Unifacs Materiais Metálicos AULA 2 Lucas Nao Horiuchi 19/Fev/10.

Apresentação em tema: "Unifacs Materiais Metálicos AULA 2 Lucas Nao Horiuchi 19/Fev/10."— Transcrição da apresentação:

1 Unifacs Materiais Metálicos AULA 2 Lucas Nao Horiuchi lucas.horiuchi@braskem.com.br 19/Fev/10

2 Avaliações Tipo de avaliaçãoPesoData Avaliação escrita (P1)2,526/mar Avaliação escrita (P2) 2,014/mai Avaliação escrita (P3)1,511/jun ARHTE1,0 2ª Chamada18/jun Avaliação Final3,009/jul

3 1. Aços baixa liga; 2. Aços para estruturas e vasos de pressão; 3. Aços para rolamentos; 4. Aços inoxidáveis 5. Aços ferramentas (aço rápido, aço para tarbalho a quente, aço para trabalho a frio, aços para molde, aços resistentes ao choque). Aços para Construção Mecânica Aula 2

4 – Baixa Liga  1 a 2% de elementos de liga (Cr, Mo e Ni); – Os elementos visam basicamente o aumento da temperabilidade; – Classificação: –aços para beneficiamento (tratamento de têmpera seguido do revenimento); –aços para cementação ou carbonetação; –aços para nitretação. 1. Aços baixa liga

5 –Aplicações típicas : –peças para a indústria mecânica, tais como: eixos; engrenagens; chavetas, parafusos; biela; vira- brequins e elementos de máquinas em geral; –em casos onde são requeridas; »elevadas resistência ao desgaste; »alta resistência e tenacidade. 1. Aços baixa liga

6 Aços para beneficiamento – são aços para construção mecânica de composição química adequada à realização de têmpera e revenimento: 1. Aços baixa liga

7 Aços para beneficiamento – alguns exemplos de aplicações: Aço Composição química Aplicação %C %S %Mn %Cr %Ni %Mo AISI 4130 0,30 0,25 0,50 1,00 - 0,20 AISI 4140 0,40 0,25 0,90 0,95 - 0,20 Eixos-árvore, engrenagens, parafusos, bielas, virabrequins, peças sujeitas a desgaste Peças soldáveis para a indústria aeronáutica. Acessórios de tubulações, flanges, eixos, engrenagens, chavetas etc. 1. Aços baixa liga

8 Resposta ao tratamento térmico do aço AISI 4140 Aço baixa liga 1. Aços baixa liga

9 Aços para cementação ou carbonetação: – necessidade de camadas superficiais com elevada dureza, resistência ao desgaste e à fadiga; – núcleo de boa resistência e tenacidade. – teor de carbono na ordem de 0,20% e composição química balanceada para obter temperabilidade e tenacidade adequadas. – Aplicações: engrenagens; balancins; eixos de comando. 1. Aços baixa liga

10 Cementação: reação química de introdução de carbono na superfície de um aço de baixo teor, em temperatura superior a da zona crítica desse aço. A cementação altera a composição química da camada superficial do aço, de modo que após a têmpera e revenimento, esta camada terá dureza maior que o núcleo. A cementação em si, não endurece a superfície do aço, mas aumenta o teor de carbono da superfície favorecendo o endurecimento superficial após o processo de têmpera a que for submetido. 1. Aços baixa liga

11 Processo de cementação utiliza carbono livre: – Cementação Gasosa O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada, onde o potencial de carbono está acima de 0,5%. – Cementação Líquida O processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos (Banho de Sal). – Cementação Sólida (Em Caixa) O processo é realizado em peças cobertas com material sólido, rico em carbono. 1. Aços baixa liga

12 Temperatura de tratamento: entre 850 o C e 1000 o C; Profundidade de cementação: Varia com a temperatura de tratamento e o tempo de permanência a essa temperatura: de 0,01 até 3,0mm. 1. Aços baixa liga

13

14 Aço Composição química Aplicação %C %S %Mn %Cr %Ni %Mo AISI 4320 0,20 0,25 0,55 0,50 1,80 0,25 AISI 86200,20 0,25 0,80 0,50 0,55 0,20 Engenagens, eixos-árvores, cremalheiras, fusos, buchas, peças mecânicas diversas. Engrenagens, pinhões, coroas, capas de rolamentos Aços para cementação – alguns exemplos de aplicações:Aços para cementação – alguns exemplos de aplicações: 1. Aços baixa liga

