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Engenharia de Materiais METAIS - 1. METAIS Os materiais metálicos consistem normalmente em combinações de elementos metálicos. Eles possuem um grande.

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1 Engenharia de Materiais METAIS - 1

2 METAIS Os materiais metálicos consistem normalmente em combinações de elementos metálicos. Eles possuem um grande número de elétrons não localizados. Esses elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular.

3 METAIS Muitas das propriedades dos metais são atribuídas diretamente a esses elétrons. Os metais são condutores de eletricidade e calor extremamente bons.

4 METAIS Não são transparentes à luz visível. Uma superfície metálica polida possui uma aparência brilhosa.

5 METAIS Os metais são muito resistentes. Ao mesmo tempo em que são deformáveis, o que é responsável pelo seu amplo uso em aplicações estruturais.

6 AÇO E FERRO FUNDIDO Aço é uma liga metálica formada por ferro e carbono,com percentagens deste último variando entre 0,008% e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono,mas com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.

7 AÇO E FERRO FUNDIDO A diferença fundamental entre ambos é que o aço,pela sua ductibilidade(deformabilidade extensa e permanente) é facilmente: deformável por forja deformável por forja laminação e extrusão laminação e extrusão

8 AÇO E FERRO FUNDIDO Uma peça em ferro fundido é fabricada pelo processo de fundição ou usinagem

9 A classificação mais comum é de acordo com a composição química, dentre os sistemas de classificação química o SAE ( Society of Automotive Engineers ) SAE ( Society of Automotive Engineers ) é o mais utilizado. Adota a notação ABXX, em que AB se refere a elementos de liga adicionados intencionalmente

10 Adota a notação ABXX, em que AB se refere a elementos de liga adicionados intencionalmente,e XX ao percentual em peso de carbono multiplicado por 100. Por exemplo: 10XX – aços carbono 10XX – aços carbono 11XX - aços carbono com muito enxofre e 11XX - aços carbono com muito enxofre e pouco fósforo pouco fósforo 12XX – aços carbono com muito enxofre e 12XX – aços carbono com muito enxofre e muito fósforo muito fósforo 13XX – manganês ( 1,75 % ) 13XX – manganês ( 1,75 % ) 23XX – níquel ( 3,5% ) 23XX – níquel ( 3,5% )

11 Os dois números representados pelas letras ¨XX¨ indicam a quantidade de carbono do aço. Por exemplo: AÇO 1020 apresenta 0,2% de carbono. Os aços que possuem requisitos de temperabilidade adicionais recebem um H após a sua classificação.

12 AISI SAE C % Mn % C ,08 0,130,30 0,60 C ,08 0,130,60 0,90 C ,10 0,150,30 0,60 C ,13 0,180,30 0,60 C ,13 0,180,60 0,90 C ,15 0,200,30 0,60 C ,15 0,200,60 0,90 C ,15 0,200,70 1,00 C ,18 0,230,30 0,60 LIMITE DA COMPOSIÇÃO QUIMICA SAE ( Society of Automotive Engineers ) AISI ( American Iron and Steel Institute)

13 Tipos de aços estruturais AÇOS CARBONO AÇOS LIGA

14 Tipos de aços estruturais O aço é uma liga de ferro e carbono com outros elementos adicionais como silício, manganês, fósforo, enxofre e outros. 0% 1,7% O teor de carbono varia de 0% a 1,7%. Os aços utilizados em estruturas são divididos em dois grupos: aços carbono aços de baixa liga aços carbono e aços de baixa liga.

15 Tipos de aços estruturais aços – carbonos Os aços – carbonos são os tipos mais usados, nos quais o aumento de resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês.

16 Tipos de aços estruturais Eles contem as seguintes porcentagens máximas de elementos adicionais: Carbono 1,7% manganês 1,65% Silício 0,60% cobre 0,60%

17 Composição Química aços carbono apresentam determinados teores de impurezas consideradas normais, como o: Os aços carbono apresentam determinados teores de impurezas consideradas normais, como o: P ( fósforo) : (0,04% Máx.) P ( fósforo) : (0,04% Máx.) S ( enxofre) : ( 0,05% Máx.) S ( enxofre) : ( 0,05% Máx.) Si( silício): ( entre 0,10% e 0,35%) Si( silício): ( entre 0,10% e 0,35%) Mn(manganês): ( entre 0,25% e 0,90%). Mn(manganês): ( entre 0,25% e 0,90%).

