MCM - materiais para construção mecânica

Materiais para Construo Mecnica

Eng. Mauricio Postal

Uberlndia, 1999.

ndice

1. Introduo.........................................................................................................................................1 2. Propriedades dos Materiais ............................................................................................................2 3. Siderurgia..........................................................................................................................................33.1. Ferro Gusa .................................................................................................................................................................... 4 3.2. Fabricao do Ao ........................................................................................................................................................ 4

4. Propriedades Microestruturais .......................................................................................................54.1. Estrutura cristalina......................................................................................................................................................... 5 4.2. Diagramas de Fase ....................................................................................................................................................... 6 4.3. Diagrama TTT (Transformao-Tempo-Temperatura).................................................................................................. 9

5. Tratamento Trmico dos Aos......................................................................................................125.1. Recozimento ............................................................................................................................................................... 13 5.2. Normalizao .............................................................................................................................................................. 17 5.3. Tmpera...................................................................................................................................................................... 18 5.4. Revenido ..................................................................................................................................................................... 19 5.5. Tmpera Superficial .................................................................................................................................................... 20

6. Tratamentos Termo-qumicos.......................................................................................................236.1. Cementao ................................................................................................................................................................ 23 6.2. Nitretao.................................................................................................................................................................... 26 6.3. Cianetao .................................................................................................................................................................. 27 6.4. Carbonitretao........................................................................................................................................................... 28

7. Aos.................................................................................................................................................297.1. Incluses ..................................................................................................................................................................... 30 7.2. Elementos de liga........................................................................................................................................................ 31 7.3. Classificao dos aos carbono e aos liga ................................................................................................................ 33 7.4. Aos Inoxidveis ......................................................................................................................................................... 37

8. Ferro Fundido .................................................................................................................................428.1. Estrutura do ferro fundido............................................................................................................................................ 43 8.2. Ferro Fundido Branco ................................................................................................................................................. 45 8.3. Ferro Fundido Cinzento............................................................................................................................................... 46 8.4. Ferro Fundido Malevel .............................................................................................................................................. 47 8.5. Ferro Fundido de Grafita Compactada........................................................................................................................ 48 8.6. Ferro Fundido Dctil ou Nodular ................................................................................................................................. 49

9. Alumnio ..........................................................................................................................................509.1. A produo do alumnio .............................................................................................................................................. 50 9.2. Aplicaes do alumnio ............................................................................................................................................... 50 9.3. Caractersticas do alumnio ......................................................................................................................................... 53 9.4. Anodizao ................................................................................................................................................................. 53 9.5. Limpeza do alumnio ................................................................................................................................................... 55

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10. Cobre e suas ligas........................................................................................................................569.1. Cobre .......................................................................................................................................................................... 57 9.2. Ligas de Cobre de alto teor em liga............................................................................................................................. 60 9.3. Tratamentos trmicos do cobre e suas ligas ............................................................................................................... 64

10. Outros Metais ...............................................................................................................................6610.1. Chumbo..................................................................................................................................................................... 66 10.2. Estanho ..................................................................................................................................................................... 66 10.3. Zinco ......................................................................................................................................................................... 67 10.4. Nquel........................................................................................................................................................................ 67 10.5. Magnsio................................................................................................................................................................... 68 10.6. Titnio ....................................................................................................................................................................... 68

11. Plsticos........................................................................................................................................6911.1. Constituio dos plsticos ......................................................................................................................................... 70 11.2. Polmeros e polimerizao ........................................................................................................................................ 70 11.3. Resinas Vinlicas ....................................................................................................................................................... 71 11.4. Resinas Acrlicas....................................................................................................................................................... 72 11.5. Resinas Celulsicas .................................................................................................................................................. 73 11.6. Resinas Fluorocarbonadas........................................................................................................................................ 74 11.7. Poliamidas................................................................................................................................................................. 74 11.8. Poliuretanos .............................................................................................................................................................. 75 11.9. Resinas Polioximetilnicas (POM) Acetais............................................................................................................. 75 11.10. Policarbonatos (PC) ................................................................................................................................................ 75 11.11. Polisteres............................................................................................................................................................... 75 11.12. Resinas fenlicas (PF) ............................................................................................................................................ 75 11.13. Silicones .................................................................................................................................................................. 76 11.14. Generalidades ......................................................................................................................................................... 76

12. Metalurgia do P ..........................................................................................................................77 13. Materiais Cermicos ....................................................................................................................7813.1. Propriedades ............................................................................................................................................................. 78 13.2. Tipos de materiais cermicos.................................................................................................................................... 79

14. Corroso .......................................................................................................................................8114.1. Causas da Corroso ................................................................................................................................................. 81 14.2. Formas de Corroso ................................................................................................................................................. 83 14.3. Fatores que influenciam a corroso .......................................................................................................................... 89 14.4. Meios de controle da corroso .................................................................................................................................. 92

15. Bibliografia....................................................................................................................................92

Apndice A - Glossrio de Termos Tcnicos ............................................................................... 94 Apndice B Propriedades dos Materiais ................................................................................... 96 Apndice C Clculo de rea e de Volume ................................................................................. 97 Apndice D Dimenses Padronizadas ....................................................................................... 98SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

Materiais para Construo Mecnica

Eng. Mauricio Postal

Centro Nacional de Tecnologia em Alimentos Fbio de Arajo Motta Materiais para Construo Mecnica SENAI-MG, 1999. Trabalho elaborado pela rea de Mecnica do Centro Nacional de Tecnologia em Alimentos do SENAI-MG Diretor Equipe responsvel Supervisor Elaborao Normalizao Jlio da Costa Gonalves Maurcio Postal Mila Saldanha de A. Silva Antonio Marcos Giraldo

P857m SENAI-MG. CETAL/FAM. Materiais para Construo Mecnica. Uberlndia, 1999. 1. Materiais I. Ti. CDU 669.1

SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial Centro Nacional de Tecnologia em Alimentos Fbio de Arajo Motta Rua Ernesto Vicentini, 245 Roosevelt 38.405-030 Uberlndia MG Telefone: (034) 215-1022 Fax: (034) 215-1022 E-mail: [email protected]

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1. IntroduoDesde o incio dos tempos o homem construa seus equipamentos e suas mquinas, utilizando-se de pedra, madeira e fibras, passando posteriormente pelo bronze, ferro e outros metais. Mais recentemente, deu-se incio ao uso da borracha, dos polmeros, dos compostos cermicos e de novas ligas de metais. A disponibilidade de materiais existentes no contexto da mecnica resume-se no s aos diferentes tipos, mas tambm s variaes dentro das classes existentes, sob a forma de diferentes ligas. Dentre todos os materiais disposio, o ferro fundido e o ao so os mais utilizados. Iniciaremos estudando o processo de obteno destes materiais, suas ligas e propriedades especficas. Posteriormente sero tratadas outras ligas no ferrosas, como o bronze, lato e alumnio. A borracha, o plstico e a cermica tambm fazem parte do nosso grupo de estudo. So materiais cujo uso cada vez maior, pois vm substituindo outros materiais com vantagens nos processos de produo e acabamento, sem contar a elevada resistncia, o baixo custo, a

possibilidade de reciclagem e a longa vida til dos produtos. A busca do material correto para uma aplicao especfica pode, muitas vezes, trazer como resultados uma vasta lista de possibilidades, ou ainda opes de escolha nas quais a seleo realizada tendo em vista o menor prejuzo. A regra para estes casos o estudo do contexto no qual ser inserido o material, visando reduo de custo, aumento da vida til, facilidade de obteno e manipulao, entre outros.


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2. Propriedades dos MateriaisA escolha de um material deve-se s propriedades que este possui. Por exemplo: os aoscarbono possuem baixo custo e elevada resistncia mecnica, embora sejam vulnerveis corroso. J os plsticos, devidamente selecionados, possuem elevada resistncia qumica a determinadas substncias, mas sua resistncia mecnica inferior ao ao carbono. E ainda podemos listar diversas outras propriedades qualitativas e quantitativas, pelas quais podemos realizar um estudo para selecionarmos corretamente um ou mais materiais a utilizar. Veja a Tabela 1: Tabela 1 - Principais Propriedades dos Materiais Resistncia Mecnica Elasticidade Plasticidade Ductilidade Tenacidade Dureza Fragilidade Densidade Ponto de Fuso Ponto de Ebulio Dilatao Trmica Condutividade Trmica Condutividade Eltrica Resistividade Resistncia CorrosoPropriedade que permite que o material seja capaz de resistir ao de determinados tipos de esforos, como a trao e a compresso. Capacidade do material em se deformar quando submetido a um esforo, e voltar forma original quando retirado este esforo. Capacidade do material se deformar quando submetido a um esforo, e manter uma parcela da deformao quando retirado o esforo. Capacidade do material deformar-se plasticamente sem romper-se. Quantidade de energia necessria para romper um material. Resistncia do material penetrao, deformao plstica e ao desgaste. Baixa resistncia aos choques. Quantidade de matria alocada dentro de um volume especfico. Temperatura na qual o material passa do estado slido para o estado lquido. Temperatura na qual o material passa do estado lquido para o estado gasoso (ou vapor). Variao dimensional de um material devido a uma variao de temperatura. Capacidade do material de conduzir calor. Capacidade de conduzir eletricidade. Resistncia do material passagem de corrente eltrica. Capacidade do material resistir deteriorao causada pelo meio no qual est inserido.

Em conjunto com as propriedades acima descritas, na escolha do material devem ser considerados ainda os fatores custo, disponibilidade no mercado, facilidade de fabricao e manuteno, entre outros.


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3. SiderurgiaA indstria siderrgica abrange todas as etapas necessrias para, a partir das matriasprimas, produzir-se ferro e ao. Estes dois materiais, de largo emprego em nosso planeta, no so encontrados sob a forma de metais no ambiente. A matria-prima a ser transformada o minrio de ferro. O processo clssico e mais usado para a reduo do minrio de ferro o do alto-forno, cujo produto consiste numa liga ferro-carbono de alto teor de carbono, denominado ferro 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 sua vez, so submetidos transformao mecnica, por intermdio de laminadores, resultando blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, ainda por intermdio de laminadores, so transformados em perfis, trilhos, tarugos, chapas, barras, etc.

coque

Escri a Gusa Ao Aciaria Lquido Alto Forno Gusa slido Fundies de Ferro Fundido Fundio contnua Barras Perfis Tarugos Chapas

calcrio

lquido

Minrio de Ferro

Ao solidificado Laminao

Figura 1 - Principais etapas de fabricao do ao partir do Minrio de Ferro.

