[Apostila] Tecnologia Mecânica 1 - SENAI

7/31/2019 [Apostila] Tecnologia Mecnica 1 - SENAI

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TECNOLOG

MECNICA


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SENAI - PR, 2001

CDIGO DE CATLOGO : 0014XA0100799a

Trabalho elaborado pela Diretoria de Educao e Tecnologiado Departamento Regional do SENAI - PR , atravs doLABTEC - Laboratrio de Tecnologia Educacional.

Coordenao geral Marco Antonio Areias SeccoElaborao tcnica Luiz Marcelo dos Santos

Equipe de editorao

Coordenao Lucio SuckowDiagramao Maria Angela Moscato

Ilustrao Maria Angela MoscatoReviso tcnica Luiz Marcelo dos Santos .

Capa Ricardo Mueller de Oliveira

Referncia Bibliogrfica.NIT - Ncleo de Informao TecnolgicaSENAI - DET - DR/PR

S474t SENAI - PR. DETTecnologia Mecnica 1

Curitiba, 2001, 87 p

CDU - 62

Direitos reservados ao

SENAI Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional do ParanAvenida Cndido de Abreu, 200 - Centro Cvico

Telefone: (41) 350-7000Telefax: (41) 350-7101E-mail: [email protected] 80530-902 Curitiba - PR


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SIDERURGIA ........................................................................................................................... 5FERROS FUNDIDOS ........................................................................................................... 19CONFORMAO MECNICA ............................................................................................. 33LAMINAO .......................................................................................................................... 37FORJAMENTO ...................................................................................................................... 45ESTAMPAGEM ...................................................................................................................... 61

CUNHAGEM........................................................................................................................... 65REPUXAMENTO ................................................................................................................... 71CORROSO DOS METAIS ................................................................................................. 73BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 87

SUMRIO


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SIDERURGIA

Matrias-Primas na Indstria Siderrgica

Dada a importncia do ferro na Idade Moderna, asiderurgia deve ser considerada como um setor bsico eprioritrio para o desenvolvimento industrial e econmico.

O ferro um metal cuja utilizao pelo homem muitoantiga. As civilizaes antigas da Assria, Babilnia, Egito, Prsia,China, ndia e, mais tarde, da Grcia e de Roma, j fabricavam,por processos primitivos, armas e inmeros utenslios de ferro eao. Do mesmo modo, muitos utenslios de ferro foramencontrados em stios ocupados por povos pr-histricos.

A indstria siderrgica abrange todas as etapas

necessrias para, a partir das matrias-primas, produzir-seferro e ao. O processo clssico e mais usado para a reduodo minrio de ferro o do alto-forno, cujo produto consistenuma liga ferro-carbono de alto teor de carbono, denominadoferro-gusa, o qual, ainda no estado lquido, encaminhado aciaria, onde, em fornos adequados, transformado em ao.

Este vazado na forma de lingotes, os quais por suavez, so submetidos transformao mecnica, por intermdiode laminadores, resultando blocos, tarugos e placas.Estes, finalmente ainda por intermdio de laminadores, sotransformados em formas estruturais como ts, duplos ts,cantoneiras, etc., e em outros produtos siderrgicosimportantes, tais como trilhos, tubos, chapas, barras, etc.

A figura a seguir representa, esquematicamente, as

principais etapas para a fabricao de determinados produtosde ao, pelo processo do alto-forno, a partir do minrio de ferro.


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Alto-Forno

So aparelhos que funcionam continuamente, nos quaisocorre um movimento duplo:

Marcha ascendente dos gases, por oposio marchadescendente dos slidos:

1) O movimento de descida dos slidos constitudopelas cargas introduzidas pela boca.

As cargas so constitudas por:

a) Minrio em estado de xido, britado e aglomerado.b) Coque metalrgico que deve ter uma boa resistncia

ao recalque e uma excelente porosidade para deixarpassar a corrente gasosa.

c) Fundente que um aditivo permitindo a separaodo metal da ganga, a uma temperatura relativamentebaixa. A natureza do fundente depende assim danatureza da ganga. Castinas sendo a ganga

aluminosa. Argila sendo a ganga calcria.

2) O movimento de subida dos gases, dos alcaraviz boca.

Estes dois movimentos formam as zonas seguintes: A dessecao, entre 300 a 350 C. perodo durante

o qual o vapor de gua contido nos elementos dascargas se evapora. uma desidratao. A reduo entre 350 e 750 C do minrio (xido de

ferro) obtida no pelo carvo, mas sim pelo xido decarbono.

Com o contato do minrio com o carvo obter-se-iaum rendimento muito inferior, o contato de minrio com umgs bem melhor.


