosos em vrias aplicaes, embora nem sempre o contrrio possa ser feito.

Esses metais so utilizados geralmente isolados ou em forma de ligas metlicas. Algumas delas so amplamente empregadas na construo de mquinas, instalaes, automveis etc.

Em funo da densidade pode-se dividir os no-ferrosos basicamente em dois tipos, em metais pesados e leves.

Metais pesados( > 5kg/dm3), cobre, estanho, zinco, chumbo, platina etc.

Metais leves( < 5kg/dm 3) alumnio, magnsio, titnio etc.

CORPORATIVA

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Normalmente, os metais no-ferrosos so caros e seu uso em componentes que possam ser substitudos por materiais ferrosos deve ser evitado.

Os metais no-ferrosos so amplamente utilizados em peas sujeitas oxidao, devido sua resistn-cia, assim como em componentes eltricos e no tra-tamento galvnico de superfcies.

Nos ltimos anos, a importncia dos metais leves e de suas ligas tem aumentado consideravelmente, princi-palmente na construo de veculos, nas construes aeronuticas e navais, bem como na mecnica de preciso. Isso se deve obteno de ligas metlicas de alta resistncia e menor peso. Conseqentemen-te, h uma tendncia substituio do ao e do ferro fundido por esses metais.

Importante!

1.1.1. Ao

O ao uma liga basicamente de ferro x carbono com percentual de carbono abaixo de 2% e as ligas acima desse valor so consideradas ferros fundidos, que podem chegar at 6,67%.

O produto gerado em uma siderrgica tem, no incio do seu processo de produo, um material bruto conhecido como ferro-gusa, liga com alta quantidade de carbono, que nos processos posteriores transformado em ao na retirada e controle do carbono contido na liga.

CORPORATIVA

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Alta Competncia

Classificao do ao

necessrio, embora insuficiente, para uma correta caracterizao de um tipo de ao que a respectiva composio qumica lhe seja conhecida. Essa composio vulgarmente expressa atravs das classificaes ou dos cdigos definidos por instituies internacionais. As referncias mais relevantes so as fornecidas pelas instituies American Iron and Steel Institute (AISI) e a DIN, de origem alem.

a) Sistema de classificao americano AISI/SAE

O sistema de classificao da Society of Automotive Engineers (AISI/SAE) freqentemente adaptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo que referido abreviadamente por AISI/SAE. Seu sistema de classificao consiste em um sistema numrico de quatro ou cinco algarismos, indicando nos dois (ou trs) ltimos, o teor de carbono do ao em centsimos. Os dois primeiros indicam se o ao ou no ligado e qual o tipo de liga.

Na prtica, o sistema de classificao mais adotado o AISI/SAE. Nele, o ao carbono identificado pelo grupo 1xxx.

Os algarismos base para os vrios aos-carbono e aos ligados e as porcentagens aproximadas dos elementos de liga mais significativos recebem classificao da seguinte forma:

Tipos de ao - exemplos

1XXX - ao sem liga

Fonte: AISI/SA

E

1045 - ao sem liga com 0,45C1145 - ao de corte fcil com 0,45C (com MnS)1345 - ao de elevada resistncia com 0,45C e 1,75Mn2XXX - ao ao Ni 2345 - ao com 0,45C e 3,5Ni2545 - ao com 0,45C e 5,0Ni3XX - ao austentico resistente corroso ou refractrio3XXX - ao ao Cr Ni3145 - ao com 0,45C 1,25Ni e 0,60Cr3245 - ao com 0,45C 1,75Ni e 1,0Cr3345 - ao com 0,45C 3,50Ni e 1,55Cr4XX - ao ferrtico ou martenstico resistente corroso ou refractrio4XXX - ao ao Mo

CORPORATIVA

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4045 - ao com 0,45C e 0,25Mo4145 - ao com 0,45C 0,50 ou 0,95Cr e 0,25Mo

Fonte: AISI/SA

E4345 - ao com 0,45C 1,80Ni 0,50 ou 0,80Cr e 0,25Mo4645 - ao com 0,45C 1,80Ni e 0,25Mo4845 - ao com 0,45C 3,5Ni e 0,25Mo5XXXX - ao ao Cr 50100 - ao com 1C e 0,50Cr51100 - ao com 1C e 1,00Cr 52100 - ao com 1 C e 1,45 Cr6XXX - ao ao Cr V

Os dois nmeros representados pelas letras "xx" indicam a quantidade de carbono do ao. Por exemplo: o ao 1020 apresenta 0,2% de carbono.

Os aos que possuem requisitos de temperabilidade adicionais recebem um H aps a sua classificao.

