143971273 apostila-materiais

Fundamentos da Mecânica - Materiais

SENAI - 2009 1

Sumário

Classificação e características de materiais 2

Obtenção do ferro gusa e ferro fundido 13

Aço 37

Comportamento das ligas em função da temperatura e composição 61

Diagrama ferro-carbono 71

Tratamento térmico dos aços 86

Metais não-ferrosos e ligas 113

Sinterização 128

Corrosão dos metais 138

Ensaio dos materiais 153

Ensaios destrutivos 159

Ensaios não-destrutivos 170

Materiais plásticos 196


SENAI - 2009 2

Classificação e características de materiais

Objetivos

Ao final desta unidade o participante deverá:

Conhecer

Estar informado sobre:

• Classificação dos materiais naturais, artificiais, ferrosos e não-ferrosos;

• Propriedades dos materiais.

Saber

Reproduzir conhecimentos sobre:

• Estrutura dos metais;

• Formação da estrutura na solidificação;

• Componentes da estrutura: átomo, cristais, grão, contorno do grão;

• Propriedades físicas dos metais.

Introdução

Quando da confecção de um determinado produto, deve-se, como um dos fatores prioritários,

selecionar o material adequado que o constituirá.

Para tanto, o material deve ser avaliado sob dois aspectos: suas qualidades mecânicas e seu

custo.


SENAI - 2009 3

Classificação de materiais

Apresentamos a seguir uma classificação dos materiais mais comumente utilizados, tendo cada

um sua importância e emprego definidos em função de suas características e propriedades.

materiais

metálicos não metálicos

ferrosos não ferrosos sintéticos naturais

aço

FoF

o

pesa

dos

leve

s

plás

ticos

resi

nóid

es

mad

eira

mou

ro

etc.

Conhecidas as classes dos materiais passemos agora a especificá-los por grupos e emprego a

que se destinam, pois todos os materiais possuem características próprias que devemos conhecer

para podermos empregá-los mais adequadamente.

Materiais metálicos

Ao estudarmos a classe dos materiais metálicos podemos dividi-los em dois grupos distintos: os

ferrosos e os não-ferrosos.

Materiais metálicos ferrosos

Desde sua descoberta os materiais ferrosos tornaram-se de grande importância na construção

mecânica.

Os materiais ferrosos mais importantes são:

• Aço – liga de Fe e C com C < 2% - material tenaz, de excelentes propriedades, de fácil

trabalho, podendo também ser forjável.

• Ferro fundido – liga de Fe e C com 2 < C < 5% - material amplamente empregado na

construção mecânica, e que, mesmo não possuindo a resistência do aço, pode substituí-lo em

diversas aplicações, muitas vezes com grande vantagem.


SENAI - 2009 4

Como esses materiais são fáceis de serem trabalhados, com eles é construída a maior parte de

máquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalações que necessitam materiais de grande

resistência.

Materiais metálicos não-ferrosos

São todos os demais materiais metálicos empregados na construção mecânica. Possuem

empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrosos em várias aplicações e

nem sempre podem ser substituídos pelos ferrosos.

Esses materiais são geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligas metálicas, algumas

delas amplamente utilizadas na construção de máquinas e equipamentos.

Podemos dividir os não-ferrosos em dois tipos em função da densidade:

• Metais pesados (ρ > 5kg/dm3) cobre, estanho, zinco, chumbo, platina, etc.

• Metais leves (ρ < 5kg/dm3) alumínio, magnésio, titânio, etc.

Normalmente, os não-ferrosos são materiais caros, logo não devemos utilizá-los em componentes

que possam ser substituídos por materiais ferrosos.

Esses materiais são amplamente utilizados em peças sujeitas a oxidação, dada a sua resistência,

sendo muito utilizados em tratamentos galvânicos superficiais de materiais.

São também bastante utilizados em componentes elétricos.

Nos últimos anos, a importância dos metais leves e suas ligas têm aumentado consideravelmente,

principalmente na construção de veículos, nas construções aeronáuticas e navais, bem como na

mecânica de precisão, pois têm-se conseguido ligas metálicas de alta resistência e de menor peso

e, com isto, tende-se a trocar o aço e o ferro fundido por esses metais.

Materiais não-metálicos

Existem numerosos materiais não-metálicos que podem ser divididos em:

• Naturais – madeira, couro, fibras, etc.

• Artificiais ou sintéticos – baquelite, celulóide, acrílico, etc.