Como sub-produtos do alto forno podemos citar tambm a escria e os gases de alto forno. O primeiro, depois de solidificado, pode ser utilizado como lastro de ferrovias, material isolante, ou ainda na fabricao do cimento metalrgico. O segundo, devido ao seu alto poder calorfico, utilizado nas prprias siderrgicas nos regeneradores, fornos diversos de aquecimento, caldeiras, etc.


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Figura 2 Ciclo de produo do ao.

3.1. Ferro GusaO ferro gusa no estado lquido utilizado na aciaria para obteno do ao. Ainda utilizado no estado slido como principal matria-prima das fundies de ferro fundido. A composio do ferro gusa, de um modo geral, est compreendida na seguinte faixa: Tabela 2 - Composio do ferro gusa carbono silcio mangans fsforo enxofre 3 a 4,5% 0,5 a 4% 0,5 a 2,5% 0,05 a 2% 0,20% mx.

3.2. Fabricao do AoO ferro gusa uma liga ferro-carbono em que o teor de carbono e as impurezas normais (Si, Mn, P e S) se encontram em valores elevados, e a sua transformao em ao, que uma liga de baixos teores de C, Si, Mn, P e S, corresponde a um processo de oxidao, por intermdio do qual a porcentagem daqueles elementos reduzida at os valores desejados. Os equipamentos responsveis por este processo so denominados conversores.


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4. Propriedades MicroestruturaisOs materiais compostos de uma mesma substncia podem possuir propriedades diferentes entre si. Este efeito devido microestrutura do material, forma na qual suas molculas esto dispostas.

4.1. Estrutura cristalinaTodos os elementos so formados por molculas que por sua vez so formadas por tomos. Na maioria dos materiais slidos, as partculas se organizam sob a forma de uma rede em trs dimenses, chamada estrutura cristalina. Na tabela 3 encontram-se exemplos de metais com suas respectivas estruturas. Tabela 3 Estrutura cristalina dos metaisBerlio Zinco Cdmio

Hexagonal Compacta

HCAlumnio Nquel Cobre Prata Ouro Platina Chumbo Ferro Cromo Tungstnio Molibdnio

Cbica de Face Centrada

CFC

Cbica de Corpo Centrado

CCC

Quando os metais so deformados por processos mecnicos, como a laminao, as camadas de tomos deslizam umas sobre as outras ao longo dos planos de tomos que se formam nas estruturas cristalinas. Esses planos so chamados de planos cristalinos. As estruturas cristalinas cbicas possuem mais planos de tomos do que as estruturas hexagonais. Por isso mais fcil deformar um material que possui estrutura cbica, como o alumnio, o cobre e o ferro, do que um metal de estrutura hexagonal, como o magnsio e o cdmio.


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Outra definio importante a do contorno de gro, que surgem durante o processo de solidificao do material. Com o resfriamento do material lquido inicia-se a formao dos cristais em diversos pontos ao mesmo tempo. Nos locais onde esses cristais se encontram, forma-se uma rea de transio com tomos que no pertencem a nenhum dos cristais. Na regio dos contornos de gros a deformao mais difcil, pois os planos cristalinos so interrompidos, dificultando o deslizamento. Por isso a ruptura de um metal, na maioria dos casos, acontece no contorno de gro.

Figura 3 Formao dos gros e dos contornos dos gros.

4.2. Diagramas de FaseComo j definido, o ao basicamente uma liga Fe-C com no mximo 2% de carbono aproximadamente. Dentro do ao, o carbono une-se ao ferro formando um composto denominado carboneto de ferro (Fe3C). Trata-se de uma substncia muito dura, que confere a dureza do ao, aumentando sua resistncia mecnica. Por outro lado, diminui sua ductilidade, sua resistncia ao choque e soldabilidade, alm de torn-lo difcil de ser trabalhado por conformao mecnica. O ferro um metal que se caracteriza por apresentar vrias fases alotrpicas. A temperatura de fuso do ferro 1.538 C; abaixo dessa temperatura, o ferro cristaliza de acordo com um reticulado cbico centrado e a forma alotrpica correspondente chamada delta. Essa forma persiste estvel at que se alcance a temperatura de cerca de 1.394 C; nesse instante, ocorre uma redisposio espontnea dos tomos e forma-se um novo reticulado o cbico de face centrada que corresponde forma alotrpica do ferro chamada de gama. Declinando mais a temperatura a cerca de 912 C, ocorre nova transformao alotrpica, com novo rearranjo atmico, voltando o reticulado a readquirir a forma cbica centrada; essa forma alotrpica chamada alfa. Abaixo de 912 C no ocorre mais qualquer rearranjo atmico. No surge, pois, nenhuma nova forma alotrpica. Entretanto, a cerca de 770 C verifica-se uma nova transformao, ou seja, o ferro comea a comportar-se ferromagneticamente. (Figura 3) A cada transformao alotrpica corresponde um desprendimento de calor latente de fuso, como alis ocorre quando o ferro lquido se solidifica. Assim, durante a solidificao e por ocasio das transformaes alotrpicas, verificam-se mudanas de energia que causam descontinuidade nas curvas de resfriamento e aquecimento, que so traduzidas graficamente quer como uma parada a uma temperatura constante, quer como uma modificao na inclinao da curva.


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Figura 3 Representao esquemtica das transformaes alotrpicas do ferro.

A composio de um determinado ao sofre diferentes variaes durante o resfriamento. Estas variaes microestruturais so estudadas num Diagrama de Equilbrio, como na figura 4. Deve-se lembrar que o diagrama de equilbrio fornece informaes para resfriamentos lentos.

Figura 4 Diagrama de Equilbrio Fe-C

A ferrita um constituinte do ao cuja caracterstica principal a baixa solubilidade do carbono em sua estrutura (cerca de 0,008%). A cementita o composto Fe3C. A austenita umSENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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composto estvel somente at atingir a temperatura de 723 C, quando ocorre uma transformao brusca. Neste ponto a ferrita e a cementita no tm tempo suficiente para assumirem posies distintas, formando ento um novo constituinte chamado perlita. A constituio estrutural temperatura ambiente das ligas ferro-carbono de 0% at 2,11% de carbono, esfriadas lentamente partir de temperaturas acima da zona crtica a seguinte:

ferro comercialmente puro ferrita; aos hipoeutetides (at 0,77% de C) ferrita e perlita; aos eutetides (0,77% de C) perlita; aos hipereutetides (0,77 a 2,11% de C) perlita e cementita.

Figura 5 Aspecto microgrfico do ferro comercialmente puro.

Figura 6 Aspecto microgrfico da perlita.

Figura 7 Aspecto microgrfico de um ao hipoeutetide esfriado lentamente. As reas brancas so de ferrita e as reas escuras so de perlita.

Figura 8 Aspecto microgrfico de um ao hipereutetide esfriado lentamente. A cementita est disposta em torno dos gro de perlita, formando uma rede


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4.3. Diagrama TTT (Transformao-Tempo-Temperatura)O efeito dos constituintes obtidos pela decomposio lenta da austenita sobre as propriedades mecnicas dos aos, embora aprecivel, est longe de se comparar, entretanto, ao efeito que pode ser conseguido pelo rpido esfriamento da austenita. A formao da ferrita e da cementita consequentemente da perlita exige a mudana do reticulado cristalino do ferro (CFC CCC), assim como o movimento de tomos, por difuso, atravs da austenita slida; tais modificaes levam tempo. Em conseqncia, se for aumentada a velocidade de esfriamento da austenita, ou seja, se o ao for esfriado mais rapidamente, no haver tempo suficiente para uma completa movimentao atmica e as reaes de transformao da austenita se modificam, podendo mesmo deixar de formar-se os constituintes normais, como a perlita, e surgirem novos constituintes de grande importncia para os aos, como a martensita e a bainita.

Figura 9 Diagrama TTT esquemtico.

O diagrama TTT mostra as variaes microestruturais do material em funo da velocidade de resfriamento e do tempo. O tempo comea a ser contado quando a temperatura atinge a temperatura crtica, aproximadamente 723 C. As duas curvas em forma de C indicam o incio e o fim da transformao da austenita em perlita grossa, perlita fina, bainita e bainita acicular. As duas retas horizontais, Mi e Mf, indicam, respectivamente o incio e o fim da transformao da austenita em martensita. A tabela 4 traz os valores aproximados para as durezas destas estruturaSENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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Tabela 4 Dureza das microestruturas decorrentes do resfriamento de um ao.Estrutura Perlita Grossa Perlita Fina Bainita Bainita Acicular Martensita Dureza Rockwell C 05 a 20 RC 30 a 40 RC 40 a 45 RC 50 a 60 RC 65 a 67 RC

Portanto, a velocidade de resfriamento alterar a microestrutura resultante de um ao. Na figura 10 podemos visualizar vrias curvas de resfriamento, desde baixas velocidades de resfriamento (A) at altas velocidades de resfriamento (F).

Figura 10 Curvas de resfriamento indicando diferentes velocidades de resfriamento.

A seo da pea tambm influenciar a velocidade de resfriamento do centro, que ser sempre menor que a da superfcie. A figura 11 mostra a diferena de velocidade de resfriamento entre o centro e a superfcie de uma pea.

Figura 11 Efeito da seo da pea sobre a velocidade de esfriamento em meios diferentes.