10xx - aos-carbono

Fonte: AISI/SA

E

11xx - aos-carbono com muito enxofre e pouco fsforo12xx - aos-carbono com muito enxofre e muito fsforo13xx - mangans (1,75%)23xx - nquel (3,5%)25xx - nquel (5%)31xx - nquel (1,5%), cromo (0,6%)33xx - nquel (3,5%), cromo (1,5%)40xx - molibdnio (0,2 ou 0,25%)41xx - cromo (0,5; 0,8 ou 0,95%), molibdnio (0,12; 0,2 ou 0,3%)43xx - nquel (1,83%), cromo (0,5 ou 0,8%), molibdnio (0,25%)44xx - molibdnio (0,53%)46xx - nquel (0,85 ou 1,83%), molibdnio (0,2 ou 0,25%)47xx - nquel (1,05%), cromo (0,45%), molibdnio (0,25%)48xx - nquel (3,50%), molibdnio (0,25%)50xx - cromo (0,28% ou 0,40%)51xx - cromo (0,80, 0,90, 0,95, 1,00 ou 1,05%)61xx - Cromo (0,80 ou 0,95%), vandio (0,10 ou 0,15%)86xx - Nquel (0,55%), cromo (0,50 ou 0,65%), molibdnio (0,20%)87xx - Nquel (0,55%), cromo (0,50%), molibdnio (0,25%)92xx - Mangans (0,85%), silcio (2,00%)93xx - Nquel (3,25%), cromo (1,20%), molibdnio (0,12%)94xx - Mangans (1,00%), nquel (0,45%), cromo (0,40%), molibdnio (0,12%)97xx - Nquel (0,55%), cromo (0,17%), molibdnio (0,20%)98xx - Nquel (1,00%), cromo (0,80%), molibdnio (0,25%)

CORPORATIVA

24

Alta Competncia

b) Sistema de classificao American Society for Testing and Materials dos aos estruturais - cdigos de identificao

Os aos para uso estrutural so identificados pela letra A, seguida por dois, trs ou quatro dgitos.

Os aos com especificao de quatro dgitos so usados para aplicaes de engenharia mecnica, mquinas e veculos e formam uma classificao distinta, que no ser apresentada aqui.

A tabela a seguir lista algumas especificaes para os aos estruturais do grupo A, englobando aplicaes de construo civil, construo naval e ferroviria. Estas especificaes (com dois e trs dgitos) aplicam-se a laminados planos, formas estruturais, chapas-perfis interconectveis e barras.

DesignaoASTM

Denominao da especificao

A 36/A 36MA 131/A 131M

Ao estruturalAo estrutural para navios

A 242/A 242M Ao estrutural de alta resistncia e liga baixa

A 283/A 283M Chapas, formas e barras de ao de carbono e mdia resistncia

A 284/A 284MChapas de de ao de carbono - silcio de biaxa e mdia resistncia para partes de mquinas e construo em geral

A 307 Parafusos e pinos de ao de carbono

A 325 Parafusos estruturais com tratamento trmico

A 328/A 328M Chapas, perfis interconectveis

A 441/A 443M Ao mangans vandio de alta resistncia e baixa liga

A 449 Parafusos de cabea sextavada e pinos de ao tratado termicamente

A 500 Tubos estruturais de ao carbono conformados a frio

A 601 Tubos estruturais de ao carbono conformados a quente

A 514/A 514MChapas de ao liga de alta tenso de alta resistncia, temperado e revenido adequado para soldagem

A 529/A 529MAo estrutural com escoamento mnimo de 42 000 psi N(290 Mpa) (espessura mxima 12,7 mm)

A 572/A 572MAo nibio - vandio de alta resistncia e baixa liga com qualidade estrutural

A 573/A 573M Chapas de ao carbono de tenacidade melhorada

Fonte: ASTM

- Am

erican Society for Testing and Materials

CORPORATIVA

25


DesignaoASTM

Denominao da especificao

A 588/A 588MAos de alta resistncia e baixa liga, com escoamento mnimo de 50 ksi (345 MP a) at (at 4`` de espessura)

A 606Chapas e tiras de ao de alta resistncia e baixa liga laminados a frio ou a quante com resistncia corroso atmosfrica melhorada

A 615/A 615M Barras de ao lisas e rachuradas para reforo de concreto

A 616 Barras de ao para trilho lisas e rachuradas para reforo de concreto

A 617 Barras de ao de eixo, lisas e rachuradas para reforo de concreto

A 618Tubos estruturais de ao de alta resistncia e baixa liga conformados a quente

A 633/A 633M Ao estrutural de alta resistncia e baixa liga normatizado

A 656/A 656MChapa de ao de alta resistncia e baixa liga, laminada a quente com deformidade melhorada

A 678/A 678MChapas de ao carbono temperadas e revenidas para aplicaes estruturais

A 690/A 690MChapas - perfis interconectveis H de ao de alta resistncia e baixa liga para uso em ambientes martimos

A 699Placas , formas estruturais e barras de ao mangans molibidnio - nibio de baixo carbono

