UNIFACS Materiais Metálicos

Apresentação em tema: "UNIFACS Materiais Metálicos"— Transcrição da apresentação:

1 UNIFACS Materiais Metálicos
AULA 1 Lucas Nao Horiuchi 05/Fev/10

2 Materiais Metálicos Carga Horária – 60h Dia: Sextas-feiras;
Horário: 19:00~21:50h; Facilitador: Lucas N. Horiuchi

3 Conteúdo Programático
Noção geral de aços (estruturas do Fe, propriedades, classificação, nomenclaturas); Diagrama de Fe-Fe3C; Materiais de Construção Mecânica (Aço C, aços ligas, aços Inoxidáveis); Ferros Fundidos; Ligas Não-Ferrosas (Ligas Al; Cu; Ni; Ti); Seleção de materiais; Corrosão (tipos de corrosão, mecanismos de corrosão, meio de proteção); P1 P2 P3

4 Avaliações Tipo de avaliação Peso Data
Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar Avaliação escrita (P2) 2,0 14/mai Avaliação escrita (P3) 1,5 11/jun ARHTE 1,0 2ª Chamada 18/jun Avaliação Final 3,0 09/jul

5 Referências Bibliográficas
Básica CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica Vol I e III. Makron Books do Brasil, São Paulo, 2ª ed., 1986. CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 1999. COTRELL, H. A.  Introdução à Metalurgia: Lisboa: Fundação Calouse Gulbenkian, 1976. REED-HILL, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Guanabara Dois, 1982. Complementar VAN VLACK,  Lawrence Hall / Ferrao, Luiz Paulo Camargo. Principios de ciencia dos materiais. Edgard Blucher. (1988) Sao Paulo. Cdu: Cutter: V284p. GENTIL, V.; "Corrosão" Ed. Guanabara - Rio de Janeiro, p. CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos, ABM.

6 Aula 1 - Introdução; - Noção geral de aços; Estruturas do Fe;
Propriedades; Classificação; Nomenclaturas.

7 Introdução Ferro: O ferro é utilizado em ligas;
Importante como material de construção em engenharia; Seu uso é importante devido a 3 fatores: 1) Fe existe em abundância; 2) Custo de fabricação relativamente econômicas; 3) Ligas de Fe são versáteis. - Desvantagem: corrosão

8 Introdução Ferro:

9 Introdução

10 7 linhas horizontais, cada uma sendo chamada de período.
As linhas verticais da tabela são denominadas de famílias e estão divididas em 18 colunas. Os elementos que estão na mesma coluna possuem propriedades químicas e físicas semelhantes.

11 Estrutura do Ferro (Fe)
Metal: Brilho metálico, boa condutividade térmica e elétrica; Ligas: Adição de elementos químicos diferentes; Aço-carbono: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 0,05 e 2,0% de C; Aços-liga: Aços com adição de outros elementos químicos (Cr, Ni, Mn, etc.); Ferro fundido: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 2,0 e 6,7% de C.

12 Estrutura do Ferro (Fe)
Estrutura (célula) cúbica de corpo centrado (CCC) Estrutura (célula) cúbica de face centrada (CFC)

13 Material Alotrópico ALOTROPIA:
δ ALOTROPIA: Fenômeno que consiste em um elemento poder cristalizar-se em um ou mais sistemas cristalinos.  

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15 Estrutura do Ferro (Fe)
Ferrita (α - alfa). Solução sólida de carbono em CCC, caracteriza-se pela baixa solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% à 727 °C. Austenita ( - gama). Solução sólida de carbono em Fe CFC; Ferrita (δ - delta). Solução sólida de carbono em ferro CCC, sendo estável até 1538 °C, quando a ferro se liquefaz. A solubilidade do carbono é baixo, atingindo um máximo de 0,09% a 1495 °C. quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α. Cementita (Fe3C). É um carboneto de ferro de alta dureza existente até o teor de carbono de 6,69%.

16 Aços carbono Formado basicamente de Ferro e Carbono: Cor acinzentada
Peso específico: 7,8 g/cm3 Temperatura de fusão: 1350 oC a 1400 oC Solução Sólida intersticial de Fe-C Fe=1,24 Å C=0,77 Å

17 Influência do C no aço Efeito de Carbono no aço: - Aumento da dureza;
- Aumento da resistência mecânica (LRT e Lesc); - Diminuição do alongamento; - Redução da tenacidade; - Menor facilidade na soldagem.

18 Propriedades dos materiais
Propriedade dos Materiais: - Fusibilidade - Plasticidade - Maleabilidade - Ductilidade - Temperabilidade - Usinabilidade - Tenacidade - Resiliência - Soldabilidade

19 Propriedades Fusibilidade
É a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação do calor. Metal Sólido  Metal Fundido Ela é caracterizada pela temperatura de fusão; Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.

