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CENTRO UNIVERSITARIO DE BELO HORIZONTE

INSTITUTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA

GUILHERME BORGES SILVA MNCIOMATEUS RODRIGUES FORTESMARCIO DE OLIVEIRAMIGUEL ANGELO DOS SANTOSPAULO RODRIGORODRIGO ROCHA AGUIARYURI ARAUJO ANDRADE CERCEAUMATERIAIS COM RESISTENCIA A ALTAS TEMPERATURASBELO HORIZONTE

NOVEMBRO 2014

1- INTRODUOResistncia a altas temperaturas

2- MECANISMOS

Os materiais utilizados em mecanismos que trabalham em altas temperaturas so muito variados, pois, deve se olhar o quo alta essa temperatura e buscar materiais que no tenham suas caractersticas modificadas de modo a comprometer o seu desempenho em servio. -Aciaria:

Os cilindros de laminao da aciaria usualmente so feitos em ligas de ao cromo com teor de cromo variando entre 3,7 % ate 6% de cromo com adies secundarias de vandio e tungstnio como estabilizadores de fundio, para esta finalidade o ao deve apresentar baixa expanso trmica, baixa condutividade trmica, e tolerncia a variaes decorrentes de temperatura.-Aviao:

Como e de conhecimento de todos, a fuselagem da maioria das aeronaves e feita em ligas de alumnio, associadas com ligas de metais de transio.

Mas a parte estrutural da aeronave feita em ao, assim como seus sistemas de propulso de alto rendimento, nestes componentes os aos a serem utilizados devem possuir caractersticas especificas, estas caractersticas pedem um ao indestrutvel dentro da sua capacidade de uso, com baixssima condutividade trmica, inoxidvel, e resistente a choque trmico, oxidao e tudo isso com o mnimo de peso agregado.

Para uma funcionalidade to especifica a indstria reserva o seu melhor, sendo as ligas aeronuticas o foco das pesquisas de melhoramento dentro do seguimento metalurgia.

Atualmente estas ligas tem como seu principal componente o cromo que esta entre 11 e 24% em sua composio, e como so produtos de estrema preciso de estrutura, possuem adies controladas de ligas de nibio, molibdnio, titnio e vandio, que so elementos que agregam qualidades a composio dos aos especiais de acordo com seu percentual aplicado para cada uso.

-Alto-forno:

Um dos mecanismos que atingem as maiores temperaturas o alto-forno, equipamento que responsvel pela produo do ferro-gusa liquido e de outros materiais derivados da escoria. Em seu interior as temperaturas chegam a 2000C e para resistir a essa temperatura as suas paredes so revestidas de tijolos refratrios que so capazes de suportar tais temperaturas sem perder propriedades como a resistncia a esforos mecnicos, ataques qumicos e variaes bruscas de temperaturas.3- FATORES QUE INFLUENCIAM

H diversos fatores que influenciam na escolha do material a se utilizar para cada pratica e ambiente de trabalho, a escolha deve ser feita analisando a grande variedade de opes existentes e fazendo um balano entre qualidade pretendida e recursos financeiros disponveis.

Em um ambiente como indstrias de alimentos onde existem fornos a altas temperaturas e muita vazo de lquidos quentes na tubulao o material que vai em contato com o alimento no pode de forma alguma sofrer corroso e contaminar a comida, ento os materiais ali empregados alem de resistentes a altas temperaturas devem tambm ser resistentes a corroso.

A temperatura do local em que o material vai trabalhar tambm importante, porque por mais que o material seja resistente a altas temperaturas devemos verificar o quo alta ela , por exemplo, os aos inox austenticos que so resistentes a altas temperaturas mas no to altas como a de um alto forno que chega a 2000C.

Em turbinas de avies e outros ambientes de situaes extremas o material alem de resistir corroso e a altas temperaturas ele deve ter alta resistncia mecnica devido a altos esforos exercidos, e para isso comum a utilizao de superligas.4- VANTAGENS E DESVANTAGENS

Em geral a maior desvantagem de qualquer material resistente a alta temperatura o alto custo comparado aos que no possuem essa resistncia, por possurem uma composio diferente e adio de elementos de liga o seu custo de fabricao e consequentemente o de venda so mais altos, outras desvantagens podem ser vistas em ambientes com temperaturas acima de 1000 onde a utilizao da cermica mais comum, pois a cermica possui baixa resistncia a choque mecnico.