A 709 Ao estrutural para pontes

A 710/A 710M Ao envelhecvel Ni-Cu-Cr-Mo-Nb , Ni-Cu-Nb e Ni-Cu-Mn-Mo-Nb

A 769 Formas de ao soldadas por resistncia eltrica

A 786/A 788M Chapas laminadas de ao para piso

A 808/A 808MAo carbono, mangans, nibio, vandio de alta resistncia e baixa liga de qualidade estrutural, com tenacidade ao entalhe melhorada

A 827 Chapas, ao carbono para forjamento e aplicaes similares

A 829 Chapas, ao liga , qualidade estrutural

A 830 Chapas, ao carbono , qualidade estrutural

A 847Tubos estruturais de ao de alta resistncia e baixa liga conformados a frio

A 852Ao estrutural de alta resistncia temperado e revenido para construes soldadas ou parafusadas de pontes e edifcios com resistncia corroso melhorada

A 992/A 992M Formas estruturais para edificaes, pontos e e outros usos

A 1011/A 1011M

Chapas e tiras laminadas a quente, de ao carbono estrutural, ao de alta resistncia e baixa liga com ductilidade melhorada

Fonte: ASTM

- Am

erican Society for Testing and Materials

CORPORATIVA

26

Alta Competncia

c) Sistema de classificao alem DIN

A especificao DIN 17 006 estabelece o modo de abreviar as diferentes composies de aos. Os aos sem liga so designados pela letra C seguida do respectivo teor de carbono em centsimos, Ck se o ao de qualidade superior, aos ditos especiais, conforme critrios apresentados a seguir.

Sistema de abreviatura

DIN C45 - ao sem liga com 0,45C;

Ck 45 - semelhante ao anterior, mas de qualidade superior, dito ao especial;

45CrMo 4 - ao fracamente ligado com 0,45C;

1Cr e Mo - elementos no quantificados;

X200Cr12 - ao fortemente ligado com 2C 12Cr.

Os aos ligados so classificados como fraca e fortemente ligados, conforme a existncia ou ausncia de um elemento cujo teor seja pelo menos de 5%p. Os aos fracos ligados so designados pelo seu teor em carbono em centsimos e pela descrio da natureza dos diferentes elementos de liga, pelo respectivo smbolo qumico, e por um ou mais nmeros que indicam o teor do(s) elemento(s) de liga, afetados por um fator multiplicador (4 ou 10) para que esse teor seja expresso por um nmero inteiro.

Os aos fortemente ligados so designados pela letra X seguida do respectivo teor em carbono (em centsimos) e da descrio da natureza dos diferentes elementos de liga atravs do respectivo smbolo e de seu teor nominal.

CORPORATIVA

27


1.2. Estrutura cristalina de ferro

A curva de solidificao (liquefao) de ferro puro pode ser apresentada como mostra o grfico a seguir.

600

800

1000

1200

1400

C1536

769

1392

911

Fe-

Fe-

Fus

oS

lido

no magntico

magntico

Tempo

A curva apresenta vrias caractersticas importantes:

Existem quatro pontos de parada;

Existem intervalos na solidificao.

O ponto de parada a 1536C o da liquefao (fuso). Os outros pontos de parada referem-se a uma mudana de estrutura cristalina do ferro no estado slido.

Acima da temperatura de 911C at 1392C, os tomos do ferro puro formam uma rede cbica de face centrada (cfc) chamada ferro (gama).

Observe a ilustrao a seguir.

CORPORATIVA

28

Alta Competncia

3,6 A

Fe - Formao: 911- 1392 C

Cubo de face centrada

tomos

Abaixo de 911 C, os tomos transformam-se em uma rede cbica de corpo centrado (ccc) chamada ferro (alfa), conforme ilustrado pela imagem que se segue.

2,9 A

Fe - Formao: cte - 911 C

Cubo de corpocentrado

A distncia entre os tomos na estrutura do cubo de face centrada maior do que na estrutura de cubo de corpo centrado, portanto, neste estado mais fcil aceitar outros tomos, como, por exemplo, tomos de carbono.

A esse fenmeno d-se o nome de solubilidade no estado slido.

Importante!

CORPORATIVA

29


Abaixo de 769C o ferro magntico. Acima da temperatura de 1392C, o ferro transforma-se novamente em rede cbica de corpo centrado chamada ferro (delta) que, para o tratamento trmico, no tem importncia.

1.2.1. Estrutura cristalina do ao no resfriamento lento - transformao no estado slido

Nesta situao, o material resultante denominado liga metlica. As ligas metlicas podem ser classificadas como monofsicas ou polifsicas, dependendo do nmero de fases observadas em uma determinada condio de composio, temperatura e presso. Fases em materiais so definidas como regies que se diferenciam de outras em termos de estrutura e/ou composio.

O estudo de um sistema de um, dois ou mais componentes, sendo monofsico ou polifsico, pode ser feito a partir dos diagramas de fases. Os diagramas de fases so representaes grficas das fases presentes em um sistema, em funo da temperatura, presso e composio.