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O xido de ferro perde o oxignio: A carburao, entre 750 e 1150 C. Se a temperatura

no interior do alto-forno for elevada, o ferro puro, masgusa, produto contendo de 2,5 a 5% de carbono eoutros elementos em pequena quantidade(mangans, fsforo, silcio).

A fuso, entre 1150 a 1800 C. Passagem do ferrocarburado (gusa) do estado slido ao estado lquido.

A liquefao. A temperatura de cerca de 1600 C.O metal lquido (gusa) funde o fundo do cadinho;sobre o metal flutua a escria, fazendo-se aseparao por diferena de densidade.

A escria constitui uma tela de proteo ao ar dos bocais,impedindo a gusa de se oxidar.

Os altos-fornos modernos so aparelhos com trintametros de altura, constitudos principalmente por dois conestruncados unidos pela base:

1) O tronco inferior ou talages prolonga-se por uma

parte cilndrica de 8 m ou mais de dimetro, chamadocadinho no qual se acumulam os produtos obtidos:a gusa e a escria. Pelos alcaraviz, tubos cnicoscolocados no alto do cadinho, insufla-se umenorme volume de ar quente (800 a 1200 C)destinado a provocar a combusto do coque.

2) O tronco superior ou cuba termina num orifciochamado guela. pela guela, orifcio defechamento duplo, que so introduzidas emcamadas alternadas as matrias-primas, as cargas,que so transportadas em caambas por um monta-cargas vertical ou uma espcie de funicular, acaamba de carregamento. A utilizao das correiastransportadoras cada vez mais freqente.


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Logo que o cadinho enche e que as escrias soretiradas, procede-se ao vazamento da gusa:

Abre-se o orifcio de corrida.

Como o alto-forno funciona de maneira contnua,procede-se a vrios escoamentos por dia.

Pode-se obter assim mais de 2000 toneladas de gusaem 24 horas destinadas :

fundio dos lingotes destinados a serem utilizadosnas aciarias de segunda fuso.

execuo de grandes peas por vazamento diretonos moldes.

fabricao de ao . A gusa ento vazada paragrandes recipientes chamados misturadores. Estesaparelhos, que comportam um dispositivo deaquecimento a gs, visam trs objetivos:

1) Permitir uma regularizao da qualidade de gusa,visto que recebem vrios vazamentos sucessivos.

2) Desempenhar a funo de reguladores de produo.

3) Enfim, por sua estocagem durante vrias horas,permitir que a gusa assim estocada, sofra umaverdadeira refinao que melhore as suas qualidades.


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Matrias-primas para obter ferro gusa

Como matrias-primas para obter ferro gusa seempregam minerais de ferro, combustveis e fundentes.

a) Minrios de FerroOs minrios de ferro so compostos naturais que contm

xido de ferro e a chamada ganga. A ganga se compebasicamente de slica (SiO2), alumina (Al2O3), xido de clcio(CaO) e xido de magnsio (MgO).

A utilidade do minrio de ferro para a fuso se determinapelo contedo de ferro, pela composio da ganga e pela

presena de impurezas prejudiciais, como o enxofre, o fsforo,o arsnico e outras.

Entre os minrios de ferro industriais temos:

Amagnetita (ou im natural) contm ferro em forma dexido ferroso, frrico (Fe3O4). O contedo de ferro nestesminrios oscila, na prtica, entre 45 e 70%. O minrio tem

propriedades magnticas, grande densidade e cor negra;

A hematita o xido de ferro desidratado (Fe2O3). Esteminrio contm de 50 a 60% de ferro e de cor avermelhado-anegrada. Recupera-se com maior facilidade do que o im natural(magnetita); o Brasil possui grandes reservas deste mineral;

A limonita o xido de ferro hidratado (2Fe2O3 . 3H2O).O minrio contm de 20 a 60% de ferro e tem a cor parda comdiferentes matizes. Recupera-se bem, o que torna econmicaa obteno de ferro fundido, inclusive com minerais pobres;

A siderita (ferro esptico) a combinao do cidocarbnico com o ferro (FeCO3) (carbonato de ferro). Ocontedo de ferro neste mineral oscila, na prtica, entre 30 e42%. O minrio tem uma cor gris com matizes de amarelo. Asiderita se recupera muito bem.


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Preparo e enriquecimento do minrios operaes de preparo e enriquecimento do minrio

pertencem: a triturao, a classificao, a calcinao, alavagem, a separao eletromagntica e a ustulao. Oprocesso de fuso nos altos-fornos, o gasto de combustvel ea qualidade do ferro fundido que se obtm dependem daqualidade de preparo do minrio.