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O carbono, assim como os elementos de liga (com exceo do cobalto), deslocam as curvas em C para a direita ou para a esquerda. As curvas sero deslocadas para a direita com a adio de C e elementos de liga. Sendo assim podemos utilizar velocidades de resfriamento menores para atingir estruturas martensticas (alta dureza). Velocidades de resfriamento menores ajudam a prevenir a formao de trincas e o empenamento da pea na tmpera. Baixas quantidades de C e elementos de liga deslocam as curvas para a esquerda, de forma que em alguns casos as curvas chegam a interceptar o eixo da temperatura, como na figura 12, impedindo que seja obtida a estrutura martenstica, de alta dureza. devido a este fenmeno que no possvel temperar aos com baixa porcentagem de carbono.

Figura 12 Representao de um diagrama TTT para um ao com baixo porcentagem de carbono.

H casos nos quais os elementos de liga alteram tambm a posio das retas Mi e Mf, de incio e fim da transformao da austenita em martensita. Em alguns aos com alto teor de carbono e nquel ou cromo em teores varaveis, pode no ocorrer formao completa da martensita temperatura ambiente pelo resfriamento comum, em virtude da linha Mf ficar localizada abaixo dessa temperatura. Nessas condies, tem-se temperatura ambiente uma certa quantidade de austenita retida ou austenita residual. A austenita retida instvel e pode transformar-se em martensita, quer sob ao de trabalho a frio (os aos austenticos ao mangans Hadfield so um exemplo), quer durante o revenido, ou simplesmente por envelhecimento temperatura ambiente. Esses fenmenos podem ocasionar mudanas dimensionais inesperadas, fragilizao ou fissurao. E ainda, grandes quantidades de austenita retida podem impedir que seja atingida a dureza final desejada no ao, porque a austenita pode se transformar num produto mais mole (ferrita mais carboneto) do que a martensita, durante as subseqentes operaes de revenido.


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5. Tratamento Trmico dos AosTratamento trmico o conjunto de operaes de aquecimento e resfriamento a que so submetidos os aos, sob condies controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento. Os principais objetivos dos tratamentos trmicos so os seguintes:

remoo de tenses (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecnico ou outra causa); aumento ou diminuio da dureza; aumento da resistncia mecnica; melhora da ductibilidade; melhora da usinabilidade; melhora da resistncia ao desgaste; melhora das propriedades de corte; melhora da resistncia corroso; melhora da resistncia ao calor; modificao das propriedades eltricas e magnticas.

Os principais fatores a serem considerados num tratamento trmico so: aquecimento, tempo de permanncia temperatura e resfriamento, alm da atmosfera do recinto, que possui grande influncia sobre os resultados finais. A velocidade de aquecimento, embora na maioria dos casos seja fator secundrio, apresenta certa importncia, principalmente quando os aos esto em estado de tenso interna ou possuem tenses residuais devidas a encruamento prvio ou ao estado inteiramente martenstico, porque, nessas condies, um aquecimento muito rpido pode provocar empenamento ou mesmo aparecimento de fissuras. A temperatura de aquecimento mais ou menos um fator fixo, determinado pela natureza do processo, e dependendo, evidente, das propriedades e das estruturas finais desejadas, assim como da composio qumica do ao, principalmente do seu teor de carbono. Quanto mais alta essa temperatura, acima da zona crtica, maior segurana se tem da completa dissoluo das fases no ferro gama; por outro lado, maior ser o tamanho de gro da austenita. As desvantagens de um tamanho de gro excessivo so maiores que as desvantagens de no se ter total dissoluo das fases no ferro gama, de modo que se deve procurar evitar temperaturas muito acima da linha superior (A3) da zona crtica. Na prtica, o mximo que se admite 50 C acima de A3 e assim mesmo para aos hipoeutetides. Para os hipereutetides, a temperatura recomendada inferior da linha Acm.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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A influncia do tempo de permanncia do ao temperatura escolhida de aquecimento mais ou menos idntica da mxima temperatura de aquecimento, isto , quanto mais longo o tempo temperatura considerada de austenitizao, tanto mais completa a dissoluo do carboneto de ferro ou outras fases presentes (elementos de liga) no ferro gama. Entretanto maior o tamanho de gro resultante. Procura-se utilizar o tempo necessrio para que a temperatura seja uniforme em toda a seo da pea. O resfriamento o fator mais importante de um tratamento trmico, pois ele que determinar definitivamente a estrutura, e consequentemente, as propriedades finais dos aos. Cuidados devem ser tomados para que os resfriamentos no sejam demasiadamente lentos, resultando estruturas com baixa resistncia mecnica e baixa dureza, ou ento resfriamentos bruscos demais, causando empenamento ou at mesmo ruptura da pea, devido s tenses causadas pelas diferenas de temperatura da pea. Os meios mais comumente utilizados so: solues aquosas, gua, leo e ar. E estes meios podem estar em repouso ou em agitao. As solues aquosas so os meios mais drsticos de resfriamento, seguido pela gua, leo e ar, menos drsticos.

5.1. Recozimento o tratamento trmico realizado com o fim de alcanar um ou vrios dos seguintes objetivos: remover tenses devidas aos tratamentos mecnicos a frio ou a quente; diminuir a dureza para aumentar a usinabilidade do ao; alterar as propriedades mecnicas como resistncia, ductilidade, etc.; modificar as caractersticas eltricas e magnticas; ajustar o tamanho de gro; regularizar a textura bruta de fuso; remover gases; produzir uma microestrutura definida; eliminar os efeitos de quaisquer tratamentos trmicos ou mecnicos a que o ao tiver sido submetido.

5.1.1. Recozimento Total ou Pleno Consiste no aquecimento do ao acima da zona crtica, durante o tempo necessrio e suficiente para se ter soluo do carbono ou dos elementos de liga no ferro gama, seguido de um resfriamento muito lento, realizado ou mediante o controle da velocidade de resfriamento do forno ou desligando-se o mesmo e deixando que o ao resfrie ao mesmo tempo que ele. Nessas condies, obtm-se perlita grosseira que a estrutura ideal para melhorar a usinabilidade dos aos de baixo e mdio carbono. Para aos de alto carbono, a perlita grosseira no vantajosa sob o ponto de vista da usinabilidade e neles prefere-se uma estrutura diferente, a


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esferoidita, obtida pelo coalescimento. Este pode consistir em qualquer uma das seguintes operaes: aquecimento prolongado de aos laminados ou normalizados a uma temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crtica A1, tambm conhecido como recozimento subcrtico; aquecimento e resfriamento alternados entre temperaturas logo acima e abaixo de A1, ou seja, fazer a temperatura de aquecimento oscilar em torno de A1.

Figura 13 Aspecto microgrfico do ao coalescido; esferoidita.

A temperatura para recozimento pleno de mais ou menos 50 C acima do limite superior da zona crtica linha A3 para os aos hipoeutetides e acima do limite inferior linha A1 para os hipereutetides. Os constituintes estruturais que resultam do recozimento pleno so: perlita e ferrita para os aos hipoeutetides, cementita e perlita para os aos hipereutetides e perlita para os aos eutetides.

Temperatura C

Tempo (escala log.)

Figura 14 Diagrama esquemtico de transformao para recozimento pleno.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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5.1.2. Recozimento Isotrmico ou Cclico Consiste no aquecimento do ao nas mesmas condies que para o recozimento total, seguido de um resfriamento rpido at uma temperatura dentro da poro superior do diagrama de transformao isotrmico, onde o material mantido durante o tempo necessrio a se produzir a tranformao completa. Em seguida, o resfriamento at a temperatura ambiente pode ser apressado. Os produtos resultantes desse tratamento trmico so tambm perlita e ferrita, perlita e cementita ou s perlita. A estrutura final, contudo, mais uniforme que no caso do recozimento pleno. Alm disso, o ciclo de tratamento pode ser encurtado sensivelmente de modo que o tratamento muito prtico para casos em que se queira tirar vantagem do resfriamento rpido desde a temperatura crtica at a temperatura de transformao e desta temperatura ambiente, como em peas relativamente pequenas que possam ser aquecidas em banhos de sal ou de chumbo fundido. Para peas grandes, entretanto, o recozimento isotrmico no vantajoso sobre o pleno, visto que a velocidade de resfriamento no centro de peas de grande seco pode ser to baixa que torna impossvel o seu rpido resfriamento temperatura de transformao.Figura 15 Diagrama esquemtico de transformao para recozimento isotrmico ou cclico.

Temperatura C

Tempo (escala log.)

Tabela 5 Temperaturas recomendadas de austenitizao, para alguns tipos de aos carbono e aos liga.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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Classificao1025 1030 1033, 1035, 1036, 1037, 1038, 1039, 1040 1041, 1042, 1043, 1045, 1046, 1048, 1050, 1052, 1055, 1060, 1064, 1065, 1070, 1074 1078, 1080, 1084, 1085, 1086, 1090, 1095 1132, 1137 1138, 1140 1141, 1144, 1145, 1146, 1151 1130 1135, 1340, 1345, 3140 4037, 4042 4047 4063 4130 4135, 4137, 4140, 4142 4145, 4147, 4150, 4161, 4337, 4340 50B40, 50B44, 5046, 50B46 50B50, 50B60 5130, 5132 5135, 5140, 5145 5147, 5150, 5155, 5160 50100, 51100, 52100 50100, 51100, 52100 6150 81B45 8630 8637, 8640 8642, 8645, 86B45, 8650 8655, 8660 8740, 8742 9254, 9255, 9260 94B30, 94B40 9840

Temperatura [C]857 a 900 843 a 870 829 a 857 802 a 843 788 a 815 829 a 857 815 a 843 802 a 843 829 a 857 815 a 843 829 a 857 815 a 857 802 a 843 815 a 871 843 a 871 815 a 843 815 a 843 802 a 843 829 a 857 815 a 843 802 a 843 774 a 802 815 a 871 843 a 885 815 a 857 829 a 871 829 a 857 815 a 857 802 a 843 829 a 857 815 a 900 843 a 885 829 a 857

5.1.3. Recozimento para Alvio de Tenses Consiste no aquecimento do ao a temperaturas abaixo do limite inferior da zona crtica. O objetivo aliviar as tenses originadas durante a solidificao ou produzidas em operaes de transformao mecnica a frio, como estampagem profunda, ou em operaes de endireitamento, corte por chama, soldagem ou usinagem. Essas tenses comeam a ser aliviadas a temperaturas logo acima da ambiente; entretanto aconselhvel aquecimento lento at pelo menos 500 C para garantir os melhores resultados. De qualquer modo, a temperatura de aquecimento deve ser a mnima compatvel com o tipo e as condies da pea, para que no se modifique sua estrutura interna, assim como no se produzam alteraes sensveis de suas propriedades mecnicas.