18 Tipos de aços estruturais AÇOS CARBONOS Em função do teor de carbono,distinguem- se quatro categorias: Baixo carbono C ˂ 0,15% Moderado 0,15% ˂ C ˂ 0,29% Médio carbono 0,30% ˂ C ˂ 0,59% Alto carbono 0,60% ˂ C ˂ 1,70%

19 Quanto ao Teor de Carbono Até 0,15% C – extra doce Baixo carbono De 0,15% C a 0,30%C – doce De 0,30%C a 0,50%C – meio doce Médio carbono De 0,50%C a 0,70%C – meio duro De 0,70%C a 0,80%C – duro Alto carbono Mais de 0,80% C – extra duro

20 Tipos de aços estruturais AÇOS CARBONOS O aumento de teor de carbono eleva a resistência do aço, porém diminui a sua ductilidade (capacidade de se deformar). Em estruturas usuais de aço, utilizam-se de preferência aços de carbono baixo até moderado,os quais podem ser soldados sem precauções especiais.

21 Tipos de aços estruturais Os principais tipos de aço-carbono usados em estruturas são os apresentados no quadro a seguir: EspecificaçãoTeor de carbono %Limite de escoamento ƒ y (MPa) Resistência a ruptura ƒ u (MPa) ASTM A ASTM A36 0,25 – 0, DIN St37(norma alemã) 0,17 - 0, O tipo A36 substituiu o A7 que foi o aço mais utilizado nos Estados Unidos até 1960.

22 aços-carbono Portanto, os aços-carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos: Carbono Cobre Silício Enxofre Manganês Fósforo Outros elementos existem apenas em quantidades residuais. Tipos de aços estruturais

23 AÇO LIGA Os aços liga,também chamado de aço especial, é uma liga de ferro - carbono com elementos de adição: níquel, cromo, manganês, níquel, cromo, manganês, tugstênio, molibidênio, vanádio tugstênio, molibidênio, vanádio silício, cobalto e alumínio. silício, cobalto e alumínio.

24 AÇO LIGA Essa adição confere a esse aço características especiais,tais como: resistência à tração e à corrosão resistência à tração e à corrosão elasticidade e dureza, entre outras elasticidade e dureza, entre outras tornando-os melhores que os aços comuns.

25 AÇO LIGA A adição de elementos de liga tem o objetivo de promover mudanças microestruturais que, por sua vez,promovem mudanças nas propriedades físicas e mecânicas,permitindo que ao material desempenhar funções específicas.

26 AÇOS LIGA Os aços liga costumam ser designados de acordo com os elementos predominantes,como, por exemplo: aço-níquel aço-cromo aço-níquel aço-cromo aço-cromo-vanádio. aço-cromo-vanádio.

27 AÇOS LIGA Seguem a mesma classificação dos aços-carbono, dividindo-se também em graus,tipos e classes. Os sistemas de classificação também são os mesmos,destacando-se ao sistema SAE,AISI, ASTM e UNS.

28 AÇOS LIGA Os aços liga podem ser encontrados em todos os segmentos industriais: construção civil construção civil construção naval construção naval petrolífera petrolífera automobilística automobilística aeronáutica aeronáutica

29 O aço pode se classificado da seguinte maneira: 1.Quantidade de carbono. 2.Composição química. 3.Quanto à aplicação. 4.Quanto à microestrutura. 5.Quanto ao processo de fabricação. 6.Quanto à marca registrada. 7.Quanto a norma técnica.

30 Composição Química Aços comuns (ao carbono) aço comum No aço comum o teor de impurezas (elementos além do ferro e do carbono) estará sempre abaixo dos 2%.

31 Composição Química Aço de baixa – liga Com teor de impurezas (elementos além do ferro e do carbono) acima de 2% até 5% já pode ser considerado aço de baixa – liga.

32 AÇOS DE BAIXA-LIGA Os são aços de baixa liga aços-carbono acrescidos de elementos liga como: manganês,cobre,cromo,molibdênio, manganês,cobre,cromo,molibdênio, níquel,fósforo,vanádio,zircônio. níquel,fósforo,vanádio,zircônio. Tais elementos melhoram algumas propriedades mecânicas.