A maioria dos diagramas de fases obtida em condies de equilbrio e usada para entender e prever o comportamento dos materiais.

A ilustrao a seguir representa a parte do diagrama de fases ferro - carbono destinada ao resfriamento lento de uma liga ferro-carbono (eutenide) com aproximadamente 0,76% de carbono.

CORPORATIVA

30

Alta Competncia

Tem

per

atu

ra e

m

C

HipereutetideHipoeutetide

Eutetide

+ y

Fe-y+Cy

X

s 727C

Fe3C

G

E

+Fe3C

0,76% em peso 2.00500

600

700

800

900

1000

+Fe3C

Diagrama de fases

A presena do carbono faz com que o ferro com rede cbica de corpo centrado (ccc) (ferro ) se transforme em uma rede cbica de face centrada (CFC; ferro ) temperatura diferente de 911C.

Essa temperatura varia em funo do teor de carbono no ferro e representada na figura anterior pela linha G-S-E.

Chamamos austenita a soluo slida Fe-+C, na qual o centro C est totalmente dissolvido.

VoC SaBIa??

Aps o resfriamento lento, temperatura ambiente, na maioria dos aos o carbono est quimicamente ligado ao ferro como cementita (Fe3C), que a estrutura mais dura do ao. Vejamos alguns corpos de prova com diferentes teores de carbono. Comecemos com o corpo de prova com 0,77% de carbono.

CORPORATIVA

31


Esperamos que este corpo de prova seja o mais fcil de analisar, pois temos apenas um ponto de parada nos 727C. Este ponto se chama ponto eutetide.

Tem

per

atu

ra e

m

C


Eutetide

+ y

Fe-y+Cy

X

s 727C

Fe3C

G

E

+Fe3C

0,76% em peso 2.00500

600

700

800

900

1000

+Fe3C

Diagrama de fases

Abaixo de 727C existe uma distribuio bem proporcionada (eutetide) de ferro puro e Fe3C (cementita). A estrutura do eutetide recebe o nome de perlita, por seu brilho aperolado.

No uniforme; uma mistura de lminas claras de ferro puro chamadas de ferrita (estrutura mole) e de lminas escuras de carboneto de ferro (Fe3C).

O ao de 0,76% de teor de carbono tambm denominado ao eutetide.

A concentrao do carbono na perlita de 0,76%.

VoC SaBIa??

CORPORATIVA

32

Alta Competncia

Agora, ser analisado o corpo de prova com 0,6% C, ao hipereutetide.

Tem

per

atu

ra e

m

C

G

2.00

600

700

800

900

1000

500

1100

} PerlitaFerrita

+ Cementia

Cementia

+ Cementia

c

de

f

N

y`

y

C0

1.0

Composio % de carbono

400

Te


As manchas claras caracterizam a presena de ferrita.

Como nosso corpo de prova s contm 0,6% de carbono e a estrutura perltica necessita de 0,77%, ento uma parte de ferrita agrupa-se em ncleos separados ou quase isolados.

Encontramos no ao com menos de 0,77% C, sempre ncleos de ferrita pura, sendo maiores quando a porcentagem de carbono menor.

Quando a perlita se transforma em austenita, consumindo calor, a ferrita permanece em sua forma original.

Observe a figura anterior e veja que, ao elevarmos a temperatura, a ferrita tambm comea a se transformar em austenita.

CORPORATIVA

33


Chegamos linha G - S com toda a ferrita j transformada em austenita; temos em nosso corpo de prova uma estrutura puramente austentica. Desse ponto em diante, a temperatura aumenta rapidamente. Vale ressaltar que o ao que possui teor de carbono entre 0,05% at 0,76% se chama ao hipoeutetide.

O ao com um teor de carbono entre 0,76% at 2,06% chama-se ao hipereutetide.

Agora ser analisado o corpo de prova com 1,2% C, ao hipereutetide.

O que acontece quando se aquece o corpo de prova? Podemos projetar o seguinte: em 727C, transforma-se toda a perlita em austenita, logo a temperatura comea a subir e a cementita em excesso comea a se soltar at chegar no ponto (linha S - E) onde a estrutura passa a ser austentica. Observe a ilustrao a seguir.

G

2.00

600

700

800

900

1000

500

1100

1.0


400

} Perlita

FerritaCementita

+ Cementita

Cementita

g

h

i

z`

+ Cementita

G

S

C1

E

P


CORPORATIVA

34

Alta Competncia

Vendo a estrutura da ilustrao anterior, podemos reconhecer as partes lamelares como perlita. As nervuras claras so de cementita. Se analisarmos o excesso de cementita, temos 1,2% C - 0,8% C (perlita) 0,4% C, representando os restantes 0,4% C, excesso de cementita.

1.3. Tratamento trmico do ao

O tratamento trmico do ao pode ser definido como um processo de ciclos trmicos compostos por fases de aquecimento, permanncia e resfriamento.

