Senaisc-tecnologia Dos Materiais

Curso Tcnico em Mecnica

Tecnologia dos Materiais de Construo Mecnica

Armando de Queiroz Monteiro NetoPresidente da Confederao Nacional da Indstria

Jos Manuel de Aguiar MartinsDiretor do Departamento Nacional do SENAI

Regina Maria de Ftima TorresDiretora de Operaes do Departamento Nacional do SENAI

Alcantaro CorraPresidente da Federao das Indstrias do Estado de Santa Catarina

Srgio Roberto ArrudaDiretor Regional do SENAI/SC

Antnio Jos CarradoreDiretor de Educao e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antnio DociattiDiretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

Confederao Nacional das Indstrias

Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

Curso Tcnico em Mecnica

Tecnologia dos Materiais de Construo Mecnica

Alcides Gavenda

Florianpolis/SC2010

proibida a reproduo total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prvio consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da lngua portuguesa.

Equipe tcnica que participou da elaborao desta obra

Coordenao de Educao a DistnciaBeth Schirmer

Reviso Ortogrfica e NormatizaoFabriCO

Coordenao Projetos EaDMaristela de Lourdes Alves

Design Educacional, Ilustrao, Projeto Grfico Editorial, Diagramao Equipe de Recursos Didticos SENAI/SC em Florianpolis

AutorAlcides Gavenda

Ficha catalogrfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianpolis

SENAI/SC Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialRodovia Admar Gonzaga, 2.765 Itacorubi Florianpolis/SCCEP: 88034-001Fone: (48) 0800 48 12 12www.sc.senai.br

Ficha catalogrfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianpolis G282t

Gavenda, Alcides Tecnologia dos materiais de construo mecnica / Alcides Gavenda.

Florianpolis : SENAI/SC, 2010. 74 p. : il. color ; 28 cm.

Inclui bibliografias.

1. Materiais. 2. Aos. 3. Metalografia. 4. Metalurgia. 5. Mecnica. I.

SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. II. Ttulo.

CDU 621.7

Prefcio

Voc faz parte da maior instituio de educao profissional do estado. Uma rede de Educao e Tecnologia, formada por 35 unidades conecta-das e estrategicamente instaladas em todas as regies de Santa Catarina.

No SENAI, o conhecimento a mais realidade. A proximidade com as necessidades da indstria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas tericas, e realmente prticas, so a essncia de um modelo de Educao por Competncias que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, de-senvolver habilidade e garantir seu espao no mercado de trabalho.

Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, voc est construindo o seu futuro profissional em uma instituio que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educao atual e de qualidade.

Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os mtodos de ensino-aprendizagem da instituio, o Programa Educao em Movi-mento promove a discusso, a reviso e o aprimoramento dos processos de educao do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didticos de excelncia e consolidar o modelo de Edu-cao por Competncias, em todos os seus cursos.

nesse contexto que este livro foi produzido e chega s suas mos. Todos os materiais didticos do SENAI Santa Catarina so produes colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentaes, muitas com anima-es, tornando a aula mais interativa e atraente.

Mais de 1,6 milhes de alunos j escolheram o SENAI. Voc faz parte deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indstria do Conhecimento.

Sumrio

Contedo Formativo 9

Apresentao 11

12 Unidade de estudo 1

Noes Gerais dos Materiais

Seo 1 - Noes gerais dos materiais


Propriedades dos Materiais Metlicos

Seo 1 - Propriedades fsi-cas e qumicas

Seo 2 - Propriedades mecnicas

Seo 3 - Elemento qumico ferro e suas propriedades.

Seo 4 - Siderrgica


Fabricao dos Aos

Seo 1 - Ao de cadinho

Seo 2 - Processo Bessemer

Seo 3 - Processo Thoma

Seo 4 - Processo L. D. (Linz-Donawitz)

Seo 5 - Processo Siemens-Martin

Seo 6 - Fornos eltricos para a produo do ao

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Diagrama de Equilbrio das Ligas de Ao Carbono

Seo 1 -Ao carbono

Seo 2 - Condies prticas de tratamento trmico


Ferro Fundido

Seo 1 - Ferro fundido


Aos

Seo 1 - Classificao e composio dos aos SAE, ABNT E AISI

Seo 2 - Tipos de aos.

Seo 3 - Influncia dos ele-mentos constituintes, do ao ao carbono

Seo 4 - Aos para constru-o

Seo 5 - Aos inoxidveis

Seo 6 - Aos para ferra-mentas

Seo 7 - Aos para aplica-es especiais

Seo 8 - Ligas especiais de ferro e nquel

Seo 9 - Aos especiais: influncia dos elementos constituintes

Seo 10 - Diferena entre fagulhas e ramificaes dos materiais ferrosos


Materiais Metlicos no Ferrosos

Seo 1 - Cobre

Seo 2 - Bronze

Seo 3 - Lato

Seo 4 - Alumnio e suas ligas

Seo 5 - Ligas leves

Seo 6 - Outros metais e ligas de uso comum

Seo 7 - Ligas antifrico e ligas para altas temperaturas

Seo 8 - Produtos metalo-cermicos

Seo 9 - Polmeros


Metalurgia do P

Seo 1 - Metalurgia do P


Meios de Conformao dos Materiais

Seo 1 - Laminao

Seo 2 - Extruso

Seo 3 - Trefilao

Seo 4 - Fabricao de tubos

Seo 5 - Forjamento

Finalizando 53

Referncias 55

27

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24

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8 CURSOS TCNICOS SENAI

Contedo Formativo

9TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA

Carga horria da dedicao

Carga horria: 45 horas

Competncias

Avaliar as caractersticas e propriedades dos materiais aplicados em componen-tes mecnicos. Analisar os processos de conformao mecnica

Conhecimentos

Obteno dos materiais: minerao, processamento (siderurgia, metalurgia do p, sinterizao), tipos (materiais ferrosos, no ferrosos, polimricos e compsi-tos), classificao e normalizao, propriedades (mecnicas, trmicas, magnti-cas, qumicas e eltricas), aplicao;

Proteo superficial e conformao mecnica.

Habilidades

Identificar e especificar os diversos tipos de materiais para a fabricao de peas mecnicas;

Aplicar normas tcnicas e regulamentadoras;

Selecionar materiais adequados para construo mecnica;

Aplicar os conceitos de tecnologia mecnica dos materiais;

Ler, interpretar e aplicar manuais, catlogos e tabelas tcnicas;

Aplicar normas tcnicas de sade, segurana e meio ambiente;

Identificar os diversos tipos de conformao mecnica.

Atitudes

Assiduidade;

Proatividade;

Relacionamento interpessoal;

Trabalho em equipe;

Cumprimento de prazos;

Zelo com os equipamentos;

Adoo de normas tcnicas, de sade, de segurana do trabalho e responsabili-dade ambiental.

Apresentao

TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA

A disciplina materiais um dos assuntos mais importantes da me-cnica, visto que todas as peas que so fabricadas e que conhecemos so obtidas, na maioria dos casos, a partir de material brutono estado slido, lquido ou mesmo gasoso. Quando no estado slido, o material bruto pode ser um gro ou uma partcula fina. Sobre o material bruto se desenvolve um ou mais processos de fabricao para que finalmente tenhamos o componente desejado, na forma correta, dimensional, con-forme tolerncia exigida pelo projeto, acabamento superficial, alm de vrias propriedades intrnsecas ao material tais como: resistncia mec-nica, ductibilidade, tenacidade, propriedades trmicas e at mesmo ele-tromagnticas. A escolha do material a ser utilizado depende muito da aplicao requerida, mas tambm dos processos de transformao dis-ponveis para tal, alm de uma anlise custo-benefcio onde se relaciona as propriedades desejadas e os meios de produo a serem utilizados. Um tcnico em mecnica deve conhecer os materiais, bem como suas caractersticas e propriedades para que saiba associar a especificao correta que garanta os requisitos do projeto e que sejam executveis (usinveis moldveis etc.).

Aprenderemos aqui os principais tipos de materiais, os processos de obteno e as propriedades inerentes a cada um dos materiais apresenta-dos. Preparado para comear? Vamos juntos!

Alcides Gavenda

graduado em Engenharia Mecnica pela UCB/SP e em Pedagogia pela UNISUL com es-pecializao em Engenharia de Produo pela UDESC. Desen-volveu atividades na indstria durante 25 anos e atualmente leciona unidades curriculares relacionadas aos temas Resis-tncia dos Materiais e Tecnolo-gia dos Processos de Fabricao Mecnica.Atua com educao profissional h 15 anos, tendo lecionado em diversos cursos de nvel bsico, tcnico e superior. No SENAI/SC em Jaragu do Sul, atua no Ncleo Metalmecnica, no cur-so Superior de Tecnologia em Fabricao Mecnica e nos cur-sos tcnicos, cursos tcnicos ar-ticulados com o ensino mdio e aprendizagem industrial.

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Unidade de estudo 1

Sees de estudo

Seo 1 Noes gerais dos materiais


Noes Gerais dos Materiais

Seo 1Noes gerais dos materiais

A matria constituda de pequenas partes, chamadas tomos. O tomo constitui-se de um ncleo carregado de eletricidade positiva e em sua volta giram os eltrons carregados de carga negativa.

O tomo eletricamente neutro, enquanto a carga positiva concentrada no seu ncleo igual carga negativa dos eltrons.

Figura 1 Modelo Atmico de Rutherford - Modelo Planetrio do tomo

Fonte: Silva (2010).

Em muitas substncias, os tomos se juntam em pequenos grupos, for-mando as molculas. Observe na imagem.

Figura 2 Estrutura Cbica de Corpo Centrado

Fonte: Callister (2002, p. 23).

tomo: O dimetro dos to-mos muito pequeno, varia entre 2 e 5 (Angstrom).1 = 10-10 m = 0,000.000.000.1 m


Figura 3 Estrutura Cbica de Faces Centradas


Para compreender melhor como acontece a formao de molculas, veja um exemplo concreto.

Uma molcula de gua (H2O) constituda por dois tomos de hidro-gnio e um de oxignio. As substncias slidas podem se apresentar no estado amorfo e no cristalino.

Nos corpos em estado amorfo, os tomos das molculas se apresentam desordenados, enquanto os corpos em estado cristalino apresentam os tomos ordenados e ligados por determinados pontos.

No caso dos materiais metlicos, a disposio dos tomos no cristal ele-mentar pode ser:

Cbica de corpos centrados (metais duros: ferro, cobre, nquel, alumnio, ouro etc.).

Cbica de faces centradas (metais dcteis: ferro, cobre, nquel, alumnio, ouro etc.).

Hexagonal (zinco e magnsio).

Ductis: Que se pode redu-zir a fios, estirar e distender, sem se romper; flexvel, els-tico (FERREIRA, 2010).


Figura 4 Estrutura Hexagonal Compacta


No caso do ferro, na passagem de um estado para outro estado, temos um acrscimo de tomos, ou seja, o aumento da densidade. O conheci-mento da temperatura exata, onde se verifica tal fenmeno, tem particu-lar importncia para a execuo dos tratamentos trmicos dos materiais ferrosos; voc sabia? Pois saiba que h muitas descobertas ainda pela frente. Continue conosco!

Unidade de estudo 2

Sees de estudo

Seo 1 Propriedades fsicas e qumicasSeo 2 Propriedades mecnicasSeo 3 Elemento qumico ferro e suas propriedadesSeo 4 Siderrgica


Propriedades dos Materiais Metlicos

Seo 1Propriedades fsicas e qumicas

So propriedades que o material possui por natureza, independen-tes de fatores externos.

