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Departamento Regional de So Paulo
Tecnologia dos MateriaisESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
EPT - SISTEMAS INTEGRADOS DE MANUFATURA
EPT - Sistemas Flexveis de Manufatura
Tecnologia dos Materiais
SENAI-SP, 2005
Trabalho organizado pela Escola SENAI Almirante Tamandar, a partir dos contedos extrados daIntranet do Departamento Regional do SENAI-SP.
1 edio, 2005
Coordenao Geral Murilo Strazzer
Equipe Responsvel
Coordenao Celso Guimares PereiraEstruturao Ilo da Silva MoreiraReviso Carlos Gonalves da Silva
SENAI - Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de So PauloEscola SENAI Almirante TamandarAv. Pereira Barreto, 456CEP 09751-000 So Bernardo do Campo - SPTelefone: (011) 4122-5877FAX: (011) 4122-5877 (ramal 230)E-mail: [email protected]
Cd. 120.5.004
Sumrio
Pgina 4 Classificao e caractersticas de materiais
17 Obteno do ferro gusa e ferro fundido
45 Ao
81 Comportamento das ligas em funo da temperatura e composio
94 Diagrama ferro-carbono
114 Tratamentos trmicos dos aos
146 Metais no ferrosos e ligas
164 Sinterizao
175 Corroso dos metais
194 Materiais plsticos
Tecnologia dos Materiais
4ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
CLASSIFICAO E CARACTERSTICAS DOS MATERIAIS
Objetivos
Ao final desta unidade o participante dever:
Conhecer
Estar informado sobre:
Classificao dos materiais naturais, artificiais, ferrosos e no-ferrosos;
Propriedades dos materiais.
Saber
Reproduzir conhecimentos sobre:
Estrutura dos metais;
Formao da estrutura na solidificao;
Componentes da estrutura: tomo, cristais, gro, contorno do gro;
Propriedades fsicas dos metais.
Introduo
Quando da confeco de um determinado produto, deve-se, como um dos fatores prioritrios,
selecionar o material adequado que o constituir.
Para tanto, o material deve ser avaliado sob dois aspectos: suas qualidades mecnicas e seu
custo.
Tecnologia dos Materiais
5ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Classificao de materiais
Apresentamos a seguir uma classificao dos materiais mais comumente utilizados, tendo
cada um sua importncia e emprego definidos em funo de suas caractersticas e propriedades.
Conhecidas as classes dos materiais passemos agora a especific-los por grupos e emprego a
que se destinam, pois todos os materiais possuem caractersticas prprias que devemos conhecer
para podermos empreg-los mais adequadamente.
Materiais metlicos
Ao estudarmos a classe dos materiais metlicos podemos dividi-los em dois grupos distintos:
os ferrosos e os no-ferrosos.
Materiais metlicos ferrosos
Desde sua descoberta os materiais ferrosos tornaram-se de grande importncia na construo
mecnica.
materiais
metlicos no metlicos
ferrosos no ferrosos sintticos naturais
ao
FoFo
pesa
dos
leve
s
pls
ticos
resi
nid
es
mad
eira
mou
roet
c.
Tecnologia dos Materiais
6ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Os materiais ferrosos mais importantes so:
Ao: liga de Fe e C com C < 2% - material tenaz, de excelentes propriedades, de fciltrabalho, podendo tambm ser forjvel.
Ferro fundido: liga de Fe e C com 2 < C < 5% - material amplamente empregado naconstruo mecnica, e que, mesmo no possuindo a resistncia do ao,
pode substitu-lo em diversas aplicaes, muitas vezes com grande
vantagem.
Como esses materiais so fceis de serem trabalhados, com eles construda a maior parte
de mquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalaes que necessitam materiais de grande
resistncia.
Materiais metlicos no-ferrosos
So todos os demais materiais metlicos empregados na construo mecnica. Possuem
empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrosos em vrias aplicaes e nem
sempre podem ser substitudos pelos ferrosos.
Esses materiais so geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligas metlicas,
algumas delas amplamente utilizadas na construo de mquinas e equipamentos.
Podemos dividir os no-ferrosos em dois tipos em funo da densidade:
Metais pesados: ( > 5kg/dm3) cobre, estanho, zinco, chumbo, platina, etc.
Metais leves: ( < 5kg/dm3) alumnio, magnsio, titnio, etc.
Normalmente, os no-ferrosos so materiais caros, logo no devemos utiliz-los em
componentes que possam ser substitudos por materiais ferrosos.
Esses materiais so amplamente utilizados em peas sujeitas a oxidao, dada a sua
resistncia, sendo muito utilizados em tratamentos galvnicos superficiais de materiais.
So tambm bastante utilizados em componentes eltricos.
Tecnologia dos Materiais
7ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Nos ltimos anos, a importncia dos metais leves e suas ligas tm aumentado
consideravelmente, principalmente na construo de veculos, nas construes aeronuticas e
navais, bem como na mecnica de preciso, pois tm-se conseguido ligas metlicas de alta
resistncia e de menor peso e, com isto, tende-se a trocar o ao e o ferro fundido por esses metais.
Materiais no-metlicos
Existem numerosos materiais no-metlicos que podem ser divididos em:
Naturais: madeira, couro, fibras, etc.
Artificiais ou sintticos: baquelite, celulide, acrlico, etc.
Os materiais plsticos esto sendo empregados em um nmero cada vez maior de casos como
substitutos de metais.
Da a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vm-se tornando uma
presena constante nos campos tcnico, cientfico, domstico, etc. Deles nos ocuparemos um pouco
mais na unidade Materiais plsticos.
Estrutura cristalina dos metais
A maioria dos metais ao se solidificar experimenta uma contrao de volume, o que indica uma
menor separao entre os tomos no estado slido.
Nesse estado, os tomos animados de pequena energia cintica no conseguem deslizar
livremente uns em relao aos outros.
No estado slido, os tomos no esto em repouso, mas vibram em torno de determinadas
posies de equilbrio assumidas espontaneamente por eles ao se solidificarem.
Tecnologia dos Materiais
8ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Arranjo dos tomos
Essas posies no so assumidas ao acaso, pelo contrrio, apresentam uma ordenao
geomtrica especial caracterstica, que uma funo da natureza do metal.
Essa disposio ordenada, caracterstica dos metais slidos e de outros materiais no-
metlicos, denomina-se estrutura cristalina.
Tipos de estruturas cristalinas
Dentre as estruturas destacamos trs tipos:
1) Rede cbica de faces centradas
Metais: Ni, Cu, Pb, Al e tipo de ferro que se chama ferro .
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SEN
2) Rede cbica de corpo centrado
Metais: V, Cr, Mo, W e tipo de ferro que se chama ferro .
3) Hexagonal compacta
Metais: Mg, Zn, Cd, Ti.
- A dimenso da rede varia de tipo para tipo.
A transfo
depende do tipo
Nas estr
transformao
No proce
pode quebrar m
ou Al.9AI ALMIRANTE TAMANDAR
rmao mecnica dos metais (tais como laminao, dobramento, estampagem)
da estrutura cristalina.
uturas do tipo (1) a transformao ocorre facilmente, enquanto na estrutura (3) a
mais difcil de ser verificada.
sso de dobramento de metais que possuem o tipo (3) exemplo: Mg e Zn, a pea
ais facilmente do que nos metais que possuem estrutura do tipo (1) exemplo: ao
Tecnologia dos Materiais
10ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Formao da estrutura na solidificao
A estrutura cristalina, formada na solidificao atravs do resfriamento, ir definir a estrutura do
material, os seus constituintes e propriedades.
No estado lquido os tomos metlicos se movem livremente. Com a queda da temperatura,
diminui a energia de movimento dos tomos e passa a predominar a fora de atrao entre eles. Por
isto os tomos vo se unindo uns aos outros, em determinadas posies, formando os cristais
(embries). Essa formao orientada segundo direes preferenciais, denominadas eixo de
cristalizao.
medida que esses cristais crescem em direes definidas, encontram-se e estabelecem uma
superfcie de contato que chamamos de limite ou contorno de gros.
Observe a seguir o processo de formao da estrutura cristalina na solidificao.
O tamanho do gro na estrutura do metal varia de acordo com o nmero de embries formados
e com o tipo de metal.
Num mesmo metal podem-se formar gros pequenos ou grandes, se modificarmos o tempo de
solidificao (velocidade de resfriamento e presso).
Se diminuirmos o tempo de solidificao, teremos uma estrutura formada por maior nmero de
gros (estrutura fina). Caso contrrio, ocorre o inverso (estrutura grossa).
As estruturas de gros muito grandes possuem baixa resistncia trao.
A figura, a seguir, apresenta no diagrama de solidificao como se processa a formao dos
metais durante o resfriamento.
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11ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Diagrama de solidificao
Propriedades dos materiais
Na construo de peas e componentes, devemos observar se os materiais empregados
possuem as diversas propriedades fsicas e mecnicas que lhe sero exigidas pelas condies e
solicitaes do trabalho a que se destinam. A seguir mostraremos algumas dessas propriedades.
Elasticidade
Uma mola deve ser elstica. Por ao de uma fora, deve se deformar e, quando cessada a
fora, deve voltar posio inicial.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
Para comprovarmos a elasticidade do ao para molas, prendemos a mola na morsa por um
lado e a estiramos pelo outro lado at que se estique.
Quando a soltamos, se a mola voltar posio inicial porque o ao possui boa elasticidade.
Fragilidade
Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, no suportando choques, enquanto
que os materiais menos duros resistem melhor aos choques. Assim, os materiais que possuem baixa
resistncia aos choques so chamados frgeis. Exemplos: FoFo, vidro, etc.
Ductilidade
Pode-se dizer que a ductilidade o oposto da fragilidade. So dcteis os materiais que por
ao de fora se deformam plasticamente, conservando a sua coeso, por exemplo: cobre, alumnio,
ao com baixo teor de carbono, etc.
Na figura seguinte temos um fio de cobre de 300mm de comprimento. Se puxarmos este fio,
ele se esticar at um comprimento de 400 a 450mm sem se romper porque uma das qualidades do
cobre ser dctil.12LMIRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
uctilidade
Tenacidade
Se um material resistente e possui boas caractersticas de alongamento para suportar um
esforo considervel de toro, trao ou flexo, sem romper-se, chamado tenaz.