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5.2. NormalizaoConsiste no aquecimento do ao a uma temperatura acima da zona crtica, seguido de resfriamento ao ar. A normalizao visa refinar a granulao grosseira de peas de ao fundido principalmente; freqentemente, e com o mesmo objetivo, a normalizao aplicada em peas depois de laminadas ou forjadas. A normalizao ainda usada como tratamento preliminar tmpera e ao revenido, justamente para produzir estrutura mais uniforme do que a obtida por laminao, por exemplo, alm de reduzir a tendncia ao empenamento e facilitar a soluo de carbonetos e elementos de liga. Sobretudo nos aos liga quando os mesmos so esfriados lentamente aps a laminao, os carbonetos tendem a ser macios e volumosos, difceis de se dissolver em tratamentos posteriores de austenitizao. A normalizao corrige este incoveniente. Os constituintes que se obtm na normalizao so ferrita e perlita fina, ou cementita e perlita fina. Eventualmente, dependendo do tipo de ao, pode obter-se a bainita. Tabela 6 Temperaturas tpicas para normalizaode alguns tipos de aos carbono e aos liga. Classificao1015 a 1020 1035 1040, 1045, 1050 1060 1095 1330 1335, 1340, 3145, 3140 3310 4027, 4028, 4032 4037, 4042, 4047, 4063 4118 4130, 4137, 4140, 4142, 4147, 4150 4320 4337, 4340 4520, 4620, 4621, 4718, 4720, 4815, 4817, 4820 5046 5120 5130, 5132, 5135, 5140, 5145, 5147, 5150, 5155, 5160 6118, 6120 6150 8617, 8620, 8622 8625, 8627, 8630 8637, 8640, 8642, 8645, 8650, 8655, 8660 8720, 8740 8742 8822 9260, 9262 9310 9840, 9850, 50B40, 50B44, 50B46, 50B50, 60B60, 81B45, 86B45 94B15, 94B17 94B30, 94B40

Temperatura [C]880 a 910 850 a 880 825 a 850 800 a 825 800 a 825 900 870 925 900 870 925 870 925 870 925 870 925 870 925 900 925 900 870 925 870 925 900 925 870 925 900


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5.3. TmperaConsiste no resfriamento rpido do ao de uma temperatura superior a sua temperatura crtica (mais ou menos 50 C acima da linha A1 para os hipereutetides) em um meio como leo, gua, salmoura ou mesmo ar. O objetivo da tmpera a obteno da estrutura martenstica, para o que se deve, portanto, fazer com que a curva de esfriamento passe esquerda do cotovelo da curva em C, evitando-se assim a transformao da austenita. A velocidade de resfriamento, nessas condies, depender do tipo de ao, da forma e das dimenses das peas. Um fator importante que deve ser considerado na tmpera, devido ao que exerce na estrutura final do ao, a temperatura de aquecimento. Em princpio, qualquer que seja o tipo de ao hipoeutetide ou hipereutetide a temperatura de aquecimento para tmpera deve ser superior da linha de transformao A1, quando a estrutura consistir de gros de austenita, em vez de perlita. O ao sendo hipoeutetide, entretanto, alm da austenita, estaro presentes gros de ferrita. Assim sendo, um ao com tal estrutura, quando resfriado em gua, por exemplo, apresentar martensita conjuntamente com ferrita, pois esta que estava presente acima da temperatura A1, no sofre qualquer alterao ao ser o ao temperado. Tem-se, portanto, tmpera ou endurecimento incompleto do material, o que geralmente deve ser evitado, pois na tmpera visa-se obter mxima dureza. Em conseqncia, ao aquecer-se um ao hipoeutetide para tmpera, deve-se elevar sua temperatura acima do limite superior da zona crtica linha A3 pois ento a sua estrutura consistir exclusivamente de austenita que se transformar em martensita no resfriamento rpido subsequente. evidente que devem ser evitadas temperaturas muito acima da A3, devido ao superaquecimento que se poderia produzir, e que ocasionaria uma martensita acicular muito grosseira e de elevada fragilidade. Ao contrrio dos aos hipoeutetides, os aos hipereutetides so normalmente aquecidos acima de A1, sem necessidade de se ultrapassar a temperatura correspondente a Acm. De fato, acima de A1 o ao ser constitudo de gros de austenita e pequenas partculas de carbonetos secundrios. No resfriamento subseqente, a estrutura resultante apresentar martensita e os mesmos carbonetos secundrios. Como estes apresentam uma dureza at mesmo superior da martensita, no haver maiores inconvenientes. Procura-se, por outro lado, evitar, nesses aos hipereutetides, aquecimento acima de Acm, visto que a austenita resultante apresentar granulao grosseira, com conseqente martensita acicular grosseira, cujos inconvenientes j foram apontados.


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Figura 16 Aspecto microgrfico da martensita

Pelo que foi exposto sobre a natureza da estrutura martenstica, conclui-se que a mesma se caracteriza por excessiva dureza e por apresentar tenses internas considerveis. Simultaneamente a essas tenses, por assim dizer estruturais, o ao temperado caracteriza-se por apresentar tenses trmicas. Estas so ocasionadas pelo fato de que materiais resfriados rapidamente esfriam de maneira no uniforme, visto que a sua superfcie atinge a temperatura ambiente mais rapidamente do que as regies mais centrais, ocasionando mudanas volumtricas no uniformes, com as camadas superficiais contraindo mais rapidamente do que as regies internas. Como conseqncia, tem-se a parte central sob compresso, e as camadas mais externas sob trao. Em ltima anlise, pois, aps temperado, o ao apresenta-se em estado de apreciveis tenses internas, tanto de natureza estrutural, como de natureza trmica. Quando estas tenses internas ultrapassam o limite de escoamento do ao, ocorre sua deformao plstica e as peas apresentar-se-o empenadas; se, entretanto, as tenses internas excederem o limite da resistncia trao do material, ento ocorrero inevitveis fissuras e as peas estaro perdidas. Essas tenses internas no podem ser totalmente evitadas; podem, contudo, ser reduzidas, mediante vrios artifcios prticos e de vrios tratamentos trmicos. Os inconvenientes apontados, excessiva dureza da martensita e estado de tenses internas, so atenuados pelo reaquecimento do ao temperado a temperaturas determinadas. bvio que tal operao torna-se incua se as tenses internas originadas tiverem sido de tal vulto de modo a provocar a inutilizao das peas. A operao mencionada constitui o revenido.

5.4. RevenidoO revenido o tratamento trmico que normalmente acompanha a tmpera, pois elimina a maioria dos inconvenientes produzidos por esta; alm de aliviar ou remover as tenses internas,SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, aumentando sua ductilidade e resistncia ao choque. Recomenda-se que o revenido seja realizado logo aps a tmpera, para diminuir a perda de peas por ruptura, a qual pode ocorrer se se aguardar muito tempo para realizar o revenido. A temperatura para o revenido situa-se abaixo da zona crtica, entre 100 C e 700 C, e o tempo de permanncia no forno varia de 1 a 3 horas. Quanto mais alta a temperatura ou quanto maior o tempo do revenido, maior a diminuio da dureza do material. De uma forma geral, a temperatura do revenido apresenta as seguintes caractersticas: - entre 25 C e 100 C a dureza do material pouco afetada; - entre 100 C e 250 C a dureza pode chegar a 60 RC. conhecido como 1 estgio do revenido; - entre 200 C e 300 C a dureza continua caindo. 2 estgio do revenido; - entre 250 C e 350 C a dureza alcana valores pouco superiores a 50 RC. 3 estgio; - entre 400 C e 600 C a dureza cai para valores de 45 a 25 RC; - entre 500 C e 600 C nos aos contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb ou W ocorre uma transformao conhecida como endurecimento secundrio, devido precipitao de alguns carbonetos de liga; - entre 600 C e 700 C a estrutura resultante caracteriza-se por ser muito tenaz e de baixa dureza, variando de 5 a 20 RC.

Figura 17 Diagrama esquemtico de transformao para tmpera e revenido.

5.5. Tmpera SuperficialEsta operao tem por objetivo produzir um endurecimento superficial, pela obteno de martensita apenas na camada externa do ao.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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aplicado em peas que, pela sua forma e dimenses, so impossveis de temperar inteiramente, ou quando se deseja alta dureza e alta resistncia ao desgaste superficiais, aliadas a boa ductilidade e tenacidade do ncleo das peas. um tratamento rpido que, alm disso, no exige fornos de aquecimento. Vrios so os motivos que determinam a preferncia do endurecimento superficial em relao ao endurecimento total:

dificuldade, sob os pontos de vista prtico e econmico, de tratar-se de peas de grandes dimenses nos fornos de tratamento trmico convencional; possibilidade de endurecer-se apenas reas crticas de determinadas peas, como por exemplo, dentes de grandes engrenagens, guias de mquinas operatrizes, grandes cilindros, etc.; possibilidade de melhorar a preciso dimensional de peas planas, grandes ou delgadas, evitando-se o endurecimento total. Exemplos: hastes de mbolos de cilindros hidrulicos; possibilidade de utilizar-se aos mais econmicos, como aos-carbono, em lugar de aos-liga; possibilidade de controlar o processo de modo a produzir, se desejvel, variaes em profundidades de endurecimento ou dureza, em sees diferentes das peas; investimento de capital mdio, no caso de adotar-se endurecimento superficial por induo e bem menor, no caso de endurecimento por chama; diminuio dos riscos de aparecimento de fissuras originadas no resfriamento, aps o aquecimento.

Por outro lado, as propriedades resultantes da tmpera superficial so: superfcies de alta dureza e resistncia ao desgaste; boa resistncia fadiga por dobramento; boa capacidade de resistir a cargas de contato; resistncia satisfatria ao empenamento.

