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Aula 11 – Aços Alta Liga Para ter acesso a esse material acesse:

2 Ligas Metálicas Ferrosas Não ferrosas Aço Ferro Fundido Alumínio Cobre
Estanho Ao carbono Cinzento Titânio Nodular Níquel etc... Baixa liga Liga Alta liga Branco Maleável

3 Nos aços alta liga a soma de todos os elementos de liga é > 5%.
A adição de elementos de liga tem o objetivo de promover mudanças microestruturais que, por sua vez, promovem mudanças nas propriedades físicas e mecânicas, tais como: resistência à tração e à corrosão, elasticidade e dureza, entre outras, permitindo que ao material desempenhar funções específicas.

4 Estes aços também seguem um sistema de classificação, destacando-se os sistemas SAE, AISI, ASTM e DIN. milena

5 Há vários aços alta liga, contudo em nossa disciplina vamos estudar 3 tipos de aços alta liga mais comuns: Aços Inoxidáveis Aços ferramenta Aços Manganês (Hadfield)

6 Aços Inoxidáveis O aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo, podendo conter também níquel, molibdênio e outros elementos, que apresentam propriedades físico-químicas superiores aos aços comuns, sendo a alta resistência à oxidação atmosférica a sua principal característica. Os aços inoxidáveis geralmente são classificados de acordo com a composição química mas também pela microestrutura apresentada.

7 Aços Inoxidáveis A classificação dos aços inoxidáveis, de acordo com a microestrutura, ocorre da seguinte forma: Aços Inoxidáveis ferríticos (fase presente: ferrita) Aços Inoxidáveis austeníticos (fase presente: austenita) Aços Inoxidáveis martensíticos (fase presente: martensita) Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação (fase presente: matriz martensítica ou austenítica + precipitação de intermetálicos de Al, Cu, Ti etc) Aços Inoxidáveis Duplex

8 Aços Inoxidáveis ferríticos – Características
Os aços ferríticos são de baixo custo. Possuem resistência à corrosão superior a do inox martensítico, mas inferior aos austeníticos mais comuns. Material não-temperável, magnético. Limitada resistência mecânica devido ao teor baixo de C. Usinabilidade um pouco inferior dos aços inoxidáveis martensíticos.

9 Aços Inoxidáveis ferríticos – Características
Boa resistência em meios ácidos minerais, ácidos orgânicos, soluções salinas frias e mornas. Corrosão atmosférica: boa resistência em ambiente rural e urbano, é menos indicado para meios marinhos e industriais. Água do mar: boa resistência. Alimentos: aços ferríticos são preferidos aos martensíticos quando não se necessita de alta dureza.

10 Aços Inoxidáveis ferríticos – composição química

11 r Aços Inoxidáveis Ferríticos – Propriedades mecânicas (na condição recozido) As soldas nesse aço são frágeis e de menor resistência à corrosão

12 Aços Inoxidáveis ferríticos – Aplicações gerais
Eletrodomésticos (fogões, geladeiras, etc) Utensílios domésticos (panelas, talheres, etc) Construção civil, chapas refletoras, etc.

13 Aços Inoxidáveis ferríticos – Aplicações gerais
Equipamentos para engenharia e indústria química. Para fins decorativos que necessitam de proteção à corrosão Placas sinalização, fachadas

14 Aços Inoxidáveis ferríticos – Aplicações gerais
Parafusos e porcas para meios agressivos. Tanques para estocagem na indústria química e de alimentos. Moedas

15 Aços Inoxidáveis ferríticos – Aplicações específicas

16 Aços Inoxidáveis ferríticos – Microestrutura típica
Ferrita Contorno de grão

17 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Características
Não-temperável e não magnético Possuem boa conformidade a frio e alta capacidade de endurecimento por deformação Quando deformados a frio, tornam-se parcialmente martensíticos e levemente magnéticos Excelente ductilidade, conformabilidade e tenacidade. Usinabilidade ruim. Em água doce, resistência a corrosão em qualquer temperatura. Água do mar: boa resistência a 20°C.

18 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Características
Alta resistência à corrosão atmosférica, exceto nos meios marinhos e industriais Alimentos: boa resistência para embalagens que entram em contato com leite a 20°C, sucos de frutas, óleos vegetais, café... Apresenta alta resistência em meios de ácido acético, sulfúrico 1%, pícrico, nítrico. Boa resistência em meios de ácido acético concentrado a 70°C, ácido cítrico, ácido fosfórico a 100°C, ácido sulfúrico 5% a 20°C.

