• Compreendem a maioria dos elementos químicos conhecidos

• Podem formar sólidos metálicos

• Devido à ligação metálica, possuem propriedades típicas

METAIS

Ligações: íons metálicos

Elétrons: deslocalizados em nuvem eletrônica que se movimenta

entre íons da rede cristalina

Energia média nos elétrons da nuvem eletrônica < elétrons de átomo

isolado

Atração: nuvem eletrônica ↔ cátions – estabilidade reticular

Baixa energia de ionização: perda de elétrons para a “rede”

metálica estabilidade

LIGAÇÃO METÁLICA

LIGAÇÃO METÁLICA

• Ligação metálica para metais alcalino-terrosos

REDE CRISTALINA

Cromo Ouro Zinco

PROPRIEDADES MECÂNICAS

• Resistência mecânica: É a propriedade apresentada pelo material

em resistir a esforços externos, estáticos ou lentos (tração,

compressão, flexão, torção, cisalhamento);

• Elasticidade: Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar

a forma primitiva tão depressa cesse o esforço que tenha provocado a

deformação. A deformação elástica é reversível e desaparece quando

a tensão aplicada é removida.

Plasticidade: a propriedade que apresentam certos materiais de se

deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes

tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes

alterações de estrutura.

• São influenciados pelo calor (aumentam com o calor);

• O inverso da plasticidade é a fragilidade ou quebrabilidade; assim,

um material é dito frágil ou quebradiço quando o mesmo ao

romper-se apresenta uma pequena deformação.

• Pode ser subdividida em: Ductibilidade e Maleabilidade

Ductibilidade: Capacidades de um metal ser estirado em fios sem

sofrer rupturas.

Maleabilidade: Capacidades de um metal ser estirado em folhas

sem sofrer rupturas.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Dureza: È definida pela resistência da superfície do material à

penetração, ao desgaste e ao atrito;

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Fluência: Fenômeno de alongamento contínuo e que pode

conduzir à ruptura é denominado fluência. Esta característica é

típica de materiais ferrosos quando submetidos a cargas de tração

constantes por longo tempo a elevadas temperaturas. A fluência

ocorre mesmo quando o material é solicitado na temperatura

ambiente, mas nessa temperatura a fluência é praticamente

desprezível comparada com a que ocorre em temperaturas

elevadas.

• O fenômeno da fluência ocorre nos instrumentos de corda,

violão, por exemplo.

Resiliência: É a propriedade do material resistir a esforços

externos dinâmicos (choques, pancadas, etc.) sem sofrer

deformação permanente. Como exemplo, as molas são feitas de

materiais de elevada resiliência.

Tenacidade: É dada pela energia consumida para fraturá-lo . Em

outras palavras, tenacidade mede a capacidade que o material tem

de absorver a energia até fraturar-se.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

–Metais são flexíveis

à ação da força

–Cristal iônico

sofrem ruptura à ação

da força

PROPRIEDADES MECÂNICAS

São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de

se deixar trabalhar pelos processos de fabricação usuais.

Fusibilidade: É a propriedade que o material possui de passar do

estado sólido para o líquido sob ação do calor.

• Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é

preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não

sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem

alterações na sua estrutura.

Principais temperaturas de fusão.

-Alumínio: 650 oC - Gusa: 1150 oC a 1300 oC

-Ferro puro: 1530 oC - Aços: 1300 oC a 1500 oC

- Zinco: 420 oC - Chumbo 330 oC

- Cobre 1080 oC - Estanho 235 oC

PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS

Soldabilidade: É a propriedade que certos metais possuem de se

unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos.

Temperabilidade: Propriedade que possuem alguns metais e ligas

de modificarem a sua estrutura cristalina (endurecimento) após um

aquecimento prolongado seguido de resfriamento brusco.

Usinabilidade (ou maquinabilidade): É a propriedade de que se

relaciona com a resistência oferecida ao corte e é medida pela

energia necessária para usinar o material no torno, sob condições

padrões.

