UNIFACS Materiais Metálicos

1. UNIFACSMateriais Metálicos AULA 1 Lucas Nao Horiuchi lucas.horiuchi@braskem.com.br 05/Fev/10

2. Materiais Metálicos Carga Horária – 60h Dia: Sextas-feiras; Horário: 19:00~21:50h; Facilitador: Lucas N. Horiuchi lucas.horiuchi@braskem.com.br

3. Conteúdo Programático • Noção geral de aços (estruturas do Fe, propriedades, classificação, nomenclaturas); • Diagrama de Fe-Fe3C; • Materiais de Construção Mecânica (Aço C, aços ligas, aços Inoxidáveis); • Ferros Fundidos; • Ligas Não-Ferrosas (Ligas Al; Cu; Ni; Ti); • Seleção de materiais; • Corrosão (tipos de corrosão, mecanismos de corrosão, meio de proteção); P1 P2 P3

4. Avaliações • Tipo de avaliaçãoPesoData • Avaliação escrita (P1) 2,5 26/mar • Avaliação escrita (P2) 2,0 14/mai • Avaliação escrita (P3) 1,5 11/jun • ARHTE 1,0 • 2ª Chamada 18/jun • Avaliação Final 3,0 09/jul

5. Referências Bibliográficas Básica • CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica Vol I e III. Makron Books do Brasil, São Paulo, 2ª ed., 1986. • CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 1999. • COTRELL, H. A.  Introdução à Metalurgia: Lisboa: Fundação Calouse Gulbenkian, 1976. • REED-HILL, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Guanabara Dois, 1982. Complementar • VAN VLACK,  Lawrence Hall / Ferrao, Luiz Paulo Camargo. Principios de ciencia dos materiais. Edgard Blucher. (1988) Sao Paulo. Cdu: 620.1 Cutter: V284p. • GENTIL, V.; "Corrosão" Ed. Guanabara - Rio de Janeiro, 1987 453p. • CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos, ABM.

6. Aula 1 • - Introdução; • - Noção geral de aços; • Estruturas do Fe; • Propriedades; • Classificação; • Nomenclaturas.

7. Introdução • Ferro: • O ferro é utilizado em ligas; • Importante como material de construção em engenharia; • Seu uso é importante devido a 3 fatores: • 1) Fe existe em abundância; • 2) Custo de fabricação relativamente econômicas; • 3) Ligas de Fe são versáteis. • - Desvantagem: corrosão

8. Introdução • Ferro:

9. Introdução

10. 7 linhas horizontais, cada uma sendo chamada de período. • As linhas verticais da tabela são denominadas de famílias e estão divididas em 18 colunas. Os elementos que estão na mesma coluna possuem propriedades químicas e físicas semelhantes.

11. Estrutura do Ferro (Fe) Metal: Brilho metálico, boa condutividade térmica e elétrica; Ligas: Adição de elementos químicos diferentes; Aço-carbono: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 0,05 e 2,0% de C; Aços-liga: Aços com adição de outros elementos químicos (Cr, Ni, Mn, etc.); Ferro fundido: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 2,0 e 6,7% de C.

12. Estrutura do Ferro (Fe) Estrutura (célula) cúbica de corpo centrado (CCC) Estrutura (célula) cúbica de face centrada (CFC)

13. MaterialAlotrópico δ ALOTROPIA: Fenômeno que consiste em um elemento poder cristalizar-se em um ou mais sistemas cristalinos.  

15. Estrutura do Ferro (Fe) • Ferrita (α - alfa). • Solução sólida de carbono em CCC, caracteriza-se pela baixa solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% à 727 °C. • Austenita ( - gama). • Solução sólida de carbono em Fe CFC; • Ferrita (δ - delta). • Solução sólida de carbono em ferro CCC, sendo estável até 1538 °C, quando a ferro se liquefaz. A solubilidade do carbono é baixo, atingindo um máximo de 0,09% a 1495 °C. quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α. • Cementita (Fe3C). • É um carboneto de ferro de alta dureza existente até o teor de carbono de 6,69%.

16. Aços carbono Formado basicamente de Ferro e Carbono: • Cor acinzentada • Peso específico: 7,8 g/cm3 • Temperatura de fusão: 1350 oC a 1400 oC Solução Sólida intersticial de Fe-C Fe=1,24 Å C=0,77 Å

17. Influência do C no aço • Efeito de Carbono no aço: • - Aumento da dureza; • - Aumento da resistência mecânica (LRT e Lesc); • - Diminuição do alongamento; • - Redução da tenacidade; • - Menor facilidade na soldagem.

18. Propriedades dos materiais Propriedade dos Materiais: - Fusibilidade - Plasticidade - Maleabilidade - Ductilidade - Temperabilidade - Usinabilidade - Tenacidade - Resiliência - Soldabilidade

19. Propriedades • Fusibilidade • É a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação do calor. Metal Sólido  Metal Fundido • Ela é caracterizada pela temperatura de fusão; • Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.

20. Propriedades • Plasticidade • É a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades mecânicas.

21. Propriedades • Maleabilidade • É a característica apresentada pelo material em se deformar plasticamente sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica. • Ductilidade • corresponde a elongação total do material devido à deformação plástica, antes da ruptura; • Pode ser compreendido também com a capacidade de ser fazer fio; • Soldabilidade • É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos.