A chave da figura seguinte pode ser tracionada e flexionada sem romper-se facilmente porque
de um material tenaz.
enacidadeTD13LMIRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
14ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Dureza
As ferramentas devem ser duras para que no se desgastem e possam penetrar em um
material menos duro.
A dureza , portanto, a resistncia que um material oferece penetrao de outro corpo.
Resistncia
Resistncia de um material a sua oposio mudana de forma e ao cisalhamento. As
foras externas podem exercer sobre o material cargas de trao, compresso, flexo, cisalhamento,
toro ou flambagem.
Flexo Cisalhamento
Toro Trao
Tecnologia dos Materiais
15ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Flambagem Compresso
Toda fora externa gera no material tenses de acordo com o tipo de solicitao.
Elasticidade e plasticidade
So propriedades de mudana de forma. Denominamos deformao elstica deformao
no permanente e deformao plstica deformao permanente.
Densidade
A densidade de um material est relacionada com o grau de compactao da matria.
Fisicamente, a densidade () definida pela massa (M) dividida pelo volume (V).
=
3dm Kg
V M
Exemplo: o cobre tem maior densidade que o ao:
Cu = 8,93kg/dm3
Ao = 7,8kg/dm3
Tecnologia dos Materiais
16ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Questionrio resumo
1. Quais os materiais metlicos ferrosos mais importantes ?
2. Como so classificados os materiais metlicos no-ferrosos em funo da densidade ?
3. D exemplos de materiais no-metlicos naturais e artificiais ou sintticos.
4. Cite trs tipos de estrutura cristalina dos metais e como elas se comportam frente
transformao mecnica ?
5. Como ocorre a formao da estrutura cristalina na solidificao ?
6. Comente as seguintes propriedades dos materiais: densidade, resistncia, fragilidade,
ductilidade, tenacidade, elasticidade e dureza.
Tecnologia dos Materiais
17ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
OBTENO DO FERRO GUSA E FERRO FUNDIDO
Objetivos
Ao final desta unidade o participante dever:
Conhecer
Estar informado sobre:
Processo de obteno do ferro gusa no alto-forno e os materiais utilizados; Reaes qumicas que ocorrem no alto-forno; Obteno, classificao e tipos de ferro fundido; Fundio em areia.
Saber
Reproduzir conhecimentos sobre:
Caractersticas da estrutura do carbono nos ferros fundidos lamelar e globular; Propriedades e exemplos de aplicao do ferro fundido branco, cinzento, nodular e
malevel;
Normas ABNT, DIN e ASTM.
Ser capaz de
Aplicar conhecimentos para:
Selecionar os ferros fundidos em funo de suas propriedades.
Tecnologia dos Materiais
Introduo
O elemento qumico ferro o metal mais usado para as construes mecnicas. Nesta
unidade, estudaremos como ele extrado do minrio e transformado em ferro gusa e depois em
ferro fundido. Na prxima unidade (Ao), estudaremos como o ferro gusa se transforma em ao.
Obteno do ferro gusa
Os minrios de ferro so rochas que contm xidos de ferro ou carbonatos de ferro agregados
a quartzo, argila, composto de enxofre, fsforo, mangans.
Minrio Designao qumica Frmula qumica Contedo de Fe
b
u18ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Magnetita xido ferroso frrico Fe3O4 60...70%
Hematita roxa xido de ferro anidro Fe4O3 40...60%
Hematita parda oulimonita xido de ferro hidratado 2Fe2O3 + 3H2O 20...45%
Siderita Carbonato de ferro FeCO3 30...45%
Antes da fuso do minrio no alto-forno para a obteno do ferro gusa, o minrio deve ser
ritado (quebrado). As impurezas ptreas so separadas por flotao e, em seguida, elimina-se a
midade e parte do enxofre. Os minrios de granulometria fina so compactados formando briquetes.
Tecnologia dos Materiais
ES
Transformao do minrio em metal
A transformao do minrio em metal feita no alto-forno que um forno de cuba com uma
altura de 30 a 80m e um dimetro mximo de 10 a 14m.
(Si),
enxo19COLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Neste forno entra o minrio e sai o ferro gusa que contm 5 6% de carbono, 3% de silcio 6% de mangans (Mn) assim como altos teores de enxofre e fsforo. Um teor alto de carbono,fre e fsforo tornam o ferro gusa muito frgil, no forjvel e no soldvel.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
Alto-forno (funcionamento)
A transformao do minrio em ferro gusa feita em dois movimentos: o movimento
descendente de carga (slidos) em oposio ao movimento ascendente dos gases.
Alto-forno
As cargas introd
Minrio
xido de fer20LMIRANTE TAMANDAR
uzidas na goela do alto-forno para ser obtido o ferro gusa so as seguintes:
ro (Fe2O3) quebrado e aglomerado.
Tecnologia dos Materiais
21ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Coque metalrgico
Possui grande resistncia ao esmagamento e uma excelente.
Porosidade para deixar passar a corrente gasosa.
Fundente adicional
Permite a separao do metal da ganga numa temperatura relativamente baixa. A
composio do fundente depende da natureza da ganga.
Exemplos de fundentes:
Mn
Atua como dissulfurante, desoxidante e elemento de liga, 33 a 35kg/ton de ao.
Cal
Adicionada para facilitar a fuso da escria e tambm um desfosforizante.
Fluorita CaF2
Ajuda na fluidificao da escria.
Os movimentos descendente e ascendente produzidos no alto-forno formam as seguintes
zonas:
Secagem (entre 3000C e 3500C)
A gua contida nos elementos da carga evaporada e parte do enxofre tambm eliminada.
Reduo (entre 3500C e 7500C)
O minrio (xido de ferro) combina-se com o monxido de carbono (CO) (veja equao ao
lado).
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22ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Equao qumica da reduo
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
Carbonetao (entre 7500C e 11500C)
Com a temperatura elevada, o xido de ferro entra em combinao parcial com o monxido de
carbono, formando o dixido de carbono. Numa outra reao, o ferro (Fe) combina-se com o carbono
formando a cementita Fe3C, numa combinao muito dura.
Aps a carbonetao, o ponto de fuso da liga ferro e carbono diminui bastante (veja equao
ao lado).
Equao qumica da carbonetao
3FeO + 3CO 3Fe + 3CO23Fe + C Fe3C
Fuso (entre 11500C e 18000C)
Corresponde passagem do ferro carburado (o gusa) do estado slido ao lquido.
A transformao em lquido feita numa temperatura aproximada de 16000C. O metal lquido
escorre para o fundo do cadinho, enquanto que sobre o metal fica a escria, separada por diferena
de densidade. A escria fica na superfcie e protege o gusa contra a oxidao que o ar injetado das
ventaneiras poderia provocar.
O ferro gusa que sai do alto-forno pode ser solidificado em pequenos lingotes que serviro de
matria-prima para uma segunda fuso, de onde resultar o ferro fundido, ou o gusa poder ser
transportado lquido (carro torpedo) para a aciaria.
Tecnologia dos Materiais
23ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
24ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Ferro fundido
uma liga de ferro carbono com um teor de carbono de 2% a 4,5%. Esse material se
caracteriza frente ao ao por um ponto de fuso mais baixo e uma moldabilidade mais fcil. Portanto,
para peas de forma complicada, a fundio em ferro fundido mais econmica do que a fundio
em ao.
O ferro gusa transformado numa segunda fuso em ferro fundido (FoFo). Esta fuso feita
em fornos tipo cubil ou forno eltrico.
A carga desses fornos formada de lingotes de ferro gusa, sucata de ao e ferro fundido,
coque e fundente (calcrio), podem-se tambm adicionar elementos de liga como o cromo, nquel ou
molibdnio. Atravs desta segunda fuso, obtm-se uma estrutura mais densa com a granulao
mais fina e uniforme.
Forno cubil
O forno cubil um forno de cuba, cilndrico com um dimetro de aproximadamente um metro,
e uma altura de seis a oito metros.
Compe-se de uma camisa de chapa de ao revestida com um material refratrio. Esse forno
carregado por cima, como o alto-forno.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI
Forno cubil
Aps o aquecimento, quando se encontra no estado lquido, o ferro fundido acumula-se em um
cadinho, na parte inferior, e, em seguida, feita a corrida. O ferro fundido vertido em uma caamba
de fundio e transportado at os moldes onde so fundidas as peas.
Tipos de ferro fundido
O carbono contido no ferro fundido pode estar combinado com o ferro formando a cementita
que dura e quebradia e apresenta uma fratura clara (ferro fundido branco).
Quando o carbono est separado do ferro formando veios de grafite, apresenta uma fratura
cinzenta (ferro fundido cinzento).
A quantidad e o tamanho dos veios de grafite que se formam dependem da composio
qumica e da veloce25 ALMIRANTE TAMANDAR
idade de resfriamento.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIRA
Aumentando o teor de silcio e diminuindo a velocidade de resfriamento, h maior formao de
grafite. No entanto, se aumentarmos o teor de mangans e a velocidade de resfriamento, o carbono
ficar combinado com o ferro formando a cementita.
Ferro fundido cinzen
Nesse tipo de ferro fu
de grafite (lamelas) so for
devido composio qumic26NTE TAMANDAR
to (GG)
ndido, o carbono se apresenta na forma de veios de grafite. Esses veios
mados devido a um resfriamento lento no momento da fundio e/ou
a do material (alto teor de silcio).
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIR
O ferro fundido cinzento ou lamelar (GG ou GGL) , comercialmente, barato e tem as seguintes
caractersticas quanto ao processo de fabricao:
Funde-se com facilidade. Contrai-se pouco ao esfriar. Tem pouca tendncia a formar vazios internos. Apresenta boa usinabilidade.
O ferro fundido cinzento apresenta tambm as seguintes propriedades mecnicas:
Fragilidade (resis Resistncia baixa Boa capacidade Resistncia a com Grande poder de
A resistncia a com
cinzento ideal para confec
Ferro fundido nodu
Se se adicionam, na
magnsio ou ferro-silcio-m
forma de glbulos. Por ess27ANTE TAMANDAR
te pouco s solicitaes por choque).
a trao (causada pelos veios de grafite).
de deslizamento (melhor que a do ao).
presso elevada.
amortecimento interno de vibraes mecnicas.
presso e o poder de amortecimento de vibraes tornam o ferro fundido
es de carcaas de motores e corpos de mquinas.
lar (GGG)
hora do vazamento do ferro fundido na panela, ligas de magnsio (nquel-
agnsio), o grafite no se agregar sob a forma de lamelas e sim sob a
a razo esse ferro fundido chamado globular ou nodular.