20 Propriedades Plasticidade
É a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades mecânicas.

21 Propriedades Maleabilidade
É a característica apresentada pelo material em se deformar plasticamente sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica. Ductilidade corresponde a elongação total do material devido à deformação plástica, antes da ruptura; Pode ser compreendido também com a capacidade de ser fazer fio; Soldabilidade É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos.

22 Propriedades Temperabilidade Usinabilidade ou maquinabilidade
É a propriedade que determina a profundidade e distribuição da dureza produzida pela têmpera. Usinabilidade ou maquinabilidade É a capacidade de se deixar trabalhar em máquinas operatrizes (torno, fresadora, plaina...). Tenacidade Corresponde à capacidade do material absorver energia até sua ruptura.

23 Propriedades Resiliência
Corresponde à capacidade do material em absorver energia quando este é deformado elasticamente.

24 Aços Carbono Efeito do elemento carbono nos aços. Quanto maior o teor de carbono, observa-se: Aumento da resistência mecânica Limite de resistência Limite de escoamento Diminuição do alongamento Aumento da dureza Redução da tenacidade Menor facilidade na soldagem

25 Alongamento LRT Dureza Teor de C

26 Classificação dos Aços
Os critérios usados na classificação dos aços são: quanto à composição química; quanto à aplicação; quanto ao processo de fabricação; quanto à normas técnicas.

27 A. Quanto à composição química
Extra – doce < 0,15% C Baixo Carbono Doce 0,15 - 0,30% C Meio – doce 0,30 - 0,40% C Médio Carbono Meio – duro 0,40 - 0,60% C Duro 0,60 - 0,70% C Alto Carbono Extra – Duro 0,70 - 1,20% C

28 Aços Especiais (liga) São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas. Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em: Aços de baixa liga – quando o somatório dos teores dos elementos de liga é inferior a 5%. Aços de alta liga – quando o somatório dos elementos de liga (teores) é superior a 5%.

29 B. Quanto à aplicação Aços de construção: são usados na manufatura de componentes de equipamentos industriais. Aços para ferramentas e matrizes: compreendem os aços resistentes ao choques, para trabalho a frio e a quente e aços rápidos. Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos, mais aços refratários. Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imans permanentes, para núcleos de transformadores,...

30 C. Quanto ao processo de fabricação
Aços Siemens – Martin; Aços Bessemer; Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-Donawitz; Aços elétricos, etc.

31 C. Quanto ao processo de fabricação
Aços Siemens – Martin: forno horizontal, carga por cima e descarga do aço por orifício inferior;

32 C. Quanto ao processo de fabricação
Aços Bessemer: produzidos em fornos basculante, com orifícios no fundo (ar pressurizado);

33 C. Quanto ao processo de fabricação
Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-Donawitz usa fundentes (cal e fluorita) para a reação de oxidação das impurezas do aço (Si, P, S, Mn) e redução do teor de carbono, formando escória.

34 C. Quanto ao processo de fabricação
Aços elétricos

35 D. Quanto as normas técnicas
Exemplo de representação do aço ABNT para construção civil: ABNT CA 25A – aços para construção civil com sesc=25Kgf/mm2. ABNT – SAE – construção mecânica SAE aço carbono com 0,10% de carbono. SAE aço carbono com 0,08% de carbono. 1 – indica que é um aço carbono, desconsidera a presença de pequenas quantidades de outros metais como Mn, Si, P, S; 0 – indica a % de elementos de liga.

36 Aplicações do Aço Aço-carbono – Largamente utilizado
- Boa ductilidade e maleabilidade O aço-carbono pode ser: - Soldado - Curvado - Forjado - Torcido - Dobrado - Trabalho com ferramentas de corte - Trefilados - Laminados

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38 Aplicações do aço Carbono
1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce) Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria 2) 0,15% a 0,30% (doce) Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas. 3) 0,30% a 0,40% (meio doce) Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura 4) 0,40% a 0,60% (meio duro) Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos 5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc.

39 Aplicações dos Aços Liga
A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos: aumentar a dureza e a resistência mecânica; conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças de grandes dimensões; diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de modo a reduzir a inércia de uma parte móvel; conferir resistência à corrosão; aumentar a resistência ao calor; aumentar a resistência ao desgaste; aumentar a capacidade de corte; melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