A triturao se realiza em moinhos de mandbulas ou decone; o minrio triturado se classifica em crivos ou peneirasde estrutura especial; separam-se os pedaos grandes dosfinos, que posteriormente se submetem a ustulao.

Os pedaos de tamanho grande, de 30 a 100 mm,classificam-se em grupos e se enviam para a fuso. Para fazerminrio poroso de fcil recuperao e livre de impurezasprejudiciais, submetem-se calcinao em fornos especiais. Osminrios que tm muita argila, areia, terra argilosa etc., solavados com gua. Durante a lavagem, a ganga se separa pormeio de um jato forte de gua. Os minrios que possuempropriedades magnticas so classificados em instalaes

especiais, onde ims eltricos separam as partculas do minriode ferro, rejeitando a ganga no-magntica. Os pedacinhos deminrio e cisco de coque so submetidos ustulao com o fitode obter pedaos maiores. O equipamento para ustular constade uma transportadora, composta de carros que se movem numcircuito fechado. A mistura umedecida do minrio e do combustvelesmiuado carregada sobre as grelhas dos carros, formandouma camada de 250 mm; o combustvel se inflama por meio deum queimador e se faz passar ar de cima para baixo. Ao queimar-se o combustvel, a temperatura se eleva a 1200 - 1300 C, como que os pequenos pedaos do minrio se aglomeram empedaos porosos (aglomerado), adequados para a fuso nosaltos-fornos.

Atualmente se comeou a empregar a ustulao da misturade minrio, combustvel e fundente (principal) com o objetivo de obterum aglomerado enriquecido em fundentes. Esta medida aumentaconsideravelmente a capacidade de produo dos altos-fornos ediminui o gasto de combustvel na obteno de ferro fundido.


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b) CombustvelO combustvel uma matria orgnica composta de uma

parte inflamvel e outra no-inflamvel (lastro). As partesinflamveis so o carbono e o hidrognio; ao lastro pertencem agua, a cinza e o enxofre.

Ocoque o combustvel fundamental para a fuso nos altos-fornos. Obtm-se por meio da destilao seca do carvo-de-pedra.A produo do coque se realiza em fornos especiais temperaturade 1000 a 1100 C. O coque de boa qualidade tem uma cor cinza-clara um tanto prateada, no mancha as mos, bastante poroso etem gretas em sua superfcie. O coque de Donetsk contm de 85 a87% de carbono, de 1,5 a 2% de enxofre, de 5 a 9% de umidade e de

10 a 13% de cinza. O poder calorfico do coque de 7000 a 8000kcal/kg. A resistncia ao esmagamento alcana 140 kg/cm2. O coquede boa qualidade deve ter uma pequena porcentagem de cinza e deumidade, assim como um pequeno contedo especfico de enxofre.As vantagens do coque so: alto poder calorfico, porosidade,resistncia considervel ao esmagamento e desgaste, e baixo custo.Para a produo nos altos-fornos o coque fornecido em pedaosde 30 a 80 mm de tamanho.

O carvo vegetal se obtm por meio da destilao seca damadeira em fornos especiais. O carvo vegetal de alta qualidade temcor negra com matiz brilhante. Sua composio de 80-90% de C;10-12% de (H+O+N) e 0,6-1% de cinza. Seu poder calorfico da6500 a 8000 kcal/kg. A ausncia de enxofre e a baixa porcentagemde cinza so as principais vantagens do carvo vegetal; suadesvantagem a baixa resistncia (cerca de 20 kg/cm2) e o altocusto. O carvo vegetal utilizado somente para obter ferro fundidode alta qualidade.

c) Os fundentesSo substncias minerais que se introduzem no alto-forno,

onde, ao fundir-se com as gangas dos minrios e com a cinza docombustvel, produzem escrias facilmente fusveis. Quando osminrios contm impurezas de areia e argila, utiliza-se como fundentea calia; quando a composio da ganga calcria, podem empregar-se como fundentes substncias que contenham slica, quartzo, arenitoe quartzito. Antes da fuso os fundentes so triturados em pedaosde 30 a 80 mm.


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Processo do alto-forno

No funcionamento do alto-forno tm lugar dois fluxoscontnuos de contracorrente: de cima para baixo descem ominrio de ferro, coque, fundentes, e de baixo para cima semovem os produtos de combusto do coque e o ar quente. Aodescer, o coque se aquece pelos gases quentes que sobem,e ao pr-se em contato com o ar da parte inferior do forno sequeima de acordo com a reao: C + O2 = CO2 + 97650 cal.