Sugere-se que, antes da tmpera superficial, seja realizado um tratamento de normalizao, a fim de obter-se uma granulao mais fina e regular para a estrutura. Em funo da fonte de aquecimento, a tmpera superficial compreende dois processos: tmpera por chama; tmpera por induo.

Na tmpera por chama, a superfcie a ser endurecida rapidamente aquecida temperatura de austenitizao, por intermdio de uma chama de oxiacetileno (podem ser utilizados outros gases combustveis) e logo a seguir resfriada por meio de um borrifo de gua, ou imersa em leo. A chama neste caso deve ser semicarburante.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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Em geral dividem-se os processos de tmpera superficial por chama em trs mtodos: estacionrio; progressivo; combinado.

No mtodo estacionrio a pea permanece fixa, e a chama desloca-se a fim de aquecer a superfcie a ser temperada. Com o mtodo progressivo, a pea se move e o maarico permanece fixo. No mtodo combinado, a pea e o maarico movem-se simultaneamente. Este mtodo requer o uso de mquinas ou dispositivos especiais. aplicado, geralmente, em peas cilndricas e de grandes dimenses.

Na tmpera por induo, o calor gerado na prpria pea por induo eletromagntica, utilizando-se, para isso, bobinas de induo atravs das quais flui uma corrente eltrica. O aquecimento mais rpido por esse processo, o qual apresenta ainda a vantagem de bobinas de diversos formatos poderem ser facilmente construdas e adaptadas forma das peas a serem tratadas. Pode-se controlar a profundidade de aquecimento pela forma da bobina, espao entre a bobina de induo e a pea, taxa de alimentao da fora eltrica, freqncia e tempo de aquecimento.

Aps a tmpera superficial os aos so revenidos geralmente a temperaturas baixas, com o objetivo principal de aliviar as tenses originadas. A dureza final obtida varia de 53 a 62 Rockwell C. A espessura da camada endurecida pode atingir at 10 mm, dependendo da composio do ao e da velocidade de deslocamento da chama.


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6. Tratamentos Termo-qumicosOs tratamentos termo-qumicos visam o endurecimento superficial dos aos, pela modificao parcial da sua composio qumica nas sees que se deseja endurecer. A aplicao de calor em um meio apropriado pode levar a essa alterao da composio qumica do ao at uma profundidade que depende da temperatura de aquecimento e do tempo de permanncia temperatura de tratamento em contato com o meio em questo. A modificao parcial da composio qumica, seguida geralmente de tratamento trmico apropriado, produz tambm uma alterao na estrutura do material, resultando, em resumo, uma modificao igualmente parcial das propriedades mecnicas. O objetivo principal aumentar a dureza e a resistncia ao desgaste superficial, ao mesmo tempo que o ncleo do material permanece dctil e tenaz. Essa possibilidade de se aliar uma superfcie dura com um ncleo mais mole e tenaz de grande importncia em inmeras aplicaes, sobretudo porque, pelo emprego de aos com elementos de liga, pode-se conseguir ncleo de elevada resistncia e tenacidade, com superfcie extremamente dura, resultando num material capaz de suportar em alto grau certos tipos de tenses.

6.1. Cementao um tratamento muito antigo, praticado inclusive pelos romanos. Consiste na introduo de carbono na superfcie do ao, de modo a que este, depois de convenientemente temperado, apresente uma superfcie muito mais dura. necessrio que o ao, em contato com a substncia capaz de fornecer carbono, seja aquecido a uma temperatura em que a soluo do carbono no ferro seja fcil. Para isso, a temperatura deve ser superior da zona crtica (850 a 950 C), onde o ferro se encontrar na forma alotrpica gama, embora tenham sido usadas temperaturas mais baixas como 790 C e mais elevadas como 1.095 C. A profundidade de cementao depende da temperatura, do tempo temperatura, da concentrao de carbono, como pode ser visto na figura 18; o teor de carbono decresce medida que se penetra em profundidade. Os aos para cementao, alm de teor de carbono relativamente baixo e eventualmente apresentarem alguns elementos de liga em baixos teores, devem possuir granulao fina, para melhor tenacidade tanto na superfcie endurecida como no ncleo. Deve-se procurar obter uma distribuio de carbono, da superfcie para o interior, gradual, ou seja, deve-se evitar linha ntida de demarcao entre a camada endurecida e o ncleo. A cementao pode ser realizada por trs processos: cementao slida ou em caixa, cementao gasosa e cementao lquida.


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Figura 18 Curvas mostrando a influncia do tempo e da temperatura na penetrao superficial de carbono.

6.1.1. Cementao slida ou em caixa

Neste processo, a substncia carboncea, ou seja, fornecedora do carbono, slida, constituda das chamadas misturas carbonizantes. As misturas mais usadas incluem carvo de madeira, aglomerado com 5 a 20%, por meio de leo comum ou leo de linhaa, com uma substncia ativadora, que pode ser, entre outras, carbonato de sdio, carbonato de potssio, carbonato de clcio ou carbonato de brio. As peas a serem cementadas so colocadas em caixas metlicas envoltas pela mistura carburizante. As principais reaes de cementao slida so: s temperaturas elevadas, tpicas do processo, o carbono reage e combina com o oxignio do ar: C + O2 CO2 o CO2 reage com o carbono do carvo incandescente: CO2 + C 2CO o CO reage, por sua vez, com o ferro do ao segundo a reao: 3Fe + 2CO Fe3C + CO2 o CO2 originado reage novamente com o C do carvo incandescente e assim em seguida. A presena do ativador por exemplo BaCO3 contribui para aumentar a velocidade de fornecimento do CO, pois s temperaturas de cementao, ocorrem as reaes: BaCO3 BaO + CO2 CO2 + C 2CO


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A cementao slida geralmente levada a efeito entre 850 e 950 C. Novas tcnicas tm permitido elevar-se a temperatura para alm de 1.000 C, com a vantagem de Ter-se um enriquecimento superficial de carbono mais rpido e um gradiente de carbono entre a superfcie e o centro mais gradual. Na cementao slida a profundidade de penetrao do carbono pode atingir 2 mm ou mais; como o processo de controle relativamente difcil, no se deve forar a obteno de uma camada cementada alm de 0,6 a 0,7 mm, devido quase impossibilidade de ter-se uma camada uniforme. O processo, de qualquer modo, relativamente simples, pode utilizar vrios tipos de fornos de aquecimento, no exige atmosfera protetora, no h necessidade de um operador muito experiente e diminui a tendncia ao empenamento das peas por elas estarem sustentadas na mistura carburizante slida. Entretanto, o processo no to limpo quanto os outros, no recomendvel para a obteno de camadas cementadas muito finas, no permite um controle muito rigoroso do teor de carbono e no adequado para tmpera direta, pois, a melhor tcnica consiste em retirar as caixas do forno e deix-las resfriar ao ar.

6.1.2. Cementao gasosa

Neste processo a substncia carboncea uma atmosfera gasosa, como CO, gases derivados de hidrocarbonetos (gs natural, propana, etana, butana, etc.), e, entre estes, a propana o gs mais empregado. O processo mais limpo que o anterior, permite melhor controle do teor de carbono e da espessura da camada cementada e mais rpido. Contudo, as reaes so mais complexas, a instalao de tratamento mais onerosa, existindo ainda aparelhagem mais complexa de controle e segurana e o pessoal encarregado deve ser mais experiente.

6.1.3. Cementao lquida

O meio carburizante, neste processo, um sal fundido, entre eles cianeto de sdio, cloreto de brio, cloreto de potssio, cloreto de sdio, carbonato de sdio. A operao de cementao lquida rpida e limpa, permite maiores profundidades de cementao, protege eficientemente as peas contra corroso e descarbonetao, elimina praticamente o empenamento, possibilita melhor o controle do teor de carbono, possibilita a cementao localizada, visto que as peas so mergulhadas suspensas no banho de sal. Contudo, os fornos de banho de sal para a cementao lquida exigem exausto, porque os cianetos a altas temperaturas podem ser venenosos.


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6.1.4. Tratamentos trmicos da cementao

A tmpera o tratamento trmico que se realiza nos aos cementados. Ao temperar-se esses aos, deve-se levar em conta que o material apresenta duas sees distintas: uma correspondente camada cementada, de alto carbono, muito dura e de alta temperabilidade e outra, central, de baixo carbono e dctil. De fato, o ao apresenta duas temperaturas crticas, o que significa que, no aquecimento para tmpera, a temperatura crtica do ncleo pode no ser atingida eventualmente. A tmpera pode ser realizada de acordo com as seguintes tcnicas principais: Tmpera direta, que consiste em se temperar imediatamente aps a cementao; recomenda-se para aos de granulao fina ou no caso de peas cementadas em banhos de sal, onde o tempo de permanncia temperatura de cementao geralmente mais curto, no ocorrendo, pois, excessivo crescimento do gro do material; Tmpera simples, em que o ao aps a cementao esfriado ao ar. Em seguida aquecido e temperado. A temperatura de reaquecimento para a tmpera vai depender da granulao do ao: quando esta mais fina, aquece-se logo acima da linha A1, ou seja, austenitiza-se somente a camada cementada; ou aquece-se acima de Acm, o que facilita a dissoluo do carboneto e se atinge o ncleo tambm; pode-se aquecer numa temperatura intermediria, que produz um ncleo mais resistente e tenaz; Tmpera dupla, consiste em duas tmperas: na primeira, aquece-se acima de A3 para atingir o ncleo e na segunda, aquece-se logo acima de A1 para atingir a camada cementada. Uma das variedades realizar a primeira tmpera logo aps a cementao.

No se faz geralmente o revenido nos aos cementados. Se, entretanto, o mesmo for necessrio para aliviar as tenses residuais da tmpera ou aumentar a resistncia fissurao durante a retificao posterior das peas cementadas, faz-se o revenido a baixa temperatura, geralmente entre 160 e 200 C.