Fadiga: Quando um material é sujeito a esforços dinâmicos,

durante longo tempo, é observado um “enfraquecimento” das

propriedades mecânicas ocasionando desgaste ou a ruptura.

PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS

PROPRIEDADES TÉRMICAS

Condutividade térmica: São propriedades que possuem certos

corpos de transmitir mais ou menos calor. Neste caso, materiais bons

condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: Ag,

Cu, Al, latão, Zn, Aço e Pb.

Dilatação: Propriedade pela qual um corpo aumenta quando

submetido à ação do calor. A capacidade de dilatação de um material

está relacionada ao chamado coeficiente de dilatação térmica.

PROPRIEDADES FÍSICAS

Peso Específico (densidade): É o peso da unidade de volume do

corpo. Por exemplo: o peso específico do aço é 7,8 kg/dm3.

Opacidade: Transparência a radiação de alta frequência raios-X e raios-γ (gama)

•Fragilidade galvânica – suscetibilidade à corrosão

química ou eletrolítica

–Degradação do metal ou liga metálica

–Ataque corrosivo: defeitos no retículo cristalino

Ferro + Oxigênio Óxido de Ferro(III)

2Fe + 3O2 Fe2O3

PROPRIEDADES QUÍMICAS

• Reatividade

–Reações vigorosas e rápidas

–Corrosão

Au Ag Cu [H] Pb Sn Fe Zn Al Mg Ca Na K

Menos reativo

Mais reativo

PROPRIEDADES QUÍMICAS

LIGAS METÁLICAS

Tratável termicamente

Baixo carbono

Médio carbono

Alto carbono

Alta Liga

Baixa Liga

Ferros Fundidos

Aços

Ferro Cinzento

Ferro Dúctil

Ferro Branco

Ferro Maleável

Carbono Carbono Carbono

Ferramenta Inox

Ferrosas Não Ferrosas

Alta Resistência,

Baixa liga

METAIS FERROSOS

O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.

ALGUNS MINÉRIOS

MINÉRIOS DE FERRO

Os principais minérios de ferro encontrados na natureza são:

• Magnetita: (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe3O4 , contendo

72,4% Fe.

• Hematita: (óxido férrico), de fórmula Fe3O3 , contendo 69,9%

Fe.

• Limonita: (óxido hidratado de ferro), de formula 2Fe2O3 3H2O,

contendo, em média, 48,3% Fe.

• Minério de ferro antes de ser inserido no alto-forno sofre um

processo de beneficiamento com o objetivo de torná-los mais

adequados para a utilização nos alto-fornos. Essas operações são,

geralmente: britamento, peneiramento, mistura, moagem,

classificação e aglomeração.

MINÉRIOS DE FERRO

• O principais minérios de ferro são a Hematita e

Magnetita.

OBTENÇÃO DO FERRO

• Para retirar as impurezas, o

minério é lavado, partido em

pedaços menores e em seguida

levados para a usina siderúrgica.

• Na usina, o minério é

derretido num forno

denominado ALTO FORNO.

No alto forno, já bastante

aquecido, o minério é

depositado em camadas

sucessivas, intercaladas com

carvão coque (combustível)

e calcário (fundente).

OBTENÇÃO DO FERRO GUSA

Carvão

Têm várias funções dentro do processo que são:

• Atuar como combustível gerando calor para as reações.

• Atuar como redutor do minério, que é basicamente constituído de

óxidos de ferro

• atuar como fornecedor de carbono, que é o principal elemento de

liga dos produtos siderúrgicos

O carvão também sofre um pré-processamento antes de ser

introduzido no alto-forno. Esta operação consiste no processo de

coqueificação: aquecimento a altas temperaturas, com ausência

total de ar, exceto na saída dos produtos voláteis, do carvão mineral.

c) Calcário

O calcário atua como fundente, ou seja, reage, pela sua natureza

básica, com substâncias estranhas ou impurezas contidas no minério

e no carvão (geralmente de natureza ácida) formando a escória,

subproduto, por assim dizer, do processo clássico do alto-forno.