Tecnologia dos Materiais
28ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
O grafite estando na forma globular proporciona ao ferro fundido maior resistncia a trao,
flexo e alongamento.
Outra caracterstica do ferro fundido nodular que ele resiste bem a agentes qumicos e ao
calor. Por isso muito usado em tubos e fornos de indstrias qumicas, em mquinas agrcolas, na
construo de tratores e automveis, na construo de bombas e turbinas.
Ferro fundido branco ou duro (GH)
Nesse tipo de ferro fundido, o carbono est sempre combinado com o ferro, formando um
componente duro na estrutura a cementita (Fe3C).
Composio tpica de ferro fundido duro
C...................................2,8 a 4,0%
Si..................................0,2 a 1,0%
Mn................................0,6 a 1,5%
S..................................0,2 a 0,45%
P...................................0,15 mx.
A cementita formada devido a um resfriamento rpido do ferro fundido e devido influncia
de elementos qumicos: um teor de silcio baixo e de mangans elevado.
Pela escolha adequada da composio qumica do ferro fundido e pelo controle da velocidade
de resfriamento do metal no molde, possvel fazer uma pea onde a superfcie seja de ferro fundido
duro e o ncleo de ferro fundido cinzento.
Essas caractersticas so interessantes para alguns tipos de peas como, por exemplo, a roda
de trem que deve ter resistncia ao desgaste e, ao mesmo tempo, resistncia a impactos.
Ferro fundido malevel (GT)
O ferro fundido malevel obtido a partir do ferro fundido branco que submetido
maleabilizao (tratamento trmico posterior fundio) tornando-se, assim, bem tenaz, algodeformvel e facilmente usinvel.
Tecnologia dos Materiais
29ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Composio tpica de um ferro fundido branco destinado aser maleabilizado.
Carbono combinado...................3,0 a 3,50%
Si................................................0,50 a 0,80%
Mn..............................................0,10 a 0,40%
S................................................0,20 a 0,05%
F.................................................0,15% mx.
Distinguem-se dois tipos de ferro fundido malevel:
Ferro fundido malevel branco Ferro fundido malevel preto
Ferro fundido malevel branco (GTW)
prprio para a fabricao de peas pequenas de pequena espessura de parede.
Essas peas so fundidas em ferro fundido branco e depois, por um longo tratamento trmico
de descarbonetao, reduz-se o teor de carbono da superfcie da pea de 2 a 4% para 1 a 1,5% (com
isso conseguimos um material menos frgil).
O tratamento de descarbonetao consiste em colocar as peas fundidas em ferro fundido
branco em caixas contendo xidos de ferro finamente granulado. Depois, colocamos essas caixas em
fornos a temperatura de 900 a 10500C durante dois a cinco dias. Ou segundo procedimentos mais
modernos, a pea aquecida em fornos eltricos ou a gs com uma atmosfera oxidante.
Atravs do aquecimento, o xido de ferro se decompe, liberando o oxignio que ir reagir com
o carbono contido na pea. Com isso se reduz o teor de carbono na superfcie da pea de 2,5 a 3,5%
para 0,5 a 1,8% C.
A profundidade de descarbonetao limitada e por isso se emprega esse tratamento em
peas de paredes delgadas de at 12mm.
Tecnologia dos Materiais
30ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Ferro fundido malevel preto (GTS)
Para a obteno de ferro fundido malevel preto, faz-se um tratamento trmico de recozimento
no ferro fundido branco (800 a 9000C durante vrios dias) em uma atmosfera neutra, por exemplo,
envolvendo a pea em areia.
Diagrama do tratamento trmico
Nesse caso, a cementita do ferro fundido branco se decompe em grafite em forma de ndulos
e ferrita. Esse tipo de tratamento no depende da espessura da parede da pea.
Observao
Na figura seguinte, observamos um resumo de como so obtidos os vrios tipos de ferros
fundidos.
Tecnologia dos Materiais
31ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Obteno dos vrios tipos de ferro fundido
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIRAN
O processo de fundio
Para fundir uma pea, confecciona-se primeiro um modelo em madeira, ao, alumnio ou
plstico, de acordo com os planos tcnicos.
Esse modelo deve ser um pouco maior do que a pea, devido contrao do metal ao se
solidificar e esfriar conforme tabela seguinte.
Material Contrao do metal (%)
Ao
FoFo
Alumnio
Liga CuZnSn
2
1
1,25
1,50
As figuras a seguir mostram a sequncia da fundio de uma pea.32TE TAMANDAR
Desenho da pea
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Modelo fabricado em madeira, levando-se em conta a contrao do metal. Este modelo
dividido em duas partes. Coloca-se o modelo sob a caixa de fundio e compacta-se a areia.
Macho construdo em areia com Colocao do macho no molderesina para ter maior resistncia
Vazamento do metal no molde 33
Pea fundida com o canal de vazamento emassalote
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
importante notar que as propriedades mecnicas das peas fundidas variam dentro de uma
mesma pea em funo da espessura da parede, da forma da seco, da maior ou menor velocidade
de resfriamento em cada ponto.
As figuras a seguir mostram os defeitos mais comuns que aparecem nas peas fundidas.
Incluses de escrias
Escrias e xidos metlicos que se misturaram no metal durante o vazamento.
Poros
O material fund
dentro. Nos lugares
cavidades.
Para evitar ess
brusca de espessura
ltimo e que iro con
sero eliminadas depo34LMIRANTE TAMANDAR
ido no se solidifica uniformemente. A solidificao se produz de fora para
mais grossos da pea, formam-se vazios que so denominados poros ou
e problema, conveniente que as peas fundidas no tenham uma variao
das paredes, ou que se acrescentem partes na pea que se solidifiquem por
ter os poros, bolhas e incluses. Essas partes so chamadas de massalote e
is.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIRAN
Trincas
A variao de seco provoca tambm diferentes velocidades de resfriamentos o que pode
ocasionar diferentes estruturas e tenses internas na pea, provocando trincas. Para uniformizar a
velocidade de resfriamento, podem-se alojar no molde placas de resfriamento.
Bolhas
A umidade da areia do
vazamento do metal e esses g35TE TAMANDAR
molde se decompe em hidrognio e oxignio com a temperatura de
ases penetram na estrutura do material.
Tecnologia dos Materiais
36ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Desigualdade na espessura das paredes
provocada pelo deslocamento do macho durante o vazamento.
Paredes mais grossas e irregulares
So provocadas pela compactao insuficiente da areia, que se desprende com a presso do
material durante a fundio.
Como descobrir defeitos de fundio
Antes da usinagem, interessante examinar as peas fundidas com a ajuda de raios X ou de
ultra-som para detectar defeitos (bolhas ou incluses internas). Caso contrrio esses defeitos s
sero percebidos durante a usinagem o que acarretar uma perda de tempo e elevao dos custos.
Classificao e nomenclatura dos ferros fundidos
As normas especificam os ferros fundidos com letras e nmeros onde cada um possui um
significado.
Nos exemplos, a seguir, temos especificaes segundo a norma DIN e ABNT.
Tecnologia dos Materiais
37ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
DIN GG 40Resistncia a trao 400N/mm2
Ferro fundido cinzento
GGG 60Resistncia a trao 600N/mm2
Ferro fundido nodular
ABNT FC 40Resistncia a trao 400N/mm2
Ferro fundido cinzento
Caractersticas segundo DIN
Smbolo GG
Densidade: 7,25kg/dm3
Ponto de fuso: 1150 12500C
Temperatura de fundio: 13500C
Resistncia a trao: 10 40kp/mm2
Alongamento: insignificante
Contrao: 1%
Composio: 2,6 - 3,6% C
1,8 - 2,5% Si
0,4 - 1,0% Mn
0,2 - 0,9% P
0,08 - 0,12% S
Classificao do ferro fundido cinzento
O ferro fundido classificado por suas classes de qualidade. Essas classes so especificadas
por vrios sistemas de normas tais como DIN, ASTM, etc. Por exemplo, a ABNT especifica as
classificaes da seguinte forma:
As classes FC10 e FC15 possuem excelentes fusibilidade e usinabilidade e so indicadas,principalmente a FC15, para bases de mquinas e carcaas metlicas.
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38ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
As classes FC20 e FC25 aplicam-se em elementos estruturais de mquinas, barramentos,cabeotes, mesas, etc.
As classes FC30 e FC35 possuem maior dureza e resistncia mecnica e aplicam-se emengrenagens, buchas, blocos de motor, etc.
A classe FC40 de maior resistncia que as outras possui elementos de liga, como cromo,nquel e molibdnio, sendo empregada em peas de espessuras mdias e grandes.
Classes de ferros fundidos cinzentos segundo ABNT
ClasseLimite de resistncia a
trao (min.)X 10 [N/mm2]
Dureza brinell(valores
mximos)
Resistncia flexo esttica(valores mdios)
X 10 [N/mm2]
FC10 10 201 -
FC15 23
18
15
11
241
223
212
201
34
32
30
27
FC20 28
23
20
16
255
235
223
217
41
39
36
33
FC25 33
28
25
21
269
248
241
229
-
46
42
39
FC30 33 269 -
30 262 48
26 248 45
FC35 38
35
31
-
277
269
-
54
51
FC40 40
36
-
-
60
57
Tecnologia dos Materiais
39ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
A ASTM agrupa os ferros fundidos cinzentos em sete classes. Os nmeros das classes ASTM
representam valores de resistncia a trao em l b/pol2, os valores mtricos para o limite deresistncia a trao so aproximados.
Classes Resistncia a trao Resistncia a trao
20 20.000 l b/pol2 140N/mm2
25 25.000 l b/pol2 175N/mm2
30 30.000 l b/pol2 210 N/mm2
35 35.000 l b/pol2 245N/mm2
40 40.000 l b/pol2 280N/mm2
50 50.000 l b/pol2 350N/mm2
60 60.000 l b/pol2 420N/mm2
Classificao de ferro fundido nodular segundo ABNT especificao P-EB-585.
A ttulo informativo
Classe
Limite deresistncia
a trao,min.
