FUNDIÇÃO E PROCESSOS SIDERÚRGICOS 2016-2

3ª LISTA DE QUESTÕES PARA ESTUDO DIRIGIDO DO CONTEÚDO DE

SIDERURGIA DO 1º BIMESTRE

1) QUESTÕES SOBRE DIAGRAMA DE EQUILÍBIO Fe-C

1.01- Indique num diagrama de fazer Fe-C uma linha através da qual seja possível dividir o diagrama de fase Fe-C entre os dois principais grupos de produtos siderúrgicos. Quais são esses grupos?R: O diagrama pode ser dividido em duas faixas de porcentagem de carbono, a faixa

correspondente aos aços, de 0,008% até 2,11% de C, e a faixa correspondente aos

ferros fundidos, com porcentagens de carbono acima de 2,11%.

1. Aços - teores de carbono menores que 2,11%

2. Ferros Fundidos - teores de carbono maiores que 2,11%

1.02- Defina o que é aço conforme o diagrama de fase Fe-C.R: O aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, os aços

com porcentagem de carbono acima de 0,8% (composição eutetóide) são

denominados aços hipereutetóides, enquanto que os aços com porcentagem de

carbono inferior a 0,8% são denominados aços hipoeutetóides.

1.03- Qual a microestrutura obtida através do resfriamento lento de um aço eutetóide?R: Aços eutetóides que contêm cerca de 0,8%C (em peso). São resistentes e muito

pouco dúcteis. Resfriadas lentamente atravessam a reação eutetóide, reação onde a

austenita transforma-se em Perlita, microestrutura constituída de lamelas de cementita

(Fe3C) envoltas em uma matriz ferrítica (fase ).

1.04- Qual a microestrutura obtida através do resfriamento lento de um aço hipoeutetóide?R: Aços hipoeutetóides que possuem um teor de carbono abaixo de 0,8%. Estes aços

são macios e apresentam elevada ductilidade, boa soldabilidade e baixa resistência

mecânica. A microestrutura representativa destes aços, quando resfriados lentamente,

consiste em Ferrita e Perlita primária.

1.05- Qual a microestrutura obtida através do resfriamento lento de um aço hipereutetóide?R: Aços hipereutetóides, como teores de carbono entre 0,77 e 2,11% (em peso). A

microestrutura, obtida no resfriamento lento da austenita, é constituída de cementita

em alguns contornos dos grãos de Perlita.

1.06- Pesquise sobre quais são as principais características da austenita, da ferrita, da cementita e da Perlita.R:Austenita (γ): Conhecida também como fase mãe, pois ela da origem a todas as

outras fases do aço. Constituída de uma solução sólida de carbono em ferro de

estrutura cristalina CFC (cúbica de face centrada). Em aços ao carbono e aços baixa

liga só é estável acima de 727°, mas é possível de se obter esta fase na temperatura

ambiente. Basta-se adicionar elementos de ligas que conseguem estabiliza-la, como

Ni, Mn, Cu.

Ferrita (α): Também conhecida por ferrita pró-eutetóide, pois se forma antes da linha

eutetóide. Apresenta baixa resistência mecânica, excelente tenacidade e elevada

ductilidade. Consiste de uma solução sólida de carbono em ferro de estrutura cristalina

CCC (cúbica de corpo centrada), existente até temperatura de 912ºC. Nesta faixa

temperatura, a solubilidade do carbono no ferro é muito baixa, chegando ao máximo

de 0,02% a 727ºC. Na temperatura ambiente a máxima solubilidade do carbono no

ferro é de 0,008%. Assim, até 0,008% de carbono, o produto siderúrgico seria

chamado de ferro comercialmente puro.

Cementita: Fase formada por carboneto de ferro (Fe3C) com estrutura cristalina

ortorrômbica. Mecanicamente a cementita é muito dura, frágil; baixa ductilidade, baixa

tenacidade e a resistência mecânica de alguns aços é grandemente melhorada pela

sua presença. Ela dá origem a um eutetóide de extrema importância a Perlita.

Perlita: Consiste na mistura mecânica das fases ferrita (88,5% em peso) e cementita

formada pelo crescimento cooperativo destas fases. Apresenta propriedades

intermediárias entre a ferrita e a cementita dependendo do tamanho e espaçamento

das lamelas de cementita. A Figura 4 mostra uma micrografia de um aço (0,38%C)

indicando a Perlita.

2) QUESTÕES SOBRE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS

2.01- Descreva como é a classificação dos aços conforme seu teor de carbono.R:Baixo-carbono: Estes geralmente contém menos do que cerca de 0,25%.

Médio-carbono: Têm concentrações de carbono entre cerca de 0,25 e 0,60%C.

Alto-carbono: Normalmente tendo teores de carbono entre 0,60 e 1,4%.

Aços Hipoeutetóide: possui teores de carbono abaixo de 0,77%C;

Aços Eutetóide: possui 0,77%C;

Aços Hipereutetóide: possui teores acima de 0,77%C.