Tem como objetivo alterar a estrutura natural dos metais, e principalmente conferir ou melhorar propriedades mecnicas ou corrigir defeitos ou distores causados por passagens anteriores do tratamento dos metais (laminao, forjamento, tratamentos anteriores, fundio etc.).

Estruturas cristalinas

Cbico face centrada

Termometria

Aq

uec

imen

to

Resfriam

ento

Tetragonal de corpo

centradoCbico de corpo

centrado

T (C)

A3

A1

T1 T2 T3 T (seg)

Nos aos, em particular, para que se consigam alteraes nas propriedades mecnicas, necessrio em alguns tratamentos que o aquecimento se d a temperaturas em que o carbono esteja totalmente solubilizado. Assim, para esses tipos de tratamento, a temperatura a ser atingida estar no campo austentico.

CORPORATIVA

35


A seguir ilustrado um diagrama ferro-carbono:

Tem

per

atu

ra e

m

C


Eutetide

ferrita + y ferrita

Fe-y+Cy

X

ferrita

s +_ 50C

ferrita

cementita

G

E

perlita

0,76% em peso 2.00500

600

700

800

900

1000

+cementita

b

Diagrama Ferro-carbono (aos)

Onde:

- ferrita;

Y - austenita;

Fe3C - cementita;

+ Fe3C - perlita.

CORPORATIVA

36

Alta Competncia

Observe atentamente o diagrama de Equilbrio Ferro-Carbono (Fe C).

2.10 4.30

6.69

0.51

0.16

0.02 0.77

16001534

1394

1200

1495

910

800

400

C

01 2 % Carbono 4 5 6 7

Lquido

Fe3C

Diagrama de equilbrio

O ao uma liga de ferro e carbono. O teor de carbono varia entre 0,02% a 2,1%. J o ferro com um teor de carbono superior a 2,1% at 6,7% chamado ferro fundido.

No ferro fundido, o carbono no totalmente dissolvido e apresenta-se na forma de veios de grafite, que so extremamente frgeis.

1.3.1. Tipos de tratamentos trmicos do ao

O tratamento trmico do ao pode ser classificado em dois tipos:

Normais : quando ocorre apenas mudana estrutural - recozimento, normalizao, tmpera e revenimento;

Termoqumicos : quando ocorre mudana na composio qumica - cementao e nitretao.

CORPORATIVA

37


a) Tratamentos trmicos normais

Recozimento

o tratamento trmico realizado com a finalidade de alcanar um ou vrios dos seguintes objetivos:

Remover tenses de trabalhos mecnicos a frio ou a quente;

Reduzir a dureza do ao;

Melhorar propriedades mecnicas como ductibilidade, resistncia etc.;

Regularizar textura, remover gases etc.;

Eliminar efeitos de quaisquer tratamentos trmicos.

O recozimento uma forma de tratamento trmico que consiste em reaquecer o metal, a uma temperatura desejada, dependendo da finalidade, e em resfri-lo a uma velocidade inferior velocidade crtica para os aos.

Tem

per

atu

ra

Produto :Perlita (ou ferrita mais perlita ouperlita mais cementita)

Ae3

Mi

Mf

Ae3 - Temperatura de austenitizao 727C.

Mi - Temperatura inicial de martensita

Mf - Temperatura final de martensita

CORPORATIVA

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Alta Competncia

Normalizao

A normalizao consiste em aquecer as peas cerca de 20 C a 30 C acima da temperatura de transformao (linha G-S-K). feita normalmente em ao e ferro fundido para se obter uma granulao mais fina e a uniformizao dos cristais. As peas normalizadas possuem maior limite de escoamento, resistncia trao e dureza que os aos recozidos.

Ae3

Produto: Perlita fina (ou ferrita mais perlita ou perlita mais cementita)

Mi

Mf

Ae3 - Temperatura de austenitizao 727C

Mi - Temperatura inicial de martensita

Mf - Temperatura final de martensita

Essas curvas so conhecidas como TTT (Tempo x Temperatura x Transformaes prprias) e tm caractersticas prprias para cada tipo de liga.

Tmpera

A tmpera um tratamento trmico executado em um ao quando se deseja aumentar sua dureza e resistncia mecnica.

A operao consiste basicamente em trs etapas. Observe a tabela a seguir.

CORPORATIVA

39


Etapas Descrio

Aquecimento

O ao deve ser aquecido em torno de 50C acima da linha G-S-K (zona crtica) para transformar a perlita definitivamente em austenita.

Para um ao com mais de 0,86% de carbono suficiente transformar somente a perlita (linha S-K), pois contm Fe3 C em excesso, apresentando uma estrutura muito dura.

Manuteno da temperatura

Podemos definir manuteno da temperatura como o tempo necessrio para solubilizar totalmente o carbono e garantir que toda a pea chegue mesma temperatura.

Resfriamento

O resfriamento deve ser feito em um meio que possibilite uma velocidade crtica, fazendo com que a estrutura austentica se transforme diretamente na estrutura desejada.