Kg/mm2
Limite deescoamento(0,2%) min.
Kg/min2
Alongamento(5d), min. %
Faixa dedureza
aproximadabrinell
Estruturaspredominantes
FE 3817
FE 4212
FE 5007
FE 6002
FE 7002
FE 3817
RI*
38,0
42,0
50,0
80,0
70,0
38,0
24,0
28,0
35,0
40,0
45,0
24,0
17
12
7
2
2
17
140-180
150-200
170-240
210-280
230-300
140-180
Ferrtica
Ferrtica-perltica
Perltica-ferrtica
Perltica
Perltica
Ferrtica
*Classe com requisito de resistncia a choque.
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40ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Aplicaes dos ferros fundidos cinzentos, segundo as classes ASTM
Classe Espessura das peas Aplicaes
20
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Utenslios domsticos, anis de pisto, produtossanitrios, etc.
Bases de mquinas, fundidos ornamentais, carcaasmetlicas, tampas de poos de inspeo, etc.
Certos tipos de tubos, conexes, bases de mquinaspesadas, etc.
25
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Aplicaes idnticas s da classe 20, quando se necessitade maior resistncia mecnica.
30
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Elementos construtivos: pequenos tambores de freio,placas de embreagem, crters, blocos de motor,cabeotes, buchas, grades de filtro, rotores, carcaas decompressor, tubos, conexes, pistes hidrulicos,barramentos e componentes diversos usados emconjuntos eltricos, mecnicos e automotivos.
35
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Aplicaes idnticas s da classe 30.
40
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Aplicaes de maior responsabilidade, de maioresdurezas e resistncia a trao, para o que se pode usarinoculao ou elementos de liga em baixos teores:engrenagens, eixo de comando de vlvulas, pequenosvirabrequins, grandes blocos de motor, cabeotes,buchas, bombas, compressores, rotores, vlvulas,munhes, cilindros e anis de locomotivas, bigornas,pistes hidrulicos, etc.
50
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
Aplicaes idnticas s da classe 40.
60
Fina: at 13mm
Mdia: de 13 a 25mm
Grossa: acima de 25mm
a classe de maior resistncia mecnica, usando-senormalmente pequenos teores de Ni, Cr e Mo.
Tambores de freio especiais, virabrequins, bielas,cabeotes, corpos de mquina diesel, peas de bombasde alta presso, carcaas de britadores, matrizes paraforjar a quente, cilindros hidrulicos, etc.
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41ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Especificaes ASTM de ferro fundido nodular
ClasseLimite de resist.
a trao min.Kg/mm2
Limite deescoamento
min.Kg/mm2
Alongamentomin. Em 2
%Condio Aplicaes
ASTM-A 339-5580-60-03 56 42 3 Fundido Uso geral
60-45-10 42 31,5 10 Geralmenterecozido Uso geral
ASTM-A 396-58
120-90-02 84 63 2 TratadotermicamentePara elevada
resistncia mecnica
100-70-03 70 49 3 Idem Idem
ASTM-A 395-56T
60-45-15
60-40-18
42
42
31,5
28
15
18
Recozido
Recozido
Equipamentopressurizado atemperaturas
elevadas
Os nmeros indicativos das classes referem-se aos valores:
do limite de resistncia a trao (em milhares de libras por polegada quadrada);
do limite de escoamento (em milhares de libras por polegada quadrada);
do alongamento em porcentagem de um corpo de prova de 2.
Denominao de ferro fundido segundo norma DIN 17006
GG Ferro fundido cinzento
Exemplo:
GG-18 Ferro fundido cinzento com resistncia a trao de 180N/mm2
GGK Ferro fundido cinzento em coquilhaGGZ Ferro fundido cinzento centrifugado
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42ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
GH Ferro fundido duro
Exemplo:
GH-25 Ferro fundido com uma camada de ferro fundido branco de 25mm e o ncleo comferro fundido cinzento
GH-95 Dureza shore de 95
Observao
Numerao at 50 especifica a profundidade da camada dura em milmetros. Numerao
acima de 50 especifica a dureza shore.
GT Ferro fundido malevel
Exemplo:
GTW-35 Ferro fundido malevel branco com resistncia a trao de 340N/mm2
GTS-35 Ferro fundido malevel preto com resistncia a trao de 330N/mm2
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43ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Ferro fundido com grafite lamelarSmbolo Resist. atraoN/mm2
Resist. atrao N/mm2
Densidadekg/dm3 Propriedades
GG-10
GG-20
100
200
-
350
7.2 Ferro fundido comum sem qualidadeespecial para uso geral.
GG-25
GG-35
GG-40
250
340
390
420
530
590
7.35 Ferro fundido de alta qualidade parapeas altamente solicitadas como porexemplo cilindros, mbolos.
Ferro fundido nodularLimite dealongamento
0,2%*N/mm2
Alongamen-tode ruptura( l o = 5do)
%
Usinabilidade Propriedades
GGG-40
GGG-50
GGG-60
GGG-70
400
500
600
700
250
320
380
440
15
7
3
2
Boa
Muito boa
Muito boa
boa
GGG tempropriedadessemelhantes ao aodevido ao carbonoem forma de grafiteesferoidal.
Ferro fundido malevelAlongamentode ruptura
( l o = 3do)Aplicao
GTW-40
GTW-55
GTS-45
390
540
440
215
355
295
5
5
7
Peas de parede fina de fundiotenaz por exemplo rodas, chaves,conexes.
*O alongamento de 0,2% de comprimento inicial l o o usado para limite de elasticidade demateriais no dcteis.
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44ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Questionrio Resumo
1. Quais as substncias que normalmente vm agrupadas com os minrios de ferro ?
2. Defina ferro fundido ?
3. Quais so os tipos de ferro fundido? Cite as suas propriedades gerais.
4. Especifique FC-40 GG-30 GTS-40 GGG-60 FE4212.
5. Como feita a fundio em areia ?
6. Quais os defeitos mais comuns em peas fundidas ?
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45ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
AO
Objetivos
Ao final desta unidade o participante dever:
Conhecer
Estar informado sobre:
Processos de obteno do ao.
Saber
Reproduzir conhecimentos sobre:
Influncia dos elementos de liga nas propriedades dos aos;
Processo de refinao e enriquecimento do ao;
Normalizao conforme ABNT, SAE, AISI e DIN.
Ser capaz de
Aplicar conhecimentos para:
Selecionar os aos em funo de suas propriedades mecnicas;
Interpretar normas de identificao dos aos.
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46ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Definio de ao
uma liga de ferro e carbono que contm no mximo 2,0% de carbono, alm de certos
elementos residuais resultantes dos processos de fabricao.
Obteno do ao
O ferro gusa que sai do alto-forno tem alto teor de carbono (3 a 5%) e elevado teor de
impurezas como enxofre, fsforo, mangans e silcio.
Para transformar o ferro gusa em ao, necessrio reduzir o seu teor de carbono (0 2,0%),
mangans, silcio e eliminar, ao mximo, o seu teor de fsforo e enxofre. Para tanto, existem vrios
processos.
Processo Bessemer e Thomas-Bessemer
O conversor Bessemer tem um revestimento de tijolos de slica que no pode ser utilizado com
ferro gusa rico em fsforo.
O conversor Thomas-Bessemer, por sua vez, tem um revestimento de tijolos de dolomita rica
em cal adequada para trabalhar com ferro gusa rico em fsforo.
Em ambos os processos, Bessemer ou Thomas-Bessemer, reduz-se o teor de carbono do
ferro gusa pela injeo de ar por orifcios que existem no fundo do conversor.
O ferro gusa lquido procedente do misturador vertido no conversor em posio horizontal,
adicionando-se cal ou dolomita.
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ESCOLA SENAI AL 47MIRANTE TAMANDAR
Processo Bessemer e Thomas-Bessemer
Tecnologia dos Materiais
48ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Colocando-se o conversor na posio vertical, o ar enriquecido com oxignio soprado
durante dez a vinte minutos. Durante esse tempo o oxignio reage com o carbono, e o silcio, o
mangans e a cal reagem com o fsforo formando a escria.
A escria do conversor Thomas-Bessemer moda e utilizada como adubo por possuir alto
teor de fsforo.
Produtos do conversor Bessemer e Thomas-Bessemer
Ao ao carbono no-ligados.
Conversor a oxignio (LD)
Nos conversores a oxignio, fabricada mais de 50% da produo mundial de ao. No Brasil,
eles so tambm amplamente utilizados.
A carga desse conversor constituda de ferro gusa lquido, sucata de ferro, minrio de ferro e
aditivos (fundentes).
Com uma lana refrigerada com gua, injeta-se oxignio puro a uma presso de 4 a 12 bar no
conversor.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALM 49IRANTE TAMANDAR
Processo conversor a oxignio (LD)
Tecnologia dos Materiais
50ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
A oxidao do carbono e dos acompanhantes do ferro libera grande quantidade de calor. Para
neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratrio, adiciona-se sucata ou minrio de
ferro.
Pela adio de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o mangans, silcio,
fsforo e enxofre unem-se formando a escria.
Para aumentar a qualidade do ao, adicionam-se os elementos de liga no final ou quando o
ao est sendo vertido na panela.
Os aos produzidos no LD no contm nitrognio pois no se injeta ar, da a alta qualidade
obtida. Esse conversor oferece vantagens econmicas sobre os conversores Thomas-Bessemer e
Siemens-Martin.
Produtos do conversor a oxignio (LD)
Aos no-ligados
Aos para cementao
Aos de baixa liga
Conversor Siemens-Martin
O forno Siemens-Martin um forno de cmara fixo. A carga do forno pode ser constituda de
70% de sucata de ao e o resto de ferro gusa e fundentes (cal) para formar a escria.
Tecnologia dos Materiais
51ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Representao esquemtica de um forno Siemens-Martin
A temperatura de fuso de 18000C, que se consegue pela queima de gs ou leo.
Os gases produzidos pela combusto saem do forno e passam, atravs de um empilhamento
de tijolos, pela parte inferior do forno (recuperador) onde cedem calor dirigindo-se depois para a
chamin. A cada vinte minutos mais ou menos, o sentido dos gases invertido de modo que o ar
passe pelo recuperador que est aquecido.