15 Aços para cementação, características: – teores de carbono na superfície na ordem de 0,85 a 1,00% são em geral especificadas para estes aços, após a cementação. – Após a têmpera e revenido se obtém, normalmente, dureza superficial na ordem de 650 a 750HV; 1. Aços baixa liga

16

17 Aços para nitretação São utilizados aços com teores de carbono entre 0,13 e 0,40%, podendo ter adições de alumínio (essencial), cromo, silício, tungstênio e vanádio. Nitretação: Objetiva o endurecimento superficial de aços por absorção de nitrogênio. É realizado em fornos com atmosfera controlada, rica em Nitrogênio (em geral NH 3 ). 1. Aços baixa liga

18 Aços para nitretação, características: –elevada resistência à fadiga; –elevada resistência ao desgaste (metal-metal); –dureza superficial elevada até ~600°C; –resistente a certos tipos de corrosão; –dureza devido a formação de nitretos de elevada dureza; –camadas produzidas são de menor espessura; –baixa existência de distorções e trincas. Aplicações: –os aços nitretados encontram muita aplicação em peças de extrusoras e injetoras de plásticos. 1. Aços baixa liga

19 Tratamentos térmicos anteriores: têmpera e revenido; Controle da camada nitretada: semelhante a cementação. Vantagens: – temperatura de tratamento (500~550 o C), menor que cementação; Desvantagens – O tempo de permanência é grande; – A espessura da camada cementada é muito pequena; 1. Aços baixa liga

20 Nitretação: Tempo, [h] Espessura, [mm] 10 0,1 250,2 400,3 500,4 650,5 960,8 Exemplo do tempo de nitretação para um aço ao cromo. 1. Aços baixa liga

21 Nitretação: (a) Nitretação Gasosa Convencional (b) Banho de Sais Convencional Camada nitretada 1. Aços baixa liga

22 2. Aços para estruturas e vasos de pressão Características essenciais: soldabilidade; propriedades mecânicas adequadas; para emprego em altas temperaturas é dado preferência para materiais que não sofram fluência; para aplicações em baixas temperaturas, uma das principais características é a tenacidade (ligas de Ni, neste caso são muito empregadas); –Processamento: tratamentos térmicos –normalização + revenimento; –têmpera + revenimento; –alívio de tensões, geralmente após conformação a frio ou soldagem.

23 Características essenciais: capacidade de receber tratamentos térmicos e termoquímicos; – Tipos: aços para têmpera profunda; – deve garantir têmpera ao longo de toda a seção das partes do rolamento. aços para cementação; – apenas 9% dos aços para rolamentos são aços para cementação. aços altamente ligados. – destacam-se os aços inoxidáveis martensíticos, aplicações típicas em meios corrosivos. 3. Aços para rolamentos

24 Aços Inoxidáveis: são aços normalmente com baixo carbono e Cr acima de 12%, além de outros elementos de liga, cuja característica principal é a elevada resistência à corrosão. Principais famílias dos aços inoxidáveis (segundo a sua microestrutura) são: ferríticos, austeníticos, martensíticos e duplex (ferríticos-austeníticos). 4. Aços Inoxidáveis MartensíticoFerríticoAustenítico Duplex

25 Molibdênio – melhora a resistência no HSO 3 a altas temperaturas e água do mar; Cobre – HSO 4 ; Tântalo, titânio e Nióbio – estabilizadores; Silício – resistência a oxidação a altas temperaturas; 4. Aços Inoxidáveis

26 Aços inoxidáveis ferríticos – Características: ligas inoxidáveis com alto cromo e baixo carbono; estrutura ferrítica em todas as temperaturas < T f ; não endurecem por tratamento térmico. 4. Aços Inoxidáveis

27 Aços inoxidáveis ferríticos –Aplicações: peças que requeiram combinação de: –resistência a corrosão com propriedades mecânicas; –formabilidade; –soldabilidade. adornos arquitetônicos; equipamentos para indústria alimentícia; equipamentos para a indústria química. 4. Aços Inoxidáveis