A densidade ou massa especfica a massa da unidade de volume de certa substncia, dada pela razo da massa m, representada em g e seu volume V em cm3.

vm

p = (g/cm3)

Grfico 1 Massa Especfica ou Densidade

Fonte: Metal Mundi (2010).

Em razo de massa especfica, os materiais se distinguem em pesados ( > 4 kg/ dm3) e leves ( < 4 kg/dm3).O ponto de fuso a temperatura na qual um metal passa do estado slido para o lquido ou vice-versa. Na tabela a seguir, temos o ponto de fuso de algumas substncias. Observe!

Se multiplicarmos a mas-sa especfica(kg/ dm3) pela acelerao da gravidade (g = 9,81m/s2) temos o peso espe-cfico (kgf/dm3)

.

Acompanhe, nas imagens se-guintes, a densidade de cada elemento qumico da tabela peridica. Lembremos que atu-almente, na tabela peridica, os elementos qumicos so orga-nizados em linhas que corres-pondem aos perodos, colunas e formam os grupos (FERREIRA, 2010).


Nmero Elemento Qumico Ponto

Atmico Designao Simbolo Fuso

13 Alumnio Al 660

29 Cobre Cu 1.083

26 Ferro Fe 1.536

24 Cromo Cr 1.875

5 Boro B 2.300

78 Platina Pt 1.769

2 Helio He -270

1 Hidrognio H -259

8 Oxignio O -219

7 Nitrognio N -210

18 Argnio Ar -71

80 Mercrio Hg -38

Tabela 1 Temperatura de FusoFonte: Adaptado de Metal Mundi (2010).

A condutibilidade trmica e eltrica refere-se capacidade que o metal apresenta ao conduzir o calor e a eletricidade. So bons condutores de calor e eletricidade: a prata, o cobre e o alumnio.

Seo 2Propriedades mecnicas

Como importantes propriedades mecnicas, apresentamos a resistncia, a ductilidade e a tenacidade.

A resistncia trao a capacidade que o material possui em suportar esforos em sentidos opostos, mais precisamente, no sentido do seu alongamento.

A ductibilidade a capacidade que os materiais possuem de sofrer de-formao sem se romper, conforme descrito anteriormente. Nos pro-cessos de usinagem, essa propriedade bem visvel, pois os materiais dcteis geram cavacos contnuos, formando espiral, enquanto os no dcteis geram cavacos curtos, cujo formato se aproxima de uma vrgula, ou at mesmo se apresentam na forma de p, como no caso do ferro fundido, grafite e bronze.

O ao (sem tratamento), o cobre e o alumnio so exemplos de materiais dcteis.

A tenacidade a capacidade que alguns materiais possuem de resistncia ao impacto. Muitas vezes, o material bastante resistente em termos de dureza, porm no resiste a esforos intermitentes. Como exemplo de materiais tenazes, temos o ao e o cobre. O metal duro e a cermica so exemplos de materiais no tenazes. Inclusive, nas ltimas dcadas, houve uma tendncia forte no desenvolvimento de insertos cermicos para usinagem, porm, para fresamento, ela no adequada, justamente devido a sua baixssima tenacidade.

Cavacos: Cavacos so esti-lhas ou lascas de materiais;

cavacas (FERREIRA, 2010).


Seo 3Elemento qumico ferro e suas propriedades

O ferro um material muito importante para as indstrias mecnicas. Com pequena porcentagem de carbono, temos o ao e o ferro fundido.

O ao se cristaliza no sistema cbico. Variando a temperatura, sujeito a transformaes estruturais ditas estados alotrpicos do ferro. As tempe-raturas de transformao so ditas temperaturas crticas.

As principais caractersticas do ferro puro so:

Temperatura de fuso 1528 OC; Massa especfica 7,866 g/cm3;

Resistncia eltrica 0, 099 ohm. mm2/m; Condutibilidade eltrica (cu = 100) : 12,5%; Alongamento 28%; Estrico % - mximo 80% - mnimo 70%; Dureza Brinell 60 a 80 Kg/mm2;

Resistncia trao 200 a 300N/mm2.

Sendo o ao malevel e dctil, estas propriedades podem ser obtidas com o aquecimento do mesmo. As elevadas temperaturas do ao se dis-tinguem pelas suas cores.

O ao no um bom material para fuses; enquanto apresenta defeitos e uma alta contrao (1,6%). J o ferro se solda muito bem por qualquer mtodo; passa do estado lquido para o slido atravs de um intervalo onde possvel a unio de duas partes por efeito de ao molecular como, por exemplo, na solda eltrica.

TEMPERATURAS E CORES DO AO PARA DETERMINADAS TEMPERATURAS

600 oC Vermelho bem escuro

700oC Vermelho escuro

750oC Vermelho vivo

800oC Vermelho-cereja

880oC Vermelho claro

950oC Laranja

1100oC Amarelo

1200oC Amarelo claro

1250oC BrancoQuadro 1 Temperatura e Cores do AoFonte: Cunha; Cravenco(2006).

ferro: importante levar em conta que o ferro puro no apresenta boas caractersti-cas mecnicas.


Seo 4Siderrgica

A siderrgica parte da tcnica que se ocupa da produo dos materiais ferrosos. O minrio de ferro, aps oportunos tratamentos, envidado ao alto forno onde se obtm o ferro gusa, que uma liga de ferro e carbono. O ferro gusa pode ser tambm obtido nos fornos eltricos chamados de baixos fornos.

O ferro gusa obtido nos baixos fornos pode ser empregado diretamente. Neste caso, passa a ser refinado para a produo dos aos por meio de vrios processos. A porcentagem de carbono, no ferro gusa, pode variar de 1,7% a 6,7%. A seguir, temos um esquema do processo siderrgico para obteno da ao e ferro fundido. Acompanhe!

Escria: Resduo silicoso que se forma juntamente

com a fuso dos metais (FERREI-RA, 2010).

Figura 5 Esquema do Processo Siderrgico para Obteno do Ao e do Ferro Fundido

Fonte: Silva (2000, p. 69).

O alto forno um forno de combusto e pode superar at 30 metros de altura. Num alto forno podem-se distinguir cinco partes principais: boca de carga, cuba, ventre, bojo e cadinho.

O alto forno carregado por camadas alternadas de minrio de ferro, carvo, cobre e calcrio, sendo que o ltimo aumenta a fluibilidade do ferro gusa e favorece a formao da escria que absorve as impurezas. O minrio de ferro, antes de ser introduzido no alto forno, sujeito a operaes preliminares de lavagem, seleo e enriquecimento.


As cargas de minrio, carvo e de fundente so introduzidas no alto forno por meio de esteiras. Na boca de carga do alto forno, temos uma temperatura entre 150 oc. e 400oC que permite secar o minrio. Na parte sucessiva, formada pela cuba e pelo ventre, o minrio encontra uma cor-rente de xido de carbono (CO), deixando neste gs o prprio oxignio (CO2), e transformando-se em ferro espumoso. Isto porque o minrio constitudo essencialmente por xido de ferro, composto de ferro com oxignio (Fe2 03, Fe3 04). Esta parte toma o nome de zona de reduo indireta, enquanto a eliminao do oxignio dos minerais ferrosos feita gradualmente e s em parte. A reduo completada na zona de redu-o direta, onde os xidos de ferro so diretamente transformados em ao e ferro fundido, por meio do carbono contido no carvo que se combina com o oxignio formando xido de carbono.

Veja, a seguir, as partes que compem um forno de combusto.

Figura 6 Esquema de um Alto Forno

Fonte: Moreira (2003, p. 19).

No alto forno, temos a fuso geral de vrias substncias, a uma tem-peratura de 1.800oC. O ferro se combina com uma pequena parte de carbono formando o carbone-to de ferro (cementita: Fe

3C); esta

mistura de ferro com pequenas partes de cementita e de carbono livre forma o ferro gusa, que se extrai no fundo do cadinho. No cadinho formam-se as escrias que so usadas como: pedra, areia, l isolante, tijolos etc. Os gases produzidos pelo alto forno como o xido de carbono, o dixido de carbono, o azoto e o hidrognio so depurados e enviados para especiais recuperadores de ca-lor chamados torres de Cowper. Os gases so queimados nestes recuperadores de calor e o calor produzido alimenta a combusto no alto forno. A produo diria de um alto forno pode chegar at 2.700 toneladas.

Os baixos fornos eltricos usam energia eltrica como meio de calor. Os fornos eltricos tam-bm necessitam de uma carga de carvo para as reaes qumicas dos metais no ferrosos como o carbono. A vantagem deste forno possibilitar a regulagem da tem-peratura que permite um produto de melhor qualidade.

Prepare-se para conhecer agora o processo de fabricao dos aos. Vamos! Continue junto. Estamos apenas comeando...

Unidade de estudo 3

Sees de estudo

Seo 1 Ao de cadinhoSeo 2 Processo BessemerSeo 3 Processo ThomasSeo 4 Processo L. D. (Linz-Donawitz)Seo 5 Processo Siemens-MartinSeo 6 Fornos eltricos para a produo do ao


Fabricao dos Aos

O ao uma liga de ferro e carbo-no com uma porcentagem mdia de carbono entre 0,08% e 2,2%. Esta porcentagem no poder ser superior a 2,2%. As elevadas ca-ractersticas mecnicas e as boas propriedades tecnologias do ao favorecem a aplicao do mesmo em toda a indstria. Normalmen-te os aos so obtidos com os se-guintes processos:

Cadinho; Conversor; Siemens-Martin; Forno eltrico.

Todos os processos de produo de ao apresentam as seguintes fases comuns:

Fuso da matria-prima; Oxidao da fuso e reduo

do carbono;

Formao de escrias onde se acumulam as impurezas;

Adio de elementos especiais como ligas, corretivos e desoxi-dantes; Sada da fuso.

Seo 1Ao de cadinho

Este processo no muito usado por ter um elevado custo, embora o produto seja de tima qualida-de. Resulta numa boa homoge-neidade, por efeitos dos gases que

Conversor: Bessemer, Tho-mas, LD.

se separam facilmente da fuso e tambm, porque a fuso no tem contato com o ar e nem com os gases da combusto.

Figura 7 Fabricao de Aos Atravs

do Uso do Cadinho

Fonte: Moreira (2003, p. 19).

Para a fabricao do ao de cadi-nho, pode-se proceder com um dos sistemas abaixo relacionados:

Funde-se o ferro tecnicamente puro e adiciona-se p de carvo puro. A mistura do ferro com o carbono contido no carvo d origem ao ao.

Funde-se o ferro gusa junta-mente com xido de ferro. Na reduo do ferro gusa, elimina-se parte do carbono.

Funde-se 1/3 de ferro gusa e 2/3 de ferro doce, de tal maneira, que o carbono seja distribudo em porcentagem desejada.

Os fornos com cadinho possuem uma capacidade mdia entre 40 e 50 kg.

Matria-prima: Ferro gusa, sucata;


Seo 2Processo Bessemer

Todos os conversores possuem basicamente o mesmo princpio de funcionamento. O oxignio do ar queima o carbono e as outras substncias, que devem ser elimi-nadas do ferro gusa para obter o ao.