6.2. NitretaoA nitretao um tratamento de endurecimento superficial em que se introduz superficialmente no ao, at uma certa profundidade, nitrognio, sob a ao de um ambiente nitrogenoso, a uma temperatura determinada. A nitretao realizada com os seguintes objetivos: SENAI - CETAL/FAM Mecnica

obteno de elevada dureza superficial; aumento da resistncia ao desgaste e da resistncia escoriao; aumento da resistncia fadiga; melhora da resistncia corroso;Materiais para Construo

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melhora da resistncia superficial ao calor, at temperaturas correspondentes s de nitretao.

Algumas das caractersticas do processo so: temperatura de tratamento inferior crtica compreendida na faixa de 500 C a 575 C; em conseqncia, as peas so menos susceptveis a empenamento ou distoro; no h necessidade de qualquer tratamento trmico posterior nitretao, o que tambm contribui para reduzir ao mnimo as probabilidades de empenamento ou distoro das peas.

Os principais processos de nitretao so a nitretao a gs e a nitretao lquida ou em banho de sal.

6.2.1. Nitretao a gs este o processo clssico, consistindo em submeter as peas a serem tratadas ao de um meio gasoso contendo nitrognio, geralmente amnia, temperatura determinada. Nesse processo a difuso do nitrognio muito lenta, de modo que a operao muito demorada, durando, s vezes, cerca de 90 horas. Geralmente o tempo varia de 48 a 72 horas. Mesmo com os tempos mais longos, a espessura da camada nitretada inferior da camada cementada, dificilmente ultrapassando 0,8 mm. A dureza superficial obtida prxima a 70 RC, superior obtida na cementao.

6.2.2. Nitretao lquida ou em banho de sal Trata-se de um processo de nitretao de desenvolvimento relativamente recente, que permite, em tempo muito mais curto que a nitretao convencional ou clssica, obter superfcies muito resistentes ao desgaste, sem tendncia de engripamento, de alto limite de fadiga e elevada resistncia corroso atmosfrica. Ao contrrio da nitretao a gs que exige aos especiais para obteno de melhores resultados, a nitretao lquida pode ser realizada em aos comuns, de baixo teor de carbono, como por exemplo o 1015 (0,15% de C).

6.3. CianetaoA cianetao, tambm chamada de carbo-nitretao lquida, consiste no aquecimento do ao a uma temperatura acima da crtica num banho adequado de sal cianeto fundido, ocorrendo absoro simultnea na superfcie do ao de carbono e nitrognio. O resfriamento posterior em leo, gua ou salmoura produz uma camada superficial dura, de alta resistncia ao desgaste. A camada cianetada contm menos carbono e mais nitrognio do que as camadas cementadas por via lquida.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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Para os banhos de cianetao preferem-se os banhos de cianeto de sdio aos de potssio pela sua maior eficincia e custo mais baixo. A faixa de temperatura de operao dos banhos de cianetao varia de 760 C a 870 C. O tempo de imerso varia de 30 minutos a 01 hora, e a espessura da camada cianetada varia geralmente entre 0,10 a 0,30 mm. A cianetao aplicada mais comumente em aos carbono de baixo teor de carbono, quando se deseja rapidamente uma camada com dureza e resistncia ao desgaste satisfatrias. A camada cianetada compe-se de duas zonas distintas: uma, mais externa, martenstica; outra, mais interna, baintica, apresentando teor mais baixo de carbono.

6.4. CarbonitretaoA carbonitretao tambm chamada de cianetao a gs ou nitrocarbonetao e consiste em submeter-se o ao a uma temperatura elevada, geralmente acima de transformao, numa atmosfera gasosa que pode fornecer carbono e nitrognio simultaneamente, os quais so absorvidos pela superfcie do metal. O objetivo principal da carbonitretao conferir ao ao uma camada dura e resistente ao desgaste, com espessura variando geralmente de 0,07 a 0,7 mm. Por outro lado, uma camada carbonitretada apresenta melhor temperabilidade que uma camada cementada, de modo que, por carbonitretao e tmpera subseqente pode-se obter uma camada dura a custo mais baixo, dentro da faixa de espessura indicada, usando ao carbono ou ao liga de baixo teor em liga.


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7. AosDentre os elementos utilizados na construo mecnica podemos citar as ligas ferrosas como o conjunto de maior importncia e de mais ampla utilizao. Os aos e ferros fundidos, com suas diversidades de ligas, fornecem uma gama de possibilidades no mbito da fabricao mecnica. Tanto os aos quanto os ferros fundidos so ligas nas quais os principais elementos so o ferro e o carbono. Encontramos ainda elementos secundrios, resultantes de um determinado processo de fabricao. Pode-se definir ao como sendo uma liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% at aproximadamente 2,11% de carbono, alm de certos elementos residuais. J os ferros fundidos so caracterizados por possurem teor de carbono acima de 2% aproximadamente. Face influncia do silcio na liga do ferro fundido, este normalmente considerado uma liga ternria Fe-C-Si, pois, o silcio est freqentemente presente em teores superiores ao do prprio carbono. Geralmente, classificam-se os aos em dois grandes grupos: os aos-carbono e os aosliga. J os ferros fundidos podem ser considerados ferros fundidos brancos, ferros fundidos cinzentos, ferros fundidos maleveis e ferros fundidos nodulares. Os elementos constantes na liga que definem a classificao, tanto pelo teor de carbono quanto dos demais elementos. E so estas ligas que vo propiciar aos aos e ferros fundidos as caractersticas que iro torn-los aptos a realizar determinados tipos de trabalho. Como exemplo de aplicaes podemos classificar os aos em: Aos para fundio; Aos para chapas; Aos para arames e fios; Aos de usinagem fcil; Aos para nitretao; Aos resistentes ao desgaste; Aos resistentes ao calor; Aos ultra-resistentes e aos criognicos. Aos estruturais; Aos para tubos; Aos para molas; Aos para cementao; Aos para ferramentas e matrizes; Aos resistentes corroso; Aos para fins eltricos e magnticos;

Alm dos aos e ferros fundidos outros metais no ferrosos so muito importantes na construo mecnica, como o alumnio, o cobre, o bronze e o titnio entre outros. Dada a grande variedade de tipos de aos, foram criados sistemas para sua classificao. Uma das classificaes mais generalizadas e que, inclusive, serviu de base para o sistema adotado no Brasil a que considera a composio qumica do ao e, dentre os sistemas conhecidos, so muito usados os da American Iron and Steel Institute AISI e da Society of Automotive Engineers SAE.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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A tabela 7 mostra a designao adotada pela AISI e SAE. As letras XX correspondem s cifras indicadoras dos teores de carbono. Assim, por exemplo, a classe 1023 significa ao carbono com 0,23% de carbono em mdia. Tabela 7 Sistemas SAE e AISI de classificao dos aos. Designao AISI SAE 10XX 11XX 12XX 15XX 13XX 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX 51XX E51100 E52100 61XX 86XX 87XX 88XX 9260 50BXX 51B60 81B45 94BXX Tipos de aoAos carbono comum Aos de usinagem fcil, com alto S Aos de usinagem fcil, com alto P e S Aos Mn, com mangans acima de 1,00% Aos Mn com 1,75% Mn mdio Aos Mo com 0,25% de Mo mdio Aos Cr-Mo com 0,40 a 1,10% de Cr e 0,08 a 0,35% de Mo Aos Ni-Cr-Mo com 1,65 a 2,00% de Ni, 0,40 a 0,90% de Cr e 0,20 a 0,30% Mo Aos Ni-Mo com 0,70 a 2,00% de Ni e 0,15 a 0,30% de Mo Aos Ni-Cr-Mo com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% de Mo Aos Ni-Mo com 3,25 a 3,75% de Ni e 0,20 a 0,30% de Mo Aos Cr com 0,70 a 1,10% de Cr Aos cromo (forno eltrico) com 1,00% de Cr Aos cromo (forno eltrico) com 1,45% de Cr Aos Cr-V com 0,60 ou 0,95% de Cr e 0,10 ou 0,15% de vandio mnimo Aos Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,20% de Mo Aos Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,25% de Mo Aos Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,30 a 0,40% de Mo Aos Si com 1,80 a 2,20% Si Aos Cr com 0,20 a 0,60% de Cr e 0,0005 a 0,003% de boro Aos Cr com 0,80% de Cr e 0,0005 a 0,003% de boro Aos Ni-Cr-Mo com 0,30% de Ni, 0,45% de Cr, 0,12% de Mo e 0,0005 a 0,003% de boro Aos Ni-Cr-Mo com 0,45% de Ni, 0,40% de Cr, 0,12% de Mo e 0,0005 a 0,003% de boro

Obs.: Mn mangans, Mo molibdnio, Cr cromo, Ni nquel, V vandio, Si silcio

7.1. InclusesOs produtos siderrgicos, ao serem fabricados, apresentam normalmente, alm do carbono como principal elemento de liga, uma srie de impurezas de natureza metlica ou no, as quais se originam de reaes entre as matrias-primas empregadas ou de outros tipos de reaes. Essas impurezas normais so o fsforo, o enxofre, o mangans, o silcio e o alumnio. A maior parte delas reage entre si ou com outros elementos no metlicos com o oxignio e, eventualmente, o nitrognio, formando as chamadas incluses no-metlicas. A formao dessas incluses se d, em grande parte, na fase final de desoxidao dos aos. Em resumo, o efeito dessas impurezas ou incluses o seguinte:SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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o enxofre, o fsforo, o oxignio, o hidrognio so elementos considerados indesejveis sob o ponto de vista de qualidade do ao: o fsforo pela sua ao como elemento que pode acarretar a fragilidade a frio; o enxofre pelos sulfetos que forma, sobretudo o de ferro que pode acarretar a fragilidade a quente; o oxignio, pelas incluses que forma e o hidrognio pela fragilidade que pode conferir ao ao. Esses elementos no podem ser totalmente eliminados, nas condies normais de fabricao dos produtos siderrgicos, mas devem ser mantidos dentro de faixas de teor que no ultrapassem os limites de influncia prejudicial queles produtos.

o mangans, o silcio, e o alumnio, os trs agindo como desoxidantes e o mangans tambm como dessulfurante so elementos de um lado benficos, mas de outro lado prejudiciais pelas incluses que formam de sulfetos, silicatos e aluminatos.