28 Aços inoxidáveis martensíticos – Características: ligas inoxidáveis ao cromo e carbono e tem composições que interceptam o campo austenítico; são temperáveis; boa resistência à corrosão. – Aplicações principais: cutelaria; instrumentos cirúrgicos; peças para válvulas e bombas; peças para turbinas a vapor e bombas; moldes para plásticos e vidros. 4. Aços Inoxidáveis

29 Principais aços inoxidáveis martensíticos 4. Aços Inoxidáveis

30 Aços inoxidáveis martensíticos - alguns exemplos de aplicação: Aço Composição química Aplicação %C %Cr %Ni %Mo AISI 410 0,10 12,5 - - AISI 440C 1,10 17,5 0,75 0,75 max max -Rolamentos especiais, submetidos a ação de agentes corrosivos ou a altas temperaturas. -Instrumentos cirúrgicos e dentários, artigos de cutelaria, peças para bombas de óleo, assento de válvulas etc. -Rolos para conformação de embalagens, p.ex.: latas de cerveja, óleo, produtos comestíveis etc. Palhetas para turbinas a vapor, eixos e rotores de bombas, pistões de motores marítimos, componentes para indústria petroquímica, alimentícia e farmacêutica, facas. 4. Aços Inoxidáveis

31 Aços inoxidáveis martensíticos - Processamento: – cuidados especiais no resfriamento destes aços, devido à elevadíssima temperabilidade; – revenimento essencial para recuperar a tenacidade após a têmpera; – a dureza de peças de dimensões normais pode ser obtida diretamente das curvas de revenimento destes materiais. Curva de revenimento para o aço AISI 440C.Curva de revenimento para o aço AISI 440C. 4. Aços Inoxidáveis

32 Aços inoxidáveis austeníticos – Características: ligas inoxidáveis de baixo teor de carbono, ligadas ao Cr-Ni; estrutura essencialmente austenítica; boa resistência à corrosão e oxidação em diversos meios; excelente tenacidade, mesmo em baixas temperaturas; boa resistência mecânica à temperaturas elevadas; a elevada ductilidade destes materiais torna estes aços especialmente adequados à fabricação por conformação. 4. Aços Inoxidáveis

33 Aços inoxidáveis austeníticos –Aplicações principais: equipamentos; estruturas; tubulações; em diversas indústrias, quando uma ou mais destas características são necessárias. 4. Aços Inoxidáveis

34 Principais aços inoxidáveis austeníticos 4. Aços Inoxidáveis

35 Aços inoxidáveis austeníticos - Processamento: – O controle do tamanho do grão é essencial para o controle das propriedades e é feito por recristalização. Controle de: deformação parâmetros de solubilização Propriedades usualmente especificadas para os aços inoxidáveis austeníticos. 4. Aços Inoxidáveis

36 Sensitização (ou Weld Decay)‏ Provoca a corrosão intergranular devido a formação de carbetos de cromo no contorno de grão. O cromo migra da periferia do grão para o seu contorno, deixando a periferia com menor quantidade de cromo; Faixa de temperatura ~ 650°C; Maior quantidade de carbono, mais rápida a sensitização. Ex: 0,1% C – 2min 0,06% C – 10min; 0,02%C – 30h; ASTM A-262 -> ensaio para detectar a sensitização; Forma para amenizar efeito: Aços inox tipo L – possuem menos quantidade de carbono; Elementos estabilizantes – Ti, Nb, Ta. Ex: 321, 347, 348; 4. Aços Inoxidáveis

37 Sensitização (ou Weld Decay)‏ 4. Aços Inoxidáveis

38 Outras formas de corrosão Corrosão por Pites 4. Aços Inoxidáveis

39 Corrosão sob Tensão 4. Aços Inoxidáveis

40 Corrosão Intergranular 4. Aços Inoxidáveis

41

42 5. AÇO FERRAMENTA Um aço ferramenta é qualquer aço usado para fabricar ferramentas de corte, conformação ou qualquer outro artefato capaz de dar forma a um material transformando-o em uma peça. As operações utilizadas pelos AF são: corte, estampagem, embutimento, forjamento, extrusão e laminação.