33 AÇOS DE BAIXA-LIGA Os elementos de liga produzem aumento de resistência do aço através da modificação da micro-estrutura para grãos finos. Graças a esse fato, pode-se obter resistência elevada com teor de carbono de ordem de 0,20%, o que permite a soldagem dos aços sem preocupações especiais.

34 AÇOS DE BAIXA-LIGA No quadro a seguir,resumimos alguns tipos de aços de baixa liga usados em estruturas EspecificaçãoPrincipais elementos de liga (%) Limite de escoamento ƒy (MPa) Resistência à ruptura ƒu (MPa) ASTM A242C < 0,22% Mn < 1,25% DIN St52C <0,20% Mn < 1,5% A Companhia Siderúrgica Nacional fabrica o tipo A242 com elevada resistência atmosférica(obtida pela adição de 0,25% a 0,40% de cobre).

35 AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO Tanto os aços carbono como os aços de baixa liga podem ter suas resistências aumentadas pelo tratamento térmico.

36 AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO A soldagem dos aços tratados termicamente é, entretanto,mais difícil,o que o torna seu emprego pouco usual em estruturas correntes.

37 AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO Os parafusos de alta resistência utilizados como conectores são fabricados com aço de médio carbono sujeito a tratamento térmico ( especificação ASTM A325 ).

38 AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO Os aços de baixa liga com tratamento térmico se empregam na fabricação de barras de aço para protensão e também de parafusos de alta tensão (especificação ASTM A490)

39 Composição Química Aços de alta-liga Com teor de impurezas (elementos além do ferro e do carbono) acima de 5% é considerado de alta-liga. Por exemplo: O aço inoxidável é um aço de alta-liga com teores de cromo e de níquel em altas doses (que ultrapas sam 20%).

40 Composição Química O enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais ao aço pois acabam por intervir nas suas propriedades físicas, deixando-o quebradiço. O enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais ao aço pois acabam por intervir nas suas propriedades físicas, deixando-o quebradiço. Dependendo das exigências cobradas, o controle sobre as impurezas pode ser menos rigoroso ou então podem pedir o uso de um anti-sulfurante como o magnésio e outros elementos de liga benéficos.

41 Os aços inoxidáveis podem ser divididos em três categorias principais: aços inoxidáveis austeníticos (elevados teores de cromo e níquel. aços inoxidáveis austeníticos (elevados teores de cromo e níquel. aços inoxidáveis martensíticos (elevado teor aços inoxidáveis martensíticos (elevado teor de cromo,com baixo teor de níquel e teor de de cromo,com baixo teor de níquel e teor de carbono. carbono. aços inoxidáveis ferríticos (elevado teor de aços inoxidáveis ferríticos (elevado teor de cromo e baixos teores de níquel e carbono. cromo e baixos teores de níquel e carbono.

42 AÇO INOXIDÁVEL O aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo, podendo conter também níquel,molibdênio e outros elementos,que apresenta propriedades físico – químicas superiores aos aços comuns. Tem como sua principal característica a alta resistência à oxidação atmosférica.

43 AÇO INOXIDÁVEL

44 Estes elementos de liga,em particular o cromo, conferem uma excelente resistência à corrosão quando comparados com os aços carbono. Eles são na realidade,aços oxidáveis. AÇO INOXIDÁVEL

45 O cromo presente na liga oxida-se em contacto com o oxigênio do ar, formando uma película, muito fina e estável, de óxido de cromo Cr3O3 que se forma na superfície exposta ao meio. Ela é denominada camada passiva e tem como função proteger a superfície do aço contra processos corrosivos. Para isto e necessária uma quantidade mínima de cromo de cerca de 11% em massa.

46 Essa quantidade mínima de cromo de cerca de 11% em massa, forma uma película aderente e impermeável,isolando o metal abaixo dela do meio agressivo. A película tem pouca interação com a luz e permite que o material continue a apresentar o seu brilho característico. AÇO INOXIDÁVEL

47 AÇO RÁPIDO ( High Speed Steel – HSS ) É uma liga de aço composta por: C 0,67% a 1,3% Co 5% a 12% Cr 3,75% a 4,5% C 0,67% a 1,3% Co 5% a 12% Cr 3,75% a 4,5% Mn 0,3% Mo 4% a 9% W 2% a 20% V 1% a 5% Mn 0,3% Mo 4% a 9% W 2% a 20% V 1% a 5% e apropriado tratamento térmico.