Produtos do conversor Siemens-Martin
Aos carbono no-ligados
Aos de baixa liga
Aos-ferramenta que no exigem alta qualidade
Forno eltrico
Os aos finos, em particular os altamente ligados, so obtidos em fornos eltricos.
Tecnologia dos Materiais
52ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Com o ao vindo do conversor a oxignio ou Siemens-Martin e mais sucata selecionada
alimenta-se o forno eltrico. Nesse forno, o ao purificado e adicionam-se os elementos de liga
desejados. Como a gerao de calor se d por uma corrente eltrica, no existe nenhuma chama de
gs que desprenda enxofre.
Existem dois tipos de fornos eltricos para a produo de ao:
Forno de arco voltaico
Forno de induo
O forno de arco voltaico tem dois ou trs eletrodos de carvo. Ao ligar, a corrente eltricasalta em arco voltaico das barras de carvo passando pelo material a fundir. A temperatura obtida
neste processo da ordem de 36000C, o que torna possvel fundir elementos de liga como o
tungstnio (temperatura de fuso 33700C) ou molibdnio (temperatura de fuso 26000C).
Forno de arco voltaico
No forno de induo a corrente alternada passa por uma bobina situada ao redor de umcadinho, com isto se induzem correntes parasitas no material a fundir que aquecem o banho. Esse
forno empregado para fabricao de aos altamente ligados e de ferro fundido nodular.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALMIRANT
Forno de induo
Solidificao do ao
Os aos produzidos nos conversores so colocados em panelas e destas panelas so vertidos
em moldes de fundio ou em lingoteiras onde se solidificam em forma de lingotes quadrados ou
redondos.
Esses lingotes sero transformados em produtos semi-acabados por meio de prensagem,
forjamento ou laminao em chapas, barras de perfil L, U, redondas, sextavadas, etc.53E TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
54ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
O ao lquido dentro do molde comea a se solidificar das paredes para o centro da pea. Com
o processo de solidificao, h a formao de gases devido a reaes qumicas, tais como
decomposio da gua em hidrognio e oxignio, reao do carbono com o xido de ferro gerando
ferro e gs carbnico.
As bolhas de gs ascendentes originam um forte movimento do ao que ainda est lquido,
com isto os gases, o fsforo, o enxofre, o silcio so deslocados para o interior do bloco que ir se
resfriar por ltimo. A esse processo chamamos segregao.
Lingote com massalote
As acumulaes de fsforo no ao produzem fragilidade (perigo de ruptura na conformao a
frio). As acumulaes de enxofre no ao ocasionam fragilidade a quente (perigo de ruptura na
laminao ou no forjamento). Altos teores localizados de W, Ti, Mo produzem pontos duros que
podem ocasionar a ruptura das peas.
Aos fundidos acalmados
Para evitar o acmulo de gases no interior do ao, so adicionados alumnio, silcio ou
mangans ao se fundir ou vazar o ao. O oxignio se une a esses elementos formando xidos
metlicos que no podem ser reduzidos pelo carbono (equao 2FeO + Si + 2Fe + SiO2). Obtm-se por meio desse processo um ao acalmado.
Tecnologia dos Materiais
55ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
O ao solidificado acalmado possui uma boa homogeneidade e , desta forma, diminui-se a
segregao. Os aos de qualidade so sempre acalmados, pois caso contrrio o oxignio oxidaria os
componentes da ligao.
Bolhas e cavidades em lingotes de ao
Tratamento a vcuo
Os gases absorvidos pelo ao lquido so prejudiciais, por isso aos ligados de alta qualidade
devem ser desgaseificados.
Os xidos (de ferro ou elementos de liga) tornam o ao quebradio; o nitrognio produz
envelhecimento; o hidrognio produz fortes tenses e pequenas trincas entre os cristais.
Para desgaseificar o ao lquido se emprega o tratamento a vcuo. A figura seguinte mostra
dois tipos desse tratamento.
Tecnologia dos Materiais
56ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Tratamento a vcuo
Os aos que passam por esse processo apresentam maior grau de pureza, o que resulta em
maior tenacidade e melhor resistncia fadiga.
Refuso eltrica sob escria
Por esse processo, um bloco de ao ligado fundido em forno eltrico se torna um eletrodo e
goteja atravs de uma escria, desembocando em uma coquilha de cobre refrigerada por gua. A
escria faz a vez de uma resistncia eltrica, gerando calor necessrio para a fuso, ao ser
percorrida pela corrente eltrica.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
Nessa escria, so retidas ao mesmo tempo as substncias no desejadas e os gases
dissolvidos no ao.
Por esse processo, obtm-se blocos (tarugos) de ao altamente ligados com uma textura
uniforme sem segregao ou incluses.
Influncia dos elementos de liga nos aos
Devido s necessidades industriais, a pesquisa e a experincia possibilitaram descoberta de
aos especiais, mediante a adio e a dosagem de certos elementos no ao carbono.
Conseguiram-se assim aos-liga com caractersticas como resistncia a trao e a corroso,
elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as dos aos ao carbono comuns.57LMIRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
58ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Influncia dos elementos de liga nas propriedades do ao
Elemento Eleva Abaixa
Carbono C Resistncia, dureza, temperabilidade Ponto de fuso, tenacidade,alongamento, soldabilidade eforjabilidade
Silcio Si Elasticidade, resistncia a trao,profundidade de tmpera, dureza aquente, resistncia a corroso, separaoda grafite no ferro fundido
Soldabilidade
Fsforo P Fluidez, fragilidade a frio, resistncia aquente
Alongamento, resistncia achoque
No
-met
ais
Enxofre S Quebra de cavaco, viscosidade Resistncia a choque
Mangans Mn Profundidade de tmpera, resistncia atrao, resistncia a choque, resistncia adesgaste
Facilidade de sertransformado (laminado,trefilado); separao dagrafite no ferro fundido
Nquel Ni Tenacidade, resistncia a trao,resistncia a corroso, resistnciaeltrica, resistncia a quente,profundidade de tmpera
Dilatao trmica
Cromo Cr Dureza, resistncia a trao, resistncia aquente, temperatura de tmpera,resistncia a frio, resistncia a desgaste,resistncia a corroso
Alongamento (em graureduzido)
Vandio V Resistncia a fadiga, dureza, tenacidade,resistncia a quente
Sensibilidade aoaparecimento de trincas poraquecimentos sucessivos
Molibdnio Mo Dureza, resistncia a quente, resistnciaa fadiga
Alongamento, forjabilidade
Cobalto Co Dureza, capacidade de corte, resistnciaa quente
Tenacidade, sensibilidade aoaparecimento de trincas poraquecimentos sucessivos
Met
ais
Tungstnio W Dureza, resistncia a trao, resistncia acorroso, temperatura de tmpera,resistncia a quente, resistncia adesgaste
Alongamento (em graureduzido)
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59ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Classificao dos aos
Podemos classificar os aos segundo a sua aplicao em:
Aos de construo em geral
Aos para tornos automticos
Aos para cementao
Aos para beneficiamento
Aos para nitretao
Aos inoxidveis
Aos para ferramentas- para trabalho a frio
- para trabalho a quente
- aos rpidos
Aos de construo em geral
Os aos de construo em geral so aos bsicos no-ligados que so selecionados pela sua
resistncia a trao e pelo seu limite de elasticidade, ou so aos no-ligados de qualidade que
devem satisfazer a exigncias tais como forjabilidade e soldabilidade. Nesse ltimo caso, so
controlados os teores de carbono, fsforo e enxofre.
As aplicaes comuns desses aos so em construo de edifcios, pontes, depsitos,automveis e mquinas.
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60ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Norma DIN
Aos para torno automtico
So aos de qualidade no-ligados ou de baixa liga utilizados na fabricao de peas em
tornos automticos e devem desprender cavacos quebradios e curtos.
Esta propriedade (cavaco curto) obtm-se mediante um teor conveniente de enxofre. Os aos
para tornos automticos contm: 0,07 a 0,65% de carbono, 0,18 a 0,4% de enxofre, 0,6 a 1,5% de
mangans, 0,05 a 0,4% de silcio e, quando se pede uma melhor fragilidade do cavaco e superfcies
lisas, o ao deve conter, alm dos elementos j citados, 0,15 a 0,3% de chumbo.
Exemplos:
10 S 20
11 S Mn 28
11 S Mn Pb 28
35 S 20
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61ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Aos para cementao
So aos com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) que, por meio de um tratamento
termoqumico, sofrem uma elevao de seu teor de carbono na superfcie da pea a fim de aumentar
a dureza superficial conservando o ncleo tenaz para resistir a choques.
Trata-se de aos de qualidade no-ligados, aos finos ou aos finos ligados.
Na superfcie da pea endurecida por cementao alcana-se uma dureza de 59 HRC.
Exemplos:
C 10
CK 10
16 Mn Cr 5
17 Cr Ni Mo 6
Aos para beneficiamento
So aos que, por meio de um tratamento trmico de beneficiamento (tmpera mais
revenimento), consegue-se um aumento de resistncia, dureza e tenacidade.
Os aos para beneficiamento no-ligados possuem um teor de carbono acima de 0,3% e s se
pode beneficiar uma camada delgada. Quando se deseja beneficiar uma camada mais espessa,
empregam-se aos para beneficiamento ligados.
As aplicaes comuns desses aos so em: eixos, parafusos, engrenagens, molas.
Exemplos:
C 30
CK 60
42 Cr Mo 4
Aos para nitretao
So aos que, pela introduo de nitrognio por meio de tratamento termoqumico, aumenta-se
a dureza superficial das peas (at 67 HRC).
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62ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Esses aos contm cromo, molibdnio e alumnio que favorecem a absoro do nitrognio.
As aplicaes comuns desses aos so em: engrenagens, matrizes de trabalho a quente.
Exemplos:
31 Cr Mo 12
34 Cr A l Ni 7
Aos inoxidveis
So aos que possuem um teor mnimo de 12% de cromo e se caracterizam pela sua grande
estabilidade frente a substncias agressivas (gua, ar, gases, cidos e bases).
As aplicaes comuns desses aos so na indstria qumica e na de alimentos e emaparelhos cirrgicos, talheres, etc.
Exemplos:
X 3 Cr Ni 18 10
X 10 Cr Ni Mo Ti 18 12
X 5 Cr Ni 18 9
Aos para ferramentas
So os que se empregam para trabalhar outros materiais com ou sem a remoo de cavacos.