Esse meio pode ser: gua, salmoura, leo, ou mesmo o prprio ar, dependendo da velocidade de resfriamento necessria.

Estrutura martenstica

A principal finalidade da tmpera a obteno de uma estrutura martenstica, pois essa estrutura que aumenta consideravelmente a dureza do ao e tambm eleva o seu limite de resistncia trao.

Acima da zona crtica, o ao fica austenitizado, possuindo uma rede cbica de face centrada CFC (ferro Y), possibilitando assim a solubilidade do carbono.

A partir da reao austentica, em condies de resfriamento lento, a estrutura final ser perlita + ferrita e perlita + cementita para os aos hipereutetides.

Porm, com o resfriamento rpido, no h tempo para que haja a liberao do carbono para formar a cementita. O resfriamento rpido tem como objetivo o aumento da dureza (martensita), da resistncia ao desgaste, trao e diminuio da ductilidade.

A estrutura do Fe, no entanto, tem que sofrer a transformao CFC (Y) para CCC (). Assim, tem-se o Fe com estrutura CCC () e o carbono continuar dissolvido.

CORPORATIVA

40

Alta Competncia

Como o tamanho do CCC menor que o CFC, h uma grande tenso na estrutura devido presena do carbono.

Assim, a estrutura CCC sofre uma deformao, gerando uma estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC), saturado com tomos de carbono. Tal estrutura propicia grande dureza e resistncia, porm causando fragilidade bastante acentuada.

Como a reao s ocorre com a austenita, nos hipereutetides, a frao que se mantm como cementita no resfriamento fica como est e tem-se, no final, cementita e martensita. Veja o grfico a seguir:

C

A

Mi

Mf

austenita

perlita

bainita revenido para adureza desejada

transformao

aust

enita

+ pe

rlita

austenita

+ bainita

Curva de tmpera com revenido no grfico TTT

Ao passar do estado austentico resfriando o ao bruscamente, temos um estado intermedirio, chamado martensita.

O ao no estado martenstico frgil, duro, com grandes tenses internas e com coeficiente de segurana quase nulo. Por esta razo, a maioria dos aos temperados precisam de um revenimento depois da tmpera.

CORPORATIVA

41


Revenimento

Processo que consiste em aquecer o ao temperado sob a temperatura de transformao e deixar que se resfrie lentamente. O resfriamento pode ser acelerado mergulhando-se o ao em leo ou gua fria.

O revenimento um processo aplicado nos aos temperados imediatamente aps a tmpera, e tem como objetivo corrigir os excessos causados pelo processo anterior.

b) Tratamentos termoqumicos

Os processos termoqumicos so aplicados nos tratamentos superficiais dos aos com baixo teor de carbono com o objetivo de aumentar a dureza superficial e a resistncia ao desgaste.

Absorvendo um elemento endurecedor, o material modifica sua composio qumica superficial. Esse tratamento pode ser feito com substncias slidas, lquidas ou gasosas.

Cementao

A cementao se aplica a aos com at 0,20% de carbono. O ao aquecido temperatura de austenitizao, quando ocorre a difuso do carbono em sua superfcie na forma de CO. Esse carbono em forma de CO fornecido pela mistura cementante e absorvido pela matriz ferro (Fe), forma a austenita, que a estrutura para tmpera. O resfriamento o mesmo que o da tmpera.

CORPORATIVA

42

Alta Competncia

Ncleo tenas e dctil

Ncleo tenas e dctil

Camada perifrica endurecida

A superfcie apresenta as caractersticas de um ao hipereutetide, enquanto que o ncleo possuir as caractersticas e ductilidade de um ao hipoeutetide. Como o processo se d por difuso, a camada superficial apresentar maior saturao do elemento carbono, decrescendo em direo ao ncleo.

Temperatura de cementao

As temperaturas de cementao mais elevadas favorecem a penetrao do carbono, reduzindo o tempo de durao do processo, porm conferem uma granulao mais grosseira, o que reduz os limites de resistncias trao, toro, flexo etc. Os valores mais usuais de temperatura de cementao oscilam de 850C a 950C.

Tempo de cementao

O tempo de cementao determinado em funo da espessura da camada cementada desejada e do meio cementante. Obviamente, quanto maior for o tempo e mais alta a temperatura, mais profunda ser a camada.

CORPORATIVA

43


Meios de cementao

A cementao, quanto aos meios carbonetantes, pode ser:

Cementao Meios cementantes

Slida - caixaCarvo vegetal duroCarvo coque 20%Atividades 5 a 10%

Lquida- banho em sais fundidos

Cianetos de sdio Cianetos de brio Outros sais

Gasosa - fornos de atmosferaGs metanoGs propano etc.

Aplicao da cementao

O processo de cementao recomendado para peas como engrenagens, eixos, parafusos etc., que necessitam de resistncia mecnica e de alta dureza na superfcie e ncleo dctil com boa tenacidade.