Neste conversor, usado o ferro gusa silicoso porque o seu reves-timento constitudo de material refratrio cido. No fundo do conversor, existem numerosos furos que injetam ar comprimi-do. O oxignio do ar queima o carbono, o mangans, o fsforo e as outras substncias, que devem ser eliminadas do ferro gusa, ob-tendo assim rapidamente um ao doce. A durao desse processo de 15 a 20 minutos. No conversor de ferro gusa, colocado a uma temperatura de 1.300OC e numa quantidade equivalente a 1/6 do volume do conversor. O silcio concorre para o aumento da tem-peratura, ao invs do enxofre e do fsforo, que so prejudiciais ao revestimento do forno e difceis de serem eliminados.

Seo 3Processo Thomas

No processo Thomas, emprega-se um conversor anlogo ao Bessemer, com a diferena do revestimento que constitudo de material re-fratrio bsico ao invs do cido.

Esse o primeiro processo indus-

trial de baixo custo para a produo em massa de ao a partir de fer-ro gusa fundido. O processo foi nomeado em homenagem ao inventor Henry Bessemer, que registrou patente em 1855.

Este revestimento constitudo de uma escria fortemente oxidante que permite a desfosforatizao do ferro gusa; isto , a eliminao do fsforo. O emprego dos ferros gusas fosforosos no conversor Thomas permitem queimar o fsforo aumentando a temperatura. As escrias Thomas so usadas na fabricao de adubo. O ao Thomas mais ma-level e doce do que o do Bessemer.

Seo 4Processo L. D. (Linz-Donawitz)

A fabricao do ao pelo processo L. D. apresenta certa analogia com os tradicionais processos Bessemer e Thomas, que esto sendo substitu-dos pelo L.D. Tambm nesse caso, usa-se um conversor semelhante aos precedentes. A diferena est no uso exclusivo de oxignio injetado no conversor a uma presso de 8atm, por meio de um furo posto um metro acima da fuso. A reao do oxignio com a fuso eleva a temperatura a 2.000oC. O revestimento constitudo por tijolos refratrios.

A capacidade dos conversores L. D. pode chegar em torno de 300 to-neladas e uma produo anual de 2.000.000 toneladas. Por efeito da alta produo, necessrio o uso de computador, que determina a carga e o oxignio necessrio a esta.

Figura 8 Conversor LD



Seo 5Processo Siemens-Martin

O forno Siemens-Martin um forno a gs constitudo por uma cmara de planta retangular cha-mada de laboratrio, onde acon-tece as reaes para a produo do ao e de outras quatro cma-ras, todas revestidas por material refratrio. Duas cmaras servem para o pr-aquecimento do gs combustvel e do ar e as outras duas, para a recuperao do calor produzido na combusto. O com-bustvel usado no forno Siemens-Martin pode ser: leo diesel, me-tano, gs natural, gs de coqueria ou de gasognio.

O laboratrio ligado s cma-ras de pr-aquecimento e aos re-cuperadores. Enquanto em duas cmaras o material refratrio res-titui o calor para o gs e o ar que vai para o laboratrio, nas outras duas chegam os gases quentes da combusto. Numa fase sucessiva, inverte-se o percurso dos gases da combusto por meio de vlvulas. Esta sequncia se repete nas c-maras, que tinham dado o calor para os gases e o ar, e agora rece-bem os produtos da combusto, enquanto as cmaras aquecidas pelos produtos da combusto re-cebem o ar e o gs combustvel. O ar e o gs chegam ao laboratrio por meio de duas tubulaes. Os dois se combinam e elevam a tem-peratura a 1.800oC.

O silcio e o carbono queimam enquanto o fsforo e o enxofre so eliminados, como no proces-so Thomas.

Com este forno, pode-se obter qualquer tipo de ao, juntando con-venientemente os elementos necessrios. Os fornos Siemens-Martin tm uma capacidade de 30 a 40 toneladas para o processo cido e de 150 toneladas para o processo bsico.

Seo 6Fornos eltricos para a produo do ao

O calor nos fornos eltricos produzido pela corrente eltrica. O forno constitudo de um cilindro de chapa revestido internamente por mate-rial refratrio, na parte anterior existe um canal para a sada da fuso e, na posterior, outro canal para as eventuais juntas e para a sada das escrias. O forno montado num bero que permite obter vrias inclinaes por meio de um comando hidrulico.

A carga constituda normalmente por sucata, xidos de ferro e uma quantia de cal. O oxignio do xido de ferro elimina o carbono, o silcio e o mangans, enquanto a cal elimina o fsforo.

Esse forno particularmente indicado para a fabricao de aos espe-ciais de alta resistncia e, s vezes, usado para melhorar os aos produ-zidos com o sistema Bessemer e Siemens-Martin.

Figura 9 Forno Eltrico a Arco


Com o tema Fornos eltricos para a produo do ao, conclumos aqui a terceira unidade de estudos desta unidade curricular. Nosso estu-do tem, como foco, agora o equilbrio das ligas de ao carbono. Fique antenado!

Unidade de estudo 4

Sees de estudo

Seo 1 Ao carbonoSeo 2 Condies prticas de tratamento trmico


Diagrama de equilbrio das Ligas de Ao carbono

Seo 1Ao carbono

O diagrama de equilbrio representa esquematicamente a estrutura dos cristais mais utilizados do ao carbono e permite conhecer melhor o tratamento trmico (tmpera, revenimento e recozimento) da liga de ao e sua estrutura correspondente.

Figura 10 Diagrama Ferro-Carbono

Fonte: Pereira (2010).

No eixo das ordenadas (vertical), esto indicadas as temperaturas em graus centgrados (C). No eixo das abscissas (horizontal) esto indica-das as porcentagens mais comuns dos teores de carbono contido no ao.

Antes de estudar o diagrama, necessrio conhecer o significado preciso dos termos.


Ferrita: o ferro praticamen-te puro. At 768 C encontra-se no estado e tem estrutura cris-talina cbica de corpo centrado. temperatura superior, o ferro perde as suas propriedades mag-nticas. Mantm sempre a mesma estrutura cristalina at 906 C. Nesta temperatura, transforma-se em ferro e caracterizado por uma estrutura cristalina cbica de face centrada.

Figura 11 Estrutura de Ao com

Baixssimo Teor de Carbono, onde pre-

domina a Ferrita uniformemente

Fonte: Cimm (2010).

Austenita: uma soluo em estado slido de cementita (carboneto de ferro) no ferro, ou seja, cristais mistos que contm tomos de ferro, colocados segundo o retculo cbico de face centrada e tomos de carbono.

Perlita: uma estrutura parti-cular (eutetide) constituda por uma finssima mistura de lminas ou esferas de cementita e ferrita.

Cementita: o carboneto de ferro (Fe

3C), isto , uma combi-

nao qumica de ferro com o carbono. A cementita pode ser primria (formada no alto forno durante a fabricao do ferro gusa) ou secundria (formada pela decomposio da austenita, que d origem ferrita e cemen-tita).

Ledeburita: tambm uma mistura finssima (euttica) de cementi-ta e austenita.Examinemos, como exemplo, um ao que contm 0,6% de carbono. A 1.600 C, o ao est no estado lquido. A 1.480 C, inicia-se a solidificao, com a formao dos primeiros cristais de austenita. Numa temperatura inferior, tem-se a coexistncia do ao lquido e de cristais slidos de aus-tenita. Reduzindo a temperatura, temos toda liga solidificada sob forma de ausenta. Com a continuidade do resfriamento chega-se a um ponto onde encontramos a curva que delimita o campo: ferrita + austenita. Isto significa que, nesta temperatura (730 C), a austenita transformar-se em ferrita.Acompanhe, na imagem, as mudanas de estado do ao, a partir da mudana de temperatura. Esteja antenado!

Figura 12 Resumo de Fases no Diagrama FeC


A 721C, a quantidade de austenita que ainda no foi decomposta se transforma numa finssima mistura de ferrita e cementita. Essa mistura, como j vimos, recebe o nome de perlita. Este ao se apresenta consti-tudo de ferrita e perlita.

Na escala do teor de carbono de 0% at aproximadamente 0,85%, o ao compe-se de ferrita mais perlita (na figura, pode-se observar a estrutura da ferrita mais perlita, vista ao microscpio):

Figura 13 Ferrita + Perlita



Na escala do teor de carbono de 0,85% a 0,9% o ao perltico. Temos caracterizado o ponto crtico inferior da temperatura de transformao com 725 C (a figura apresenta a estrutura perltica vista ao microscpio);

Figura 14 Estrutura Perltica

Fonte: Adaptado de Pereira (2010).

Na escala do teor de carbono acima de 0.9%, o ao composto de per-lita e cementita (a figura apresenta a estrutura de um ao com 1,2% de carbono). H o excesso de carbonetos de ferro predominando. Nesse caso, h dureza e maior possibilidade de ruptura da liga.

Figura 15 Perlita + Cementita

Fonte: Frainer (2009).

No grfico da temperatura de transformao, verifica-se que o ao com 1.7 C atinge o ponto crtico superior de transformao temperatura de 1145 C. Observe.


Figura 19 Martensita

Fonte: Correa (2007).

Num ao temperado e submetido a um aquecimento lento (tempera-tura de 50 C at 230 C), o carbo-no restitui carbonetos de ferro e, na liga, uma pequena quantidade de perlita tende a se reorganizar. Em relao a seus componentes, o ao normal, mas anormal no que diz respeito grossura das la-melas, que se tornaram mais finas. Temos ento a estrutura troosti-ta (escura) dispersa na martensita (clara), tambm chamada marten-sita revenida.

Figura 20 Martensita Revenida

Fonte: Correa (2007).

Num resfriamento muito lento (20 C por hora), de um ao que foi aquecido at 50 C acima do ponto crtico de transformao, as mudanas vo se repetindo em sentido inverso, em temperatura bastante inferior, obtendo assim o recozimento do ao. Nesta estru-tura, o ao pode ser usinado no-vamente ou submetido a outros tratamentos trmicos.

Figura 18 Estrutura do Ao aps

Recozimento

Fonte: Adaptado de Castro; Landgraf;

Campos (2006, p. 2649).

Quando o resfriamento for r-pido (100 C por segundo), as transformaes no podero ser realizadas ou sero parcialmente realizadas. Os componentes da liga do ao correspondero a um estado sem equilbrio, denomina-do tmpera, formando a estrutura martensita. O ao est temperado, duro e frgil.

Figura 16 Grfico da Temperatura de Transformao

Observa-se, pelo grfico, que, a 725 C, inicia-se uma transforma-o que acaba a uma temperatura indicada pelas linhas SG, SE e que varia conforme a porcentagem de carbono.

Acima desta temperatura, o ao se transforma: o ferro (alfa) torna-se ferro (gama) e o carbono est em soluo slida. Nesta tempe-ratura, so produzidas reaes fsico-qumicas em que o carbono se dissolve no ferro, apresentando uma estrutura denominada auste-nita. Os rgos de ao engrossam, sendo necessrio que o mesmo permanea o menor tempo pos-svel nesta temperatura.

Figura 17 Austenita

Fonte: Cimm(2010).

No resfriamento, a transformao se produz em sentido inverso e a mesma temperatura. O carbono se recombina com uma parte de ferro.


O ao foi temperado e revenido para ferramentas sujeitas a panca-das.

Ao alcanar a temperatura de 230 C at 400 C, h precipitao dos carbonetos, com tendncia glo-bular, que melhora a tenacidade do ao e a resistncia ao desgas-te. Obtm-se ento a estrutura troostita-martensita, prpria para ferramentas sujeitas a pancadas.

Figura 21 Estrutura Troostita-Mar-

tensita

Fonte: Embratecno (2010).