43 Os aços ferramenta podem ser aços carbono ou aços liga capazes de serem endurecidos por têmpera, ou seja, adequados para serem transformados em ferramentas. Esse tipo de aço abastece os segmentos de autopeças, automobilístico, eletro- eletrônico, extrusão de alumínio, etc. 5. AÇO FERRAMENTA

44 ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES E SUA INFLUÊNCIA Aços ferramenta  aços de médio e alto teor de carbono com adições de elementos específicos em diferentes porcentagens. O carbono  aumenta a dureza do aço ferramenta, melhorando a resistência ao corte e ao desgaste.

45 ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES E SUA INFLUÊNCIA Outros elementos são adicionados para alterar as propriedades mecânicas dos materiais. Obter características especiais de acordo com a necessidade da ferramenta a ser criada

46

47 AÇO RÁPIDO  Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades. Podem ser ao molibdênio e ao tungstênio. Aplicação: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, etc. 5. AÇO FERRAMENTA

48 http://www.heattech.com.br/publicacoes/FOLDER_ACOS_FERRAMENTA.pdf http://www.favorit.com.br/produtos/ferramenta/afrio/aisi_d2.html CLASSIFICAÇÃO 5. AÇO FERRAMENTA

49 AÇOS PARA TRABALHOS A QUENTE (H)  Indicado para utilização em operações de puncionamento, cisalhamento e forjamento de metais em temperaturas elevadas, condições de pressão e abrasão. Aplicação: os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a temperaturas elevadas, etc; 5. AÇO FERRAMENTA

50 AÇOS PARA TRABALHOS A QUENTE (H)  H13, H21, H23 A família destes aços são os ligados principalmente ao cromo, com adições de Mo e V em menores quantidades, que constituem a família de aços H. O mais popular destes aços é o AISI H13. Este aço é utilizado em uma faixa ampla de dureza, entre 44-50 HRC, Composição química do H13: 5. AÇO FERRAMENTA

51 CLASSIFICAÇÃO AÇO PARA DEFORMAÇÃO A FRIO (D)  esse aço se restringe a aplicações que não envolvam aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205º a 260º C. São divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar, alto-carbono e alto-cromo e temperáveis em óleo. Aplicação: aplicados na produção de facas de cisalhamento, rolos de laminação de rosca, flangeamento e forjamento. 5. AÇO FERRAMENTA

52 AÇO PARA DEFORMAÇÃO A FRIO (D)  D2, D6 - Aços com alto C e Cr como elementos de liga; - Conhecidos como aços ledeburíticos; - Os mais populares são os D2 e D6; -Característica: elevada temperabilidade e atingem elevada dureza após o beneficiamento, na faixa de 58 – 62 HRC; - São tidos como indeformáveis; - Ex: Matrizes de estamparia; buchas; ferramenta para repuxamento; moldes para cerâmica; forjamento a frio; fieiras; http://www.favorit.com.br/aisid6.php?id=45 5. AÇO FERRAMENTA

53 AÇOS RESISTENTES AO CHOQUE (S)  Seus principais elementos de liga são Mn, Si, Cr, W e Mo. Quase todos os aços deste tipo possuem conteúdo de carbono de aproximadamente 0,50%. Aplicação: talhadeiras, formões, contra- rebites, brocas-guia e outras aplicações que requerem elevada tenacidade e resistência ao choque. 5. AÇO FERRAMENTA

54 AÇOS PARA MOLDAGEM (P)  Possuem Cr e Ni como principais elementos de liga. Aplicação: utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em moldes para injeção ou compressão de plásticos 5. AÇO FERRAMENTA

55 AÇOS PARA MOLDAGEM (P)  P20 É um aço ligado ao Cr-Ni-Mo pré-endurecido desenvolvido para aplicações em moldes para plásticos com elevada dureza e tenacidade. http://www.uddeholm.com.br/br/files/Folheto_Nimax_07.pdf 5. AÇO FERRAMENTA

56 Características importantes: usinabilidade; bom coeficiente de troca térmica; resistência à abrasão; capacidade de receber tratamentos térmicos e termoquímicos; capacidade de ser polido. – Processamentos: recozimento; têmpera; revenimento; alívio de tensões; polimento. AÇOS PARA MOLDAGEM (P) à P20 5. AÇO FERRAMENTA

57 – A dureza superficial de peças produzidas a partir destes aços pode ser estimada consoante a apreciação de curvas de revenimento. Curva de revenimento do aço AISI P20Curva de revenimento do aço AISI P20 AÇOS PARA MOLDAGEM (P) à P20 5. AÇO FERRAMENTA