Nitretao

Assim como a cementao, a nitretao tem como funo provocar alteraes na composio das camadas superficiais do ao. Isso ocorre atravs de um processo qumico de enriquecimento da superfcie do ao feito com nitrognio, formando uma camada rica em nitretos.

Entretanto, a camada modificada no necessita ser temperada, considerando-se que os nitretos que se formam ao longo do processo apresentam dureza elevada, o que evita processos de empenamento. A temperatura de nitretao em torno de 500 C a 600 C. Esse fator tambm contribui para a reduo das possibilidades de empenamento por no ocorrer mudana de fase no momento do resfriamento.

A composio de alguns tipos de ao-liga como os que possuem alumnio, cromo, vandio e molibdnio, apresentam uma dureza final maior pela formao de nitretos mais complexos.

CORPORATIVA

44

Alta Competncia

A camada nitretada apresenta menor espessura do que a obtida a partir da cementao, girando em torno de 0,8 mm. Para ampliar esses valores, o tempo empregado no processo seria muito longo e o mtodo se tornaria pouco vivel financeiramente.

O tempo de nitretao curto, variando em torno de 1 a 4 horas.

Aplicao da nitretao

O processo de nitretao apresenta como resultados vantajosos:

Alta dureza com alta resistncia ao desgaste;

Alto grau de estabilidade dimensional;

Maior resistncia corroso;

Baixa sensibilidade ao entalhe;

Alta resistncia fadiga.

Tipos de nitretao

A nitretao pode ser de dois tipos:

A gs : neste processo, a amnia o elemento utilizado. Ela injetada no forno aquecido geralmente a 510 C;

Nitretao por via lquida : processo semelhante ao do banho utilizado na cementao lquida. Os elementos utilizados so, normalmente, o cianeto de sdio ou potssio, carbonato de sdio ou de potssio e cloreto de potssio ou de sdio.

CORPORATIVA

45


1.3.2. Fatores que influenciam no tratamento trmico dos aos

Os fatores que influenciam no tratamento trmico dos aos so:

Velocidade de aquecimento;

Tempo de permanncia temperatura;

Resfriamento.

a) Velocidade de aquecimento

Deve-se considerar a velocidade de aquecimento adequada sempre em funo da composio do material.

Essa velocidade no deve ser muito lenta, pois haver um crescimento excessivo dos gros.

Por outro lado, os materiais em elevado estado inicial de tenses no devem ser aquecidos rapidamente porque isso poder provocar deformao, fissuras, empenamento etc.

Liga (1) Liga (2)T (C)

T2 > T1Vaq2 < Vaq1

T (seg)T2

T1

Aq

uec

imen

to

Temperatura de aquecimento

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Alta Competncia

Dependendo da liga, a temperatura deve ser superior de recristalizao.

Se for inferior, no ocorrero a transformao e as modificaes estruturais desejadas.

Se for muito superior, ocorrer um crescimento excessivo dos gros ou superaquecimento do material.

b) Tempo de permanncia temperatura

A manuteno da temperatura, ou seja, o tempo de permanncia temperatura deve ser o suficiente para que as peas se aqueam de modo uniforme em toda a seo e os tomos de carbono se solubilizem totalmente.

T1 T2 T (Seg)

Liga (1)Liga (2)T (C)

A3

A1

Aq

uec

imen

to

(T2>T1)

Se o tempo de permanncia do material ultrapassar o necessrio, pode haver indesejvel crescimento dos gros, alm da oxidao em determinadas ligas.

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c) Resfriamento

Para algumas ligas, entre as quais os aos, que so os mais importantes do ponto de vista dos tratamentos trmicos, o resfriamento fundamental, pois atravs dele pode-se conseguir, em funo da velocidade de resfriamento, a estrutura e as propriedades finais desejadas.

Os meios de resfriamento so os responsveis pelas diferentes velocidades de resfriamento. Em ordem decrescente de velocidade, alguns meios de resfriamento so:

Soluo aquosa a 10% NaOH;

Soluo aquosa a 10% NaCl;

Soluo aquosa a 10% Na 2 CO3;

gua a 0 C;

gua a 18 C;

gua a 25 C;

leo;

gua a 50 C;

Tetracloreto de carbono;

gua a 75 C;

gua a 100 C;

Ar lquido;

Ar;

Vcuo.

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Alta Competncia

T1

T2

T (Seg)

Liga (1) Liga (2)T (C)

A3

A1

Aq

uec

imen

to

T3

Tempo de resfriamentoV1> V2 > V3

Os elementos de liga no ao diminuem a velocidade crtica de resfriamento para a formao da martensita. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como , por exemplo, o leo, ou mesmo o ar, em funo do teor dos elementos de liga.

Ferros fundidos - So ligas ferrosas com teores de carbono acima de 2,4%. Na prtica, contm entre 3 e 4,5% de carbono somados a outros elementos de liga.