19 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Composição química

20 r Aços Inoxidáveis Austeníticos – Propriedades mecânicas (na condição recozido)

21 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Composição química
O Mo é adicionado em alguns dos aços austeníticos para aumentar sua resistência aos mecanismos de corrosão localizados tais como corrosão galvânica e por pite ou alveolar.

22 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Aplicações gerais
É o aço inoxidável austenítico mais utilizado Parafusos, porcas, pinos, rebites, etc. Recipientes para alimentos e indústria farmacêutica. Utensílios domésticos Equipamentos para indústria química e petroquímica

23 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Aplicações gerais
Equipamentos para Frigoríficos Ganchos para açougue frigoríficos Balcões e mesas frigoríficas Trocadores de calor, armações metálicas, tubulações.

24 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Aplicações específicas

25 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Microestrutura típica
Inclusões – são defeitos no metal – não é uma fase Austenita Riscos – mau lixamento Reagente para ataque: Kalling

26 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Microestrutura típica
Inclusões Austenita Reagente para ataque: Kalling

27 Aços Inoxidáveis Austeníticos – Microestrutura típica
Austenita Reagente para ataque: Kalling

28 Como foi visto a microestrutura de um aço inoxidável ferrítico e austenítico são muito parecidas, desta forma para auxiliar na identificação da microestrutura usa-se um imã. Caso o imã não pegue a microestrutura é austenítica. Se o imã pegar a microestrutura é ferrítica.

29 Aços Inoxidáveis Martensíticos - Características
Devido a adição de carbono, podem ser endurecido e a resistência aumentada pelo tratamento térmico de têmpera e revenido, da mesma forma que os aços carbono. Aumentando o teor de carbono aumenta o potencial da resistência e dureza mas diminui a ductilidade e tenacidade. A dureza pode chegar a 60 HRC (654 HB). São magnéticos e possuem boa usinabilidade. Grande resistência ao desgaste.

30 Aços Inoxidáveis Martensíticos - Características
Resistência à corrosão: boa em temperatura ambiente em meios ácidos minerais, ácidos orgânicos, soluções salinas, bases (soda cáustica, amônia, NaOH), água, alimentos (sucos de frutas, vinagre), petróleo, óleos. Corrosão atmosférica: é adequada em locais pouco poluídos. Resistência à corrosão moderada em ligas de Cu em água do mar.

31 Aços Inoxidáveis Martensíticos – Composição química

32 r Aços Inoxidáveis Martensíticos – Propriedades mecânicas (na condição recozido)

33 Aços Inoxidáveis Martensíticos – Aplicações
Aplicações nas quais, além da elevada resistência à corrosão, seja necessária elevada resistência mecânica/dureza Instrumentos cirúrgicos como bisturi e pinças Facas de corte, tesoura, lâminas de barbear

34 Aços Inoxidáveis Martensíticos – Aplicações específicas

35 Aços Inoxidáveis Martensíticos – Microestrutura típica
Martensita

36 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação - Características
São ligas ferro-cromo (12 a 17 %) – níquel (4 a 8 %) – molibdênio (0 a 2 %) com matriz martensítica (de baixo carbono) endurecida pela precipitação de compostos intermetálicos formados pela adição de elementos (em teores menores) como Al, Cu, Ti e Nb, ou com matriz austenítica.

37 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação - Características
Possuem resistência à corrosão comparável à dos austeníticos e resistência mecânica comparável à dos martensíticos. alta resistência à corrosão, boa resistência à corrosão sob tensão e bom desempenho mecânico em temperaturas até aproximadamente 315°C Tem boa ductilidade e tenacidade, dependendo do tratamento térmico.

38 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação - Características
Sua resistência à corrosão é comparável ao aço austenítico 304. Podem ser soldados mais facilmente que os aços martensíticos comuns. Possibilidade de serem trabalhados antes do processo de endurecimento por envelhecimento, economizando ferramentas

39 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação – Microestrutura típica
Martensita revenida

40 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação – Composição química
Principais Tipos de Aços Inox Endurecíveis por Precipitação Composição química nominal: • Aço 15-5 PH: 0,07 % máx. C; 15 % Cr; 4,5 % Ni; 3,5 % Cu; 0,45 % máx. Nb+Ta. • Aço 17-4 PH: 0,07 % máx. C; 16,5 % Cr; 4% Ni; 4,0 % Cu; 0,45 % máx. Nb+Ta. • Aço 13-8 PH: 0,045 % máx. C; 13 % Cr; 8 % Ni; 2,5 % Cu; 1 % A

41 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação – Composição química

42 Aços Inoxidáveis endurecíveis por precipitação – Aplicações
Indústria aeronáutica Indústria de extração do petróleo e do gás. Indústria petroquímica Indústria química em geral. Indústria de papel e celulose.

