MATERIAIS TÍPICOS Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro

Apresentação em tema: "MATERIAIS TÍPICOS Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro"— Transcrição da apresentação:

1 MATERIAIS TÍPICOS Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro
pequeno menu de materiais freqüentemente usados na prática da engenharia Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro Dept. Eng.Mecânica PUC-Rio

2 1- METAIS e LIGAS METÁLICAS a) Estruturais
Aços: carbono, baixa liga, ferramenta, inox Ferros Fundidos: cinzento, nodular, branco, ligado Alumínio: 1xxx, 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx, fundidos Cobre: puro, latões (CuZn), bronzes (CuSn, CuAl, CuBe) Níquel: superligas, NiCu, NiCr, NiFe Titânio: Ti-6Al-4Va, comercialmente puro Magnésio: fundidos e extrudados de baixo r Zinco: fundidos complexos de baixa resistência

3 1- METAIS e LIGAS METÁLICAS b) Elementos de liga nos aços:
Cr  temperabilidade e resistência à corrosão, temperatura e desgaste Ni  temperabilidade e tenacidade, estabiliza austenita Mn  temperabilidade, estabiliza austenita, controla efeito do S Mo  temperabilidade e resistência à temperatura e desgaste,  grão V  temperabilidade e resistência ao desgaste,  grão Si  tenacidade, temperab. e permeabilidade magnética, desoxida Al  nitretação,  grão, desoxida Cu  resistência à corrosão pela formação de um óxido superficial Co e W (  dureza a quente), Nb (ligados), Ti S  usinabilidade,  soldabilidade e ductilidade, além de C e N Ceq = C + (Cr+Mo+V)/5 + Mn/6 + (Ni+Cu)/15

4 1- METAIS e LIGAS METÁLICAS c) Revestimento ou aplicações especiais:
Sn, Zn, Cd: revestimento anti-corrosivo para aço Cr: resistência ao desgaste (Cr duro), acabamento (Cu+Ni+Cr) Ni: superligas p/ alta temperatura, revestimento anti-corrosivo, resistências elétricas, Invar, selos para vácuo Ti: resistência à corrosão, SY/ e Se/ alto Cu: condutores elétricos e térmicos, resistência à corrosão Al, Mg:  baixo, anodização do Al p/ corrosão Au, Pt, Ag: metais nobres, Au não oxida, Ag lubrificante Mo, W: metais refratários (requerem atmosfera inerte), W é muito denso, liga TZM p/ aplicações estruturais Ta: revestimentos p/ indústria química, caro (+$300/kg)

5 2- CERÂMICAS Rochas: granito, gnaisse, basalto, mármore, arenito
Concreto: cimento+areia+brita, cimento Portland (3CaO.SiO2+2CaO.SiO2+3CaO.Al2O3+4CaO.Al2O3.Fe2O3) Aluminosilicatos: caulim (Al2O3.2SiO2.2H2O), argilas (caulim+impurezas) Vidros: comum (70SiO2+15CaO+15Na2O), pirex (80SiO2+15B2O3+5Na2O) Alta Resistência: alumina (Al2O3, esmeril, safira), WC, TiC, VC, SiC, Si3N4

6 3- POLÍMEROS a) Termoplásticos de Baixa Resistência
PE, LDPE, HDPE (p-etileno) ABS (acrilonotrilo-butadieno-estireno) PVC (p-cloreto de vinila) PMMA (p-metilmetacrilato, acrílico) PTFE (p-tetrafluoroetileno, Teflon) PP (p-propileno) PS (p-estireno), ...

7 3- POLÍMEROS b) Termoplásticos de Alta Resistência
PA (p-amidas, nylon) POM (p-oximetileno, acetal) PC (p-carbonato) PI (p-imida) PET (p-etilenoteraftalato) PBT (p-butilenoteraftalato) PEEK (p-eter-eter-cetona) PAI (p-amidaimida) PPO (p-phenileneoxide), ... (+ligas)

8 3- POLÍMEROS c) Fundidos
EP (epoxi) UP (poliéster) PUR (p-uretano) SI (silicone) MF (melamina) UF (ureaformaldeída) ...

9 3- POLÍMEROS c) Elastômeros
NR (isopreno, borracha natural) BR (p-butadieno) CR (p-cloropreno, neopreno) SBR (estireno-butadieno) SI (silicone) ... ligas

10 4- COMPOSTOS Concreto Armado e Protendido
Polímeros Reforçados: GFRP, CFRP, KFRP Cermets: (cerâmicas + metais) Vídia (partículas de WC coladas com Co) Espumas: (gás + sólido) Isopor, espuma de PU Naturais: madeira (fibras de celulose coladas por lignina), osso (hidroxipatite colágeno), esponja