40 Influência na estrutura Influência nas propriedades
Elemento De ligas Influência na estrutura Influência nas propriedades Aplicações Produtos Níquel Refina o grão. Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço. Aumenta a LRT. Boa ductilidade. Aço para construção mecânica. Peças para automóveis. Utensílios domésticos. Caixa para tratamento térmico. Manganês. Estabiliza os carbonetos. Aumenta temperabilidade. Diminui a velocidade de transformações. Aumento da resistência mecânica e temperabilidade. Resistência ao choque. Peças para automóveis e peças para usos gerais em engenharia mecânica Cromo. Forma carbonetos. Acelera o crescimento dos grãos. Aumenta a resistência a corrosão e a oxidação. Aumento da resistência a altas temperaturas. Aços para a construção mecânica. Aços-ferramentas. Aços inoxidáveis. Indústria química; talheres; válvulas e peças para fornos. Ferramentas de cortes. Molibdênio Influência na estabilidade do carboneto. Alta dureza ao rubro. Aumento da LRT. Aumento da temperabilidade. Aços-ferramentas, Aço cromo-níquel, substitui W em aços rápidos. Vanádio Inibe o crescimento grãos. Maior resistência mecânica, tenacidade e temperab. Resistência a fadiga e abrasão. Aços cromo-vanádio. Tungstênio Forma carbonetos duros. Diminui a velocidade das transformações. Inibe crescimento dos grãos. Aumento da dureza. Resistência da resistência a altas temperaturas. Aços rápidos. Ferramentas de corte. Cobalto. Forma carboneto. (fracamente). Resistência à tração. Resistência à corrosão. Resistência à erosão. Aços ferramenta. Silício. Auxilia na desoxidação. Auxilia na grafitização. Aumenta a fluidez. Resistência a temperaturas elevadas. Melhora temperab./ LRT. Aços alto carbono. Aços para a fundição em areia. Peças fundidas.

41 Nomenclatura dos aços SAE 1 0 4 0
Quatro algarismos para designar os aços; Os dois últimos algarismos  teor de carbono Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a quantidade aproximada dos elementos da liga; Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero;

42 Nomenclatura dos aços

43 Classificação quanto ao primeiro número dos 4 algarismos:
Nomenclatura dos aços Classificação quanto ao primeiro número dos 4 algarismos:  aço carbono 2  Ni 3  Ni – Cr 4  Mo 5  Cr 6  Cr – V 7  W 8  Ni – Cr – Mo 9  Si - Mn

44 Nomenclatura dos aços Exemplos SAE 2350 SAE 5130 SAE 9220
Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C; SAE 5130 Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C; SAE 9220 Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C.

45 Nomenclatura dos aços 10 XX Aços ao carbono comuns. 11 XX 12 XX
Aços de fácil usinagem com alto teor de enxofre. 13 XX 15 XX Aços ao manganês com 1,75% de Mn. Designação C % Mn % Si % 1340 0,38 – 0,43 0,60 – 0,90 0,20 –0,25

46 Aços Liga Efeito dos elementos de adição (liga):
Vanádio (V): Tenacidade e excelente desoxidante; Cromo (Cr): Aumento a resistência ao desgaste; Boro (B): Resistência a fadiga; Níquel (Ni): Boa ductilidade e resistência à corrosão; Tungstênio (W): Alta resistência mesmo em altas TºC; Manganês (Mn): Ductilidade, resistência ao desgaste/choque; Silício (Si): Aumenta a elasticidade e resistência; Alumínio (Al): Desoxidante; Molibdênio (Mo): alta resistência ao amolecimento;

47 Aços Liga Condições de serviço que exigem aços liga:
Altas temperaturas: fluência, oxidação; Baixa temperaturas: fratura frágil; Meio corrosivo: corrosão acelerada; Produtos especiais: contaminação; Segurança: materiais tóxicos, explosivos, inflamáveis; Alta resistência: grandes esforços.

48 Fabricação do Aço

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50 Funções de cada um: Calcário: Separa a escória do ferro gusa;
Minério de manganês: desulfurante e desoxidante; Carvão ou coque: Combustível e redutor; Produto final: Ferro gusa (3,5 a 4,5% de C); escória; gás de alto forno (reaproveitável).

51 Processo de fabricação do aço
Processo de obtenção do aço Processo Forno elétrico Processo alto forno

52 Caminho de formação do aço
Processo Siemens – Martin Conversor LD O metal líquido é submetido a injeção de oxigênio até obter-se o aço com o teor de carbono desejado. C + O2  CO2 Metal líquido + oxigênio injetado  Dióxido de carbono liberado Alto forno Forno Siemens - Martin Ferro Gusa Carro torpedo

53 Obtenção do aço (4 etapas)
1º etapa – Alto forno Para se obter 1000 tons de ferro gusa a proporção a se colocar no forno é a aproximadamente: tons de minério de ferro; - 300 tons de calcário; - 23 tons de minério de manganês; - 800 tons de coque.

54 Obtenção do aço (4 etapas)
2º etapa – Aciaria Elimina impurezas do ferro gusa; Oxidação das impurezas (fonte O2) 3º etapa – Vazamento e lingotamento 4º etapa – Conformação (ex. laminação).

55 Obrigado pela atenção!! Dúvidas?