Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aço - Liga.

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1 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aço - Liga

2 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Introdução História Aço Aços Ligas Propriedades Físicas Vantagens Diagrama Elementos mais comuns Especificações Classificação Aplicações Estrutura da Apresentação Aço - Liga

3 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aço - Liga Introdução Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção. As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala.automobilísticasaeronáuticasnavaisbélicasconstrução civil As ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.ponto de fusãodureza resistência mecânica

4 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais História A fabricação de ferro teve início na Anatólia, cerca de 2000 a.C. tendo sido a Idade do Ferro plenamente estabelecida por volta de 1000 a.C..ferroAnatólia2000 a.C.Idade do Ferro 1000 a.C. Neste período a tecnologia da fabricação do ferro espalhou-se pelo mundo. Em, aproximadamente, 500 a.C., chegou às fronteiras orientais da Europa e por volta de 400 a.C. chegou à China.500 a.C.Europa400China Os minérios de ferro eram encontrados em abundância na natureza, assim como o carvão. Atualmente a maior quantidade de matéria prima para produção de aço é a sucata proveniente dos resíduos de fabricação industrial.carvão Aço - Liga

5 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aço Aço é uma liga metálica formada essencialmente 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%. A diferença fundamental entre ambos é que o aço, pela sua ductibilidade, é facilmente deformável por forja, laminação e extrusão, enquanto que uma peça em ferro fundido é fabricada pelo processo de fundição ou usinagem. Aço - Liga

6 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aços-liga S ão aços que possuem elementos de ligas presentes nos aços carbono em proporções mais altas, ou aços que possuam elementos de ligas que normalmente não entram na composição dos aços carbono. Estas quantidades são determinadas com o objetivo de promover mudanças nas propriedades físicas e mecânicas que permitam ao material desempenhar funções específicas. Os aços-liga costumam ser designados de acordo com o seu elemento predominante. Alguns exemplos: Aço-níquel Aço-cromo Aço-cromo-vanádio Aço - Liga

7 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Propriedades Físicas dos Aços Liga Aço - Liga

8 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Vantagens em adicionar elementos de liga nos aços - Aumentar a usinabilidade - Alterar as propriedades mecânicas Aço - Liga

9 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais - Aumentar a temperabilidade - Conferir resistência à corrosão; Aço - Liga

10 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais - Conferir resistência ao desgaste Aço - Liga

11 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aço - Liga 11 LIGAS FERRO-CARBONO AÇOS FERROS FUNDIDOS Sem liga ou Aço-carbono 0<%C<2 2<%C<4 Não contem nenhum elemento de liga em quantidade superior aos mínimos indicados Aço ligado Se nenhum elemento de liga atingir um teor de 5% Aço de baixa liga Aço de alta liga Se pelo menos um el. de liga ultrapassar um teor de 5% Teores máximos de alguns elementos nos aços sem liga: Al – 0,10 Bi – 0,10 B – 0,0008 Cr – 0,30 Co – 0,10 Cu – 0,05 Mn – 1,65 Mo – 0,08 Ni – 0,30 Nb – 0,06 Pb – 0,40 Se – 0,10 Si – 0,50 Ti – 0,05 W – 0,01 V – 0,10 Aço - Liga

12 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Elementos de Ligas mais comuns Cr – Cromo Ni – Níquel V - Vanádio Mo – Molibdênio W – Tungstênio Co - Cobalto B – Boro Cu - Cobre Mn - Manganês, Si - Silício, P - Fósforo, S - Enxofre (residuais) Aço - Liga

13 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais MANGANÊS (residual) Agente dessulfurante e desoxidante Aumenta a dureza e a resistência (%Mn>1%) Baixa a temperatura de transformação da martensita Entre 11-14% Mn alcança-se alta dureza, alta ductilidade e excelente resistência ao desgaste (aplicações em ferramentas resistentes ao desgaste) Aço - Liga

14 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais ENXOFRE (residual) Agente fragilizador Se combinado com Mn forma MnS que pode ser benéfico (melhora a usinabilidade) Está presente em altos teores em aços para usinagem fácil Aço - Liga