2.02- Descreva como é a classificação dos aços conforme seu teor de elementos de liga.R: Aços-carbono , ou seja, aqueles que estão presentes o carbono e os elementos

residuais, manganês, silício, fósforo, enxofre e outros, nos teores considerados

normais;

Aços-liga de baixo teor em liga , ou seja, aqueles em que os elementos

residuais estão presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de

novos elementos de liga, cujo teor total não ultrapassa um valor determinado

(normalmente até 5,0%). Nestes aços, a quantidade total de elementos de liga não é

suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como

a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos;

Aços-liga, de médio teor em liga , que poderiam ser consideradas como

constituindo um grupo intermediário entre os dois anteriores.

Aços-liga, de alto teor em liga , em que o teor total dos elementos de liga é, no

mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só as estruturas dos aços

correspondentes podem ser profundamente alteradas, como igualmente os

tratamentos térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e

cuidados especiais e, frequentemente, operações múltiplas;

2.03- Descreva como é a classificação dos aços conforme sua microestrutura.R: Perlíticos , sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores

relativamente baixos (até o máximo de 5%);suas propriedades mecânicas, em função

do teor de carbono e de elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas

por tratamento térmico de têmpera e revenido; também em função do teor de carbono,

sua usinabilidade pode ser considerada boa;

Martensíticos , quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam

dureza muito elevada e baixa usinabilidade;

Austeníticos , caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura

ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os

inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse

grupo;

Ferríticos , igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos

de liga (Cr, W ou Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no

estado recozido, caracterizam-se por representar uma estrutura predominante ferrítica,

com eventualmente pequenas quantidades de cementita;

Carbídicos , caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de

carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura

compõe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico,

martensíticos ou austeníticos, dependendo da composição química. São aços usados

especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.

2) QUESTÕES SOBRE AÇOS CARBONOS

3.01- Qual o percentual de carbono presente em um aço AISI-SAE 1045? Indique quais elementos de liga possui este aço.R: SAE/AISI 1045 é um aço simplesmente ao Carbono, contendo entre 0,43 e 0,50%C

em peso. Apresenta teor de Manganês que varia entre 0,25 e 1,00%, além de Fósforo

e Enxofre com teores máximos de 0,030 e 0,050 respectivamente.

3.02- Qual o efeito do encruamento na ductilidade dos aços-carbono?R: Aumento da resistência mecânica;

Aumento da dureza;

Diminuição da ductilidade, representada por um decréscimo de alongamento e

estrição.

3.03- Quais as principais características e propriedades dos aços-carbono?

R: Características: Baixo carbono: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e

ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção.

Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. Aplicações: chapas

automobilísticas, perfis estruturais, placas para produção de tubos, construção civil,

pontes e latas de folhas de flandres.

Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e

ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente

para receber tratamento térmico de têmpera e revenimento, embora o tratamento, para

ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas. Aplicações: rodas

e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas,

que necessitem de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade.

Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor

ductilidade entre os aços carbono. Geralmente, são utilizados temperados ou

revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte.

Aplicações: talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.

Propriedades:

Resistencia Mecânica – Propriedade que permite que o material seja capaz

de resistir à ação de determinados tipos de esforços, como a tração e a compressão.

Elasticidade - Capacidade do material em se deformar quando submetido a

um esforço, voltar à forma original quando retirado esse esforço.

Plasticidade - Capacidade do material de deformar quando submetido a um

esforço e manter uma parcela de deformação quando retirado o esforço.

Ductilidade - Capacidade do material se deformar-se plasticamente sem

romper-se.

Tenacidade - Quantidade necessária para romper um material.

Dureza - Resistencia do material a penetração, deformação plástica ao

desgaste.

Fragilidade - Baixa resistência aos choques.

Densidade - Quantidade de matéria alocada dentro de um volume especifico.

Ponto de fusão - Estado sólido para o liquido.

Ponto de ebulição - Liquido para gasoso ou vapor.

Dilatação térmica - Variação dimensional de um material devido a uma

variação de temperatura.

Condutividade térmica - Capacidade do material a conduzir calor.

Resistividade - Resistencia do material à passagem de corrente elétrica.

Resistência à corrosão - Capacidade do material resistir a deterioração

causada pelo meio no qual está inserido.

3.04- Cinco aços ao carbono foram normalizados e as quantidades de ferrita e Perlita foram medidas por microscopia óptica quantitativa. Nesse contexto, considerando-se os aços a seguir, qual deles apresentou a maior fração volumétrica de ferrita?(A) SAE 1060

(B) SAE 1045

(C) SAE 1030

(D) SAE 1015

(E) SAE 1005

4) QUESTÕES SOBRE AÇOS LIGAS

4.01- Qual o efeito dos elementos de liga Cr, Mo, W, V, S e P sobre os aços?R:Cr: Aumenta a temperabilidade / Aumenta a resistência à corrosão / aumenta a

resistência à abrasão.

Mo: aumenta a resistência em altas temperaturas/ Aumenta a temperabilidade.