11 AÇOS DE BAIXA LIGA Aços Carbono: Aços Mn: Aços Ni: Aços Mo: Aços Cr:
10xx - comuns (Mn <1%, P < .04 e S < .05, elementos residuais) 11xx - alto S (0,08 a 0,35) para usinabilidade Aços Mn: 13xx - Mn 1,60-1,90 15xx - Mn 1,00-1,60 Aços Ni: 23xx - Ni 3,25-3,75 25xx - Ni 4,75-5,25 Aços Mo: 40xx - Mo 0,15-0,30 44xx - Mo 0,35-0,45 45xx - Mo 0,45-0,60 Aços Cr: 50xx - Cr 0,30-0,60 51xx - Cr 0,70-1,15 501xx- Cr 0,40-0,60 511xx- Cr 0,90-1,15 521xx- Cr 1,30-1,60 Aços Si: 92xx - Si 1,80-2,20

12 AÇOS DE BAIXA LIGA (cont.)
Aços Ni-Cr: 31xx - Ni 1,10-1,40; Cr 0,55-0,75 33xx - Ni 3,25-3,75; Cr 1,40-1,75 Aços Ni-Mo: 46xx - Ni 1,65-2,00; Mo 0,20-0,30 48xx - Ni 3,25-3,75; Mo 0,20-0,30 Aços Cr-Mo: 41xx - Cr 0,80-1,10; Mo 0,15-0,25 Aços Cr-V: 61xx - Cr 0,70-1,10; V 0,10-0,15 Aços Ni-Cr-Mo: Ni Cr Mo 43xx - 1,65-2,00/0,70-0,90/0,20-0,30 47xx - 0,90-1,20/0,35-0,55/0,30-0,40 86xx - 0,40-0,70/0,40-0,60/0,15-0,25 87xx - 0,40-0,70/0,40-0,60/0,20-0,30 93xx - 3,00-3,50/1,00-1,40/0,08-0,15 98xx - 0,85-1,15/0,70-0,90/0,20-0,30

13 AÇOS ESTRUTURAIS - NORMAS TÍPICAS
Normas Brasileiras NBR: (SY/Su, em MPa) 7007: Perfis Laminados- MR(250/400), AR(290/415) AR(345/450), AR-COR(345/485) 6648: Chapas Grossas (>6mm)- CG-24(235/380), CG-26(255/410) 6649/50: Chapas Finas- CF-24(240/370), CF-26(260/400) 5000: Chapas Grossas BLAR- G30(300/415), G35(345/450) 5004: Chapas Finas BLAR- F32(310/410), F35(340/450) Normas Inglesas: BS-4360: estruturas off-shore BS-5400: estruturas metálicas BS-5500: vasos de pressão ASME: seção IIa - aços C e aços-liga (Na seção VIII, divisão1-projeto de vasos tradicionais, as tensões admissíveis variam de 70 a 170 MPa, para temperaturas < 345oC)

14 AÇOS ESTRUTURAIS - NORMAS TÍPICAS

15 AÇOS FERRAMENTA Têm maior controle de qualidade e devem ser usados em aplicações estruturais críticas. São designados por letra + número:

16 AÇOS MARAGING Outros aços competitivos para aplicações críticas são os Maraging, que têm transformação martensítica por envelhecimento (a ~500oC), excelente resistência mecânica com boa tenacidade, e são facilmente soldáveis (ASTM A538/A579) (o 18Ni1600 é para fundidos):

17 AÇOS INOX ferríticos (Cr), martensíticos (Cr+C), austeníticos (Cr+Ni),
Devem ter pelo menos 12% Cr, e passividade em meios oxidantes Há cerca de 60 tipos padronizados em 4 classes: ferríticos (Cr), martensíticos (Cr+C), austeníticos (Cr+Ni), PH, precipitation hardening (Cr+Ni+Al ou Cu) Há mais de 100 tipos fabricados, incluindo inox com estruturas duplex Deve-se verificar dados específicos para corrosão

18 AÇOS INOX FERRÍTICOS (12-27Cr, C<0.2)
Os mais baratos Resistentes à corrosão atmosférica Não temperáveis Precipitam fase  (frágil) se Cr > 20% São muito difíceis de soldar Pouco sujeitos à corrosão sob tensão, mas fragilizam a 475°C Uso decorativo, aplicações especiais Principal tipo: 430 (14-18Cr, 0.12C)

19 AÇOS INOX MARTENSÍTICOS (12-18Cr, C<1.2)
Temperáveis, atingem ótima resistência mecânica Insoldáveis e incortáveis por maçarico Aplicações estruturais, instrumentos de corte Principais tipos: 410 (12-14Cr, 0.15C; 30Rc) 416 (410 + S, para usinagem) 420 (12-14Cr, 0.4C; 50Rc) 440A, B ou C (16-18Cr, C; 60Rc)