15 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais NÍQUEL Aumenta a resistência ao impacto (2-5% Ni) Aumenta consideravelmente a resistência à corrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni) Com 36% de Ni tem-se coeficiente de expansão térmica próximo de zero. Aço - Liga

16 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais CROMO Aumenta a resistência à corrosão e ao calor Aumenta a resistência ao desgaste (devido à formação de carbetos de cromo) Em aços baixa liga aumenta a resistência e a dureza É normalmente adicionado com Ni (1:2) Aço - Liga

17 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais MOLIBIDÊNIO Em teores < 0,3% aumenta a dureza e a resistência, especialmente sob condições dinâmicas e a altas temperaturas Atua como refinador de grão Melhora a resistência à corrosão Forma partículas resistentes à abrasão Contrabalança a tendência à fragilidade de revenido Aço - Liga

18 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais VANÁDIO Forma carbetos que são estáveis a altas temperaturas Inibe o crescimento de grão (0,03-0,25%) e melhora todas as propriedades de resistência sem afetar a ductilidade Aço - Liga

19 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais TUNGSTÊNIO Mantém a dureza a altas temperaturas Forma partículas duras e resistentes ao desgaste à altas temperaturas Presente em aços para ferramentas Aço - Liga

20 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SILÍCIO (residual) Tem efeito similar ao Níquel Melhora as propriedades de resistência com pouca perda de ductilidade Melhora a resistência à oxidação Com 2% de Si é usado para a confecção de molas Aumenta o tamanho de grão (necessário para aplicações magnéticas) Agente desoxidante Aço - Liga

21 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais BORO É um agente endurecedor poderoso (0,001-0,003%) Facilita a conformação à frio Tem efeito 250-750 vezes ao efeito do Ni 100 vezes ao Cr 75-125 vezes ao Mo Aços micro ligados Aço - Liga

22 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais ALUMÍNIO Facilita a nitretação Agente desoxidante Controla o tamanho de grão pela formação de óxidos ou nitretos Aço - Liga

23 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais COBALTO Melhora a dureza à quente É usado em aços magnéticos Aço - Liga

24 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais 24 FÓSFORO (Residual) Aumenta a resistência dos aços baixo carbono Aumenta a resistência à corrosão Facilita a usinagem Gera fragilidade à frio (0,04-0,025% no máximo) Aço - Liga

25 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais 25 TITÂNIO Reduz a dureza martensítica e a endurecibilidade de aços ao cromo Impede a formação da austenita em aços ao cromo Aço - Liga

26 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Especificações - BAIXAS TEMPERATURAS Uso de aços-ligas para temperaturas inferiores à -45°C (limite do aço carbono) Aço - Liga

27 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais - ALTA CORROSÃO Serviços onde o fluido é corrosivo, mesmo quando em temperaturas dentro da faixa usual de trabalho do aço carbono. Os aços-ligas têm, geralmente, maior resistência à corrosão que o aço carbono. Aço - Liga

28 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais -SEM CONTAMINAÇÃO Serviços onde não pode haver contaminação dos produtos, tais quais os produtos alimentícios e farmacêuticos. Nestes casos, mesmo as corrosões moderadas, sempre geram resíduos que vão contaminar o fluido contido no equipamento. Aço - Liga

29 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais -SEGURANÇA Serviços com fluidos perigosos (temperaturas elevados, tóxicos, inflamáveis, explosivos etc) ou em equipamentos de importância, para os quais qualquer interrupção causa grandes prejuízos. Aço - Liga

30 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais CLASSIFICAÇÃO A classificação dos aços segundo as normas da SAE (Society of Automotive Engineers - EUA) é a mais utilizada em todo o mundo para aços-carbono e aços de baixa liga. Aço - Liga

31 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais A classificação SAE é baseada na composição química do aço. Cada composição normalizada pela SAE corresponde a uma numeração com 4 ou 5 dígitos. Aço - Liga

32 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Nas classificações, os 2 dígitos finais XX indicam os centésimos da porcentagem de C (Carbono) contida no material, podendo variar entre 05, que corresponde a 0,05% de C, a 95, que corresponde a 0,95% de C. Se a porcentagem de C atinge ou ultrapassa 1,00%, então o final tem 3 dígitos (XXX) e a classificação tem um total de 5 dígitos. Aço - Liga