So subdivididos em:
Aos para trabalho a frio
Aos para trabalho a quente
Aos rpidos
Aos para trabalho a frio
Destinam-se fabricao de ferramentas utilizadas no processamento a frio de ao, ferro
fundido e metais no-ferrosos.
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63ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
As principais propriedades destes aos so:
Alta resistncia a abraso
Elevada resistncia de corte
Alta tenacidade
Alta resistncia a choque
Grande estabilidade dimensional
As aplicaes comuns desses aos so em facas e punes de corte, estampos dedobramento, estampagem, cunhagem, matrizes, trefilao, etc.
Exemplos:
X 210 Cr 12
X 210 Cr W 12
X 155 Cr V Mo 12 1
Aos para trabalho a quente
So aos que se destinam fabricao de ferramentas utilizadas no processamento a quente
de materiais.
Suas principais caractersticas so alta resistncia a revenimento, elevada resistncia
mecnica a quente, boa tenacidade, grande resistncia a abraso em temperaturas elevadas, boa
condutividade trmica, elevada resistncia a fadiga e boa resistncia formao de trincas
provocadas por aquecimento e resfriamentos sucessivos.
As aplicaes comuns desses aos so em matrizes de forjamento, matrizes para fundio delato ou alumnio sob presso, matrizes para extruso a quente, etc.
Exemplos:
X 37 Cr Mo W 5 1
X 40 Cr Mo V 5 1
50 Ni Cr 13
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Aos rpidos
So aos onde os elementos de liga formam carbonetos complexos que so duros e
resistentes ao desgaste e a altas temperaturas.
Norma DIN
A seqncia dos componentes sempre a mesma: W Mo V Co
Exemplo:
S - 6 - 5 - 2 - 5
ao rpido 6% W 5% Mo 2% V 5% Co
So assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores
do que as possveis com aos ferramenta ao carbono.
As aplicaes comuns desses aos so em: bits, fresas, brocas especiais, machos, brochas.
Normas
ABNT SAE AISI
A ABNT se baseou nos sistemas americanos SAE e AISI, resultando a norma NBR 6006.
Ao a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contm, ainda, pequenas porcentagens demangans (Mn), silcio (Si), enxofre (S) e fsforo (P), que so considerados elementos residuais do
processo de obteno.
O elemento que exerce maior influncia o carbono e o seu teor nos aos ao carbono varia de
0,008 a 2% C aproximadamente.
O ao representado por um nmero como nos exemplos abaixo.
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Exemplos:
Os aos mais usados industrialmente possuem teores de carbono que variam entre 0,1 a
0,95%C, ou seja, ao 1010 a 1095. Acima de 0,95%C so considerados como aos ao carbono
especiais.
Para fins de aplicaes industriais e de tratamentos trmicos, os aos ao carbono classificam-
se em:
Aos de baixo teor de carbono 1010 a 1035
Aos de mdio teor de carbono 1040 a 1065
Aos de alto teor de carbono 1070 a 1095
A tabela seguinte apresenta aos ao carbono para construo mecnica.
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66ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Classificao ABNT dos aos ao carbono
Designao Carbono % Mangans %
1006 A
1008 A
1010 A
1015 A
1020 A
1025 A
1026 A
1030 A
1035 A
1038 A
1040 A
1041 A
1043 A
1045 A
1050 A
1060 A
1070 A
1080 A
1090 A
1095 A
0,08 max
0,10max
0,08 0,13
0,13 0,18
0,18 0,23
0,22 0,28
0,22 0,28
0,28 0,34
0,32 0,38
0,35 0,42
0,37 0,44
0,36 0,44
0,40 0,47
0,43 0,50
0,47 0,55
0,55 0,66
0,65 0,76
0,75 0,88
0,85 0,98
0,90 1,03
0,25 0,40
0,25 0,50
0,30 0,60
0,30 0,60
0,30 0,60
0,30 0,60
0,60 0,90
0,60 0,90
0,60 0,90
0,60 0,90
0,60 0,90
1,35 1,65
0,70 1,00
0,60 0,90
0,70 1,00
0,60 0,90
0,60 0,90
0,60 0,90
0,60 0,90
0,30 0,50
A tabela seguinte apresenta a classificao dos aos-liga, segundo ABNT.
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Classificao ABNT dos aos-liga
Designao C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo %
1340
4130
4135
4140
4320
4340
5115
5120
5130
5135
5140
5160
E52100
6150
8615
8620
8630
8640
8645
8650
8660
E9315
0,38 0,43
0,28 0,33
0,33 0,38
0,38 0,43
0,17 0,22
0,38 0,43
0,13 0,18
0,17 0,22
0,28 0,33
0,33 0,38
0,38 0,43
0,55 0,65
0,95 1,00
0,48 0,53
0,13 0,18
0,18 0,23
0,28 0,33
0,38 0,43
0,43 0,48
0,40 0,53
0,55 0,65
0,13 0,18
1,60 1,90
0,40 0,60
0,70 0,90
0,75 1,00
0,45 0,65
0,60 0,80
0,70 0,90
0,70 0,90
0,70 0,90
0,60 0,80
0,70 0,90
0,75 1,00
0,25 0,45
0,70 0,90
0,70 0,90
0,70 0,90
0,70 0,90
0,75 1,00
0,75 1,00
0,75 1,00
0,75 1,00
0,45 0,65
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,20 0,35
0,80 1,10
0,80 1,10
0,80 1,10
0,40 0,60
0,70 0,90
0,70 0,90
0,70 0,90
0,80 1,10
0,80 1,05
0,70 0,90
0,70 0,90
1,30 1,60
0,80 1,10
0,40 0,60
0,40 0,60
0,40 0,60
0,40 0,60
0,40 0,60
0,40 0,60
0,40 0,60
1,00 1,40
-
-
-
1,65 2,00
1,65 2,00
-
-
-
-
-
-
-
-
0,40 0,70
0,40 0,70
0,40 0,70
0,40 0,70
0,40 0,70
0,40 0,70
0,40 0,70
3,00 3,50
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,20 0,30
0,20 0,30
-
-
-
-
-
-
-
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,15 0,25
0,08 0,15
O tipo 6150 tem 0,15% de vandio
A tabela seguinte apresenta as classes de aos com suas respectivas composies segundo
normas SAE AISI ABNT:
Tecnologia dos Materiais
68ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Sistema SAE e AISI de classificao dos aos
DesignaoSAE AISI Tipo de ao
10XX11XX13XX23XX25XX31XX33XX303XX40XX41XX
43XX
46XX47XX
48XX50XX51XX501XX511XX521XX514XX515XX61XX
86XX
87XX
92XX
93XX
98XX
950XXBXXXXLXX
C 10XXC 11XX13XX23XX25XX31XX
E 33XX-
40XX41XX
43XX
46XX47XX
48XX50XX51XX
-E511XXE521XX
--
61XX
86XX
87XX
92XX
93XX
98XX
-XXBXX
CXXLXX
Aos-carbono comunsAos de usinagem (ou corte) fcil, com alto SAos-mangans com 1,75% de MnAos-nquel com 3,5% de NiAos-nquel com 5,0% de NiAos-nquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de CrAos-nquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de CrAos resistentes corroso e ao calor ao Ni-CrAos-molibdnio com 0,25% de MoAos-cromo-molibdnio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20% ou0,25% de MoAos-nquel-cromo-molibdnio, com 1,82% de Ni, 0,50% ou 0,80% de Cr e0,25% de MoAos-nquel-molibdnio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20 ou 0,25 de MoAos-nquel-cromo-molibdnio com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% deMoAos-nquel-molibdnio com 3,50% de Ni e 0,25% de MoAos-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de CrAos-cromo com 0,80% a 1,05% de CrAos de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de CrAos de mdio cromo para rolamentos, com 1,02% de CrAos de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de CrAos resistentes corroso e ao calor ao CrAos resistentes corroso e ao calor ao CrAos-cromo-vandio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V(min.)Aos-nquel-cromo-molibdnio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de Cr e0,20% de MoAos-nquel-cromo-molibdnio com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,25% deMoAos-silcio-mangans com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn, 1,40 ou2,00% de Si e 0%, 0,17%, 0,32% ou 0,65% de CrAos-nquel-cromo-molibdnio com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% deMoAos-nquel-cromo-molibdnio com 1,00% de Ni, 0,80% de Cr e 0,25% deMoAos de baixo teor em liga e alta resistnciaAos-boro com 0,0005% de B min.Aos-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb
Exemplo de utilizao da tabela:
Tecnologia dos Materiais
69ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Observaes:
Letras adicionais na nomenclatura do ao tm os seguintes significados:
B... Ao obtido pelo processo Bessemer.
C... Ao obtido em forno Siemens-Martin.
E... Ao obtido em forno eltrico.
X... Anlise fora da norma.
TS... Norma estabelecida para prova.
..B.. Ao contendo, no mnimo, 0,0005% boro.
LC.. Ao com baixo teor de carbono C mx de 0,03%C.
F... Ao de cavaco curto para tornos automticos.
..L.. Indica presena de chumbo (0,15% a 0,35% Pb).
Exemplos:
B 1 1 1 3
C 1 1 4 5
E 3 3 1 0
46 B 12
12 L 14
Normalizao dos aos conforme norma DIN 17006
A norma DIN 17006 divide os aos em trs tipos:
Ao sem ligas Ao com baixa liga (elementos de ligas 5%) Ao com alta liga (elementos de ligas 5%)
Tecnologia dos Materiais
70ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Designao e normalizao dos aos sem ligas
Aos de baixa qualidade: so tipos de aos de baixa pureza, sem ligas e que no podem sertratados termicamente. So designados atravs das letras St (ao)
e da resistncia mnima a ruptura.
Aos ao carbono: tm melhor pureza, podem ser tratados termicamente.
So designados atravs da letra C (carbono) e da porcentagem do carbono.
Para caracterizar a diferena dos aos finos no-ligados, alm da letra C colocam-se letras
com os seguintes significados:
K-Ao fino com teor de enxofre mais fsforo menor do que 0,01%
f -Ao para tmpera a chama e por induo
q -Ao para cementao e beneficiamento, adequado para deformao a frio.