• Estando o alto forno

carregado, por meio de

dispositivo especial injeta-

se ar em seu interior.

• O ar ajuda a queima do

carvão coque, que ao

atingir 1200ºC derrete o

minério.

OBTENÇÃO DO FERRO GUSA

• O ferro ao derreter-se deposita-

se no fundo do alto forno. A este

ferro dá-se o nome de ferro-gusa

ou simplesmente gusa.

• As impurezas ou escórias por

serem mais leves, flutuam sobre o

ferro gusa derretido.

OBTENÇÃO DO FERRO GUSA

•Através de duas aberturas

especiais, em alturas diferentes são

retiradas, primeiro a escória e em

seguida o ferro-gusa que é

despejado em panelas chamadas

CADINHOS.

• O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em formas

denominadas lingoteiras.

• Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendo o

nome de LINGOTE DE FERRO GUSA.

• A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos.

OBTENÇÃO DO FERRO GUSA

•Em torno dos 1600ºC – liquefação - gusa se separa da escória.

• Introduz-se a carga, composta de

minério de ferro, coque e fundente.

•Entre 300ºC e 350ºC – dessecação - vapor de água contido na carga é liberado.

•Entre 350ºC e 750ºC – redução - óxido de ferro perde o oxigênio.

•Entre 750ºC e 1150ºC – carburação -ferro se combina com o carbono formando a gusa.

•Entre 1150ºC e 1800ºC – fusão - gusa passa para o estado líquido

• C + O2 CO2

• CO2 + C 2CO (agente redutor)

• 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2

• Fe3O + CO → 3 FeO + CO2

• FeO + CO → Fe + CO2

•2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2

REAÇÕES EM ALTO FORNO

• É uma liga ferro-carbono com elevados teores de carbono (3,4 a

4,5% C) que é vendido em blocos como matéria-prima para a

produção de aços e ferros fundidos.

• O ferro gusa é extremamente frágil devido a significativa

quantidade de impurezas presentes na liga (fósforo, silício, enxofre,

etc).

•Por esse motivo, ele tem praticamente nenhuma aplicação na

indústria.

FERRO GUSA

• É uma liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% de

carbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcentagem de

carbono do ferro gusa. É portanto um ferro de segunda fusão.

FERRO FUNDIDO

• O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem de

ferro, pequena porcentagem de carbono, silício, manganês,

enxofre e fósforo.

Tipos de ferro fundido

• Os tipos mais comuns de ferro fundido são o ferro fundido

cinzento e o ferro fundido branco.

• O ferro GUSA quando refundido junto com sucatas de ferro

fundido e aço, dá origem ao ”ferro fundido de segunda fusão”ou

ferro fundido propriamente dito.

Ferro fundido cinzento Características: • Fácil de ser fundido e moldado em Peças; • Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte. • Absorve muito bem as vibrações, condição que torna ideal para corpos de máquinas. • Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura, devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, em forma de palhetas de grafite. • Porcentagem de carbono variável entre 3,5% a 4,5%.

Ferro fundido branco Características:

• Difícil de ser fundido.

• Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo ser trabalhado

com ferramenta de corte especiais.

• É usado apenas em peças que exijam muito resistência ao

desgaste.

• Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhante, pois o

carbono apresenta-se totalmente combinado com o ferro.

• Porcentagem de carbono variável entre 2% e 3%.

• O ferro fundido cinzento, devido às suas características, têm

grande aplicação na indústria. O ferro fundido branco é utilizado

apenas em peças que requerem elevada dureza e resistência ao

desgaste.

• O aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na

indústria mecânica. É usado na fabricação de peças em geral.

• Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro

gusa.

• A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%.