22. Propriedades • Temperabilidade • É a propriedade que determina a profundidade e distribuição da dureza produzida pela têmpera. • Usinabilidade ou maquinabilidade • É a capacidade de se deixar trabalhar em máquinas operatrizes (torno, fresadora, plaina...). • Tenacidade • Corresponde à capacidade do material absorver energia até sua ruptura.

23. Propriedades • Resiliência • Corresponde à capacidade do material em absorver energia quando este é deformado elasticamente.

24. Aços Carbono • Efeito do elemento carbono nos aços. Quanto maior o teor de carbono, observa-se: • Aumento da resistência mecânica • Limite de resistência • Limite de escoamento • Diminuição do alongamento • Aumento da dureza • Redução da tenacidade • Menor facilidade na soldagem

25. Alongamento LRT Dureza Teor de C

26. Classificação dos Aços Os critérios usados na classificação dos aços são: • quanto à composição química; • quanto à aplicação; • quanto ao processo de fabricação; • quanto à normas técnicas.

27. A. Quanto à composição química

28. Aços Especiais (liga) São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas. Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em: • Aços de baixa liga – quando o somatório dos teores dos elementos de liga é inferior a 5%. • Aços de alta liga – quando o somatório dos elementos de liga (teores) é superior a 5%.

29. B. Quanto à aplicação • Aços de construção: são usados na manufatura de componentes de equipamentos industriais. • Aços para ferramentas e matrizes: compreendem os aços resistentes ao choques, para trabalho a frio e a quente e aços rápidos. • Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos, mais aços refratários. • Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imans permanentes, para núcleos de transformadores,...

30. C. Quanto ao processo de fabricação • Aços Siemens – Martin; • Aços Bessemer; • Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-Donawitz; • Aços elétricos, etc.

31. C. Quanto ao processo de fabricação • Aços Siemens – Martin: forno horizontal, carga por cima e descarga do aço por orifício inferior;

32. C. Quanto ao processo de fabricação • Aços Bessemer: produzidos em fornos basculante, com orifícios no fundo (ar pressurizado);

33. C. Quanto ao processo de fabricação Aços LD: conversor de oxigênio de Linz-Donawitz usa fundentes (cal e fluorita) para a reação de oxidação das impurezas do aço (Si, P, S, Mn) e redução do teor de carbono, formando escória.

34. C. Quanto ao processo de fabricação • Aços elétricos

35. D. Quanto as normas técnicas • Exemplo de representação do aço ABNT para construção civil: ABNT CA 25A – aços para construção civil com sesc=25Kgf/mm2. • ABNT – SAE – construção mecânica SAE 1010 - aço carbono com 0,10% de carbono. SAE 1008 - aço carbono com 0,08% de carbono. 1 – indica que é um aço carbono, desconsidera a presença de pequenas quantidades de outros metais como Mn, Si, P, S; 0 – indica a % de elementos de liga.

36. Aplicações do Aço Aço-carbono – Largamente utilizado - Boa ductilidade e maleabilidade O aço-carbono pode ser: - Soldado - Curvado - Forjado - Torcido - Dobrado - Trabalho com ferramentas de corte - Trefilados - Laminados

38. Aplicações do aço Carbono Aplicações 1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce) Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria 2) 0,15% a 0,30%(doce) Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas. 3) 0,30% a 0,40% (meio doce) Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura 4) 0,40% a 0,60% (meio duro) Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos 5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc.

39. Aplicações dos Aços Liga • A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos: • aumentar a dureza e a resistência mecânica; • conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças de grandes dimensões; • diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de modo a reduzir a inércia de uma parte móvel; • conferir resistência à corrosão; • aumentar a resistência ao calor; • aumentar a resistência ao desgaste; • aumentar a capacidade de corte; • melhorar as propriedades elétricas e magnéticas

41. Nomenclatura dos aços • Quatro algarismos para designar os aços; • Os dois últimos algarismos  teor de carbono • Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a quantidade aproximada dos elementos da liga; • Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero; SAE 1 0 4 0

42. Nomenclatura dos aços

43. Nomenclatura dos aços Classificação quanto ao primeiro número dos 4 algarismos:

44. Nomenclatura dos aços • Exemplos • SAE 2350 • Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C; • SAE 5130 • Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C; • SAE 9220 • Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C.

45. Nomenclatura dos aços

46. Aços Liga Efeito dos elementos de adição (liga): • Vanádio (V): Tenacidade e excelente desoxidante; • Cromo (Cr): Aumento a resistência ao desgaste; • Boro (B): Resistência a fadiga; • Níquel (Ni): Boa ductilidade e resistência à corrosão; • Tungstênio (W): Alta resistência mesmo em altas TºC; • Manganês (Mn): Ductilidade, resistência ao desgaste/choque; • Silício (Si): Aumenta a elasticidade e resistência; • Alumínio (Al): Desoxidante; • Molibdênio (Mo): alta resistência ao amolecimento;

47. Aços Liga • Condições de serviço que exigem aços liga: • Altas temperaturas: fluência, oxidação; • Baixa temperaturas: fratura frágil; • Meio corrosivo: corrosão acelerada; • Produtos especiais: contaminação; • Segurança: materiais tóxicos, explosivos, inflamáveis; • Alta resistência: grandes esforços.

48. Fabricação do Aço

50. Funções de cada um: • Calcário: Separa a escória do ferro gusa; • Minério de manganês: desulfurante e desoxidante; • Carvão ou coque: Combustível e redutor; • Produto final: Ferro gusa (3,5 a 4,5% de C); escória; gás de alto forno (reaproveitável).