Normalizao
Aos de baixa qualidade
Exerccio:
Tecnologia dos Materiais
71ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Aos ao carbono
Exerccios:
Designao e normalizao dos aos com baixa liga
So aos que possuem no mximo at 5% de teor de ligas.
Para designar o teor dos elementos de liga, os nmeros na norma devem ser divididos pelos
fatores correspondentes ao elemento qumico. Os fatores so apresentados na tabela a seguir.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI ALM
Fatores para elementos de liga
Fator 4 Fator 10 Fator 100
Cobalto Co
Cr
Mn
Ni
Si
Tungstnio W
Alumnio Al
Mo
Ti
Vandio V
Carbono C
P
S
N
A norma se compe dos seguintes elementos:
No se coloca a
As outras letras
Os nmeros dmesma seqn
Aos com baixa l72IRANTE TAMANDAR
letra C para o carbono.
definem os elementos de liga.
ivididos pelos fatores definem o teor dos elementos e so colocados na
cia, como as letras.
iga
Tecnologia dos Materiais
73ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Exerccio:
16 Mn Cr 5
17 Cr Ni Mo 6
Designao e normalizao dos aos com alta liga
So aos com um teor de liga acima de 5%.
Para design-los, coloca-se um X em frente do teor de carbono.
Todos os elementos, exceto o carbono, tm o fator 1, ou seja, os nmeros apresentam o valor
de teor real.
Aos rpidos para ferramentas so designados da seguinte forma:
S 6 5 2 5
Coloca-se S (ao rpido) no incio e os teores das ligas.
O teor de carbono s pode ser determinado atravs da especificao do produtor.
Aos com alta liga
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ESCOLA SENAI ALM 74IRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
75ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Designao completa segundo a norma DIN
A normalizao compe-se de trs partes:
Obteno Composio Tratamento
Exemplo:
E C35 V70Forno eltrico Ao de carbono
de 0,35% de C
Beneficiado at
uma resistncia
de 700N/mm2
Significado das letras
Da obteno Da composio Do tratamento
A resistente aoenvelhecimento
Ag prataAl alumnioAs arsnico
A recozido
B forno Bessemer B boroBe berlioBi bismuto
B no se pode melhorar ascaractersticas mecnicas
por trabalho a frio
C C carbonoCe crioCo cobaltoCr cromoCu cobre
E forno eltricoEB forno eltrico bsico
E E endurecido porcementao
F forno de reverbero Fe ferroF temperado com chama ou
por induo
F resistncia a trao em kp/mm2
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76ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Significado das letras (continua)
Da obteno Da composio Do tratamento
G fundidoGG ferro fundido com
grafite em lminas
GGG ferro fundido com grafite em bolas
(nodular)
GH ferro fundido duroGS ao fundidoGTW fundido malevel
branco
GTS fundido malevel pretoGTP fundido malevel perlticoGGK fundido em coquilhaGSZ ao fundido
centrifugado
G G recozidog liso
H fundido semi-acalmado H chapas sem liga para caldeiras
H temperadoHF temperado por chamaHJ temperado por induo
J forno eltrico de induo J J
K K baixo teor de fsforo e enxofre
K deformado a frio
L metal para solda ou resistente a formao de
trincas em soluo
alcalina
LE forno eltrico de arco
Li ltio L
M forno Siemens-MartinMB forno Siemens-Martin
bsico
MY forno Siemens-Martin cido
Mg magnsio
Mn mangansMo - molibdnio
M superfcie fosca
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77ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Significado das letras (continua)
Da obteno Da composio Do tratamento
N N nitrognioNb nibioNi nquel
N normalizadoNT nitretato
P soldvel por presso P fsforoPb chumbo
P
Q deformado a frio Q indicada para deformaoa frio
Q
R acalmadoRR especialmente acalmado
R R superfcie spera
S soldvel por fuso S enxofreSb antimnioSi silcioSn estanhoSt ao sem dados qumicos
S recozidoSH descascado
T forno Thomas Ta tntaloTi titnio
T
U fundido sem acalmar U U superfcie laminada ou forjada
V V vandio V beneficiada
W ao afinado com ar W tungstnio W ao para ferramentas semliga
X X em aos de alta ligamultiplicar por 1
X
Y ao soprado com oxignioforno LD
Y Y
Z trefilado em barras Zn zincoZr - zircnio
Z
Tecnologia dos Materiais
ESC
A figura seguinte ilustra os principais meios de obter ferro fundido e ao:78OLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Tecnologia dos Materiais
79ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Questionrio-Resumo
1. Qual a definio de ao ?
2. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga do ao ABNT 1045 ?
3. Quais os efeitos conseguidos com os aos-liga ou especiais?
4. Qual a identificao numrica dos aos ao molibdnio?
5. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga e porcentagem de carbono do ao AISI -
2515 ?
Tecnologia dos Materiais
80ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
6. Quais os elementos de liga e suas respectivas porcentagens do ao ABNT 8615 ?
7. Qual o tipo de ao segundo as normas SAE521XX e AISI E521XX ?
8. O que especifica a norma DIN 17006 ?
9. Qual o teor dos elementos de liga dos aos 17CrNiMo6, X5CrNiMo1813 e S12-1-4-5 ?
10. Na designao GTS70, qual o material e de quanto sua resistncia a ruptura ?
11. Qual a forma de obteno, composio e tratamento posterior do ao GS17CrMoV 5 11 N
segundo a norma DIN 17006 ?
Tecnologia dos Materiais
81ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
COMPORTAMENTO DAS LIGAS EM FUNO DA TEMPERATURA E COMPOSIO
Objetivos
Ao final desta unidade, o participante dever:
Conhecer
Estar informado sobre:
Tipos das ligas metlicas com cristais mistos, mistura de cristais e combinaesintercristalinas.
Saber
Reproduzir conhecimentos sobre:
Curvas caractersticas da liquefao e solidificao de metais puros;
Pontos crticos de transformao (slido, lquido , ponto de parada);
Curvas caractersticas de liquefao e solidificao de ligas tpicas em funo dacomposio no diagrama Cu-Ni e Sn-Pb;
Influncia dos elementos de liga no tempo de transformao.
Ser capaz de
Aplicar conhecimentos para:
Interpretar diagramas para ligas com dois componentes;
Transferir conhecimentos na interpretao do diagrama ferro-carbono.
Tecnologia dos Materiais
82ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Introduo liquefao e solidificao dos metais
Toda matria possui trs estados fsicos: slido, lquido e gasoso. Fundamentalmente o que
diferencia um estado do outro o grau de agregao dos tomos. O slido um estado no qual os
tomos esto fortemente ligados, j no estado lquido essa ligao no to forte e, no estado
gasoso, essa ligao no existe.
A mudana de estados da matria ocorre com ganho ou perda de energia (calor).
Para o estudo dos metais, o estado gasoso pouco importante, portanto, trataremos apenas
das fases slida e lquida.
Ao fornecermos calor a um material slido, sua fuso ocorre em duas fases bem distintas:
Ao receber energia, os tomos aumentam sua vibrao. Isso se traduz fisicamente em umaumento de temperatura do corpo, at o ponto de sua temperatura de fuso. Nesta altura os
tomos ainda esto fortemente ligados.
Uma vez atingido o ponto de fuso, inicia-se o enfraquecimento das ligaes entre ostomos. Isso ocorre atravs do calor fornecido ao material.
O calor no mais servir para aumentar as vibraes dos tomos, mas sim para enfraquecer
as suas ligaes, no haver aumento em sua temperatura at que todas as ligaes sejamenfraquecidas, tornando-se lquido o material.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI A
Ao calor necessrio para aumentar o estado de vibrao dos tomos (aumentar a temperatura)
chamamos de calor sensvel.
J o calor necessrio para enfraquecer (ou destruir completamente, no caso de vaporizao)
as ligaes atmicas chamado calor latente.
Vamos usar o zinco para exemplificar esse processo.
No diagrama seguinte, coloca-se na coordenada vertical a temperatura (em 0C) e na
coordenada horizontal, o tempo (em segundos).
No aqueciment
ponto de slido (419
recebida, a temperatu
estado de agregao.
A temperatura v
Embaixo do po
ser lquido.83LMIRANTE TAMANDAR
Liquefao e solidificao do Zn
o contnuo, a temperatura aumenta em funo do tempo. Quando chegar ao0C), o metal comea a se liquefazer. Apesar da mesma quantidade de calor
ra permanece constante, isso porque todo o calor gasto pela mudana do
Esta zona horizontal chamada ponto de parada.
oltar a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito.
nto slido, o estado de agregao slido, acima do ponto de lquido, passa a
Tecnologia dos Materiais
84ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Na zona dos pontos de parada, o estado de agregao lquido ou slido.
No processo de resfriamento a seqncia ocorre na ordem inversa.
Ligas metlicas
Antes de falarmos sobre ligas metlicas, importante definir o que vem a ser uma soluo
slida.
D-se o nome de soluo a uma mistura na qual no se consegue distinguir os seus diversos
componentes.
Cada um dos componentes possveis de serem distinguidos ser chamado fase.
Uma soluo que se encontra em estado slido chamada soluo slida.
Esquema de estrutura bifsica. Uma fase
ferro puro (ferrita) e a outra cementita.
Tecnologia dos Materiais
85ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Exemplo: nos aos temos uma soluo slida de Fe e C. Essa soluo chamada cementita.
- Ligas metlicas so misturas, em soluo, de dois ou mais metais:
Exemplo:
Cu Ni
Cu Zn (lato)
Cu Sn (bronze)
Fe C (ao)
Praticamente, todos os metais utilizados na indstria no so puros, mas sim ligas de uma ou
mais fases.
Composio de ligas metlicas
Os diferentes elementos que compem uma liga metlica so chamados componentes.
Observe os exemplos seguintes.
Tecnologia dos Materiais
ES
Liquefao e solidificao da ligas
Soluo slida ou cristal misto
No processo de solidificao de uma liga de dois metais, que formam cristais mistos, a
transformao do estado lquido para o estado slido no se faz no ponto de parada, mas durante um
intervalo de solidificao.
No ponto lquido comeam a se formar os primeiros cristais mistos. A formao e o
cres
liga 86COLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
cimento desses cristais continuam at o ponto slido. Em temperaturas abaixo do ponto slido, a
est totalmente no estado slido.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI
Os componentes de uma liga tm diferentes pontos lquidos e necessitam de diferentes
quantidades de calor para a sua solidificao, portanto se variarmos as porcentagens dos elementos
de ligas, variaro as temperaturas dos pontos lquidos e dos pontos slidos.