W: Aumenta a dureza / aumenta a resistência a altas temperaturas.

V: Aumenta da resistência.

S: Redução da ductilidade.

P: Aumento da resistência, dureza, Redução da ductilidade.

4.02- Como os elementos de liga podem ser benéficos aos aços-liga na forma de precipitados?R:

4.03- Como os aços-liga podem ser classificados de acordo com a composição química?R: Aço baixa liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga não

ultrapassa 5%.  Aço média liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga está

entre 5% e 12%.  Aço alta liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga é no

mínimo 12%.  Aço baixa liga de alta resistência: Aço com teor de carbono inferior a 0,25%,

com teor total de elementos de liga inferior a 2,0%. Neste grupo de aço, os elementos

mais comuns são o Nióbio, o Vanádio e o Titânio.

4.04- O aço é essencialmente uma liga de ferro e carbono. No entanto, a adição de outros elementos pode promover a melhoria dessa liga inicial, dando origem aos aços ligados. Existem dezenas de diferentes tipos de aços ligados, mas os elementos atuam quase sempre de maneira bem definida, relacionada com suas propriedades físico-químicas. Desse modo, emprega-se nos aços o elemento de liga:(A) silício para retirar enxofre de solução pela formação de sulfetos e para retirar

oxigênio de solução pela formação de óxidos.

(B) níquel para retirar enxofre de solução pela formação de sulfetos e para aumentar o

campo austenítico.

(C) manganês para retirar enxofre de solução pela formação de sulfetos e para aumentar o campo austenítico.(D) nióbio para retirar enxofre de solução pela formação de sulfetos e para formar

carbonetos (carbetos).

(E) cromo para retirar enxofre de solução pela formação de sulfetos e para aumentar o

campo ferrítico.

4.05- Cite quais aços são aplicáveis em situações de elevado desgaste apresentando suas identificações AISI/SAE.R:

4.06- Cite quais aços são aplicáveis na fabricação de ferramentais de conformação mecânica apresentando suas identificações AISI/SAE.R:

5) QUESTÕES SOBRE AÇOS INOXIDÁVEIS

5.01- A sensitização de aços inoxidáveis é um problema sempre presente na soldagem desses materiais. A sensitização pode ser revertida por tratamento térmico por um tempo apropriado com as seguintes condições:(A) temperatura elevada o suficiente para solubilizar os carbonetos de cromo, seguida

de resfriamento relativamente rápido.

(B) temperatura elevada o suficiente para solubilizar os carbonetos de níquel, seguida

de resfriamento relativamente rápido.

(C) atmosfera redutora e temperatura elevada o suficiente para reduzir os óxidos de

cromo em cromo metálico.

(D) atmosfera redutora e temperatura elevada o suficiente para reduzir os óxidos de

níquel em níquel metálico.

(E) atmosfera oxidante e temperatura elevada o suficiente para oxidar os carbonetos

de níquel.

5.02- A classificação de aços inoxidáveis divide a família de aços em cinco grupos distintos. A composição desses aços inclui três elementos principais: cromo, molibdênio e níquel, cujos teores variam de acordo com o tipo de aço. Um carregamento de três tipos de aço inoxidável apresentou as seguintes composições em percentagem de massa: Aço inox A: 18%Cr, 8%Ni e 0,01%C Aço inox B: 18%Cr, 4%Ni e 0,02%C Aço inox C: 14%Cr e 0,12%C. O engenheiro do controle de qualidade concluiu que o(s) aço(s) inox:(A) A é austenítico, e o aço inox C é duplex (ferrítico-austenítico).

(B) B é duplex (ferrítico-austenítico), e o aço inox A é ferrítico.

(C) C é martensíticos, e o aço inox A é austenítico.

(D) C é martensíticos, e o aço inox A é ferrítico.

(E) B e C são duplex (ferrítico-austenítico).

5.03- Os aços inoxidáveis podem ser classificados em Martensíticos, Ferríticos A respeito desses aços tem-se que:a) os aços martensíticos são não magnéticos.

b) os aços inoxidáveis ferríticos são chamados de aços endurecíveis.

c) os aços inoxidáveis são aqueles que têm em sua composição até 10% de cromo.

d) o tratamento de “austenização”, para aços inoxidáveis austeníticos, consiste em

aquecer este tipo de aço a temperaturas abaixo de 700°C e depois resfriar lentamente

ao ar.

e) são exemplos de aço martensíticos o 416, de aço ferrítico o 406 e de aço

austenítico o 316.

5.04- Qual o mecanismo superficial que atribui aos aços inoxidáveis suas características protetoras contra corrosão.R: O aço inox é resistente à corrosão devido ao fenômeno da passividade. Este tipo

de aço apresenta maior resistência à oxidação e corrosão quando submetido a um

determinado meio ou agente agressivo bem definido. Apresenta também razoável

resistência mecânica à alta temperatura em relação a outras classes de aços quando,

nesse caso, recebe denominação particular de aço refratário.