Materiais para Construção Mecânica LÍDER EM EDUCAÇÃO PARA O TRABALHO Materiais para Construção Mecânica SENAI – FEIRA DE SANTANA Curso Técnico de Manutenção Mecânica Disciplina: Materiais Professor: Valter Lima Carga Horária: 60 horas

Um pouco de história Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem era encontrado in natura em meteoritos recolhidos pelas tribos nômades nos desertos da Ásia Menor. Descoberta o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C. A exploração regular de jazidas começou em 1.500 a.C., no Oriente Médio, o metal importado por assírios e fenícios. Segundo o sistema proposto no século XIX por arqueólogos escandinavos, à Idade da Pedra se seguiu a Idade dos Metais. A Idade do Bronze - anos 4000 e 2000 a.C. Com a possibilidade de obtenção de ferro no estado líquido, nasceu a técnica de fundição de armas de fogo, balas de canhão e sinos de igreja.

Um pouco de história Em torno de 1444, o minério de ferro passou a ser fundido em altos-fornos, processo que é usado até hoje. A Revolução Industrial iniciada na Inglaterra, tornaria a produção de ferro ainda mais importante para a humanidade. Em meados do século XIX, a produção diária de um alto-forno chegava a cerca de três toneladas, A produção mundial de aço bruto, em 2003, foi de cerca de 965 milhões de toneladas anuais. Para 2004, ultrapassou um bilhão de toneladas. Os dez maiores produtores mundiais de aço são, em ordem decrescente, China, Japão, Estados Unidos, Rússia, Coréia do Sul, Alemanha, Ucrânia, Índia, Brasil e Itália.

Um pouco de história Demócrito sugere que toda matéria é composta de pequenas partículas O Átomo 1808 Jonh Dauton estabelece a teoria atômica 1868 Dimitri Mendeleiev elabora a 1ª classificação dos elementos Elétrons Prótons e Nêutrons Ligação Metálica: Responsável pela elevada condutividade térmica e elétrica Compartilham elétrons Ligação Covalente Cede elétrons Ligação Iônica

Um pouco de história Força de atração atômica=> são as forças de atração e repulsão entre partículas carregadas eletricamente. Estrutura Cristalina=> É a repetição da organização das partículas em três dimensões Hexagonal Compacta Berílio, Zinco e Cadmio Cúbica de face Centrada Alumínio, níquel, cobre, prata, Ouro, Platina, Chumbo Cúbica de Corpo Centrado Ferro, Cromo, Tungstênio, Molibdênio A estrutura dos materiais ajuda a explicar suas propriedades

Personalidade dos Materiais Metálicos ou não metálicos, eis a questão! Os produtos precisam ser bonitos, baratos, práticos, leves, resistentes, duráveis. Devem atender às exigências técnicas. Ferro fundido Aço Madeira Couro Vidro Plástico Borracha Zinco Chumbo Estanho Propriedades dos materiais Físicas  Mecânicas Térmicas e Elétricas Químicas  Presença ou Ausência de resistência à corrosão, aos ácidos, às soluções salinas. Cerâmica Titânio Cobre Magnésio Alumínio

Personalidade dos Materiais Propriedades dos materiais Físicas  Mecânicas Resistência Mecânica (esforços: Tração e compressão) Elasticidade (ex: aço mola) Plasticidade (maleabilidade x ductilidade) Dureza Densidade Físicas  Térmicas Fusibilidade Ebulição Dilatação térmica Condutividade térmica Resistividade Químicas Resistência à corrosão

Um pouco mais de história O ouro 1º metal usado pelo homem 8.000 a.C Primeiro metal usado com matéria-prima: o bronze (7.000 a.C.) A ligação do cobre com outros metais Cobre + Estanho = Bronze Ferro começa ser usado por volta de 3.500 a.C. Era trabalhado por forjamento Por volta do ano 1.000 a.C. o aço era produzido na China Tecnologias de fundição foram aperfeiçoadas no século XIV Desenvolvimento dos altos fornos séc. XIX

Processo de obtenção do Aço Primeiramente precisamos fabricar o ferro-gusa Material duro e quebradiço, formado por uma liga de ferro e carbono, co alto teor de carbono e pouco de silício, manganês, fósforo e enxofre Os Hititas faziam um buraco no chão e aqueciam uma mistura de minério e carvão vegetal 1.700a.C. Fornos semi-enterrado – temperaturas até 1200ºC A evolução seguinte: Elevação das cubas acima do solo Combustão ativada foles Na Europa: fornos altos e condições de insuflação aperfeiçoados Descoberta do coque no séc. XVIII, na Inglaterra. Alto forno  35 m de altura. Produz 8.000 toneladas