43 Aços Inoxidáveis Duplex - Características
Os aços inoxidáveis dúplex tem uma estrutura mista de austenita e ferrita e como resultado tem características desses tipos básicos Maior resistência a corrosão sob tensão Elevadas propriedades mecânicas Alta ductilidade e soldabilidade

44 Aços Inoxidáveis Duplex – Composição química

45 Aços Inoxidáveis Duplex – Aplicações
Química: vasos de pressão, trocadores de calor, reatores, bombas, tanques de produtos químicos. De óleo e gás: resfriadores, blocos de pressão, bloco de válvulas. Nuclear: Sistemas de recirculação e refrigeração Papel e celulose: Digestores, pré-aquecedores, evaporadores, equipamentos de branqueamento contendo cloretos.

46 Aços Inoxidáveis Duplex – Aplicações
Petroquímica: reatores tubulares com revestimento de aço carbono, unidades de dessanilização e destilação, carcaças de bombas de dessulfuração, tubulação para meios contendo Cl e HCl.

47 Aços Inoxidáveis Duplex – Microestrutura típica
Reagente para ataque: Villela + Kalling

48 Projeto de equipamentos de aço inoxidável

49 Projeto de equipamentos de aço inoxidável

50 Projeto de equipamentos de aço inoxidável

51 Projeto de equipamentos de aço inoxidável
Em tubulações (a), a rápida redução do diâmetro de um tubo ou o ângulo de dobramento provocam turbulência, o que pode ocasionar um maior desgaste do material. Também em (a), a forma de transportar o fluido por um tubo até um tanque não é adequada porque ele chega diretamente em uma das paredes favorecendo a erosão. Nas mesmas situações, em (b), temos as formas mais corretas para evitar os problemas mencionados.

52 Para qualquer aço inoxidável é possível prever se solidificação será austenítica ou ferrítica através da composição química, mais especificamente por meio do Creq (cromo equivalente) e do Nieq (níquel equivalente), onde: Creq : %Cr + 1,37x%Mo + 1,5%xSi + 2,0%xNb + 3,0%xTi Nieq : %Ni + 0,31x%Mn + 22,0x%C + 14,2x%N + %Cu Para ocorrer solidificação austenítica Creq / Nieq < 1,35 Para ocorrer a solidificação austenítica e ferrítica 1,35 ≤ Creq/Nieq ≥ 1,9 Para ocorrer solidificação ferrítica Creq / Nieq > 1,9

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54 2. Aços 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.

55 2. Aços ferramenta Propriedades requeridas para os aços ferramentas:
Dureza à Temperatura Ambiente Resistência ao Desgaste Tenacidade Resistência Mecânica Temperabilidade Dureza a Quente Usinabilidade Resistência ao Revenido

56 2. Aços ferramenta - Classificação pelo tipo de aplicação

57 2. Aços ferramenta - Composição química
615 – 722HB 2. Aços ferramenta - Composição química 595 – 688HB

58 2. Aços ferramenta - Aplicações

59 3. Aço Manganês É um aço com microestrutura austenítica que endurece quando é usado (endurece em serviço) Não é magnético, mas com o uso começa a pegar imã levemente Dureza 180 – 240HB

60 3. Aço Manganês – Classificação e composição química Segundo a ASTM A 128M

61 3. Aço Manganês – Microestrutura típica
Austenita Reagente para ataque: Villela

62 3. Aço Manganês – Aplicações
Martelos para moinhos “Unhas” de retroescavadeiras

63 3. Aço Manganês – Aplicações
Mandíbulas para a indústria de mineração

64 3. Aço Manganês – Aplicações
Britadores para indústria de mineração

65 Desafio Pesquisar 03 tipos de aços com suas respectivas classificações e indicar possíveis utilizações na construção de elementos de máquinas ou outros dispositivos.