A cementita (Fe3C), sob algumas circunstncias, pode-se fazer com que se dissocie para formar ferrita () e grafita.

Fe3C ____ 3Fe +C (grafita)

Essa tendncia de formar grafita (grafitizao) regulada pela taxa de resfriamento e concentrao de silcio, acima de 1%.

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Na maioria dos ferros fundidos, o carbono existe como grafita e o comportamento mecnico e a microestrutura dependem da composio qumica e do tratamento trmico. Os tipos mais comuns de ferro fundidos so os cinzentos, nodulares, brancos e maleveis.

Ferro fundido cinzento - A microestrutura dos ferros fundidos so compostos de grafita em forma de flocos de milho e circundados por uma matriz de ferrita () ou pelita. Uma superfcie fraturada apresenta uma cor acinzentada, por isso tem o nome de ferro fundido cinzento.

O ferro fundido cinzento largamente utilizado no amortecimento de energia vibracional. Nesse caso, usado nas estruturas das mquinas e equipamentos pesados. Outras vantagens so possurem elevada resistncia ao desgaste e baixo custo.

Ferro fundido nodular - Na adio de uma pequena quantidade de magnsio e/ou crio ao ferro cinzento. Produz uma microestrutura e propriedades mecnicas bem diferentes do ferro cinzento. A grafita nessa microestrutura tem o formato de esfera, elevando a ductilidade do material.

Esse material usado em vlvulas, corpo de bombas, virabrequins, engrenagens e outros componentes veiculares.

Ferro fundido branco e malevel - Para materiais com baixo teor de silcio e resfriamento rpido, o carbono existente nessa matriz est na forma de cementita (Fe3C) sem a presena de grafita e a superfcie da fratura apresenta uma aparncia esbranquiada.

O uso desse material limitado, pois apresenta uma dureza e fragilidade muito alta. Ele usado em situao na qual haja a necessidade de uma superfcie resistente a abraso, como cilindros de laminao.

A outra utilizao o uso como material intermedirio para outro tipo de ferro fundido, o malevel.

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Alta Competncia

Quando o ferro fundido branco aquecido entre 800C e 900C, por um determinado perodo de tempo prolongado, causa uma decomposio da cementita, formando grafitas na forma de aglomerados ou rosetas.

Com microestrutura semelhante ao ferro fundido nodular, o material apresenta uma alta resistncia e ductilidade considervel, usado na indstria automotiva, nas engrenagens de transmisso e em servios martimos nos flanges, conexes de tubulaes e peas de vlvulas.

1.4. Metais no-ferrosos e ligas

Metais no-ferrosos so todos os metais puros ou ligados.

Os metais no-ferrosos podem ser classificados em funo de sua densidade em:

Metais leves;

Metais pesados.

A maioria dos metais puros macio e tem baixa resistncia trao. Quanto maior for a pureza, mais alto ser o ponto de fuso, maior a condutibilidade eltrica e a resistncia corroso.

Na designao dos metais no-ferrosos puros, deve-se usar a designao qumica do elemento somada ao grau de pureza.

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Exemplo:

Zn 99,99

Elementoqumico Pureza = 99,99%

Metais no-ferrosos

Metais PesadosP 5Kg/dm3

Metais levesP 5Kg/dm3

Cobre Cu Mangans MnChumbo Pb Vandio V

Zinco Zn Cobalto CoNquel Ni Cdmio Cd

Estanho Sn Alumnio AlTungstnio w Magnsio MgMolibdnio Mo Titnio Ti

Cromo Cr

Normalmente, os metais no-ferrosos so materiais caros e seu uso deve ser evitado nas composies em que possam ser substitudos por materiais ferrosos, por se tratar de uma opo economicamente mais adequada.

Os metais no-ferrosos so amplamente utilizados em peas sujeitas oxidao, devido a sua resistncia, sendo muito utilizados em tratamentos galvnicos superficiais de materiais. So tambm bastante utilizados em componentes eltricos.

Nos ltimos anos, a importncia dos metais no-ferrosos e suas ligas tem aumentado consideravelmente, principalmente na construo de veculos, nas construes aeronuticas e navais, bem como na mecnica de preciso, pois a produo de ligas metlicas de alta resistncia e de menor peso vem se intensificando e, com isto, tende-se a trocar o ao e o ferro fundido por esses metais.

Podemos citar como exemplo de aplicao da liga de cobre utilizada em plataformas offshore.

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Alta Competncia

Liga Cobre-Nquel (CuNi) 90/ 10 principalmente caracterizada por:

Excelente resistncia corroso sob tenso e fadiga;

Virtualmente imune contaminao biolgica marinha;

Excelente resistncia eroso e ataque biolgico da gua do mar;

Boa resistncia corroso por pitting;

Boa propriedade para conformao a frio;

Boa soldabilidade.

Alm das aplicaes da liga de cobre em plataformas offshore existem ainda aplicaes em navios de pesca, em empresas de ene

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