Processo de obtenção do Aço Para transformar o gusa em aço – processo de oxidação (combinação do ferro e das impurezas com oxigênio) Henry Bessemer – inglês e William Kelly 1847 – injeção de oxigênio sob alta pressão Fornos conversores Bessemer Thomas Linz Donawitz

Aplicações do Aço Classificação do Aço Aço Liga Altas temperaturas Baixas temperaturas Segurança Alta resistência Principais elementos Alumínio, Manganês, Níquel, Cromo Molibdênio, Vanádio Silício, Cobalto, Cobre, Tungstênio Aço Carbono Soldado Curvado Forjado Torcido Dobrado Trabalhado por ferramentas de corte Estirados em fio Laminado Classificação do Aço Padronizado pela NBR 6006 da ABNT São classificados por um número, de quatro ou cinco dígitos. Os dois primeiros representam grupo ao qual o aço pertence Os dois últimos indicam o percentual de carbono

O ferro fundido O Cobre O Alumínio O Níquel Tipos Ferro fundido branco Ferro fundido cinzento Ferro fundidos especiais Características Cor avermelhada Funde-se a 1084º É maleável e dúctil Bom condutor O Alumínio O Níquel Características Metal de maior consumo Funde-se a 660º Emprega-se por sua leveza e resistência à corrosão Características Metal Branco e brilhante Maleável, soldável, Boa fusibilidade Resistência mecânica

As principais características do ferro são: - Temperatura de fusão: 1.528 C - Peso específico: 7,866 kg/dm3 - Resistência elétrica: 0,099 ohm.mm2/m - Condutibilidade elétrica: (Cu = 100) 12,5 % - Alongamento em porcentagem: 28 % - Dureza Brinell: 60 a 80 kg/mm2 - Resistência à tração: 20 - 30 kg/mm2

Características do Ferro: O ferro é um material maleável e dúctil. As elevadas temperaturas do ferro se distinguem pelas cores do mesmo. O ferro após a usinagem mecânica perde a sua maleabilidade

Características do Ferro: As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes: - Minério de ferro - Carvão - Calcáreo O Minério de Ferro Os minérios de ferro são compostos naturais que contém óxido de ferro e a chamada ganga. A ganga se compõe basicamente de sílica (Si O2), alumina (Al2 O3), óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO) Os minerais que contém ferro em quantidade apreciável são os óxidos, os carbonatos, os sulfetos e os e silicatos.

Características do Ferro: Os óxidos de ferro são os mais importantes sob o ponto de vista siderúrgico. Os principais óxidos são: Magnetita (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe3O4, contendo 72,4 % de Fe. Hematita: (óxido férrico), de formula Fe2O3, contendo 69,9 % de Fe. Limonita (óxido hidratado de ferro), de fórmula 2 Fe2O3 3H2O, contendo, em média, 48,3 % de Fe.

Alto forno São aparelhos siderúrgicos com alturas superiores a 30 metros, construídos basicamente por dois cones truncados unidos pela base. O tronco inferior prolonga-se por uma parte cilíndrica de 8 metros ou mais de diâmetro chamado “cadinho” no qual se acumulam os produtos obtidos: a gusa e a escória. Pelos tubos cônicos colocados no alto do cadinho, insufla-se um enorme volume de ar quente, cuja temperatura varia de 800 a 1200ºC destinado a provocar a combustão do coque.

Alto forno As cargas de minério, carvão e fundentes, são introduzidos no Alto Forno por meio de carrinho ou monta carga, que podem ser verticais ou em rampa ( plano inclinado). Na boca de carga do Alto Forno temos uma temperatura entre 150ºC e 400ºC e permite esta secar o minério. Na parte sucessiva formada pela cuba e pelo ventre, o minério encontra uma corrente de óxido de carbono (CO) deixando neste gás o próprio oxigênio (O2) e transformando-se em ferro espumoso O ferro fundido segundo o método de transformação, chama-se fundição branca de Martin (M), Bessemer (B) ou Thomas (T).

Definição de Aço São obtidos através dos seguintes processos: O aço é uma liga de ferro e carbono com uma porcentagem média de carbono entre 0,1 % e 1,2 %, São obtidos através dos seguintes processos: - Cadinho; - Conversor (Bessemer, Thomas, LD); - Siemens-Martin; - Forno Elétrico. Fases do processos de produção do aço Fusão da matéria prima (ferro gusa, sucata); Oxidação da fusão e redução do carbono; Formação de escórias onde se acumulam as impurezas; Adição de elementos especiais; Saída da fusão.

