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Materiais e Técnicas 2012.2 AÇOS ESPECIAIS

Aços Especiais - Arquitetura

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Trabalho sobre Aços Especiais realizado para a disciplina de Materiais e Técnicas do curso de Arquitetura e Urbanismo/UFF, em 2012.

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Page 1: Aços Especiais - Arquitetura

Materiais e Técnicas 2012.2

AÇOS ESPECIAIS

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6.000 a 4.000 anos a.C.Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C

1.770 a.C.A primeira indústria do ferro apareceu ao sul do Cáucaso, 1700 a.C., entre os Hititas. O minério de ferro apresentava-se sob a forma de pequenas pedras à flor da terra.

1100 a.C.Depois do Cáucaso, o ferro apareceu no Egito em torno de 1100 a.C. Posteriormente, foi encontrada em regiões às quais, hoje, damos o nome de Grécia (1100 a.C.), Áustria (920 a. C.), Itália (600 a. C.), Espanha França, Suíça

500 a.C. Os chineses fabricavam o ferro carburado, mais tarde chamado ferro-gusa.

HISTÓRICOAÇO

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Século XIVA altura dos fornos tinha aumentado e as condições de sopro se aperfeiçoado. A temperatura de combustão aumentou o suficiente para que o ferro pudesse absorver quantidades crescentes de carbono. Com o aumento do teor de carbono o metal se fundia a uma temperatura mais baixa e assim obteve-se pela primeira vez um metal líquido na parte baixa do alto forno. Com os fornos transformados em altos-fornos, a produção de ferro aumenta e por volta de 1350 surge a fundição de objetos de uso doméstico, instrumentos agrícolas e muitos outros.

Século XVComeça-se a produzir ferro pelo "refino" do ferro-gusa.

HISTÓRICOAÇO

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Século XVIIIO consumo de aço faz um grande avanço. O inglês Abraham Darly começa a produzir o ferro-gusa a partir do coque em 1709. Na França, Reáumur realiza estudos teóricos sobre a redução do ferro-gusa em aço. Huntsman obtém pequenas quantidades de aço no cadinho em 1745.

Século XIXEm 1856, a descoberta do inglês Bessemer permite realizar uma produção realmente industrial de aço pelo refino do gusa em um convertedor através do sopro de uma corrente de ar que atravessava o banho de gusa convertendo-o por oxidação em aço líquido. A partir dessa época, pôde-se dispor, graças a estes processos, de grandes quantidades desta liga ferro-carbono, que se chamava aço, cujas propriedades permitiram as maravilhas tecnológicas do século XX.

HISTÓRICOAÇO

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HISTÓRICOAÇOS ESPECIAIS

* Em 1868, Robert Mushet descobriu acidentalmente que um aço com manganês e tungstênio temperava ao ar e resultava em um material com excelentes propriedades de dureza a quente e de resistência ao desgaste, o que possibilitou sua utilização em operações de usinagem de materiais de alta dureza. A composição química do aço de Mushet era 2%C, 2,5%Mn e 7%W.

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Aços especiais ou aços-liga:

São àqueles que pelo seu percentual de carbono ou pela adição de elementos de liga, principalmente metálicos, apresentam propriedades específicas em termos de resistência mecânica, à corrosão e características eletromagnéticas.

Elemento de liga: elemento, metálico ou não, que é adicionado a um metal (chamado de metal-base) de tal maneira que melhora alguma propriedade desse metal.

Conforme a percentagem total de elementos de liga, podem-se classificar os aços-lia da seguinte forma:• Aços de baixa liga – até 5% de elementos de liga• Aços de média liga – de 5% até 10% de

elementos de liga• Aços de alta liga – mais de 10% de elementos de

liga.

CONCEITO

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LIGAS FERRO-CARBONO

FERROS FUNDIDOSSem liga ouAço-carbono

0<%C<2 2<%C<4

Se não contiver nenhum elemento de liga em quantidade superior aos mínimos indicados

Aço ligado ou Aço-liga

Se nenhum elemento de liga atingir um teor de 5%

Aço de baixa liga

Aço dealta liga

Se pelo menos um el. de liga ultrapassar um teor de 5%

Teores máximos de alguns elementos nos

aços sem liga:• Al – 0,10%• Bi – 0,10• B –

0,0008• Cr – 0,30• Co – 0,10• Cu – 0,05• Mn – 1,65• Mo – 0,08

• Ni – 0,30• Nb – 0,06• Pb – 0,40• Se – 0,10• Si – 0,50• Ti – 0,05• W – 0,01• V – 0,10

AÇOS

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Condições especiais de aplicação:

• Altas Temperaturas;• Baixas Temperaturas;• Alta Corrosão;• Sem Contaminação;• Segurança.