7.2. Elementos de ligaA introduo de elementos de liga, que no o carbono, nos aos feita quando se deseja um ou mais dos seguintes efeitos: aumentar a dureza e a resistncia mecnica; conferir resistncia uniforme atravs de toda a seo em peas de grandes dimenses; diminuir o peso (conseqncia do aumento da resistncia); conferir resistncia corroso; aumentar a resistncia ao calor; aumentar a resistncia ao desgaste; aumentar a capacidade de corte; melhorar as propriedades eltricas e magnticas.

Os principais efeitos dos elementos de liga so mostrados na tabela 8.


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Tabela 8 Elementos de liga dos aos e suas principais funes. Elemento Al Alumnio Cr Cromo Co Cobalto Mn MangansPrincipais funes 1. Desoxidante eficiente 2. Restringe o crescimento de gro (pela formao de xidos ou nitretos dispersos) 3. Elemento de liga nos aos para nitretao 1. 2. 3. 4. 1. Aumenta a resistncia corroso Aumenta a endurecibilidade Melhora a resistncia a altas temperaturas Resiste ao desgaste (com alto teor de C) Contribui dureza a quente pelo endurecimento da ferrita

1. Contrabalana a fragilidade devida ao S 2. Aumenta a endurecibilidade economicamente 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5. Eleva a temperatura de crescimento de gro da austenita Produz maior profundidade de endurecimento Contrabalana a tendncia fragilidade de revenido Eleva a dureza a quente, a resistncia a quente e a fluncia Melhora a resistncia corroso dos aos inoxidveis Forma partculas resistentes abraso Aumenta a resistncia de aos recozidos Aumenta a tenacidade de aos ferrticos-perlticos (sobretudo a baixas temperaturas) Torna austenticas ligas Fe-Cr altas em Cr Aumenta a resistncia de aos de baixo C Aumenta a resistncia corroso Aumenta a usinabilidade em aos de usinagem fcil Desoxidante Elemento de liga para chapas eltricas e magnticas Aumenta a resistncia oxidao Aumenta a endurecibilidade de aos contendo elementos no grafitizantes Aumenta a resistncia de aos de baixo teor em liga

Mo Molibdnio

Ni Nquel P Fsforo

Si Silcio Ti Titnio W Tungstnio V Vandio

1. Reduz a dureza martenstica e a endurecibilidade em aos ao Cr de mdio Cr 2. Impede a formao de austenita em aos de alto Cr 1. Forma partculas duras e resistentes ao desgaste em aos ferramenta 2. Promove resistncia e dureza a altas temperaturas 1. Eleva a temperatura de crescimento de gro da austenita (promove refino do gro) 2. Aumenta a endurecibilidade (quando dissolvido) 3. Resiste ao revenido e causa acentuado endurecimento secundrio


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7.3. Classificao dos aos carbono e aos ligaOs aos podem ser classificados de trs modos diferentes: de acordo com sua composio qumica, de acordo com sua estrutura e de acordo com sua aplicao.

7.3.1. Classificao de acordo com a composio qumica Considerada a composio qumica dos aos como base de classificao, poderiam ser considerados os seguintes subgrupos: Aos carbono, ou seja, aqueles em que esto presentes o carbono e os elementos residuais, mangans, silcio, fsforo, enxofre e outros, nos teores considerados normais; Aos liga, de baixo teor em liga, ou seja, aqueles em que os elementos residuais esto presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presena de novos elementos de liga, cujo teor total no ultrapassa um valor determinado (normalmente at 5,0%). Nestes aos, a quantidade total de elementos de liga no suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aos resultantes, assim como a natureza dos tratamentos trmicos a que devam ser submetidos; Aos liga, de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga , no mnimo, de 10 a 12%. Nessas condies, no s a estrutura dos aos correspondentes pode ser profundamente alterada, como igualmente os tratamentos trmicos comerciais sofrem modificaes, exigindo ainda tcnica e cuidados especiais e, freqentemente, operaes mltiplas; Aos liga, de mdio teor em liga, que poderiam ser considerados como constituindo um grupo intermedirio entre os dois anteriores.

7.3.2. Classificao de acordo com sua estrutura Tomada a estrutura como base para classificao, os seguintes subgrupos poderiam ser considerados: Perlticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente baixos (at o mximo de 5%); suas propriedades mecnicas, em funo do teor de carbono e de elementos de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento trmico de tmpera e revenido; tambm em funo do teor de carbono, sua usinabilidade pode ser considerada boa; Martensticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza muito elevada e baixa usinabilidade; Austenticos, caracterizados por reterem a estrutura austentica temperatura ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidveis, no magnticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse grupo; Ferrticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou SI), mas com baixo teor de carbono. No reagem tmpera; no estado recozido, caracterizam-seSENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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por apresentar estrutura predominante ferrtica, eventualmente com pequenas quantidades de cementita; Carbdicos, caracterizam-se por apresentarem quantidades considerveis de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura compe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbtico, martenstico ou austentico, dependendo da composio qumica. So aos usados especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.

7.3.3. Classificao de acordo com a aplicao De acordo com a mesma, podem ser considerados os seguintes subgrupos: Aos para fundio, caracterizados por apresentarem boa combinao de resistncia, ductibilidade e tenacidade; alm disso, apresentam boa usinabilidade e adequada soldabilidade; muitos tipos so suscetveis de tratamentos trmicos de tmpera e revenido; Aos estruturais, ao carbono ou com pequenos teores de elementos de liga, com boas ductibilidade e soldabilidade e elevado valor de relao limite de resistncia trao para limite de escoamento; Aos para trilhos, cujas condies de servio exigem caractersticos de boa resistncia mecnica, boa resistncia ao desgaste, etc.; so, tipicamente, aos ao carbono; Aos para chapas, que devem apresentar excelente deformabilidade, boa soldabilidade, entre outras qualidade; Aos para tubos, com, em princpio, as mesmas qualidades dos aos para chapas; como os anteriores, so normalmente ao carbono, embora, nestes ltimos, algumas aplicaes podem exigir a presena de elementos de liga; Aos para arames e fios, os quais, conforme aplicaes, podem apresentar caractersticos de resistncia trao realmente notveis; Aos para molas, caracterizados por elevado limite elstico; Aos de usinagem fcil, caracterizados pela sua elevada usinabilidade, teores acima dos normais dos elementos enxofre e fsforo, principalmente o primeiro, e, eventualmente, presena de chumbo; Aos para cementao, normalmente de baixo carbono e baixos teores de elementos de liga, de modo a apresentarem os melhores caractersticos para enriquecimento superficial de carbono, alm de um ncleo tenaz, depois da cementao e da tmpera; Aos para nitretao, simplesmente ao carbono ou com os elementos de liga cromo, molibdnio e alumnio; Aos para ferramentas e matrizes, caracterizados por alta dureza a temperatura ambiente, assim como, nos tipos mais sofisticados, alta dureza temperatura elevada, satisfatria tenacidade e onde as propriedades comuns de resistncia mecnica e principalmenteSENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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ductibilidade, pouco significado apresentam. Os tipos mais sofisticados apresentam elementos de liga em teores muito elevados, sendo os mais importantes e famosos os aos rpidos, com elevado teor de tungstnio, mais cromo e vandio e, eventualmente, molibdnio, cobalto e outros elementos de liga. Apresentam alta capacidade de corte. Outros, alta capacidade de suportarem deformaes; Aos resistentes ao desgaste, entre os quais o mais importante o que apresenta mangans em quantidade muito acima do normal (entre 10 e 14%), alm de alto carbono (entre 1,0 e 1,4%); Aos resistentes corroso (tambm chamados inoxidveis), com elevados teores de cromo ou cromo-nquel; Aos resistentes ao calor (tambm chamados refratrios), caracterizados por apresentarem elevados teores de cromo e nquel e por possurem elevada resistncia oxidao pelo calor e por manterem as propriedades mecnicas a temperaturas acima da ambiente, s vezes, relativamente elevadas; Aos para fins eltricos, empregados na fabricao de motores, transformadores e outros tipos de mquinas e aparelhos eltricos, caracterizados por apresentarem silcio em teores acima dos normais (at 4,75%), ou teores de cobalto (at 50%) ou altos teores de nquel; Aos para fins magnticos, com alto teor de carbono, cromo mdio, eventualmente tungstnio relativamente elevado, eventualmente molibdnio e (os melhores tipos) elevada quantidade de cobalto (at cerca de 40%); esses aos, quando temperados, apresentam o caracterstico de imantao permanente; Aos ultra-resistentes, desenvolvidos principalmente pela necessidade das aplicaes da indstria aeronutica, mas cuja utilizao est se estendendo a outros setores da engenharia; Aos criognicos, caracterizados por sua resistncia ao efeito de baixas temperaturas; Aos sinterizados, produtos da metalurgia do p, incluindo ferro praticamente isento de carbono, aos comuns e alguns aos especiais, de aplicao crescente na indstria moderna.