• Os aços utilizados na construção mecânica se dividem em três

grandes categorias:

- Aços-carbono ou comuns;

- Aços-liga;

- Aços especiais.

AÇO

AÇO-CARBONO

• São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de

carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo.

• Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o

carbono. O manganês e silício melhoram a qualidade do aço,

enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais.

• Ferro - É o elemento básico da liga.

• Carbono - Depois do ferro é o elemento mais importante do aço.

A quantidade de carbono define a resistência do aço.

Classificação - ABNT

• Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe o aço. Os dois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado. • Exemplo: Aço 10 20

Aço ao carbono Porcentagem média de carbono é 0,20 %

• Aço 1006 a 1010 - (Extra-macio)

Resistência à ruptura - 35 a 45 kg/mm2

Teor de carbono - 0,05% a 0,15%

Não adquire têmpera

Grande maleabilidade, fácil de soldar-se

Usos: chapas, fios, parafusos, tubos estirados, produtos de

caldeiraria, etc.

• Aço 1020 a 1030 - (Macio)

Resistência à ruptura - 45 a 55 kg/mm2

Teor de carbono - 0,15% a 0,30%

Não adquire têmpera

Maleável e soldável

Usos: barras laminadas e perfiladas, peças comuns de mecânica, etc.

AÇOS BAIXO CARBONO

Ferrita Perlita

AÇOS BAIXO CARBONO

• Aço 1030 a 1040 - (Meio macio)

Resistência à ruptura - 55 a 65 kg/mm2

Teor de carbono - 0,30% a 0,40%

Apresenta início de têmpera

Difícil para soldar

Usos: peças especiais de máquinas e motores, ferramentas para a

agricultura, etc.

Aço 1040 a 1060 - (Meio duro)

Resistência à ruptura - 65 a 75 kg/mm2

Teor de carbono - 0,40% a 0,60%

Adquire boa têmpera

Muito difícil para soldar-se

Usos: peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas, trilhos,

etc.

AÇOS MÉDIO CARBONO

Ferrita Perlita

AÇOS MÉDIO CARBONO

• Aço acima de 1060 - (Duro a extra-duro)

Resistência à ruptura - 75 a 100 kg/mm2

Teor de carbono - 0,60% a 1,50%

Tempera-se facilmente

Não solda

Usos: peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria,

etc.

AÇOS ALTO CARBONO

Somente Perlita

AÇOS ALTO CARBONO

AÇO-LIGA

• Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência

levaram à descoberta de aços especiais, mediante a adição e a

dosagem de certos elementos no aço ao carbono.

• Conseguiram-se assim aços-liga com características tais como

resistência à tração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc., bem

melhores que a dos aços ao carbono comuns.

• Conforme as finalidade desejadas, adiciona-se ao aço-carbono um

ou mais dos seguintes elementos: níquel, cromo, manganês,

tungstênio, cobalto, vanádio, silício, molibdênio e alumínio.

1) Aços Níquel

• 1 a 10% de Níquel - Resistem bem à ruptura e ao choque, quando temperados e

revenidos.

Usos - peças de automóveis, máquinas, ferramentas, etc.

• 10 a 20% de Níquel - Resistem bem à tração, muito duros - temperáveis em jato

de ar.

• 20 a 50% de Níquel - Resistentes aos choques, boa resistência elétrica, etc.

Usos - válvulas de motores térmicos, resistências elétricas, cutelaria, instrumentos

de medida, etc.

AÇO-LIGA

2) Aços Cromo

• até 6% Cromo - Resistem bem à ruptura, são duros, não resistem aos choques.

Usos - esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens, etc.

• 11 a 17% de Cromo - Inoxidáveis.

Usos - aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc.

• 20 a 30% de Cromo - Resistem à oxidação, mesmo a altas temperaturas..

Usos - válvulas de motores a explosão, fieiras, matrizes, etc.