Aspecto Microgrfico de um Ao

Temperado mostrando a Estrutura

mista Troostita-Martensita. Ata-

que: Reativo de Nital. Ampliao:

200 vezes.

Na continuidade do aquecimen-to lento, desde 400 C at 650 C, prossegue a precipitao uni-forme dos carbonetos em forma globular e a estrutura do ao de-nomina-se sorbita (ou bainita), de grande tenacidade e prpria para ferramentas sujeitas a choque, toro e desgaste. O ao est tem-perado, revenido e tenaz.

Ao atingir 650 C at 738 C, os carbonetos precipitados se agru-pam em glbulos maiores e sua estrutura denominada esferoidi-ta. de baixa dureza (de 5 a 20 Rockwell C), sendo utilizada para peas de aos especiais-elsticos (molas).

Figura 22 Estrutura Esferoidita

Fonte: Embratecno (2010).

Aspecto Microgrfico de Ao Coalescido: Esferoidita. Ataque: Reativo de Nital.

Ampliao: 1.000 vezes.

Seo 2Condies prticas de tratamento trmico

a. Pr-aquecimento

Durante o aquecimento lento de um ao com 0,85% C, a estrutura dos gros que constituem sua liga no varia enquanto no atingir a tempera-tura de transformao (725 C). O pr-aquecimento elimina, de qualquer liga de ao, as tenses internas e as fissuraes ou trincas provocadas pelo aquecimento rpido. Por essa razo, nunca se deve introduzir um ao frio bruscamente numa forja ou forno aquecido alta temperatura. Deve-se antes, aquecer a pea fria lentamente temperatura at 500 C e, em seguida, coloc-la em outra fonte de calor (forno) at alcanar a temperatura indicada ao tratamento trmico desejado.

Figura 23 Estrutura aps Pr-Aquecimento


b. Superaquecimento

Aquecendo o ao acima da temperatura normal do tratamento trmico a ser aplicado e do forjamento, temos o superaquecimento da liga que provoca o crescimento dos gros de ao. Crescimento este que ser tan-to mais acentuado, quanto mais alta for a temperatura utilizada. Todo ao superaquecido deve ser submetido ao recozimento e o ao carbono, ao tratamento trmico de normalizao.

Figura 24 Estrutura aps Superaquecimento

c. Ao queimado

Aquecendo o ao muito acima da temperatura de transformao, pro-duz-se uma fuso parcial nas junes de seus gros. O ar que, a seguir, penetra nestas junes, provoca, por sua vez, uma oxidao que atinge a parte interna dos gros. A altssima temperatura, essa oxidao muito rigorosa, constitui uma queima. O ao queimado um ao intil, pois no poder ser regenerado.

Figura 25 Estrutura aps Queima


d. Encruamento

Trabalhando o ao a frio na laminao de chapas, na trefilao de fios e no forjamento, a estrutura dos gros de sua liga ser modificada. Tere-mos ento o ao encruado.

Figura 26 Ao Encruado depois Recristalizado por Recozimento

Fonte: Gonalves e Martins (2008, p. 89).

O encruamento aumenta a dureza e a resistncia trao, diminui a por-centagem de alongamento e a resilincia. Estas modificaes so pro-venientes do esmagamento dos cristais. Os gros do metal tornam-se alongados. Para uniformizar novamente a estrutura do ao trabalhado a frio, ele dever ser submetido ao tratamento trmico de recozimen-to. Este recristaliza, alivia as tenses internas e consegue normalizar os gros que constituem a liga do ao.

Unidade de estudo 5

Sees de estudo

Seo 1 Ferro fundido


Ferro Fundido

Seo 1Ferro fundido

O ferro fundido um material me-tlico refinado em forno prprio, chamado forno Cubil. Compe-se, na sua maior parte, de ferro, pequena quantidade de carbono e de mangans, silcio, enxofre e fsforo. Define-se o ferro fundi-do como liga ferro-carbono que contm de 2,21% a 4,7% de car-bono. O ferro fundido obtido na fuso do ferro gusa; portanto um ferro de segunda fuso.

As impurezas do minrio de fer-ro e do carvo deixam, no ferro fundido, pequenas porcentagens de silcio, mangans, enxofre e fsforo. O silcio favorece a for-mao de ferro fundido cinzen-to e o mangans favorece a for-mao de ferro fundido brando.Tanto o silcio como mangans melhoram as qualidades de ferro fundido. O mesmo no acontece com o enxofre e o fsforo, cujas porcentagens devem ser as meno-res possveis para no prejudicar sua qualidade.

Vejamos algumas caractersticas do ferro fundido.

a. Ferro fundido cinzento:

O carbono, neste tipo, apre-senta-se quase todo em estado livre, sob a forma de palhetas pretas e grafita.

Quando quebrado, a parte fra-turada escura, devido grafita.

Apresenta elevadas porcenta-gens de carbono (3,5% a 5%) e do silcio (2,5%).

Muito resistente compresso, no resiste bem trao.

Fcil de ser trabalhado pelas ferramentas manuais e de ser usinado nas mquinas.

Peso especfico: 7,25% A 7,8% kg/dm3.

Funde-se a 1.200oC, apresen-tando-se muito lquido, condio que a melhor para a boa molda-gem de peas.

Pelas suas caractersticas, o ferro fundido cinzento presta-se aos mais variados tipos de construo de peas e de mquinas. Sendo assim, o mais importante, do ponto de vista da fabricao me-cnica.

Para melhor resistncia trao, necessrio adicionar alguns ele-mentos especiais como: nquel, cromo, molibdnio, vandio e ti-tnio. Estes ferros fundidos espe-ciais tm uma resistncia trao superior a 50 Kg/mm2 e so em-pregados na fabricao de: anis elsticos, cilindros laminadores e eixos distribuidores. So resisten-tes corroso e s altas tempera-turas.

b. Ferro fundido cinzento comum:

Apresenta caractersticas variveis em funo da composio qumi-ca, sistema de fabricao e trata-mentos trmicos.

Estas caractersticas podem ser melhoradas mediante tratamentos trmicos. Uma das caractersticas que servem para classificar o tipo de ferro fundido a carga de rup-tura. Na tabela americana ASTM-A 48, so classificados 7 tipos de ferro fundido que apresentam cargas de rupturas variveis entre 14 e 43 Kg/mm2. Os ferros fun-didos com baixa carga de ruptura so mais econmicos, enquanto aqueles de alta carga de ruptura, oferecem dificuldades de fundi-o nas pequenas espessuras.

c. Ferro fundido malevel

Geralmente o ferro fundido no malevel, porm podem-se mudar as caractersticas com oportunos tratamentos. Na Europa, obtm-se um ferro fundido malevel de interior branco. O tratamento usado para esse tipo a cemen-tao oxidante. O ferro fundido malevel branco soldvel e em-pregado na fundio de peas de pequenas espessuras.

Com o tratamento chamado de grafitizao do carbono, obtm-se o ferro fundido malevel de interior preto, americano. Por causa da sua elevada caractersti-ca de usinabilidade, usado para construo de armas, chaves para fechaduras, porcas, peas de m-quinas agrcolas, ferrovirias etc.

OBS: O ferro fundido malevel no soldvel.


d. Ferro fundido esferoidal (NODULAR)

A presena da grafita em forma de lmina no ferro fundido comum cau-sa fragilidade e pouca resistncia mecnica. Com oportuno tratamento, a grafita toma forma esferoidal, apresentando menor superfcie em volu-me igual e o material torna-se mais resistente, dctil e tenaz. A formao de esferas de grafita provocada pela introduo de ligas de magnsio.

Os ferros fundidos esferoidais apresentam timas caractersticas mecnicas. A carga de ruptura varia em torno de 60 a 70 Kgf/mm2.

Aps o tratamento de recozimento so semelhantes ao ferro fun-dido malevel, so temperveis soldveis, tenazes e resistem s altas temperaturas. Estes ferros fundidos so empregados para fundies complexas e substituem, em muitos casos, o ferro fundido malevel e o ferro fundido comum.

e. Ferro fundido branco

O carbono, neste tipo, inteiramente combinado com o ferro, cons-tituindo um carboneto de ferro (cementita);

Quando quebrado, a parte fraturada brilhante e quase branca; Tem baixo teor de carbono (2,5% a 3%) e de silcio (menor de 1%); Muito duro, quebradio e difcil de ser usinado. Peso especfico: 7,1

g/cm3; Funde-se a 1.160 C e no bom para a moldagem, porque perma-

nece pouco tempo em estado lquido.


Conclumos assim que o ferro fundido cinzento menos duro e frgil, sendo o branco, de elevada dureza e frgil. O ferro fundido cinzento trabalhado com ferramentas comuns de oficina, isto , sobre acabamen-to posterior como: aplainamento, torneamento, perfurao, roscamento etc. O branco s pode ser trabalhado com ferramentas especiais e, assim mesmo, com dificuldades ou com esmeril. Alm disso, o ferro cinzento apresenta ainda aprecivel resistncia corroso. Possui tambm, mais capacidade de amortecer vibraes do que o ao.

O emprego do ferro fundido branco se limita aos casos em que se busca dureza e resistncia ao desgaste muito alto, sem que a pea necessite ser ao mesmo tempo dctil. Por isso, dos dois tipos de ferro fundido, o cinzento o mais empregado.

Unidade de estudo 6

Sees de estudo

Seo 1 Classificao e composio dos aos SAE, ABNT E AISISeo 2 Tipos de aosSeo 3 Influncia dos elementos constituintes nos aos ao carbonoSeo 4 Aos para construoSeo 5 Aos inoxidveisSeo 6 Aos para ferramentasSeo 7 Aos para aplicaes especiaisSeo 8 Ligas especiais de ferro e nquelSeo 9 Aos especiais: influncia dos elementos constituintesSeo 10 Fagulhas e ramificaes dos materiais ferrosos


Aos

Seo 1Classificao e composio dos aos SAE, ABNT e AISI

Normas da SAE, ABNT e AISI

ASAE - Sociedade de Engenheiros de Automotores, a ABNT - Asso-ciao Brasileira de Normas Tcnicas e a AISI - Instituto Americano de Ferro e Ao estabeleceram normas que indicam a composio e classi-ficao dos aos.

O sistema numrico das formas SAE compe-se de 4 ou 5 algarismos que significam o seguinte:

O 1 algarismo indica a classe do ao conforme o quadro abaixo. Veja.

CLASSE DO AO DESIGNAO

1 Ao Carbono

2 Ao Nquel

3 Ao Cromo Nquel

4 Ao Molibdnio

5 Ao Cromo

6 Ao Cromo Vandio

7 Ao Tungstnio Cromo

8 Ao Nquel Cromo Molibdnio

9 Ao Silcio Mangans.Quadro 2 Classes do Ao.

O 2o algarismo indica a porcentagem aproximada do elemento pre-dominante na liga. Os ltimos algarismos indicam a mdia do conte-do de carbono com centsimos de porcentagem.

Exemplo 1: SAE 1055

Porcentagem de carbono = 0,55%; Como a numerao inicia-se com 10, trata-se de um ao comum,

onde apenas carbono e ferro encontram-se presentes;

Ao carbono.

ASAE: Society of Automotive Engineers

AISI: American Iron and Steel Institute.


Exemplo 2: SAE 2345

Porcentagem de carbono = 0,45%;

Elemento predominante: n-quel = 3% (conforme quadro);

Conclumos que se trata de ao nquel.

Exemplo 3: SAE 3310


Elemento predominante: nquel = 3%;

Conclumos que se trata de ao nquel cromo.