Quando arde o coque, a temperatura se eleva at 16000-17500 C. O dixido de carbono que se forma entra em reaocom novas camadas do coque aquecido ao rubro, reduzindo-

se a monxido de carbono segundo a reao CO2 + C = 2CO 37710 cal.

A mistura gasosa aquecida, composta de monxido decarbono, dixido de carbono e nitrognio do ar, sobe, e entrandoem contato com os materiais de carga que descem os aqueceininterruptamente criando em diferentes partes do forno aszonas de temperatura correspondentes. Na zona de tragante

e na parte superior da cuba o minrio introduzido seca-se,aparecendo nele gretas. Na parte mdia e inferior, stemperaturas de 4000 9000 C, o monxido de carbono,atuando sobre o minrio, contribui para a reduo gradual doferro segundo as reaes.

2Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + 8870 cal;2Fe3O4 + 2CO = 6FeO + 2CO2 9980 cal;6FeO + 6CO = 6Fe + 6CO

2+ 19500 cal.

Como redutor do ferro atua tambm o carbono slidoque se forma como resultado da decomposio do COsegundo a reao:

2CO = C + CO2

A reduo do ferro pelo carbono se realiza segundo aseguinte reao:

FeO + C = Fe + CO 34460 cal


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Os gros reduzidos de ferro comeam a soldar-se,criando pedacinhos de ferro esponjoso. Na zona do bojo comtemperaturas aproximadas de 1100 a 1200 C se reduzem omangans, silcio e fsforo que se dissolvem no ferro.Paralelamente se verifica a saturao do ferro com o carbonoformando-se carboneto de ferro segundo a reao:

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2

O carboneto de ferro formado, assim como o carbono slidose dissolvem no ferro esponjoso, que medida que se satura,converte-se em ferro fundido. No ferro tambm se dissolvem ascombinaes sulfricas do minrio e do coque. A dissoluo do

carbono, silcio, mangans, fsforo e enxofre no ferro se chama ferrofundido. Na zona do bojo aparecem gotas de ferro fundido que caemgradualmente no crisol. Como j se indicou acima, o minrio contmganga. Esta bastante refratria, isto , funde a uma temperaturamuito alta. Para rebaixar a temperatura de fuso da ganga, introduz-se calia na carga. A calia, pondo-se em interao (fundindo-se),forma escrias com a ganga. Nas escrias se dissolve uma partedas impurezas prejudiciais (sulfricas, fosfricas) e a cinza. As

escrias mais bsicas contribuem para eliminao considervel doenxofre no ferro fundido. As escrias, assim como o ferro fundido,caem em forma de gotas na parte inferior do alto-forno. Contudo, asescrias tm peso especfico menor em comparao com o ferrofundido e, por isso, sobem em estado lquido superfcie do ferrofundido lquido. O ferro fundido sai do alto-forno atravs da abertura 8e as escrias, pela biqueira 9.

Descarregam-se as escrias aproximadamente de hora emhora. As escrias descarregadas se transportam em vagonetasespeciais ao lugar onde se transformaro posteriormente. O ferrofundido sangrado umas 6 vezes ao dia. Para sangrar o ferro fundidointerrompe-se o fornecimento do ar e se abre a abertura. O ferroderretido sai do forno por canais e se verte em grandes colheresrevestidas (recipientes do metal) que tambm se chamam mixer,por meio das quais o ferro fundido transportado ao lugar de seuemprego. Uma parte considervel do ferro fundido fornecido emestado lquido s oficinas de fundio de ao e o restante se despejaem mquinas especiais para obter blocos.


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Fabricao do Ao

IntroduoSendo o ferro gusa uma liga ferro-carbono em que o

carbono e as impurezas normais (Si, Mn, P e S, principalmente

as duas primeiras) se encontram em teores elevados, a suatransformao em ao, que uma liga de mais baixos teoresde C, Si, Mn, P e S, corresponde a um processo deoxidao ,por intermdio do qual a porcentagem daqueles elementos reduzida at aos valores desejados.

Em conseqncia, na transformao do ferro gusa emao, utilizam-se agentes oxidantes, os quais podem ser de

natureza gasosa, como ar e oxignio, ou de natureza slida,como minrios na forma de xidos.Assim sendo, os processo para produo de ao podem

ser classificados de acordo com o agente utilizado:

processos pneumticos, onde o agente oxidante arou oxignio;

processos Siemens-Martin, eltrico, duplex, etc., emque os agentes oxidantes so substncias slidascontendo xidos.

Processos PneumticosOs vrios tipos esto representados na figura abaixo.

Como se verifica, o princpio bsico de qualquer dos processospneumticos introduzir ar ou oxignio, pelo fundo,lateralmente ou pelo topo, por intermdio de uma lana.