3) Cromo-Níquel

• 8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Níquel - Inoxidáveis, resistentes à ação do calor,

resistentes à corrosão de elementos químicos.

Usos - portas de fornos, retortas, tubulações de águas salinas e gases, eixos de

bombas, válvulas e turbinas, etc.

4) Aços Manganês

• 7 a 20% de Manganês - Extrema dureza, grande resistência aos choques e ao

desgaste.

• Usos - mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas, cruzamentos

e curvas de trilhos, peças de dragas, etc.

5) Aços Silício

• 1 a 3% de Silício - Resistências à ruptura, elevado limite de elasticidade e

propriedades de anular o magnetísmo.

Usos - molas, chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de bobinas

elétricas, etc.

6 ) Aços Silício-Manganês

• 1% silício, 1% de Manganês - Grande resistências à ruptura e elevado limite de

elasticidade.

Usos - molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc.

7) Aços Tungstênio

• 1 a 9% de tungstênio - Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da

abrasão (fricção) e propriedades magnéticas.

Usos - ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação de ímãs,

etc.

8) Aços Cobalto

• Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência à

abrasão, (fricção).

Usos - ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc. Não é usual o aço cobalto

simples.

9) Aços Rápidos • 8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8% de molibdênio, 3 a 4% de cromo - Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade. A ferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue usinar até o aço-manganês de grande dureza. Usos - ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc.

10) Aços Alumínio-Cromo

• 0,85 a 1,20% de alumínio, 0,9 a 1,80% de cromo – Possibilita grande dureza

superficial por tratamento de nitrelação - (termo-químico).

Usos - camisas de cilindro removíveis de motores a explosão e de combustão

interna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimensões fixas, etc.

• Os aços inoxidáveis caracterizam-se por uma resistência à corrosão

superior à dos outros aços.

• Quanto à composição química, os aços inoxidáveis caracterizam-se

por um teor mínimo de cromo da ordem de 12%.

“Corrosão é a destruição de um corpo sólido a partir da superfície

por processos químicos e/ou eletroquímicos”. O processo mais

freqüente que provoca esta destruição é o ataque do metal pelo

oxigênio da atmosfera. Porém o aço pode ser atacado e destruído por

outras substâncias, tais como ácidos, álcalis e outras soluções

químicas.

• A resistência à corrosão do cromo ocorre devido a proteção que é

dada por uma fina camada de óxidos, aderente e impermeável, que

envolve toda a superfície metálica e impede o acesso de agentes

agressivos.

AÇO INOXIDÁVEL

METAIS E LIGAS

NÂO FERROSOS

Alumínio

• Tem como matéria-prima a bauxita (Al2O3).

Suas principais características são: - Baixa massa específica, 2,7 kg/dm3, cerca de 1/3 da do aço.

- - Boa resistência à corrosão da atmosfera e de vários produtos químicos (na realidade, em contato com o ar é logo formada uma camada superficial de óxido que impede a continuidade da corrosão). - Boa condutividade elétrica e térmica. - Pode ser ligado com vários outros metais tais como cobre, magnésio, manganês, níquel, silício, formando ligas. - Umas de suas principais limitações é o ponto baixo de fusão.

Cobre (Cu)

• Principais propriedades: - Alta condutividade térmica. - Boa resistência contra corrosão atmosférica e de ácidos. - Alta condutividade elétrica, inferior apenas à da prata. • Esta última faz do cobre o material padrão dos condutores elétricos. Muito usado também em tubulações especiais dada a resistência à corrosão e facilidade de soldagem. • Pode ser deformado a frio para a produção de tubos, fios e chapas.

Zinco (Zn)

• Principais Propriedades: - Baixo ponto de fusão, - Baixa resistência mecânica, - Boa resistência à corrosão atmosférica, - Facilidade de trabalho a frio são suas principais propriedades. • Usado em coberturas para telhados, como revestimento anticorrosivo (galvanização), como componente de várias ligas, etc.