Alem da resistncia a altas temperaturas, as vantagens so muitas, e podem ser inclusive moldadas de acordo com a sua aplicao, pois com a adio de elementos de liga se pode melhorar diversas caractersticas do materiais, alem disso materiais como os aos inox austenticos possuem resistncia a corroso, so soldveis por diversos procedimentos, possuem alta durabilidade, no so magnticos e podem ser utilizados para trabalhos em alta ou baixa temperatura.

5- APLICAO

-Aos Inox Austenticos

Serie formada principalmente de ligas de Ferro + Cromo + Nquel, possuem elevada resistncia corroso, soldveis por diversos processos, possuem alta durabilidade, so adequados para trabalhos de alta e baixa temperatura, so considerados no magnticos e com adio de outros elementos qumicos melhoram duas propriedades.

Os aos inox austenticos mais utilizados so os SAE 304, 310, 314 e 316, cada um possuindo a seguinte aplicao:304- Utenslios domsticos, fins estruturais, equipamentos para indstria qumica e naval, permutadores de calor, vlvulas e peas de tubulaes, industria frigorfica, instalaes crio gnicas, tanques de fermentao de cerveja, tanques de estocagem de cerveja, equipamentos para refino de produtos de milho, equipamentos para laticnios, tubos de vapor, equipamentos para usinas nucleares, condutores de guas pluviais, estrutura de carros metrovirios, calhas.

310- Ao refratrio para aplicaes em alta temperatura, caixas de recozimento, estufa de secagem, anteparos de caldeira de vapor, fornos comporta, cilindros de rolo de transportadores, chamins, componentes de turbinas.

314-Ao refratrio para aplicaes em altas temperaturas, caixas de recozimento, caixas de cimentao, acessrios para tratamentos trmicos, tubos de radiao.

316-Peas que exigem alta resistncia corroso localizada.

Os aos inoxidveis austenticos possuem estrutura cbica de faces centrada, o mais popular deles, o ao SAE 304 contm, basicamente, 18 % de cromo e 8 % de nquel, sendo o carbono limitado a um mximo de 0.08%.

-Aos especiais Cr-Mo-V(Cromo-Molibdnio-Vandio)

So aos especiais microligados para trabalho a quente, possuem excelente resitncia e dureza a quente, excelente resistncia a desgaste, elevada resistncia fadiga trmica, resistncia ao revenimento e elevada condutividade trmica.

Indica-se para a utilizao em ferramentas de alta performance em temperaturas at 850. As aplicaes mais tpicas desses aos so, matrizes de injeo de ligas de zinco, matrizes de forjamento de recalque, matrizes de extruso de tubos de alumnio, conformao por laminao a quente, calibrao a quente, forjamento a morno em punes e matrizes.

A composio qumica predominante : C 0.55%, Si 1%, Mn 0.75%, Cr 2.6%, Mo 2.25%, V 0.85%.

Tratamentos trmicos:-Recozimento: Proteger o ao e aquecer lentamente at 820C e deixar resfriar lentamente no forno taxa de 10C/hora, at 600C e, abaixo disso, ao ar livre.-Alvio de tenses: Aps uma usinagem intensa de desbaste, a ferramenta deve ser aquecida lentamente at 670C, com tempo de encharque de 2 horas. Em seguida, resfriar lentamente at 350C e, abaixo disso, ao ar livre.

-Tmpera: Temperatura de pr-aquecimento, primeira etapa 480 - 600, segunda etapa a 850, temperatura de austenitizao de 1050 ou 1070, tempo de encharque para austenitizao de 1050 30min e a dureza atinge 59 +/-1 HRC, tempo de encharque para austenitizao de 1070 de 20min e a dureza atinge 60+/-1 HRC.-Resfriamento: Pode ser feito atravs de ar/gs forado, a vcuo(3-6 BAR), banho de martmpera e leo aquecido a 80C.(Deve se revenir imediatamente aps o resfriamento ter baixado a temperatura para 50-70C).

-Revenimento: Para ferramentas utilizadas sem cobertura superficial, 2 revenimentos em temperatura superior a 550C por 2 horas cada, no mnimo. Para ferramentas que recebero tratamento superficial posterior, como nitretao, deve-se proceder a um ajuste de temperatura de revenimento, recomenda-se a temperatura mnima de 580C.

-Cermica

A cermica um dos refratrios mais utilizados, geralmente uma cermica um xido metlico, boreto, carbeto ou nitreto, existe a cermica tradicional que muito utilizada no dia a dia em azulejos, ladrilhos, potes, vasos, tijolos e outros objetos e a cermica avanada, que a aplicada na industria, geralmente so materiais com solicitaes maiores e obtidos a partir de matria prima mais pura. Alguns exemplos so substratos para chips de microprocessadores, corderita como suporte para catalisador automotivo, ferramentas de corte para usinagem, tijolos refratrios para fornos.