O processo pneumtico tradicional o que utiliza oconversor Bessemer , cujo nome devido ao seu inventor, em1847, na Inglaterra.


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A figura acima mostra, esquematicamente, oconversor Bessemer , cujas caractersticas principais so as seguintes:

carcaa de ao cilndrica, com formato de uma pera;o aparelho suspenso por um eixo apoiado em doismunhes que permitem a rotao do forno, nos doissentidos para carregamento ou vazamento como aparte inferior da figura mostra. O fundo do conversor destacvel e contm as ventaneiras, por onde o arsob presso soprado; as ventaneiras soconstrudas de material refratrio slico-aluminoso;

o forno internamente revestido com materialrefratrio silicoso, de natureza cida;

o ar soprado pelo fundo, atravessando a camadade gusa lquido, proveniente do alto-forno, a qual ocupaum volume correspondente a uma espessura atcerca de 1 m;

sendo as reaes de oxidao dos elementoscontidos no ferro gusa lquido fortemente exotrmicas,principalmente a do silcio, no h necessidade deaquecimento da carga metlica do conversor,

eliminando-se, assim, a utilizao de qualquercombustvel.

A capacidade da maioria dos conversores Bessemer situa-seentre 25 a 30 t.

Conversor de Sopro LateralTrata-se de conversores de pequena capacidade,

geralmente at 2,5 t. Seu revestimento silicoso, portanto denatureza cida. Um dos tipos conhecido como conversorTropenas. O ar introduzido lateralmente, acima da superfciedo banho metlico.


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Conversor de Sopro pelo TopoO processo mais famoso o L-D (Linz-Donawitz),

tambm conhecido como processo BOP. Neste processo,introduz-se, por intermdio de uma lana metlica resfriada agua, oxignio de pureza varivel entre 95 e 99,5%.

Os conversores modernos so construdos comcapacidades superiores s dos Bessemer ou Thomas,freqentemente acima de 100 t de carga. A ponta de lanaintroduzida no interior do forno fica a uma distncia da superfciedo banho lquido que varia de 0,30 a 1,00 m.

Como de certo modo bvio, as temperaturas de reaonos conversores a oxignio so bem mais elevadas que nosoutros conversores, devido ao impacto do jato de oxignio queprovoca reao violenta e imediata, fazendo com que astemperaturas locais sejam da ordem de 2500 a 3000 C. Asdiferenas de temperatura provocam enrgica movimentaodo banho, o que facilita e acelera as reaes de oxidaoatravs de todo o gusa lquido.


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FERROS FUNDIDOS

Ferro Fundido Cinzento (GG)

Neste tipo de ferro fundido, o carbono se apresenta naforma de veios de grafite (figura abaixo). Esses veios de grafite(lamelas) so formados devido a um resfriamento lento nomomento da fundio e/ou devido composio qumica domaterial (alto teor de silcio).

O ferro fundido O ferro fundido cinzento ou lamelar (GGou GGL) , comercialmente, barato e tem as seguintescaractersticas quanto ao processo de fabricao:

funde-se com facilidade contrai-se pouco ao esfriar tem pouca tendncia a formar vazios internos apresenta boa usinabilidade.

O ferro fundido cinzento apresenta tambm as seguintespropriedades mecnicas:

fragilidade (resiste pouco s solicitaes por choque) resistncia baixa a trao (causada pelos veios de grafite) boa capacidade de deslizamento (melhor que a do ao) resistncia a compresso elevada grande poder de amortecimento interno de vibraes

mecnicas.


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A resistncia a compresso e o poder de amortecimentode vibraes tornam o ferro fundido cinzento ideal paraconfeces de carcaas de motores e corpos de mquinas.

Ferro Fundido Nodular (GGG)

Se se adicionam, na hora do vazamento do ferro fundidona panela, ligas de magnsio (nquel-magnsio ou ferro-silcio-magnsio), o grafite no se agregar sob a forma de lamelase sim sob a forma de glbulos. Por essa razo esse ferrofundido chamado globular ou nodular (figura a seguir).

O grafite estando na forma globular proporciona ao ferrofundido maior resistncia a trao, flexo e alongamento.

Outra caracterstica do ferro fundido nodular que eleresiste bem a agentes qumicos e ao calor, Por isso muitousado em tubos e fornos de indstrias qumicas, em mquinasagrcolas, na construo de tratores e automveis, naconstruo de bombas e turbinas.

Ferro Fundido ou Duro (GH)

Nesse tipo de ferro fundido, o carbono est semprecombinado com o ferro, formando um componente duro naestrutura a cementita (Fe3C).