20 AÇOS INOX AUSTENÍTICOS (16-26Cr, 8-22Ni, C<.25)
Uso geral e em alta temperatura (mas têm problemas com cloretos) Resistência à corrosão > inox ao Cr Dúcteis (encruam muito) e tenazes Soldáveis (usar sufixo L, C < 0.03, para melhor soldabilidade) Não magnéticos  ~16 m/m°C, E ~ 190 GPa (até 150 GPa se muito encruado) Na série 200 o Mn substitui parcialmente o Ni Principais Tipos: L (18-20Cr, 8-12Ni, 2Mn) L (16-18Cr, 10-14Ni, 2Mn, 2-3Mo) Uso geral: 202, 302, 303 (usinagem), 304, 316 Alto encruamento: 201, 301 Alta temperatura: 316, 317, 310, 314, 321, 347, 348

21 AÇOS INOX PH (ENDURECÍVEIS POR PRECIPITAÇÃO)
Tratamento de envelhecimento a ~ 540°C Semi-austeníticos ou martensíticos (C <0.1, 25Rc) Ótima resistência mecânica, sem empeno no tratamento térmico (mas não muito tenazes) Principais Tipos: 630 ou 17-4PH, martensítico (16-18Cr, 3-5Ni, 3-5Cu, .2-.4Ni+Ta) 631 ou 17-7PH, semi-austenítico (16-18Cr, 7-9Ni, 1Al)

22 FERROS FUNDIDOS O processo (molde de areia, centrífuga, sob pressão, shell molding, cera perdida) afeta o projeto e a qualidade do produto final Comparar custos com peças soldadas O metal mais puro solidifica primeiro, há retração, segregação e formação de grãos dendríticos Deve-se evitar estruturas colunares, segregação, vazios e inclusões, limitando os gradientes de temperatura, usando ligas próprias para fundição, seções de espessura uniforme e raios generosos

23 FERROS FUNDIDOS CINZENTOS
Liga Fe-C(2.5-4)-Si(1-3) Microestrutura lamelar (grafita conchoidal em matriz de aço) Tratável termicamente Frágil (f ~ 1%), fratura cinzenta, Suc= (3~5)Sut, Se(106) ~ 0.4Sut Pouco linear (Esec ~75 a 150GPa, E diminui com Sut) Bom em algumas aplicações de corrosão (tubulações) Alto amortecimento interno (estruturas de máquinas) Excelente usinabilidade e resistência ao desgaste quando lubrificado (cilindros de combustão interna) A liga eutética (Ceq ~ 4.3, Tf ~1150oC) é a mais fácil de fundir, mas tem menor resistência (Ceq = (C + Si/3)) Há 7 classes comerciais: ASTM 20 a 60 ou ABNT FC10 a FC40 (o no é a Sut em Ksi ou kg/mm2, d = 25mm)

24 FERROS FUNDIDOS BRANCOS
Obtidos por solidificação rápida Muito duros (>60Rc) Muito frágeis Microestrutura perlita + cementita, sem grafita precipitada Fratura branca Usado em aplicações de desgaste severo

25 FERROS FUNDIDOS MALEÁVEIS
Obtidos por longo tratamento térmico (~50h) do ferro fundido branco SY= 220 a 700MPa, f até 20% Suc até 4Sut e Se até 0.6Sut Grafita precipita como flocos Boa usinabilidade

26 FERROS FUNDIDOS NODULARES
Mg é adicionado ao banho para esferoidizar a grafita Vazado de forma similar ao cinzento 5 graus ASTM: a (Su-SY-f) Tratável termicamente e de fácil usinagem E = GPa, Suc~ 2Sut e Se ~ 0.5Sut Comportamento à corrosão similar ao cinzento Mais barato e com melhor microestrutura que o maleável Pode ser usado em aplicações nobres, em componentes que trabalhem sob altas solicitações mecânicas como virabrequins, e.g.

27 LIGAS DE ALUMÍNIO Baixos  (2.7kg/l) e E (~70GPa) (~ aço/3)
 = 23/oC (~2.aço) Tf = 680 oC (Fe = 1580oC) Bom condutor elétrico (Al puro ~ 0.6Cu) e térmico Pode ter alto SY/ Boa resistência à corrosão Anodização protege e endurece a superfície Não é tóxico Boa fabricabilidade Ligas mais resistentes não são muito tenazes

28 LIGAS DE ALUMÍNIO Principais ligas laminadas (as TT são tratáveis termicamente): 1xxx (0.99Al min): condutores elétricos, Alclad p/ corrosão 2xxx (Cu, TT): 2014, 2017, 2024 (alta resistência, aviação) 3xxx (Mn): 3003 (uso geral (UG), soldável, f = 0.5) 4xxx (Si) (pouco usada) 5xxx (Mg): 5052, 5083, 5456 (UG, SY> 3xxx, aplicações navais) 6xxx (Mg e Si, TT): 6061, 6063 (UG, SY> 5xxx, anodiza, solda) 7xxx (Zn, TT): 7075 (maior SY, aviação, transdutores) Sufixos: Hxx (tipo e grau de encruamento), Txxx (TT), p.ex: T3 (solubilizada e encruada) T4 (solubilizada e envelhecida naturalmente) T6 (solubilizada e envelhecida no forno)