A cermica classificada em funo de diversos fatores, como matrias-primas, propriedades e areas de utilizao, a classificao mais adotada a seguinte:

-Cermica vermelha: Compreende aqueles materiais com colorao avermelhada empregados na construo civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cermicos e argilas expandidas) e tambm utenslios de uso domstico e de adorno.-Placas cermicas: So aqueles materiais na forma de placas usados na construo civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos. Recebem designaes tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, lajota, piso, etc.

-Cermica branca: Este grupo bastante diversificado, compreendendo materiais constitudos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada vtrea transparente e incolor e que eram assim agrupados pela cor branca da massa, necessria por razes estticas e/ou tcnicas. Os mais usados so, loua sanitria, loua de mesa, isoladores eltricos e cermica artstica.

-Cermica de alta tecnologia: O aprofundamento dos conhecimentos da cincia dos materiais proporcionaram ao homem o desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes nas mais diferentes reas, como aeroespacial, eletrnica, nuclear e muitas outras e que passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matrias-primas sintticas de altssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. Estes produtos, que podem apresentar os mais diferentes formatos, so fabricados pelo chamado segmento cermico de alta tecnologia ou cermica avanada. Eles so classificados, de acordo com suas funes, em: eletroeletrnicos, magnticos, pticos, qumicos, trmicos, mecnicos, biolgicos e nucleares. Os produtos deste segmento so de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar. Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, satlites, usinas nucleares, materiais para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vdeo, suporte de catalisadores para automveis, sensores (umidade, gases e outros), ferramentas de corte, brinquedos, acendedor de fogo, etc.

Para a produo da cermica refrataria destaca-se dois tratamentos trmicos, a sinterizao e a eletrofuso.

Eletrofuso: O processo de eletrofuso envolve o refratrio a composio refratria levada fuso parcial ou completa das matrias primas atingindo temperaturas da ordem de 2000 a 2500C. Posteriormente o produto fundido vertido em moldes, dando origem s peas refratrias, que em um estgio posterior ter o seu formato e acabamento ajustado segundo as especificaes da aplicao com o auxlio de equipamentos de corte e abraso. Por se tratar de uma pea monoltica obtida a partir de um lquido, este refratrio apresenta elevada densidade e baixos nveis de porosidade. A porosidade aliada composio mineralgica e microestrutural destes refratrios garantem um excelente desempenho destes produtos frente

corroso, no entanto, seu custo de produo, e em alguns casos sua densidade, representam um agravante para a sua aplicao generalizada

Sinterizao: A sinterizao envolve temperaturas mais baixas, mas para isso faz uso da utilizao de aditivos mineralizadores, para auxiliar na sinterizao das partculas e agregados refratrios. No caso dos refratrios de slica, o mineralizador mais utilizado o xido de clcio. No processo de sinterizao alm das variveis tais como: distribuio de partculas, empacotamento, presso de compactao etc, a composio qumica e tempo e temperatura so essenciais para a obteno de produtos refratrios mais (ou menos) resistentes corroso. Em se tratando de refratrios de slica, dependendo da temperatura final de queima, taxas de resfriamento e da quantidade de mineralizadores, a composio mineralgica do produto varia significativamente. Dependendo do nvel de transformaes mineralgicas resultantes deste tratamento pode-se inclusive levar a perda completa da integridade estrutural do refratrio, ou resultar em danos parciais como microtrincamento, o que acarreta na criao de porosidade e consequentemente levar a um baixo desempenho do refratrio.

As principais caractersticas fsico-qumicas das cermicas so, baixa condutividade trmica, condutividade eltrica e baixa resistncia a impacto mecnico, o material refratrio mais utilizado a Alumina(Al2O3), que usada em revestimentos de fornos de altas temperaturas(2000C) mantendo praticamente todas as sua caractersticas isolantes.6- CONCLUSO

7- REFERENCIA BIBLIOGRAFICA http://www.inconelinox.com.br/acoinox.htmlwww.megaligas.com.br/noticias_int.asp?id_tb_noticia=122http://www.uddeholm.com.br/br/files/2_Folheto_Hotvar_2006_Ed_1.pdfhttp://www.ifba.edu.br/metalografia/arq/mat_refra.pdf10