A cementita formada devido a um resfriamento rpido doferro fundido e devido influncia de elementos qumicos: umteor de silcio baixo e de mangans elevado.


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Pela escolha adequada da composio qumica do ferrofundido e pelo controle da velocidade de resfriamento do metalno molde, possvel fazer uma pea onde a superfcie seja deferro fundido duro e o ncleo de ferro fundido cinzento.

Essas caractersticas so interessantes para alguns tipos depeas como, por exemplo, a roda de trem que deve ter resistncia aodesgaste e, ao mesmo tempo, resistncia a impactos.

Ferro Fundido Malevel (GT)

O ferro fundido malevel obtido a partir do ferro fundidobranco que submetido maleabilizao (tratamento trmicoposterior fundio) tornando-se, assim, bem tenaz, algodeformvel e facilmente usinvel.

Distingue-se dois tipos de ferro fundido malevel: ferro fundido malevel branco ferro fundido malevel preto


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Ferro Fundido Malevel Branco (GTW)

prprio para a fabricao de peas pequenas, de pequenaespessura de parede. Essas peas so fundidas em ferro fundidobranco e depois, por um longo tratamento trmico de descarbonetao,reduz-se o teor de carbono da superfcie da pea de 2 a 4% para 1 a1,5% (com isso conseguimos um material menos frgil).

O tratamento de descarbonetao consiste em colocar aspeas fundidas em ferro fundido branco em caixas contendo xidosde ferro finamente granulado. Depois, colocamos essas caixas emfornos a temperatura de 900 a 1050 C durante dois a cinco dias. Ousegundo procedimentos mais modernos, a pea aquecida em

fornos eltricos ou a gs com uma atmosfera oxidante.

Atravs do aquecimento, o xido de ferro se decompe,liberando o oxignio que ir reagir com o carbono contido na pea.Com isso se reduz o teor de carbono na superfcie da pea de 2,5 a3,5% para 0,5 a 1,8%. A profundidade de descarbonetao limitada e por isso se emprega esse tratamento em peas deparedes delgadas de at 12 mm.

Ferro Fundido Malevel Preto (GTS)

Para a obteno de ferro fundido malevel preto, faz-se umtratamento trmico de recozimento no ferro fundido branco (800 a900C durante vrios dias) em uma atmosfera neutra, por exemplo,envolvendo a pea em areia (figura abaixo).


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Nesse caso, a cementita de ferro fundido branco sedecompe em grafite em forma de ndulos e ferrita. Esse tipode tratamento no depende da espessura da parede da pea.

Observao: Na figura a seguir, observamos um resumode como so obtidos os vrios tipos de ferros fundidos.

O Processo de Fundio

Para fundir uma pea, confecciona-se primeiro ummodelo em madeira, ao, alumnio ou plstico, de acordo comos planos tcnicos.

Esse modelo deve ser um pouco maior do que a pea,devido contrao do metal ao se solidificar e esfriar conformetabela a seguir:


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As figuras abaixo, mostram a seqncia de fundio deuma pea.

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importante notar que as propriedades mecnicas daspeas fundidas variam dentro de uma mesma pea em funoda espessura da parede, da forma da seco, da maior oumenor velocidade de resfriamento em cada ponto.

As figuras a seguir mostram os defeitos mais comunsque aparecem nas peas fundidas.

Incluses de escriasEscrias e xidos metlicos que se misturam no metal

durante o vazamento.

Poros

O material fundido no se solidifica uniformemente. Asolidificao se produz de fora para dentro. Nos lugares maisgrossos da pea, formam-se vazios que so denominadosporos ou cavidades.

Para evitar esse problema, conveniente que as peasfundidas no tenham uma variao brusca de espessura dasparedes, ou que se acrescentem partes na pea que sesolidifiquem por ltimo e que iro conter os poros, bolhas eincluses. Essas partes so chamadas de massalote e seroeliminadas depois.


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TrincasA variao de seco provoca tambm diferentes velocidades

de resfriamentos o que pode ocasionar diferentes estruturas e tensesinternas na pea, provocando trincas. Para uniformizar a velocidadede resfriamento, podem-se alojar no molde placas de resfriamento.

BolhasA umidade da areia do molde se decompe em

hidrognio e oxignio com a temperatura de vazamento dometal e esses gases penetram na estrutura do material.

Desigualdade na espessura das paredes provocada pelo deslocamento do macho durante o

vazamento.

Paredes mais grossas e irregularesSo provocadas pela compactao insuficiente da areia,

que se desprende com a presso do material durante a fundio.