48 AÇO RÁPIDO ( High Speed Steel- HSS ) O uso principal do aço rápido continua a ser na fabricação de várias ferramentas de corte: brocas, fresas, serras, brocas, fresas, serras, plainas,discos para corte em engrenagens plainas,discos para corte em engrenagens

49 AÇOS DE ALTO TEOR DE CARBONO Continuam sendo uma boa escolha para uso em baixas velocidades onde uma boa precisão é necessária,como : plainas manuais, entalhadeiras, plainas manuais, entalhadeiras, formões e outros formões e outros

50 Composição Química Existe uma classe de aços carbono,conhecida como aços de fácil usinabilidade, que contem teores mínimos de fósforo e enxofre. Estes dois elementos proporcionam um melhor corte as ferramentas de usinagem,provendo a quebra do cavaco e evitando a aderência do mesmo na ferramenta.

51 Composição Química aços carbonos Estes aços carbonos são utilizados quando as propriedades de usinabilidade são prioritárias, em relação as propriedades mecânicas e micro- estruturais.

52 Aços Carbono Existem vários sistemas de designação para os Aços, como: - SAE (Society of Automotive Engineers) - AISI (American Iron and Steel Institute) - ASTM (American Society of Testing and Materials) - ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). A normalização unificada vem sendo utilizada com freqüência cada vez maior, e é designada pela sigla UNS (Unified Numbering System).

53 Aços Baixo Carbono Usos: - chapas automobilísticas - perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos - construção civil, pontes - latas de folhas-de-flandres - latas de folhas-de-flandres. aços baixo carbono = baixas resistência e dureza altas tenacidade e ductilidade. Outras características: -são bastante usináveis e soldáveis -apresentam baixo custo de produção -não são tratados termicamente Até 0,15% C – extra doce Baixo carbono De 0,15% C a 0,30%C – doce

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55 Aços Baixo Carbono

56 Aços Médio Carbono Usos: -rodas e equipamentos ferroviários -Engrenagens -virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e resistência ao desgaste e boa tenacidade. maior resistência e dureza que os baixo-C menor tenacidade e ductilidade que os baixo-C Outras características: -são usináveis e soldáveis -apresentam médio custo de produção - possuem uma quantidade de carbono suficiente para a realização de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento, muito embora seus tratamentos térmicos necessitem ser realizados com taxas de resfriamento elevadas e em seções finas para serem efetivos De 0,30%C a 0,50%C – meio doce Médio carbono De 0,50%C a 0,70%C – meio duro

57 Aços Alto Carbono Usos: -tem grande aplicação em talhadeiras -folhas de serrote -Martelos -facas maior resistência e dureza menor tenacidade e ductilidade Outras características: -são usináveis e soldáveis -apresentam médio custo de produção - quase sempre utilizados na condição temperada e revenida, possuindo boas características de manutenção de um bom fio de corte De 0,70%C a 0,80%C – duro Alto carbono Mais de 0,80% C – extra duro

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59 Aços Alto Carbono

60 Aços Carbono Aplicações na indústria

61 Aços Carbono Aplicações na indústria

62 Aços Carbono Placas Tarugos Blocos

63 Recapitulando...

64 Aços Carbono

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67 Voltando... Classificação dos Aços Carbono CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Os critérios usados na classificação dos aços são: 1.Quanto à composição química; 2.Quanto à aplicação; 3.Quanto à microestrutura; 4.Quanto ao processo de fabricação; 5.Quanto à marca registrada; 6.Quanto a norma técnica.

68 Aços Carbono – Nomenclatura - Normas Sistema de classificação - Nomenclatura O sistema de classificação mais adotado na prática é o SAE-AISI. Nele, o Aço-carbono utiliza o grupo 1xxx, e é classificado da seguinte forma: · 10xx : Aço-carbono comum (Mn : 1,00% máx.) · 11xx : Ressulfurado · 12xx : Ressulfurado e Refosforizado · 15xx : Aço-carbono comum (Mn : 1,00 a 1,65%) Obs: Os últimos dois dígitos, representados pelo xx, representam o conteúdo de carbono do aço.

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