Exemplo 4: SAE 52100


Elemento predominante: cromo = 2%;

Conclumos que se trata de ao cromo.

DICA Frequentemente surgem, na indstria, novidades em ligas de ao, tornando-se ne-cessrio inserir novos nme-ros representativos de ligas na escala anterior. Por esta razo, devem-se consultar os quadros, a fim de obter a classificao exata do tipo de ao.

Seo 2Tipos de aos

O quadro 4 cita os principais tipos de aos e seus respectivos nmeros, de acordo com a norma ABNT/SAE/AISI. Observe-o!

TIPOS DE AOS N ABNT/SAE/AISI

Ao comum 10 xx

Ao de cavaco curto ressulfurado 11 xx

Ao refosforado e ressulfurado 12 xx

Ao mangans 13 xx

Ao nquel 20 xx

Ao nquel 23 xx

Ao nquel 25 xx

Ao cromo nquel 30 xx




Ao carbono molibdnio 40 xx

Ao cromo molibdnio 41 xx

Ao cromo nquel molibdnio 43 xx

Ao nquel molibdnio 46 xx

Ao nquel molibdnio 48 xx

Ao de baixo teor de cromo (para rolamentos) 501 xx

Ao de mdio teor de cromo (para rolamentos) 511 xx

Ao de alto teor de cromo (para rolamentos) 521 xx

Aos inoxidveis 52 xx

Ao cromo vandio 60 xx

Ao de trplice liga Cromo nquel molibdnio 86 xx


Ao silcio mangans 90 xx

Ao silcio mangans 92 xx





Ao fundido inoxidvel 60 xx

Ao fundido refratrio 70 xxQuadro 3 Tipos de Aos e seus Respectivos Nmeros Conforme NormasFonte: Adaptado de Gonalves e Martins (2008, p. 39).


Aos ao Carbono: os aos podem ser divididos em duas grandes ca-tegorias - aos ao carbono e aos especiais.

Os aos ao carbono so ligas que tm como elementos fundamen-tais o ferro e o carbono, apresen-tando pequenas porcentagens de outros elementos: silcio, manga-ns, enxofre, fsforo, cobre etc. Tais elementos no foram intro-duzidos na liga, mas se encontram como resduos dos processos de fabricao. Os aos ao carbono podem ser classificados em razo da quantidade de carbono, sendo denominados: aos extra-doce, doces, semi-duros, e extra-duros.

As propriedades mecnicas e tecnolgicas variam como segue: aumentando progres-sivamente a resistncia me-cnica e a dureza diminuem a tenacidade, a resilincia e a plasticidade.

Abaixo, veja a variao das pro-priedades mecnicas e tecnolgi-cas dos aos e carbonos.

Ao extra-doce: apresenta elevada resilincia e tenacidade, mas pouca dureza e resistncia mecnica. Contm de 0,10% a 0,15% de carbono. So empre-gados para construo de pinos, tubos e rebites. Designao. SAE 1010 SAE 1015.

Ao doce: apresenta uma mdia resistncia mecnica ( de 40 a 55 Kg/mm2) e uma resilin-cia suficiente. Contm de 0,15% a 0,20% de carbono, sendo usado para construo de engrenagens a serem cemetadas e rgos de mquinas mediante solicitado. Designao: SAE 1020.

Ao semi-duro: a resistncia mecnica trao pode chegar a at 80 kg/mm2 e dureza Brinell de at 240 kgf/mm2. O teor de carbono vai de 0,25% a 0,50%, sendo usado para peas destina-das ao tratamento de beneficia-mento: engrenagens, eixos, pinos etc. Designao: SAE 1030 AS E 1040 SAE 1045.

Ao duro: apresenta notvel resistncia mecnica trao (90 kg/mm2) e elevada dureza (270HB), mas pouca resilincia e tenacidade. empregado em r-gos de mquinas destinadas ao beneficiamento: molas e engrena-gens. Designao: SAE 1050.

Ao extra-duro: tem por-centagem de carbono de 0,60% a 0,86%. A resistncia mecnica pode chegar a 110 kg/mm2, po-rm frgil. Usado para constru-o de cilindros, estampos, matri-zes, ferramentas, punes, molas etc. Designao: SAE 1060, SAE 1070, SAE 1080.

Seo 3Influncia dos elemen-tos constituintes nos aos ao carbono.

Ferro (Fe): o elemento bsico de todos os aos.

Carbono (C): constitui, depois do ferro, o elemento mais importante. Pode-se dizer que o elemento determinativo do ao. A quantidade de carbono deter-mina ou define o tipo de ao. A influncia dele sobre a resistncia do ao maior que qualquer outro elemento.

Mangans (Mn): no ao doce, o mangans, em pequenas porcentagens, torna-o dctil e malevel. No ao rico em carbo-no, o mangans, endurece o ao e aumenta a resistncia.

Silcio (Si): o silcio faz com que o ao se torne mais duro e tenaz, evita a porosidade e con-corre remoo dos gases e dos xidos. Influi para que no apare-am falhas ou vazios na massa do ao. elemento purificador.

Fsforo (P): quando existe um teor elevado no ao,torna-o frgil e quebradio, motivo pelo qual deve ser reduzi ao mnimo possvel, j que no pode ser eliminado integralmente.

Enxofre (S): tambm preju-dicial ao ao, tornando-o granu-loso e spero, devido aos gases que produz na massa metlica. O enxofre enfraquece a resistncia do ao.

Alm dos elementos presentes nos aos ao carbono (carbono, silcio,

mangans, enxofre e fsforo), os

aos especiais contm elementos introduzidos na liga, com a finali-

dade de melhorar as propriedades mecnicas e tecnolgicas.

Os aos especiais podem ser clas-sificados como:

Aos para construo; Aos inoxidveis; Aos para ferramentas; Aos para aplicaes especiais.

Vejamos, nas sees que seguem, as caractersticas e peculiaridades de cada um deles.


Seo 4Aos para construo

a. Aos tpicos para cemen-tao: para reduzir os custos e obter mais qualidade, foi necessria a criao de aos exclusivos para cementao e beneficiamento. As pesquisas de mercado chegaram con-cluso que, para resolver os problemas dos consumidores, so suficientes trs aos para cementao (cromo-molibd-nio, nquel-cromo-molibdnio e cromo) e dois para beneficia-mento (cromo-molibdnio e nquel-cromo-molibdnio).

SAE 5115: contm 0,15% de carbono e 0,8% de cromo. A resistncia mecnica chega a 120 kgf/mm2. Apresenta uma boa usinabilidade e aps o recozi-mento torna-se bom para os tra-tamentos trmicos. empregado para peas a serem cimentaras de mdia dimenso: eixos, engre-nagens, etc., tambm usado na construo de mquinas operatri-zes para engrenagens das fresa-doras e mandris dos tornos.

SAE 8620: contm: 0,20% de carbono, 0,55% de nquel, 0,50% de cromo, 0,20% de molibdnio e a resistncia mecnica chega a 140 kgf/mm2. Usado para peas de mdia dimenso, onde pede uma elevada dureza juntamente a uma boa tenacidade e quando se quer evitar deformaes na tmpera. Usado nas construes automobilsticas.

SAE 4320: apresenta excelen-tes propriedades. Os elementos so: 0,20% de carbono, 1,80% de nquel, 0,50% de cromo e 0,25% de molibdnio. A resis-tncia mecnica chega a 140 kg/mm2 e a dureza muito elevada. Esse ao usado para grandes e mdias peas: engrenagens e eixos ranhurados para mqui-nas operatrizes, engrenagens de redutores etc.

b. Aos tpicos para benefi-ciamento: SAE 4140 contm 0,40% de carbono, 0,95% de cromo, 0,20% de molibdnio. Aos de temperabilidade m-dia, alta resistncia e elevada tenacidade.

SAE 4340: o mais usado na indstria automobilstica, aero-nutica e mecnica. Os elementos principais so: 0,40% de carbono, 0,80% de cromo, 1,80% de nquel e 0,25% de molibdnio. Empre-gado para rgos que pedem uma elevada dureza e tenacida-de, usado para eixos e bielas de motores, virabrequim de tratores, engrenagens de mquinas opera-trizes. Enfim, qualquer rgo de mquina de grande dimenso.

c. Aos para nitretao: so aos de baixo contedo de carbono ligados com cromo, molibdnio e alumnio. So endurecidos superficialmente por difuso de azoto (nitreta-o), tem ncleo tenaz e so resistentes aos choques. Desig-nao: DIN 41CrA1Mo7.

d. Aos para molas: estes aos apresentam elevadas caracte-rsticas de elasticidade, tratam-se normalmente de aos ao mangans, silcio, cromo n-quel e cromo-vandio. A por-centagem de carbono varia em torno de 0,5%. Os mais em-pregados so:

SAE 9255, usado nas constru-es automobilsticas, temperado em leo.

SAE 9262, usado para molas em geral.

SAE 6150, usado para molas sujeitas a solicitaes de fadiga (molas para vlvulas de motores de avies).

e. Aos para rolamento: trata-se de aos que apresentam eleva-dssima resistncia ao desgaste e compresso. Normalmente os elementos destes aos so o cromo e o mangans. O tipo usado o SAE 52100 com 1% de carbono e 15% de cromo, utilizado para esferas, rolos e anis de rolamentos.


Seo 5Aos inoxidveis

Resistem oxidao a quente, apresentam uma elevada resistn-cia aos corrosivos qumicos e at-mosfricos. Os elementos carac-tersticos destes aos so o cromo e o nquel. A inoxibilidade devi-da a um fino extrato de xido que se forma na superfcie, protegen-do o material de uma oxidao em profundidade.

a. Aos inoxidveis ferriticos: so aos fortemente ligados com cromo e a estrutura constituda pela ferrita (ferro no estado ). O teor de carbo-no muito baixo. Esses aos tm uma estrutura estvel, so dcteis, imbutveis, soldveis, mas no so temperveis.

SAE 430: 0,80% de carbono e 17% de cromo. Resiste oxi-dao at 800, empregado na indstria petrolfera, qumica e alimentar.

SAE 405: 0,06% de carbono, 14% de cromo e 0,2% de alum-nio. Resiste oxidao at 550, empregado na indstria petrol-fera e para fabricao de palhetas das turbinas de vapor.

b. Aos inoxidveis semifer-rticos: aos de elevado teor de cromo e baixo teor de car-bono, em alguns casos com pequenas porcentagens de n-quel. A estrutura , em parte, ferrtica. So aos tenazes e resistentes, empregados para rgos mediamente solicitao em ambiente corrosivo.

SAE 410: 0,15% de carbono e 12,5% de cromo. Pode ser trefilado e embutido, empregado para construo de elementos rosqueados, eixos, bielas, bombas e palhetas de turbinas.

c. Aos inoxidveis austenti-cos: so fortemente ligados com cromo e nquel. Estes ele-mentos provocam a reduo dos pontos crticos e permitem uma estrutura austentica. So aos muito resistentes cor-roso e ao calor; so dcteis, tenazes, maleveis e soldveis. Bons para estampagem e trefi-lao.

SAE 304: 0,08% de carbono, 195 de cromo e 9,5% de nquel. muito usado na indstria qu-mica, farmacutica e alimentar; empregado tambm para cons-truo de aparelhos cientficos, material para cirurgia etc.

SAE 321: 0,06% de carbono, 18% d cromo, 10% de nquel e 0,3% de titnio. usado para palhetas de turbinas e aparelhos soldveis destinados indstria qumica.

d. Aos inoxidveis martensti-cos: estes aos tm uma estru-tura martenstica, so duros e tm boa resistncia mecnica e ao desgaste. O elemento carac-terstico o cromo. So aos difceis de ser tratados (para temper-los, precisa de tempe-ratura de 980 a 1.000C), no podendo ser forjados.