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Como descobrir defeitos de fundioAntes da usinagem, interessante examinar as peas

fundidas com a ajuda de raios X ou e ultra-som para detectardefeitos (bolhas ou incluses internas). Caso contrrio essesdefeitos s sero percebidos durante a usinagem o queacarretar uma perda de tempo e elevao dos custos.

Classificao e Nomenclatura dos Ferros Fundidos

As normas especificam os ferros fundidos com letras enmeros onde cada um possui um significado. Nos exemplosao seguir, temos especificaes segundo a norma DIN e ABNT.

DIN GG 40Resistncia a trao 400 N/mm2

Ferro fundido cinzento

GGG 60Resistncia a trao 600 N/mm2

Ferro fundido nodular

ABNT FC 40Resistncia a trao 400 N/mm2

Ferro fundido cinzento

Caractersticas segundo DINSmbolo GG Densidade: 7,25 kg/cm2

Ponto de fuso: 1150 1250CTemperatura de fundio: 1350CResistncia a trao: 10 40 kp/mm2

Alongamento: insignificanteContrao: 1%Composio: 2,6 3,6%C1,8 2,5% Si0,4 1,0% Mn0,2 0,9% P0,08 0,12% S


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Classificao do ferro fundido cinzentoO ferro fundido classificado por suas classes de

qualidade. Essas classes so especificadas por vriossistemas de normas tais como: DIN, ASTM, etc, Por exemplo,a ABNT especifica as classificaes da seguinte forma:

As classes FC10 e FC15 possuem excelentesfusibilidade e usinabilidade e so indicadas,principalmente a FC15, para bases de mquinase carcaas metlicas.

As classes FC20 e FC25 aplicam-se emelementos estruturais de mquinas, barramentos,cabeotes, mesas, etc.

As classes FC30 e FC35 possuem maiordureza e resistncia mecnica e aplicam-se emengrenagens, buchas, blocos de motor, etc.

A classe FC40 de maior resistncia que as outraspossui elementos de liga, como cromo, nquel emolibdnio, sendo empregada em peas deespessuras mdias e grandes.

Classes de Ferros Fundidos Cinzentos segundo ABNT

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A ASTM agrupa os ferros fundidos cinzentos em seteclasses. Os nmeros das classes ASTM representam valoresde resistncia a trao em lb/pol, os valores mtricos para olimite de resistncia trao so aproximadamente:

Classificao de Ferro Fundido Nodular segundo

ABNT especificao P-EB-585

* Classe com requisito de resistncia a choque

Aplicao dos Ferros Fundidos cinzentos, segundoas classes ASTM

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continuao...

Especificaes ASTM de Ferro Fundido Nodular

Os nmeros indicativos das classes referem-se aos valores:

Do limite de resistncia a trao (em milhares de libraspor polegada quadrada);

Do limite de escoamento (em milhares de libras porpolegada quadrada);

Do alongamento em porcentagem de um corpo de prova de 2.

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Denominao de Ferro Fundido segundo NormaDIN 17006

GG - ferro fundido cinzentoExemplo:

GG-18 Ferro fundido cinzento com resistncia atrao de 180 N/mm2

GGK Ferro fundido cinzento em coquilhaGGZ Ferro fundido cinzento centrifugado

GH - ferro fundido duro

Exemplo:

GH-25 Ferro fundido com uma camada de ferrofundido branco de 25mm e o ncleo comferro fundido cinzento.

GH-95 Dureza shore de 95

Observao: numerao at 50 especifica a profundidade

da camada dura em milmetros. Numerao acima de 50especifica a dureza shore.

GT - ferro fundido malevelExemplo:

GTW-35 ferro fundido malevel branco com resistnciaa trao de 340 N/mm2

GTS-35 Ferro fundido malevel preto com resistnciaa trao de 330 N/mm2


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* O alongamento de 0,2% de comprimento inicial I 0 o

usado para o limite de elasticidade de materiais no dcteis.


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CONFORMAO MECNICA

A importncia dos metais na tecnologia moderna deve-se,em grande parte, facilidade com que podem ser conformadosem formas teis, tais como tubos, barras e chapas finas. Estasformas teis podem ser obtidas de duas maneiras:

a) Por processo de deformao plstica , atravs dosquais o volume e a massa do metal so conservados.

b) Por processos de remoo metlica ou usinagem ,atravs dos quais retira-se algum material para quese obtenha a forma desejada.