Aço Cadinho Conversores Processo Thomas Este processo não é muito usado por ter um elevado custo. Embora o produto seja de ótima qualidade porque resulta numa homogeneidade, por efeitos dos gases que separam-se facilmente da fusão e também, porque a fusão não tem contato com o ar e nem com os gases de combustão. Conversores O método de Conversores para produzir aço, proposto pelo metalúrgico inglês Bessemer em 1855, consiste em soprar ar comprimido ao ferro fundido derramado em uma retorta especial chamada Conversor. Processo Thomas O método Thomas, proposto pelo inglês Thomas em 1878, é utilizado para os ferros riscos em fósforo. O revestimento básico do Conversor Thomas consta, principalmente, de dolomita, que é um material refratário composto MgCO3.CaCO3.

Processo LD (LINZ-DONAWITZ) Também neste caso usa-se um Conversor semelhante aos precedentes, a diferença está no uso exclusivo de oxigênio injetado no Conversor a uma pressão de 8 atm por meio de um furo posto a um metro acima da fusão; a reação do oxigênio com a fusão eleva a temperatura a 200 C. O revestimento é constituído por tijolos refratários. Processo SIEMENS-MARTIN O forno Siemens-Martin é um forno a gás constituído por uma câmara de planta retangular chamada de laboratório onde temos as reações para a produção do aço e de outras quatro câmaras, todas elas revestidas por material refratário. Fornos elétricos Possibilita obter no espaço de fusão uma temperatura alta, o que permite ter escórias muito calcárias que asseguram a eliminação quase completa do fósforo e do enxofre. Diminui a queima do metal e dos elementos especiais (adições) devido ao fato de não existir chamas oxidantes.

Categorias dos aços : Os aços podem ser divididos em duas grandes categorias: -Aços ao carbono -Aços especiais Aços Extra-Doces ( < 0,15 % C ) (SAE ou ABNT 1010 e 1015) Aços Doces (0,15 –0,30 % C (SAE ou ABNT 1020) Aços Meio-Doces (0,30 –0,40 % C (SAE ou ABNT 1030 a 1040) Aços Semi-Duro (0,40 –0,60 % C (SAE ou ABNT 1040 a 1060) Aços Duro (0,60 –0,70 % C (SAE ou ABNT 1060 a 1070) Aços Extra-Duro (0,70 – 1,20%C (SAE ou ABNT 1070 a 1095)

O sistema numérico das normas SAE compõem-se de 4 ou 5 algarismos significam o seguinte: O 1.º (primeiro) algarismo indica a classe do aço, da seguinte forma: O 2.º (segundo) algarismo indica a porcentagem aproximada do elemento predominante na liga. Os últimos algarismos indicam a média do conteúdo de carbono em centésimos de porcentagem.

Uso geral do aço carbono

Influência dos elementos nos aços-liga importante desoxidante na fabricação do aço. Elemento de liga muito importante para os aços que serão submetidos à nitretação, pois facilita a penetração do nitrogênio. Alumínio (Al): Boro (B): Quando adicionado aos aços, em quantidade variável de (0,001 a 0,003 %) melhora a temperabilidade, a penetração de têmpera, a endurecibilidade, a resistência à fadiga, as características de laminação, o forjamento e a usinagem. Chumbo (Pb): Espalha-se uniformemente na sua massa em partículas finíssimas. Uma adição de (0,2 a 0,25 %) melhora consideravelmente a usinabilidade dos aços sem prejudicar qualquer uma de suas propriedades mecânicas. Cobalto (Co): Aumenta o limite de escoamento e a resistência do aço, mas diminui o alongamento. O principal efeito do cobre é o aumento da resistência à corrosão atmosférica. A presença de 0,25 % no aço é suficiente para dobrar esta resistência em relação aos aços carbono comuns. Cobre (Cu): É sempre utilizado em liga com outros metais, como o cromo, molibdênio, vanádio e tungstênio. Confere aos aços uma granulação finíssima, com grande capacidade de corte e resistência ao calor, como nos aços rápidos. Influi nas propriedades magnéticas. Cromo (Cr): O cromo aumenta a resistência ao desgaste, a dureza e moderadamente a capacidade de corte. Aumenta ainda a penetração de têmpera. O teor deste elemento é geralmente inferior a 1,5 %.

O Alumínio O processo de obtenção do alumínio tem três etapas: Obtenção do minério (bauxita) Obtenção da alumina Obtenção do alumínio Categorias: Termoplásticos Amolece a partir de 60ºC Pode ser moldado Termofixos Sofrem alterações quando moldados

Materiais Plásticos Compostos de resinas naturais ou sintéticas A matéria-prima origina-se do carvão mineral, petróleo Categorias: Termoplásticos Amolece a partir de 60ºC Pode ser moldado Termofixos Sofrem alterações quando moldados