Seo 6Aos para ferramentas

Estes aos tm elevada dureza, resistncia ao calor, tenacidade e capacidade de corte. Os elemen-tos mais empregados so o tungs-tnio e o cromo.

a. Aos rpidos: so aos de alto teor de tungstnio. O mais em-pregado o SAE T 1 (0,75% de carbono, 18% de tungst-nio, 4,3% de cromo e 1,1% de vandio). usado para ferra-mentas em geral, brocas e fre-sas.

b. Aos super-rpidos: possuem elevadas porcentagens de co-balto que permitem alta velo-cidade na usinagem. O mais usado o SAE T 5 (0,75% de carbono, 18% de tungstnio, 10% de cobalto, 4,25% de cro-mo e 0,90% de molibdnio).

c. Aos para trabalho a quente: nestes aos, o elemento princi-pal o tungstnio. O tipo mais empregado o SAE H-2O (9% de tungstnio), usado em ferramentas para trabalhos contnuos em alta temperatura (punes, discos de prensa de extruso e matrizes para pren-sar).

d. Aos para trabalho a frio: so aos ao cromo-tungstnio-silcio ou ao cromo. Os mais usados so:

SAE S-1: 1,9% de tungstnio, 1% de cromo e 1% de silcio, empregado em ferramentas pneumticas e talhadeiras.

SAE D3: 12,5% de cromo, empregado para fabricao de matrizes de corte e ferramentas de estampagem.

Seo 7Aos para aplicaes especiais

a. Aos resistentes ao calor: UNI X 12 Cr Al 23, trata-se de um ao inoxidvel ferrtico de alto teor de cromo (23%) e baixas porcentagens de moli-bdnio e alumnio. Resiste at 1.200C e ao da oxidao. Empregado para partes de cal-deiras de fornos, para tubos de aquecedores de vapor e para caixas de recozimento.


b. Aos de altssima resistn-cia (aos maraging): esses aos substituem os tratamen-tos tradicionais pelo envelhe-cimento martenstico, que se efetua mantendo a liga por 16 horas a uma temperatura de 650, passando, em seguida, a uma temperatura de 1.000 e deixando resfriar no ar.

Os elementos principais so 18% de nquel, titnico e alumnio. A porcentagem de carbono deve ser muito baixa (de 0,01% a 0,03%). As propriedades mecnicas des-ses aos so excepcionais: a resis-tncia trao chega at 217 kg/mm2. So empregados para cons-trues aeronuticas e aeroespa-ciais: guinchos para avies, parte de carrinhos de helicpteros, ei-xos ocos e pequenos foguetes.

c. Aos ao chumbo: trata-se de aos usados para usinagem em mquinas automticas. O chumbo permite o aumento da velocidade de corte (30%) e o aumento da velocidade de avano (50%). Permitem tam-bm maior durao das ferra-mentas.

Seo 8Ligas especiais de ferro e nquel

Invar: 36% de nquel. Empre-gado em instrumentos cientficos pelo seu baixo coeficiente de dila-tao trmica.

Platinite: 46% de nquel. Em-pregado para fiao das lmpa-das, seu coeficiente de dilatao trmica igual ao do vidro.

Permalloy: 78% de nquel. Empregado nas construes eltricas por sua elevada permea-bilidade magntica.

Seo 9Aos especiais: influn-cia dos elementos con-stituintes

Silcio (Si): aumenta a elas-ticidade e a resistncia dos aos. Est sempre presente em todos os aos com porcentagem de 0,2% at 3%. empregado em porcentagens maiores nos aos para molas. O silcio tem o efeito de isolar e suprir o magnetismo.

Mangans (Mn): quando adicionado em quantidade con-veniente, aumenta a resistncia do ao ao desgaste e ao choque, mantendo-o dctil.

Alumnio (Al): desoxida o ao. No tratamento de nitreta-o, combina-se com o azoto, favorecendo a formao de uma camada superficial durssima.

Boro (B): empregado em porcentagem muito baixa (de 0,01% at 0,04%) para aumentar a temperabilidade dos aos. Em porcentagens maiores, provoca uma perigosa fragilidade.

Cobalto (Co): influi favo-ravelmente nas propriedades magnticas dos aos. Em associa-o com o tungstnio, aumenta a resistncia dos aos ao calor, em-pregado nos aos super-rpidos em porcentagem de 2% a 12%.

Cobre (Cu): empregado para aumentar a resistncia corroso, em porcentagem no superior a 0,5%.

Titnio (Ti): favorece a esta-bilidade dos aos a quente.

Nquel (Ni): aumenta a re-sistncia e a tenacidade dos aos, eleva o limite de elasticidade, d boa ductibilidade e boa resistn-cia corroso. Os teores de 12% a 21% de nquel produzem aos inoxidveis que apresentam gran-de dureza e alta resistncia.

Cromo (Cr): d ao ao: alta resistncia, dureza, elevado limite de elasticidade e boa resistncia corroso.

Tungstnio (W): geral-mente adicionado aos aos com outros elementos. Aumenta a resistncia ao calor, a dureza, a resistncia ruptura e o limite de elasticidade.

Molibdnio (Mo): sua ao nos aos semelhante a do tungstnio. Geralmente emprega-se adicionado ao cromo, pro-duzindo grande resistncia aos esforos repetidos.

Vandio (V): Melhora, nos aos, a resistncia trao sem perder a ductibilidade. Eleva os limites de elasticidade e fadiga. Muito usado na construo de chaves.


Seo 10Fagulhas e ramificaes dos materiais ferrosos

A figura abaixo mostra as fagulhas e ramificaes obtidas para materiais, quando atritamos contra um esmeril de xido de alumnio.

Figura 27 Ensaio de Anlise de CentelhasFonte: Colpaert (2000).

Chegou a hora de conhecermos os materiais metlicos no ferrosos! Continue atento!

Unidade de estudo 7

Sees de estudo

Seo 1 CobreSeo 2 BronzeSeo 3 LatoSeo 4 Alumnio e suas ligasSeo 5 Ligas levesSeo 6 Outros metais e ligas de uso comumSeo 7 Ligas antifrico e ligas para altas temperaturasSeo 8 Produtos mtalo-cermicosSeo 9 Polmeros


Seo 1Cobre

O cobre um metal vermelho claro, dctil, malevel, dobrvel. Suas caractersticas principais so:

Massa especfica 8,9 Kg/dm3;

Temperatura de fuso 1.083 C;

Resistncia eltrica a 20 C, 0,0176 ohm mm2/m.

A caracterstica mais importante do cobre puro sua alta condu-tibilidade eltrica. As proprieda-des mecnicas do cobre variam segundo o tratamento trmico: a resistncia trao do cobre nor-malizado varia entre 21 a 24 kg/mm2, o mdulo de elasticidade de 12.500 kg/mm2, a dureza Bri-nell igual a 50 kg/mm2, o alon-gamento varia entre 38% a 50%, a resilincia de 8 kg/cm2 e o limite de fadiga flexo de 7 a 9 kg/mm2, por cem milhes de ciclos. O cobre aquecido entre 200 C e 600 C perde a ductibilidade e en-fraquece.

Materiais Metlicos no Ferrosos

Na indstria de construo civil, o cobre usado para tubulaes hidrulicas e coberturas de tetos. Nas construes mecnicas, empregado para tubulaes em motores e caldeiras. Na indstria qumica, para produo de sul-fato de cobre e catalisadores. As ligas de cobre: bronze e lato tm grande importncia. Comercial-mente o cobre encontrado nas seguintes formas: lingotes (barras redondas, quadradas, sextavadas e retangulares), chapas de 0,1 a 10 mm de espessura, fitas em geral, discos, tubos, cabos flexveis e fios de at 80 mm2 de seo.

A maior parte do cobre se encon-tra nos seus minerais, constitudos por xidos e sulfuros. Os sulfuros so minerais de maior importn-cia na extrao do cobre.

Calcotita - Cu2 S ( ~80% Cu); Covelita - Cu S ( ~66% Cu); Bornita - Cu

5FeS

4( ~63%

Cu);

Calcopiritas - CuFeS2 ( ~35% Cu).

O mineral mais abundante o cal-cocita, que contribui para 50% da produo mundial.

No trabalho a quente, deve-se ele-var a temperatura a 900oC e ter-minar o trabalho antes de 650oC, enquanto abaixo desta ltima se manifestam rupturas parciais. O cobre tem boas caractersticas de resistncia corroso que variam com o estado da superfcie. Ha-vendo o contato com a atmosfe-ra, surge uma camada de sulfato bsico que serve como proteo. As propriedades tecnolgicas so boas: como o cobre malevel e dctil, pode ser facilmente re-duzido em chapas, fios e tubos. Podem-se fabricar fios de at 0,03 mm. A fundio do cobre difcil, seja para o absorvimento de ga-ses, ou seja, para a formao de xidos. Com oportunas precau-es e por meio de substncias desoxidantes, obtm-se boas fun-dies.

O cobre mais empregado nas in-dstrias eltricas e eletrnicas pela sua elevada condutibilidade eltri-ca e trmica. As aplicaes mais importantes so:

Condutores de linhas de distri-buio e transmisso;

Fios para mquinas eltricas; Condutores de para-raios; Chapas e tubos para disper-

ses de terra;

Eletrodos para soldas e pontos eltricos.


Figura 28 Esquema para Extrao do Cobre

Fonte: COFIC (2008).

Os minerais oxidantes so ricos em cobre, mas so raros.

Os principais so:

Cuprita Cu2 O ( ~89% Cu); Malaquita Cu (OH)2 CUCO2( ~57% Cu); Azurita CU (OH)2 2 Cu Co3( ~55% Cu).

Seo 2Bronze

Por bronze se entende normalmente a liga cobre-estanho.

Caractersticas mecnicas do bronze:

A resistncia aumenta de acordo com o aumento da porcentagem de Sn (at 18%), depois h uma reduo. A ductibilidade diminui com o aumento do Sn.

A dureza Brinell aumenta rapidamente at 28% de Sn, para o bronze de laminao ( 6% a 10% de Sn).

Carga de ruptura trao varia de 30 a 40 kg/mm2. O alongamento de 40 a 50. Dureza Brinell est em torno de 70 kg/mm2.

Para o bronze cru, tem-se:

Carga de ruptura trao de 50 a 60 kg/mm2. Alongamento de 5% a 12%. Dureza Brinell 120 a 140.

A solda do bronze feita usando

desoxidantes.

Os bronzes para trabalhos plsticos so:

Sn 8% para aparelhagem eltrica;

Sn 7% resistente gua do mar; Sn 6% para molas e fios; Sn 2% para partes de apare-

lhagem eltrica;

Sn 0,2% para fios telefni-cos e chapas.

Bronze ao estanho para fundio:

Sn 20% para rolamentos; Sn 14% para vlvulas, rola-

mentos, guias e engrenagens;

Sn 10% para engrenagens e partes de mquinas.