Unindo todas as temperaturas de ponto lquido e todas as temperaturas de ponto slido,
obtemos o diagrama de fases.
Desenvolvimento d87ALMIRANTE TAMANDAR
e um diagrama de fases para uma liga Cu Ni (cristais mistos)
Tecnologia dos Materiais
88ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
Interpretao do diagrama de fases
Exemplo: para uma liga de 20% Ni e 80% Cu.
A linha horizontal mostra a composio (em %). Quando temos 20% Ni, automaticamenteteremos 80% Cu.
Para cada composio temos uma temperatura inicial e uma final de solidificao.
Para a liga com 80% Cu 20% Ni, a solidificao inicia-se no ponto B e termina no ponto D,abaixo do qual a liga est totalmente slida.
Acima do ponto B a liga est totalmente lquida.
Para cada composio, temos ento dois pontos que geram duas linhas, dividindo odiagrama em trs partes.
Para resfriamento, a linha chamada lquidus indica, para cada composio, a temperaturaem que se inicia a solidificao e a slidus, onde termina.
Tecnologia dos Materiais
ESCOLA SENAI
Cada regio do diagrama indica fases. Acima da linha lquidus, fase totalmente lquida,abaixo da linha slidus fase totalmente slida, e, entre as duas, temos o intervalo de
solidificao, onde esto presentes duas fases, slida e lquida.
Seguindo a linha ABCDE (figura anterior), traada no diagrama, teremos para a liga 80 Cu 20 Ni o que est descrito na tabela a seguir.
Ponto No de fasespresentes
Tipo da fase Interpretaoda liga
A 1 lquida totalmente lquido
B 1 lquida inicia-se solidificao
C 2 lquida e slida lquido slido
D
E
Mistura de cr
No processo
cristais, temos uma
curva de resfriament89ALMIRANTE TAMANDAR
1 slida final de solidificao
1 slida totalmente slido
istais
de solidificao de uma liga de dois elementos que formam uma mistura de
concentrao definida, onde a curva de resfriamento dessa mistura igual
o de um metal puro.
Curva de resfriamento do euttico
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A liga com essa concentrao tem o ponto lquido mais baixo que todas as outras
concentraes e chamada de liga euttica.
Componentes Temperatura defusoTemperatura de fuso do
euttico
Ferro fundido Ferro 96%
Carbono 4%
15350C
38400C
12000C
Solda prata Cobre 55%
Prata 45%
10830C
9610C
6200C
Alumnio
fundido por
presso
Alumnio 88%
Silcio 12%
6600C
14140C
5770C
Chumbo duro Chumbo 87%
Antimnio 13%
3270C
6300C
2510C
Na solidificao de uma liga que tem composio diferente da composio euttica, o elemento
que est em maior proporo que a liga euttica comea a se solidificar at que a fase lquida atinja a
composio euttica, ocorre ento a solidificao da fase euttica em uma nica temperatura.
Curva de resfriamento de concentrao diferente
do euttico
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Diagrama de fases de um sistema que forma mistura de cristais
Na figura abaixo vemos o diagrama de fases Pb Sn que forma uma mistura de cristais.
A forma de obter este diagrama anloga do diagrama de fases de cristais mistos vista na
figura Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu-Ni (cristais mistos).
Combinaes intermetlicas
A curva de resfriamento de uma combinao intermetlica corresponde curva de um metal
puro e ser estudada no diagrama Fe-C, na unidade 5.
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Questionrio Resumo
1. Comente o diagrama de liquefao e solidificao do Zn, considerando: T(C), t(s), ponto de
slido, ponto de parada, ponto de lquido, curvas (resfriar e aquecer).
2. Explique por que no ponto de parada a temperatura constante em um intervalo de tempo
definido.
3. Descreva um processo de solidificao de uma liga de dois metais que formam cristais
mistos.
4. Consulte o diagrama de fases para uma liga Cu Ni (cristais mistos) e diga em quais
porcentagens de Cu Ni o intervalo de solidificao maior.
5. O que uma liga ?
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6. Explique os tipos de ligas e cite exemplos.
7. Defina o que significa euttico, usando o diagrama de fases para o sistema Sn Pb.
8. Consulte a tabela de ligas eutticas e cite os componentes, a temperatura de fuso e a
temperatura euttica.
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DIAGRAMA FERRO-CARBONO
Objetivos
Ao final desta unidade, o participante dever:
Conhecer
Estar informado sobre:
Diagrama de resfriamento do ferro puro;
Pontos caractersticos de temperatura, transformaes e estrutura das fases.
Saber
Reproduzir conhecimentos sobre:
Transformaes estruturais das ligas ferro-carbono na solidificao;
Diagrama ferro-carbono para ao com as variveis: carbono, temperatura, linhas e zonas;
Componentes estruturais nas zonas do diagrama ferro-carbono para ao;
Classificao dos aos em funo da porcentagem de carbono (eutetide, hipo ehipereutetide).
Ser capaz de
Descrever e interpretar o diagrama ferro-carbono simplificado;
Determinar as zonas e temperaturas de transformao, sistemas estruturais e constituintespara aos com diferentes teores de carbono.
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Liquefao e solidificao do ferro puro
Da mesma forma como foram apresentados os metais na unidade anterior, podemos
apresentar a curva de solidificao (liquefao) do ferro puro, como mostra o grfico seguinte.
Solidificao do ferro puro
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Existem quatro pontos de parada:
A 1536 0C o ferro puro se solidifica em rede cbica de corpo centrado (c.c.c.), chamadaferro (delta) e assim permanece at 1 3920C.
A 1 3920C o ferro muda de estrutura para a estrutura cbica de face centrada (c.f.c.)chamada ferro (gama) ou austenita.
Abaixo de 9110C o ferro muda de estrutura novamente para a cbica de corpo centrado(c.c.c.) chamada ferro (alfa).
Abaixo de 7690C o ferro magntico. Isso ocorre devido a um rearranjo dos eltrons decada tomo.
A distncia entre os tomos na estrutura c.f.c. maior do que na estrutura de c.c.c., portanto
nesse estado mais fcil aceitar tomos estranhos, como por exemplo, tomos de carbono.
A esse fenmeno damos o nome de solubilidade no estado slido.
O ferro puro raramente usado, o mais comum estar ligado com o carbono. Em funo da
adio de carbono no ferro puro, as temperaturas de transformao iro se alterar conforme veremos
a seguir.
Diagrama ferro-carbono
O diagrama ferro-carbono pode ser dividido em trs partes:
de 0 a 0,05%C - ferro puro de 0,05 a 2,06%C - ao de 2,06 a 6,7%C - ferro fundido
Construo do diagrama ferro-carbono
O diagrama ferro-carbono fundamental para facilitar a compreenso sobre o que ocorre na
tmpera, no recozimento e nos demais tratamentos trmicos.
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Para melhor entendermos o diagrama completo, que ser visto no fim da unidade, faamos
uma srie de experincias com seis corpos de provas conforme tabela seguinte.
Corpo de prova Teor de carbono (%)1 0,2
2 0,4
3 0,6
4 0,86
5 1,2
6 1,4
Aquecemos os corpos de prova com aplicao constante de calor e medimos em intervalos
regulares (cada cinco minutos) a temperatura dos corpos de prova. J sabemos que a caracterstica
da curva semelhante das outras ligas.
No corpo de prova
elevao da temperatura a
Determinando as tem
abaixo, poderemos cons
temperaturas Ac1 e todas a97ANTE TAMANDAR
no 1 com 0,2% de C, observamos que h uma variao na velocidade da
7230C (Ac1) e a 8600C (Ac3) - que chamamos de ponto de parada.
peraturas Ac1 e Ac3 ou Accm dos outros corpos de prova, conforme figuras
truir parte do diagrama ferro-carbono simplificado, unindo todas as
s temperaturas Ac3, conforme veremos no exerccio a seguir.
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Exerccio
1. Com base na tabela abaixo, construa o diagrama Fe C simplificado (figura abaixo):a) Coloque no grfico todos os pontos de parada.
b) Trace uma linha ligando todos os pontos Ac1.
c) Trace outra linha ligando todos os pontos Ac3 e Accm.
Observao:
O diagrama Fe - C completo pode ser visto na figura Diagrama ferro-carbono completo.
TemperaturaCorpo de prova Ac1
0CAc3 ou Accm
0C1 723 AC3 = 860
2 723 AC3 = 820
3 723 AC3 = 775
4 723 ..........
5 723 ACcm = 890
6 723 ACcm = 990
Pontos de parada dos corpos de prova
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Diagrama ferro-carbono (simplificado)
Estrutura do ao no resfriamento lento
O diagrama de fases encontrado na figura anterior corresponde ao diagrama de uma mistura
de cristais como j foi visto na unidade Comportamento das ligas em funo da temperatura e
composio (diagrama de fases Pb - Sn) com a diferena que para o sistema Pb - Sn a
transformao era lquido-slido e neste diagrama (Fe - C) ocorre uma transformao de estrutura
dentro do estado slido.
A presena do carbono faz com que o ferro mude de estrutura cbica de face centrada
(austenita) para cbica de corpo centrado (ferrita) a uma temperatura diferente de 9110C.
Essa temperatura varia em funo do teor de carbono no ferro e representada no grfico, a
seguir, pela linha G - S - E .100ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR
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Acima da linha G - S - E h uma soluo com uma nica fase: o ferro + C = austenita.
Estrutura austentica
Abaixo da linha G - S - E o ferro comea a mudar de estrutura, de cbica de face centrada
(ferro ) para cbica de corpo centrado (ferro ).
Como o ferro no consegue dissolver todo o carbono, forma-se uma segunda fase que acementita (Fe3C) que contm 6,67% de C.AI 101ALMIRANTE TAMANDAR
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Estrutura da cementita Fe3C
Abaixo da linha P - K, vamos ter uma soluo slida com duas fases - ferro + cementita.
Agora vamos estudar novamente os corpos de prova.
Comeamos com o corpo de prova n 4 com 0,86% de carbono.
Ao eutetide 0,86% de C
Ao eutetide
Este ao quando est acima de 7230C tem uma estrutura cbic