O controle das propriedades mecnicas dos materiais porprocessos de conformao mecnica possui importncia idntica criao de formas teis atravs destas tcnicas. Por exemplo, bolhase porosidades presentes em lingotes fundidos podem ser eliminadasatravs de forjamento ou laminao a quente, o que proporciona umamelhoria na ductilidade e na tenacidade fratura. Em diversos produtos

as propriedades mecnicas dependem do controle do encruamentodurante o processamento, enquanto em outros casos necessriomanter controle preciso de deformao, temperatura e taxa dedeformao durante a operao para desenvolver caractersticastimas de estrutura e propriedades.

Quanto fora Aplicada

Tm-se desenvolvido centenas de processos para asaplicaes especficas da conformao mecnica. Tais processos,entretanto, podem ser classificados em apenas algumas categorias,que se baseiam nos tipos de foras aplicadas ao material medidaque este trabalhado forma desejada. Estas categorias so:

a) Processos do tipo compresso diretab) Processos de compresso indireta

c) Processos do tipo trativod) Processos de dobramentoe) Processos de cisalhamento


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Nos processos do tipo compresso direta a fora aplicada superfcie do material e este escoaperpendicularmente direo de compresso. O forjamentoe a laminao so os principais exemplos deste tipo deprocesso. A trefilao de fios e tubos, a extruso e oembutimento profundo representam processos decom[presso indireta.

O tracionamento de chapas serve de exemplo doprocesso de conformao mecnica tipo trao; nele, umachapa metlica envolvida em torno do contorno de umamatriz, pela aplicao de esforos de trao. Odobramento envolve a aplicao de momentos de

dobramento na chapa e ocisalhamento envolve a aplicaode esforos de cisalhamento que levam ruptura ou cortedo metal.

Quanto ao Produto Final

Os processos de trabalho plstico projetados para

reduzir lingotes e tarugos a um produto laminado de formasimples, tal como chapas finas, chapas grossas e barras, sodenominadosprocessos primrios de trabalho mecnico .Os mtodos de conformao utilizados para produzir formasacabadas so denominados processos secundrios detrabalho mecnico . A maioria das operaes de conformaode chapas metlicas finas, trefilao de arames e tubos soprocessos secundrios. A terminologia nesta rea, entretanto,no muito precisa. Freqentemente, referimo-nos primeiracategoria comooperaes de processamento e segundacomo fabricao .

Quanto Temperatura

Antes da deformao o material aquecido ou no.Nos dois casos as propriedades de resistncia podem-semodificar. Distinguem-se:


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A conformao a frio via de regra executada atemperatura ambiente e exige maiores foras de conformao,comparada conformao a quente. O endurecimento domaterial, nos graus de deformao maiores, pode levar formao de trincas. Em tais casos as peas so moldadasem diversas operaes e os endurecimentos das formasintermedirias so eliminados por aquecimentos intermedirios.

Para conformao a quente a pea aquecida a umatemperatura determinada. A diminuio de rigidez da estruturado metal produz uma reduo da resistncia a deformao ecom isso um aumento da plasticidade. O endurecimento domaterial resultante eliminado durante o processo de

conformao pelo calor.

Pode-se resumir as vantagens e desvantagens dos doisprocessos de trabalho mecnico da seguinte maneira:

O trabalho a quente permite o emprego de menor esforomecnico e, para a mesma quantidade de deformao,as mquinas necessrias so de menor capacidade que

no trabalho a frio. A estrutura do metal refinada pelo trabalho a quente,

de modo que sua tenacidade melhora; o trabalhomecnico a frio deforma a estrutura, em maior ou menorprofundidade, conforme a extenso do trabalho e, emconseqncia, pode alterar sensivelmente aspropriedades mecnicas; resistncia e durezaaumentam; ductilidade diminui. Tais alteraes podemser teis em certas aplicaes ou devem ser eliminadaspor recozimento.

O trabalho a quente melhora a tenacidade, porque, almde refinar a estrutura, elimina a porosidade e segregaas impurezas; escria e outras incluses socomprimidas na forma de fibras, com orientaodefinida, o que torna o metal mais resistente numadeterminada direo.

O trabalho a quente deforma mais profundamente queo trabalho a frio, devido continuada recristalizaoque ocorre durante o processo.


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O trabalho a quente, entretanto, exige ferramental(cilindros, matrizes, dispositivos de adaptao etc.) dematerial de boa resistncia ao calor, o que pode efetuaro custo da operao.

Outra desvantagem do trabalho a quente corresponde oxidao e formao de casca de xido, devido selevadas temperaturas envolvidas no processo.

O trabalho a quente no permite, ainda, a obteno dedimenses dentro de estreitas tolerncias.

O trabalho a frio no apresenta tais desvantagens; almdisso, produz melhor acabamento superficial.


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37SENAI-PR

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[Apostila] Tecnologia Mecânica 1 - SENAI