A tabela 9 apresenta os principais aos utilizados na construo mecnica.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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Tabela 9 Principais aos utlizados na construo mecnica. 1010 1020 1045Ao ao carbono sem elementos de liga, para uso geral, usado em peas mecnicas, peas dobradas, partes soldadas, tubos e outras aplicaes. Ao ao carbono, de uso geral, sem elementos de liga usado em peas mecnicas, eixos, partes soldadas, conformadas ou cementadas, arames em geral, etc. Ao com teor mdio de carbono, de uso geral em aplicaes que exigem resistncia mecnica superior ao 1020 ou tmpera superficial (em leo ou gua), usados em peas mecnicas em geral. Fcil de ser usinado, oferecendo um bom acabamento superficial, contudo, de difcil soldabilidade exceto mediante a uso de eletrodos de baixo teor de hidrognio. Como exemplo, E6015 (AWS). Usa-se, comumente, na fabricao de porcas, parafusos, conexes e outros produtos que necessitam de alta usinabilidade, porm no devem ser utilizados em partes vitais de mquinas ou equipamentos que estejam sujeitos a esforos severos ou choques. Idntico s caractersticas do 1212 com exceo da usinabilidade, onde apresenta capacidade superior a 60% em relao ao 1212. Idntico s caractersticas do 1212 com exceo da usinabilidade, onde apresenta capacidade superior a 100% em relao ao 1212. Apresenta algumas melhorias em trabalhos que necessitem de compresso, como por exemplo, roscas laminadas ou partes recartilhadas em relao ao 1212 e 12L14. Ao cromo-nquel-molibdnio. usado para cementao na fabricao de engrenagens, eixos, cremalheiras, terminais, cruzetas, etc., (limite de resistncia do ncleo: entre 70 e 110 Kgf/mm2). Ao cromo-nquel-molibdnio de mdia temperabilidade, usado em eixos, pinhes, bielas, virabrequins, chavetas e peas de espessura mdia. Ao cromo-nquel-molibdnio para cementao que alia alta temperabilidade e boa tenacidade, usado em coroa, pinhes, terminais de direo, capas de rolamentos, etc., (limite de resistncia do ncleo: entre 80-120 Kgf/mm2). Ao cromo-nquel-molibdnio de alta temperabilidade, usado em peas de sees grandes como eixos, engrenagens, componentes aeronuticos, peas para tratores e caminhes, etc. Ao cromo-mangans para beneficiamento, de mdia temperabilidade, usado em parafusos, semi-eixos, pinos, etc. Ao cromo-mangans de boa tenacidade e mdia temperabilidade, usado tipicamente na fabricao de molas semi- elpticas e helicoidais para veculos Ao cromo-vandio para beneficiamento que apresenta excelente tenacidade e mdia temperabilidade sendo usado em molas helicoidais, barras de toro, ferramentas, pinas para mquinas operatrizes, etc. Ao de alto teor de silcio e alta resistncia usado em molas para servio pesado como tratores e caminhes. Ao que atinge elevada dureza em tmpera profunda, usado tipicamente em esferas, roletes e capas de rolamentos e em ferramentas como estampos, brocas, alargadores, etc.

1212

12L14 12T14

8620

8640 4320

4340

5140 5160 6150

9260 52100


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7.4. Aos InoxidveisAo inox o termo empregado para identificar uma famlia de aos contendo, no mnimo, 11% de cromo, que lhes garante elevada resistncia oxidao. O cromo, disperso em todo o material de forma homognea, em contato com o oxignio do ar, forma uma fina camada de xido na superfcie do ao, contnua e muito resistente, protegendo-o contra ataques corrosivos do meio ambiente. Este filme protege toda a superfcie do ao inox e, de maneira geral, esta resistncia aumenta medida que mais cromo adicionado mistura. Apesar de invisvel, estvel e com espessura finssima, esta pelcula altamente aderente ao ao inox, defendendo o material contra a ao dos meios agressivos. Mesmo quando o ao inox sofre algum tipo de dano, sejam arranhes, amassamentos ou cortes, imediatamente o oxignio do ar combina-se com o cromo, formando novamente o filme protetor, recompondo a resistncia corroso. Esta qualidade inerente ao ao inox, j que o cromo faz parte de sua composio qumica. Alm do cromo, outros elementos so adicionados ao ao inox elevando a sua resistncia corroso, tais como o nquel, o molibdnio, o vandio, o tungstnio e outros. Estes elementos tornam o ao inox adequado mltiplas aplicaes, cada uma delas contendo porcentagens especficas destas substncias qumicas. A seleo correta do tipo de ao inox e de seu acabamento de superfcie muito importante para garantir uma longa vida til. Assim, quanto maior for a agressividade do meio, mais especfica deve ser a dosagem dos elementos qumicos e o balanceamento da mistura. O acabamento superficial e a limpeza do ao so fatores relevantes na sua resistncia corroso, pois, quanto mais polido e limpo for o material, menor ser a aderncia de produtos indesejveis na sua estrutura. Existem diferenas entre as aplicaes dos aos inox, e a classificao mais simples e mais usada dos aos inoxidveis baseada na microestrutura que apresentam temperatura ambiente. Nessas condies, so considerados os trs grupos seguintes: martensticos, ferrticos e austenticos.


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7.4.1. Aos Inoxidveis Martensticos Estes aos caracterizam-se por serem aos-cromo, contendo cromo entre 11,5% e 18,0%; eles tornam-se martensticos e endurecem pela tmpera. As caractersticas mais importantes destes aos so as seguintes: so ferro-magnticos; podem ser facilmente trabalhados, tanto a quente como a frio, sobretudo quando o teor de carbono for baixo; apresentam boa resistncia corroso quando expostos ao tempo, ao da gua e de certas substncias qumicas; medida que aumenta o teor de carbono, fica prejudicada a resistncia corroso, o que, entretando, compensado pelo maior teor de cromo; o nquel melhora sua resistncia corroso; o melhor ao inoxidvel martenstico, sob o ponto de vista de resistncia corroso, o 431, devido ao baixo carbono, alto cromo e presena de nquel; a tmpera tambm melhora a resistncia corroso, pois contribui para evitar a possibilidade de precipitao de carbonetos. As caractersticas desses aos e as aplicaes mais comuns, em funo de sua composio qumica, so apresentados na tabela 10: Tabela 10 Principais caractersticas e aplicaes dos aos inoxidveis martensticos.Pelo seu baixo carbono so fceis de conformar a frio no estado recozido; so empregados em lminas forjadas ou usinadas de turbinas e compressores, tesouras, canos de fusil, componentes de micrmetros e instrumentos de medida, componentes para a indstria petroqumica, etc. Pela alta dureza e razovel tenacidade que adquirem aps adequado tratamento trmico, so 420 empregados em cutelaria, instrumentos cirrgicos, eixos de bombas, vlvulas, peas de motores a jato, mancais de esfera, parafusos, buchas, etc. 414 e 431 Pelas altas dureza e resistncia mecnica, so empregados em molas, parafusos e porcas, peas para bombas, peas para avies, eixos de hlices martimas, peas para fornos, componentes para a indstria petroqumica, etc. O tipo 431 o de melhor resistncia corroso entre os aos inoxidveis martensticos. 416, 416Se Por serem de usinagem fcil, adaptam-se facilmente a operaes de usinagem, sendo empregados em parafusos, porcas, hastes de vlvulas, lminas de turbina, cutelaria, etc. e 420 F

403 e 410

440A, 440B Devido ao alto teor de carbono, possuem alta resistncia ao desgaste; por isso so empregados em instrumentos cirrgicos e odontolgicos, mancais de esfera, vlvulas, bocais e outras e 440C

aplicaes em que, alm da resistncia corroso, sejam exigidas altas dureza e resistncia ao desgaste.

7.4.2. Aos Inoxidveis Ferrticos Neste grupo, o cromo ainda o principal elemento de liga, podendo atingir valores muito elevados, superiores a 25%. Como o teor de carbono baixo mximo de 0,20% a faixa austentica fica totalmente eliminada e, em conseqncia, esses aos no so endurecveis pela tmpera. Na tabela 11 esto as principais caractersticas e aplicaes deste grupo de aos inoxidveis. Tabela 11 Principais caractersticas e aplicaes dos aos inoxidveis ferrticos.SENAI - CETAL/FAM Mecnica Materiais para Construo

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430

Este o tipo mais conhecido e utilizado. facilmente conformado a frio e apresenta um encruamento inferior ao dos aos austenticos. Possui ainda boas propriedades de resistncia corroso, tanto a temperatura ambiente como a temperaturas mais elevadas. Resiste ao de gases sulfurosos secos e quentes. Seus usos abrangem um campo muito grande, como indstria automobilstica, indstria de aparelhos eletrodomsticos e indstria qumica. Outros empregos incluem: decoraes arquitetnicas de interiores, equipamentos de restaurantes e de cozinhas, peas de fornos, etc. So variaes do tipo 430. Devido seus caractersticos de fcil usinabilidade so empregados para produzir peas em mquinas operatrizes automticas, tais como parafusos, porcas, ferragens, etc. Pelo fato de apresentar alumnio, apresenta bons caractersticos de tenacidade em estruturas soldadas, onde empregado em temperaturas elevadas. Aplicaes tpicas incluem tubos de radiadores, caldeiras, recipientes para indstria petroqumicas, etc. facilmente trabalhvel a frio e produz soldas muito tenazes. Seu emprego faz-se principalmente em exaustores de automveis. semelhante ao 430, com adio de molibdnio que melhora seus caractersticos de resistncia corroso atmosfrica. Tem sido empregado na manufatura de componentes da indstria automobilstica, como por exemplo, parachoques de automveis. tambm semelhante ao 430, com adio simultnea de molibdnio e nibio, de modo a melhorar suas resistncias corroso e ao calor. Apresenta boa resistncia oxidao, por isso empregado para servio a alta temperatura quando no se exige facilidade de conformao. Seus principais empregos so: peas de fornos e de cmaras de combusto. Por ser dentre todos os aos inoxidveis ferrticos, o que contm maior teor de cromo, possui excelente resistncia oxidao at temperaturas da ordem de 1.200 C. Por isso, so empregados em peas de fornos, queimadores, radiadores, recuperadores, etc. Contudo, sua resistncia mecnica a temperaturas elevadas baixa, de modo que para essas aplicaes prefere-se os aos inoxidveis austenticos do tipo AISI 310.

430F e 430Se 405

409 434

436 442

446

7.4.3. Aos Inoxidveis Austenticos Estes aos podem ser divididos em dois grupos: aos ao cromo-nquel e aos ao cromomangans-nquel. A maior parte dos aos inox austenticos comumente empregados pertencem ao primeiro grupo. Os mais conhecidos e populares so os 18-8, em que o teor de cromo 18% e o de nquel 8%. A introduo do nquel melhora consideravelmente a resistncia corroso e a resistncia oxidao a altas temperaturas, visto que, na maioria dos reagentes, o nquel mais nobre que o ferro e, alm disso, forma uma camada de xido que protege o ao espontaneamente. Para comprovar esse fat

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