APLICAÇÕES

Gráfico – resistência mecânica x temperatura

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APLICAÇÕES

Gráfico – fluência x temperatura

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Elemento de liga:• Manganês (Mn):• Agente dessulfurante e desoxidante;• Aumenta a dureza e a resistência (%Mn>1%);• Entre 11-14% Mn alcança-se alta dureza, alta

ductilidade e excelente resistência ao desgaste (aplicações em ferramentas resistentes ao desgaste);

• Aumenta a forjabilidade do aço, a temperabilidade, a resistência ao choque e o limite elástico.

• Alumínio (Al):• diminuir ou eliminar o desprendimento de

gases que agitam o aço quando ele está se solidificando (“Acalmar” o aço).

• Fósforo (P):• Aumenta a resistência dos aços baixo

carbono;• Aumenta a resistência à corrosão;• Aumenta a resistência à tração;• Aumenta a dureza, gerando fragilidade à frio

(0,04-0,025% no máximo)

ELEMENTOS DE LIGA

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Elemento de liga:• Enxofre (S):• Forma sulfeto ferroso (FeS) - que faz o

aço se romper, tornando-se um agente fragilizador;

• Se combinado com manganês forma sulfeto de manganês (MnS), que pode ser benéfico melhorando a usinabilidade.

• Silício (Si):• Auxilia na desoxidação e impede a

formação de bolhas nos lingotes;

• Níquel (Ni):• Aumenta consideravelmente a

resistência à corrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni);

• Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de expansão térmica próximo de zero;

• Aumenta a resistência ao impacto (2-5% Ni).

ELEMENTOS DE LIGA

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Elemento de liga:• Cromo (Cr):• Aumenta a resistência à corrosão e ao calor;• Aumenta a resistência ao desgaste (devido à

formação de carbetos de cromo);• Em aços baixa liga aumenta a resistência e

a dureza;• É normalmente adicionado com Ni (1:2).

• Tungstênio (W):• Mantém a dureza a altas temperaturas;• Forma partículas duras e resistentes ao

desgaste à altas temperaturas, muito utilizado em aços para ferramentas.

• Boro (B):• É um agente endurecedor poderoso (0,001-

0,003%);• Facilita a conformação à frio;• Tem efeito 250-750 vezes ao efeito do níquel

(Ni); 100 vezes ao efeito do cromo (Cr).

ELEMENTOS DE LIGA

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Classificação segundo a aplicação:

• Aços para fundição;• Aços estruturais;• Aços para trilhos;• Aços para chapas;• Aços para tubos;• Aços para arames e fios;• Aços para molas;• Aços de usinagem fácil;• Aços para cementação;• Aços para nitretação;• Aços para ferramentas e matrizes;• Aços resistentes ao desgaste;• Aços resistentes à corrosão;• Aços resistentes ao calor;• Aços para fins elétricos;• Aços para fins magnéticos;• Aços ultra-resistentes;• Aços criogênicos;• Aços sintetizados.

SISTEMAS DE

CLASSIFICAÇÃO

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SISTEMAS DE

CLASSIFICAÇÃO

Classificação AISI-SAEO sistema de classificação da AISI é

frequentemente adoptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo que é referido abreviadamente por AISI-SAE; consiste num sistema numérico de quatro ou cinco algarismos, indicando os dois (ou três) últimos o teor em carbono do aço em centésimos; os dois primeiros indicam se o aço é ou não ligado e qual o tipo de liga

AISI-SAE XXXX1XXX - Aço-carbono10XX - Aço-carbono comum11XX - teores diferenciados de S12XX - teores diferenciados de S e P13XX - alto teor de Mn (1,6-1,9%)2XXX - Aço ao Níquel3XXX - Aço ao Níquel e Cromo4XXX - Aço ao Molibidênio

40XX - Mo 0,15-0,3%41XX - Mo, Cr43XX - Mo, Cr, Ni

5XXX - Aço ao Cromo6XXX - Aço ao Cromo e Vanádio8XXX Aço ao Níquel, Cromo e Molibidênio9XXX - Outros

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• Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, conforme a tensão de escoamento mínima especificada:

• * Aços termicamente tratados aumentam também resistência à corrosão, porém perdem soldabilidade.

APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA

TipoLimite de

Escoamento Mínimo, MPa

Aço carbono de média resistência 195 a 259

Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345

Aços ligados tratados termicamente 630 a 700

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VANTAGENS DO AÇO ARBL

• Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves;

• Melhorar a resistência à corrosão atmosférica;

• Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga;

• Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à tração, sem perda apreciável da ductilidade.

APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA

Aço ARBL

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TIPOS DE AÇO ARBL• Aços Patináveis - projetados para ter

resistência à corrosão atmosférica elevada

• Aços de laminação controlada - laminados a quente para desenvolver uma estrutura austenítica altamente deformada que se transforma em uma estrutura ferrítica equiaxial de grãos finos no resfriamento. Nesta categoria estão A572, A735, A736 e A737 (os 73 para vasos de pressão)

• Aços com perlita reduzida - reforçados por uma estrutura de grão finos de ferrita e endurecimento por precipitação, porém com baixo teor de carbono e, portanto com pouca ou nenhuma perlita na microestrutura

APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA

Aço ARBL

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TIPOS DE AÇO ARBL• Aços Microligados – contém pequenas

adições de elementos como nióbio, vanádio e/ou titânio para refinamento do tamanho de grão e/ou endurecimento por precipitação

• Aço com ferrita acicular – possuem teores muito baixos de carbono e endurecibilidade suficiente para gerar uma estrutura de ferrita acicular muito fina e resistente no resfriamento, no lugar da estrutura ferrítica poligonal usual

• Aços dual phase ou bifásicos– processados para microestrutura de ferrita contendo pequenas regiões de martensita de alto carbono uniformememnte distribuídas, resultando num produto com baixo limite de escoamento e alta taxa de encruamento, gerando um aço de alta resistência e conformabilidade superior

APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA

Aço ARBL

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APLICAÇÃO PARA ARQUITETURALIGHT STEEL FRAME

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PRINCIPAIS BENEFÍCIOS:

• Total Flexibilidade na Arquitetura

• Alta produtividade / Construção a seco

• Redução de desperdícios / Baixo impacto ambiental

• Facilidade de montagem, manuseio e transporte

• Rapidez de execução / Redução de prazos

• Excelente Desempenho térmico e acústico

• Otimização de custos

• Rápido retorno do capital

APLICAÇÃO PARA ARQUITETURALIGHT STEEL FRAME

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• GHERKIN: O PRÉDIO PEPINO

ARQUITETURA EM AÇO

Norman Foster2004

Page 22: Aços Especiais - Arquitetura

• SHARD: O MAIOR DA INGLATERRA

ARQUITETURA EM AÇO

Renzo Piano2012

Page 23: Aços Especiais - Arquitetura

ARQUITETURA EM AÇO

SHARDCURIOSIDADES

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ARQUITETURA EM AÇO

Oscar Niemeyer2007

• Centro Cultural Niemeyer - GOIÂNIA

O projeto utilizou os aços longos ao carbono e compreende um conjunto de quatro prédios: um monumento em forma de pirâmide, um teatro, um prédio administrativo com cinco pavimentos e um museu. O Centro possui dezessete mil metros de área construída, e está localizado em uma grande esplanada retangular com 26 mil metros quadrados de extensão.

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ARQUITETURA EM AÇO

Carla Juaçaba

• Casa Veranda – Rio de Janeiro

Uma casa retangular e transparente, com paredes de vidro e estrutura de aço auto-patinável, suspensa 90 centímetros do solo, corta ao meio um terreno habitado por árvores centenárias e que termina em uma floresta.A estrutura de perfis de aço auto-patinável, chamado também de corten, foi soldada e montada em 15 dias. A opção pelo material é justificada pelo baixo custo; e a escolha pelo aço auto-patinável, definida pela sua resistência à corrosão, que nessa área é intensificada pela maresia. A estrutura de aço é aparente, no interior e exterior."A vantagem do aço é você poder dar as proporções que quer ao material. E o aço corten é anticorrosivo“.

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ARQUITETURA EM AÇO

FGMF Arquitetos e Epigram Group2010

• Casa Natura – São Paulo

Os profissionais explicam que substituíram as reformas por construções industrializadas, concebidas de acordo com os preceitos da boa arquitetura e sustentabilidade, que incluiu o uso do aço. Optar por soluções deste tipo também significou uma redução do desperdício de material em relação à construção tradicional.Área construída: 250 m²Volume do aço: 14 t Projeto estrutural: Oppea Engenharia

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Objetivos das pesquisas:

• Melhorar a tenacidade do aço

• Aumentar a resistência mecânica

• Aumentar a vida útil das peças produzidas com o material

• Reduzir os custo de produção de materias específicos, como os inoxidáveis

TENDÊNCIAS

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Aços Ferramenta Aço VHSUPER:

• Menor taxa de cromo e maior taxa de molibdênio

• Maior resistência ao quente• Melhor resistência ao

revenido

TENDÊNCIAS

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Aços alternativos ao HY 80

Aços ULCB e HSLA-80

• Não passam pelo processo de têmpera e revenido• São mais econômicos • Requerem menos especialização do soldador

TENDÊNCIAS