Bronze especial:

a. Bronze com zinco: contm,alm do estanho, o zinco (2% a 8%) que deixa a liga mais dura e fusvel. A liga mais usada contm 10% de Sn e 4% de Zn empregados em fundies difceis e de paredes finas: partes de mquinas, aparelhagem eltrica etc.

b. Bronze com chumbo: a quantia de 4% at 20% de chumbo melhora as caractersticas mecnicas e as propriedades antifrico. Os bronzes ao chumbo so empregados para bronzinas e rolamentos. O bronze ao chumbo mais usado na fundio o que contm 12% de chumbo.

c. Bronze Fsforo: no contm fsforo, mas chamado assim porque, durante a fabricao, desoxidado com estanho, cobre e estanho pas-sa escrias, onde se obtm um bronze de qualidade muito boa, livre de xidos e fsforos. Esse bronze apresenta resistncia superior, de 30% em relao aos demais. muito fluidos, timo para fundio e usado na fabricao de buchas.

d. Bronze de alumnio: contm alumnio no lugar de estanho em por-centagem de 5% a 11%. fusvel e pode ser forjado. Tem elevadas caractersticas mecnicas, sobretudo a resistncia fadiga e resiste bem contra a corroso. As propriedades mecnicas podem ainda ser melhoradas colocando silcio ou fero, obtendo-se assim bronzes com resistncia trao de at 80 kg/mm2. Os bronzes de alumnio so usados para a fabricao de elementos rosqueados, torneiras, peas inoxidveis de alta resistncia, bombas, vlvulas e engrenagens. Usa-do em substituio do ao nas peas expostas oxidao.

Outros bronzes especiais:

a. Bronze ao Berlio:

Be de 1% a 2,4%. Apresenta boas caractersticas mecnicas, particular-mente de dureza, e tambm resistentes corroso.

b. Bronze ao Cdmio:

Cd de 0,5% a 1%. Usado em substituio ao cobre, para fiaes telefni-cas e telegrficas. Resistncia trao de 50 a 60 kg/mm2.

c. Bronze ao Silcio:

Constitudo por cobre, silcio e mangans (si de 1,5% a 3%, Mn de 0,25% a 1%). Apresenta boas propriedades mecnicas, resistente corroso e pode ser trabalhados a quente.

d. Bronze ao Nquel-Alumnio:

Contm nquel, alumnio e ferro. resistente corroso da gua do mar, soldvel e resiste bem fadiga.

Seo 3Lato

Indica-se geralmente com o nome de lato, a liga cobre-zinco, dividi-da em lato comum e lato espe-cial. O lato pode ser classificado segundo o emprego em: lato fun-dio e lato de trabalho plstico.

Figura 29 Lato Comum ao Zinco.

O zinco funde-se com o cobre formando solues slidas indi-cadas pelos smbolos e . At 35% de zinco, tm-se na soluo slida , estes lates que podem ser trabalhados a frio. No interva-lo de 35% a 40% de zinco, tm-se ligas constitudas por solues s-lidas e , que s podem ser tra-balhadas a quente. Os lates co-muns apresentam boa resistncia mecnica e corroso. Nos lates trabalhados a frio, podem-se veri-ficar fenmenos de encruamento que se manifestam com o aumen-to da dureza, da fragilidade e com uma perigosa corroso intercris-talina. Os efeitos do encruamen-to podem ser eliminados com o tratamento do recozimento. A fundio do lato no apresenta dificuldade. bom usar desoxi-dantes. Causa perda de zinco de-vido evaporao e a oxidao.


Na solda do lato, precisa-se ter cuidado com a evaporao do zinco, por

isto preciso um metal bsico rico de zinco e lates.

Lato comum para trabalhos plsticos:

a. Lates alfa

Cobre 65% e zinco 35% soldvel, pode ser trabalhado a frio e usado para chapas.

Cobre 67% e zinco 33% resistente corroso, soldvel e pode ser trabalhado a frio. Usado para laminados de embutio profunda e elementos rosqueados

Cobre 80% e zinco 20% pode ser trabalhado a frio, soldvel e resistente corroso. Usado para laminados de embutio profunda, contatos eltricos e molas.

b. Lato alfa e beta

Cobre 60% e zinco 40% Pode ser trabalhado a frio ou a quente e soldvel. Encontra-se nas seguintes formas: laminados, forjados, trefilados, extrorsos e empregado para estampagem a quente de frios.

c. Lates comuns de fundio

Cobre 60 e zinco 40% um lato soldvel e resistente corro-so, usado para fundio em areia e coquilha.

Zinco 36% lato para fundio. soldvel, resistente corroso e usado para artigos hidrulicos.

Lates especiais:

a. Lates ao nquel

So ligas ternrias (cobre, zinco e nquel) muito usadas em eletrotcnica. Os mais importantes so:

Argento cobre 60%, zinco 25% e nquel 15%, usado para resis-tncia eltrica.

Retomo cobre 54%, zinco 16%, nquel 25% e ferro 5%, usado para reostatos.

Niquelina cobre 60%, nquel 20% e zinco 20%, usado para resis-tncia.

Packfong cobre 63%, zinco 23% e nquel 14%. Constatam cobre 60% enquel 40%, usado para reostato e termo-

cpias.

Cupro-nquel cobre 70% e nquel 30%, resistente corroso e pode ser trabalhado a frio.

b. Lates ao chumbo

O chumbo, usado em quantidade 2%, deixa o lato seco, isto , usinvel nas mquinas operatrizes. Os mais usados so:

Cobre 58%, zinco 40% e chumbo 2% um lato chumbo usinvel que apresenta discreta resistncia mecnica (R = 35 A 40 kg/mm2). Tambm usado para peas estampadas a quente, para peas acabadas nas mquinas operatrizes com furos, roscas etc.

Cobre 60%, zinco 38% e chumbo 2% um lato ao chumbo para fundio com discreta resistncia mecnica (R = 37 kg/mm2). Resistente cor-roso. Usado para fundio em coquilha; usinvel nas mquinas operatrizes e utilizado em peas como torneira de gua e gs.

Lato ao silcio o silcio melhora a resistncia corroso e s altas temperaturas. O mais usado o zinco 39% e silcio 1%, com resistncia entre 50 e 60 kg/mm2.


Tratamentos trmicos do cobre e suas ligas:

a. Recozimento do cobre e suas ligas: tem a finalidade de eli-minar a fragilidade e o en-durecimento produzido pelo encruamento. O recozimento efetua-se aquecendo o material a uma temperatura que depen-de do grau de encruamento e do tipo da liga que tratada por determinado tempo. Em seguida a pea resfriada em gua. A temperatura de reco-zimento do cobre varia entre 550C, para o material mais duro, a 650, para o mais ma-cio.

b. Normalizao dos lates: tem a finalidade de tirar as tenses internas e de reduzir o peri-go de rupturas que se verifica aps certo tempo de trabalho. A normalizao dos lates se efetua aquecendo o material temperatura varivel de 200 a 300C, por determinado tem-po. O resfriamento feito ao ar.

Seo 4Alumnio e suas ligas

O alumnio apresenta uma estrutura cristalina cbica de faces centradas. O peso especfico de 2,7 kg/dm3. A temperatura de fuso de 658C. A fundio do alumnio no difcil, basta proteger o metal da oxidao. O alumnio muito vido de oxignio e, por isso, usado na indstria como redutor. Ao contato com o ar, forma-se um leve extrato de xido na superfcie, que protege toda a massa. Apresenta um elevado poten-cial eletro-qumico e condutibilidade eltrica. A resistncia mecnica do alumnio no elevada.

Resistncia trao: recozido de 7 a 11 kg/mm2, com encrua-mento de 12 a 18 kg/mm2.

Alongamento: recozido de 35% a 45%, com encruamento de 7% a 10%.

Dureza Brinell: recozido igual a 25 kg/mm2, com encruamento igual a 45% a 60%.

Resistncia eltrica: 0,28 ohm mm2/m.

O alumnio um metal malevel, dctil e dobrvel. Pode ser soldado, usando apropriados desoxidantes. O emprego do alumnio puro limi-tado. Pela variedade de ligas leves que se obtm, o alumnio considera-do o mais importante dos materiais no ferrosos. Geralmente obtido da bauxita, formado de xido de alumnio.

O alumnio extrado da bauxita pelo processo BAYER: onde a bau-xita secada e triturada. Em seguida, tratada com solda custica alta temperatura e sob presso. A soda custica se combina sob presso com a bauxita formando um sal, que sucessivamente transformado em xido de alumnio. Posteriormente, o alumnio extrado por eletrlise.

Figura 30 Processo de Obteno do Alumnio (Extrao da Bauxita)

Fonte: Adaptado de ABAL (2010).


Figura 31 Processo de Obteno do Alumnio

Fonte: ABAL (2010).

Figura 32 Processo de Obteno do AlumnioFonte: ABAL (2010).

Seo 5Ligas leves

Toma o nome de ligas leves uma srie de ligas que contm como ele-mentos principais: alumnio, cobre, silcio, magnsio, mangans e zin-co. Quase todas as ligas leves apresentam boas propriedades mecnicas, pelo efeito do beneficiamento, bem diferente daqueles estudados no ao. O beneficiamento das ligas leves compreende um tratamento de tm-pera elevando temperatura at 500oC e resfriando em gua, seguido por um envelhecimento natural ou artificial. A tmpera das ligas leves negativa, ou seja, o material temperado fica mais macio. O encruamento tirado com o tratamento do recozimento, como no cobre e suas ligas.

a. Ligas leves para fundio: caracterizam-se pelo baixo peso especfico e pela discreta resistncia mecnica, aps o beneficiamento. As mais usa-das so:

Termafond (alumnio e cobre): empregada para pistes.

Silafont (alumnio e silcio): para fundies de paredes finas.

Corrofond (alumnio e magnsio): para peas sujeitas corroso.

Lubral (alumnio e estanho: usada para rolamentos, guarni-es e antifrico.

b. Ligas leves para usinagem: entre estas ligas, a mais usada o avional, que base de alumnio e pequenas porcen-tagens de cobre, magnsio e, s vezes, mangans. Aps o tratamento de beneficiamen-to, o avional atinge uma carga de ruptura trao de 50 kg/mm2. Outras ligas leves para usinagem so:

Ergal(alumnio e zinco) aps o beneficiamento, a resis-tncia trao atinge at 68 kg/mm2. Peraluman(alumnio e mag-

nsio) resistente corroso, soldvel e deformvel a frio.

Anticorroidal (alumnio e silcio) resistente corroso. Racidal timo para a usina-

gem.