33 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 1XXX – Aço-Carbono SAE 10XX – aço-carbono simples (outros elementos em porcentagens desprezíveis, teor de Mn de no máximo 1,0%) SAE 11XX – aço-carbono com S (Enxofre)Enxofre SAE 12XX – aço-Carbono com S e P (Fósforo)Fósforo SAE 13XX – aço com 1,6% a 1,9% de Mn (Manganês) (aço- Manganês)Manganês SAE 14XX – aço-Carbono com 0,10% de Nb (Nióbio)Nióbio SAE 15XX – aço-Carbono com teor de Mn de 1,0% a 1,65% (aço- Manganês) Aço - Liga

34 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 2XXX – Aço-NíquelNíquel SAE 23XX – aço com Ni entre 3,25% e 3,75% SAE 25XX – aço com Ni entre 4,75% e 5,25% Aço - Liga

35 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 3XXX – Aço-Níquel-CromoCromo SAE 31XX – aço com Ni entre 1,10% e 1,40% e com Cr entre 0,55% e 0,90% SAE 32XX – aço com Ni entre 1,50% e 2,00% e com Cr entre 0,90% e 1,25% SAE 33XX – aço com Ni entre 3,25% e 3,75% e com Cr entre 1,40% e 1,75% SAE 34XX – aço com Ni entre 2,75% e 3,25% e com Cr entre 0,60% e 0,95% Aço - Liga

36 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 4XXX – Aço-MolibdênioMolibdênio SAE 40XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30% SAE 41XX – aço com Mo entre 0,08% e 0,25% e com Cr entre 0,40% e 1,20% SAE 43XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30%, com Cr entre 0,40% e 0,90% e com Ni entre 1,65% e 2,00% SAE 46XX – aço com Mo entre 0,15% e 0,30%, com Ni entre 1,40% e 2,00% SAE 47XX – aço com Mo entre 0,30% e 0,40%, com Cr entre 0,35% e 0,55% e com Ni entre 0,90% e 1,20% SAE 48XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30%, com Ni entre 3,25% e 3,75% SAE 5XXX – aço-Cromo SAE 51XX – aço com Cr entre 0,70% e 1,20% Aço - Liga

37 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 5XXX – Aço-Cromo SAE 51XX – aço com Cr entre 0,70% e 1,20% Aço - Liga

38 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 6XXX – Aço-Cromo-VanádioVanádio SAE 61XX – aço com Cr entre 0,70% e 1,00% e com 0,10% de V Aço - Liga

39 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 7XXX – Aço-Cromo-TungstênioTungstênio Minério de Cromo-Tungstênio Aço - Liga

40 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 8XXX – Aço-Níquel-Cromo-Molibdênio SAE 81XX – aço com Ni entre 0,20% e 0,40%, com Cr entre 0,30% e 0,55% e com Mo entre 0,08% e 0,15% SAE 86XX – aço com Ni entre 0,30% e 0,70%, com Cr entre 0,40% e 0,85% e com Mo entre 0,08% e 0,25% SAE 87XX – aço com Ni entre 0,40% e 0,70%, com Cr entre 0,40% e 0,60% e com Mo entre 0,20% e 0,30% Aço - Liga

41 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais SAE 92XX – Aço-Silício-ManganêsSilício SAE 92XX – aço com Si entre 1,80% e 2,20% e com Mn entre 0,70% e 1,00% Minério de Manganês SAE 93XX, 94XX, 97XX e 98XX – Aço- Níquel-Cromo-Molibdênio SAE 93XX – aço com Ni entre 3,00% e 3,50%, com Cr entre 1,00% e 1,40% e com Mo entre 0,08% e 0,15% SAE 94XX – aço com Ni entre 0,30% e 0,60%, com Cr entre 0,30% e 0,50% e com Mo entre 0,08% e 0,15% SAE 97XX – aço com Ni entre 0,40% e 0,70%, com Cr entre 0,10% e 0,25% e com Mo entre 0,15% e 0,25% SAE 98XX – aço com Ni entre 0,85% e 1,15%, com Cr entre 0,70% e 0,90% e com Mo entre 0,20% e 0,30% Aço - Liga

42 Engenharia de produção - Ciência dos Materiais Aplicações Aço - Liga

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