Seo 6Outros metais e ligas de uso comum

a. Estanho (Sn): um metal de cor prata, funde-se a 233oC e tem peso especfico de 7,3 kg/dm3. Obtm-se da cassiterita (bixido de esta-nho), por reduo, seguida por elaboradas operaes de refinao eletroltica. encontrado sobre vrias ligas que so as do bronze e as ligas antifrico. O estanho puro empregado na solda do fio de cobre. muito malevel, por isso pode-se obter chapas muito finas.

b. Zinco (Zn): um metal cinza-azul com peso especfico de 7,1 kg/dm3 e o ponto de fuso de 419oC. A resistncia mecnica no ele-vada e a dureza inferior a do cobre. O zinco extrado geralmente da blenda (sulfeto de zinco), com processo de aquecimento alta temperatura reduzido com o carvo e refinado com eletrlise. Ao contato com o ar, forma-se, na superfcie, um fino extrato de carbo-no de zinco, que protege o interior do metal. O zinco puro normal-mente para coberturas de tetos ou galvanizao do ferro. Tambm usado na fabricao do lato e das ligas antifrico.

c. Chumbo (Pb): um metal cinza, brilhante quando cortado (com o tempo perde o brilho pela formao do xido). Tem elevado peso especfico (11,3 kg/dm3) e baixa temperatura de fuso (327OC). muito malevel, dctil e dobrvel, mas tem baixa resistncia mecni-ca e dureza. O chumbo se extrai normalmente da galena (sulfeto de chumbo), com processos de aquecimento e fuso em fornos apro-priados. No estado puro, empregado para o revestimento de cabos eltricos, fusveis, chapas de acumuladores, revestimento de tanques destinados indstria qumica, nas ligas antifrico, nas ligas para estampas e ligas para solda doce. tambm empregado na fabricao de algumas tintas.

d. Magnsio (Mg): um metal de cor branca-prata, semelhante ao alu-mnio, porm mais leve. Seu peso especfico 1,744 kg/dm3 e sua temperatura de fuso a 650OC. O principal mineral do magnsio a dolomita (carbonato de clcio e de magnsio) de onde extrado, transformando o mineral em sais e, em seguida, a eletrlise em solu-es salinas. O magnsio puro usado para proteger o ferro contra a corroso da gua. O magnsio, ligado com alumnio, zinco e manga-ns, d origem s ligas ultraleves, usadas nas construes aeronuti-cas. Uma dessas ligas o eltron, com 94% de magnsio e pequenas porcentagens de alumnio, mangans e silcio.

e. Tungstnio (W): tem o peso especfico de 19,3 kg/dm3 e mui-to resistente s altas temperaturas, com ponto de fuso a 3370OC. Extrai-se do Wolframite. Esse material tem muita importncia na in-dstria eltrica, onde empregado nos fios de lmpadas, nas vlvulas termo-inicas, nas vlvulas de vidro duro, nos computadores e tubo rontagem. Tambm usado em aparelhos eltricos, interruptores de alternadores eltrodos de velas. Utilizado na fabricao dos aos r-pidos e super-rpidos e nos aos para vlvulas.

f. Molibdnio (Mo): usado nos aos especiais de alta resis-tncia, inoxidveis e resisten-tes s altas temperaturas. Tem peso especfico de10,2 kg/dm3 e ponto de fuso a 2600OC. Extrai-se da molibdenita. Tambm usado na indstria eltrica, na fabricao de fios para lmpadas, vlvulas, lmi-nas, fios, anis e guinchos para sustentao de fios de tungst-nio.

g. Nquel (Ni): tem peso espe-cfico de 8,85 kg/dm3, com ponto de fuso a 1.450OC. Geralmente se extrai da pir-rotita (sulfito de ferro, cobre e nquel) ou da garnierita (si-licato hidratado de nquel e magnsio), por procedimentos complexos de aquecimento, reduo e refinao. O nquel apresenta boa resistncia me-cnica e elevada resistncia corroso. Seu principal em-prego na fabricao dos aos especiais e aos inoxidveis, onde a resistncia mecnica e a resistncia corroso so ele-vadas.

h. Antimnio (Sb): peso espec-fico de 6,7 kg/dm3. Tempera-tura de fuso a 630OC. em-pregado na fabricao das ligas antifrico e de estampas. Ele endurece o chumbo.

i. Titnio (Ti): peso especfico de 4,5 kg/dm3. Temperatura de fuso a 1660OC. Apresenta elevada resistncia mecnica e corroso. Pelo seu baixo peso especfico, usado em veculos de alta velocidade.

j. Cromo (Cr): peso especfico de 7,2 kg/dm3 e temperatura de fuso a 1920OC. usado para revestimento de proteo (cromagem) e na fabricao dos aos especiais.


k. Mangans (Mn): peso especfico de 7,4 kg/dm3. Temperatura de fu-so a 1.230OC. usado como corretivo na fabricao de ferro fundi-do e do ao. Pela sua ao desfosforante e desoxidante, empregado tambm na fabricao de alguns aos especiais.

l. Mercrio (Hg): peso especfico de 13,6 kg/dm3. Encontra-se lqui-do temperatura ambiente. De cor prata, usado na fabricao de contatos mveis de alguns interruptores.

m. Vandio (Va) e Cobalto (Co): usados na construo dos aos espe-ciais de construo e de ferramentas.

Seo 7Ligas antifrico e ligas para altas temperaturas

As ligas antifrico so empregadas em partes que devem resistir ao desgaste como: rolamentos e suportes. Essas ligas podem ser base de chumbo ou de estanho. Na construo de turbinas a gs e turbo-reatores, so necessrios materiais resistentes temperatura muito ele-vada. Esses materiais so chamados de ligas para altas temperaturas ou superligas, tipo: Nimnnia, Estelita e Vitallun.

Seo 8Produtos mtalo-cermicos

Esses materiais metlicos e sintticos so obtidos misturados a p de metais e metalides. A sinterizao consiste em comprimir os ps em apropriados estampos e elev-los s altas temperaturas. Obtm-se assim carbonetos de tungstnio, titnio etc. Esses produtos so usados para ferramentas de corte e rolamentos autolubrificantes.

Seo 9Polmeros

So materiais orgnicos ou inorgnicos, sintticos ou naturais, cuja es-trutura definida a partir de vrias unidades moleculares, denomina-das meros, com alto grau de repetio ao longo de toda a estrutura. Existem os polmeros naturais como: protena, celulose, amido e borra-cha, entre outros; alm dos polmeros artificiais, obtidos em laboratrio como: isopor, polietileno, poliestireno etc.

Podem ser obtidos pela adio de um nico monmero.

monmero: Do grego mono,um e meros,

parte.


Exemplo:

Tambm podem ser obtidos pela adio de dois ou mais polmeros dis-tintos (copolmero).

E existem os polmeros obtidos por condensao,por meio da elimina-o de substncia inorgnica (geralmente gs amonaco ou gua).

Exemplo:

Figura 33 Exemplo de Polmero Obtido por Condensao

Monmero

uma molcula simples, que d origem unidade de repetio (mero) de um polmero.

Plsticos

So materiais formados a partir de um polmero sinttico, geralmente orgnico, slido em sua condio final. Como exemplos temos o isopor (poliestireno), obtido atravs da adio do estireno, e o PVC (cloreto de polivinila), obtido atravs da adio do cloreto de vinila.

Polimerizao

o conjunto de reaes que caracteriza a unio de molculas que for-maro o polmero. Na maioria dos casos o tipo de ligao qumica pre-dominante a covalente.

Termoplsticos

So polmeros capazes de serem repetidamente amolecidos e en-durecidos pelo efeito da tempera-tura. Os seus constituintes funda-mentais so polmeros de cadeias lineares ou ramificadas. Apresen-tam estrutura de polmeros linea-res, conforme figura abaixo, sen-do que podem ser transformados em tridimensionais por meio do aquecimento.

- CH2- CH2- CH2- CH2- (exemplo de polmero linear termoplsti-co)

Termofixos

So materiais plsticos que, quan-do curados, com ou sem amoleci-mento, no podem ser novamente amolecidos por aquecimento. Es-truturalmente apresentam liga-es cruzadas entre as molculas. So os polmeros tridimensionais.

Exemplo:

Elastmeros: so polmeros que, na temperatura ambiente, podem ser estirados repetida-mente a, pelo menos, duas vezes o seu comprimento original, sendo que, aps a retirada do esforo, retorna ao seu compri-mento original.Exemplo: borrachas (naturais ou sintticas)

Obteno do polmero:

Refinaria:Petrleo Nafta

Petroqumica 1 gerao:Nafta Monmero

Petroqumica 2 gerao:Monmero Polmero

Petroqumica 3 gerao:Polmero Produto


Obteno do polmero (fase estrutural)

Os polmeros so produzidos sin-teticamente por meio da reao de polimerizao de seus mon-meros. Um dos mtodos mais uti-lizados nas indstrias para a pro-duo de polmeros de vinilas a polimerizao em emulso. Esse processo envolve uma emulso estvel de gua, monmeros dos polmeros e um surfactante (sa-bo ou detergente) como o agen-te emulsificante. Os surfactantes formam micelas, que dissolvem os monmeros, geralmente hidro-fbicos. Os iniciadores de radicais livres, quando jogados na fase aquosa, tambm migram para a fase micelar, iniciando a polime-rizao.

As vantagens deste mtodo incluem o baixo consumo de energia (a reao pode ser feita mesmo em temperatu-ra ambiente) e a obteno de polmeros com grande massa molar. A maior desvan-tagem que a formulao relativamente complexa, se comparada com os outros mtodos, e requer uma eta-pa depurificao do polmero que, algumas vezes, pode ser problemtica.

Aplicaes de polmeros na for-mao de cada um dos materiais abaixo relacionados:

Plsticos; Borrachas; Fibras; Adesivos; Tintas; Cosmticos; Alimentos.

As foras intermoleculares so responsveis por manter as mol-culas unidas.

As foras intermoleculares influem diretamente nas proprie-dades dos materiais polimricos tal como no ponto de ebulio de substncias orgnicas.

Fortes interaes dipolo-dipo-lo atraem as molculas de police-tona alto ponto de fuso.

Classificao dos polmeros quanto origem:

Naturais: celulose, borracha natural, naturais modificados, acetato de celulose, nitrato de celulose etc.

Sintticos: PVC, poliestireno e ABS.Exemplos de ligaes para alguns dos polmeros mais conhecidos:

Figura 34 Polietileno

Figura 35 Polipropileno

Figura 36 Poliestireno (PS)

Figura 37 Poli (Cloreto de Vinila)

(PVC)

Figura 38 Politetrafluoretileno (PTFE) ou Teflon


Quanto ao comportamento trmico, os polmeros se classificam em:

a. Termoplsticos

Escoam quando aquecidos. Solidificam quando resfriados.

Termoplsticos escoam Amorfos Semicristalinos

b. Termofixos

No escoam quando aquecidos. Solidificam quando aquecidos pela primeira vez, pois so forma-

dos por pr-polmeros, oligmeros ou monmeros tri funcionais que reagem e reticulam.

Quanto ao comportamento mecnico, os polmeros se classificam em:

a. Plsticos

Pouca elasticidade deformao predominantemente plstica. Podem ser rgidos ou flexveis.

b. Elastmeros

Grande elasticidade deformao predominantemente elstica. Fibras Pequena deformao e alta resistncia.

Unidade de estudo 8

Sees de estudo

Seo 1 Metalurgia do p


Metalurgia do p

Seo 1Metalurgia do p

Trata-se da tecnologia que consis-te na fabricao e preparao de ps-metlicos e de sua confor-mao mecnica, visando obter objetos de forma semiacabada, mediante as operaes de com-pactao e sinterizao.

Vantagem do processo: baixo custo em funo da rapidez do processo de compactao em matrizes, uma vez que no h perda de material e no requer operaes posteriores de usina-gem.

Operaes secundrias:

Usinagem. Conformao (a quente ou a

frio).

Recompactao (reduzir porosidades e aumentar resistn-cia mecnica juntamente com a ductibilidade).

Infiltrao (reduzir porosi-dades e aumentar resistncia mecnica).

Tratamento trmico (aumentar dureza e resistncia mecnica).

Solda unio (por brasagem, infiltrao ou soldagem).

Acabamento superficial (rebar-bao, polimento, impregnao, eletrodeposio).

A metalurgia do p permite: Diminuio dos custos com

energia e matria-prima.

Substituio do complexo ciclo de usinagem, incidindo em menor custo de fabricao.

Reduo do investimento, tanto com maquinrio como com locais industriais, permitindo funcionamento em srie.

Vantagens tcnicas:

Tolerncias iguais ou inferiores as das peas usinadas.

Obteno de formas mais complexas.

Boa reprodutibilidade de peas em srie.

Muito boa resis

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