Os materiais plásticos estão sendo empregados em um número cada vez maior de casos como

substitutos de metais.


SENAI - 2009 5

Daí a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vêm-se tornando uma

presença constante nos campos técnico, científico, doméstico, etc. Deles nos ocuparemos um

pouco mais na unidade Materiais plásticos.

Estrutura cristalina dos metais

A maioria dos metais ao se solidificar experimenta uma contração de volume, o que indica uma

menor separação entre os átomos no estado sólido.

Nesse estado, os átomos animados de pequena energia cinética não conseguem deslizar

livremente uns em relação aos outros.

No estado sólido, os átomos não estão em repouso, mas vibram em torno de determinadas

posições de equilíbrio assumidas espontaneamente por eles ao se solidificarem.

Arranjo dos átomos

Essas posições não são assumidas ao acaso, pelo contrário, apresentam uma ordenação

geométrica especial característica, que é uma função da natureza do metal.

Essa disposição ordenada, característica dos metais sólidos e de outros materiais não-metálicos,

denomina-se estrutura cristalina.

Tipos de estruturas cristalinas


SENAI - 2009 6

Dentre as estruturas destacamos três tipos:

1) Rede cúbica de faces centradas

Metais: Ni, Cu, Pb, Al e tipo de ferro que se chama ferro γ.

2) Rede cúbica de corpo centrado

Metais: V, Cr, Mo, W e tipo de ferro que se chama ferro α.

3) Hexagonal compacta

Metais: Mg, Zn, Cd, Ti.

- A dimensão da rede varia de tipo para tipo.

A transformação mecânica dos metais (tais como laminação, dobramento, estampagem) depende

do tipo da estrutura cristalina.

Nas estruturas do tipo (1) a transformação ocorre facilmente, enquanto na estrutura (3) a

transformação é mais difícil de ser verificada.

No processo de dobramento de metais que possuem o tipo (3) – exemplo: Mg e Zn, a peça pode

quebrar mais facilmente do que nos metais que possuem estrutura do tipo (1) – exemplo: aço ou

Al.

Formação da estrutura na solidificação


SENAI - 2009 7

A estrutura cristalina, formada na solidificação através do resfriamento, irá definir a estrutura do

material, os seus constituintes e propriedades.

No estado líquido os átomos metálicos se movem livremente. Com a queda da temperatura,

diminui a energia de movimento dos átomos e passa a predominar a força de atração entre eles.

Por isto os átomos vão se unindo uns aos outros, em determinadas posições, formando os cristais

(embriões). Essa formação é orientada segundo direções preferenciais, denominadas eixo de

cristalização.

À medida que esses cristais crescem em direções definidas, encontram-se e estabelecem uma

superfície de contato que chamamos de limite ou contorno de grãos.

Observe a seguir o processo de formação da estrutura cristalina na solidificação.

O tamanho do grão na estrutura do metal varia de acordo com o número de embriões formados e

com o tipo de metal.

Num mesmo metal podem-se formar grãos pequenos ou grandes, se modificarmos o tempo de

solidificação (velocidade de resfriamento e pressão).

Se diminuirmos o tempo de solidificação, teremos uma estrutura formada por maior número de

grãos (estrutura fina). Caso contrário, ocorre o inverso (estrutura grossa).

As estruturas de grãos muito grandes possuem baixa resistência à tração.


SENAI - 2009 8

A figura ao lado apresenta no

diagrama de solidificação como

se processa a formação dos

metais durante o resfriamento.

Diagrama de solidificação

Propriedades dos materiais

Na construção de peças e componentes, devemos observar se os materiais empregados

possuem as diversas propriedades físicas e mecânicas que lhe serão exigidas pelas condições e

solicitações do trabalho a que se destinam. A seguir mostraremos algumas dessas propriedades.

Elasticidade

Uma mola deve ser elástica. Por ação de uma força, deve se deformar e, quando cessada a força,

deve voltar à posição inicial.


SENAI - 2009 9

Para comprovarmos a elasticidade do aço para molas, prendemos a mola na morsa por um lado e

a estiramos pelo outro lado até que se estique.

Quando a soltamos, se a mola voltar à posição inicial é porque o aço possui boa elasticidade.

Fragilidade

Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, não suportando choques, enquanto

que os materiais menos duros resistem melhor aos choques. Assim, os materiais que possuem

baixa resistência aos choques são chamados frágeis. Exemplos: FoFo, vidro, etc.

Ductilidade

Pode-se dizer que a ductilidade é o oposto da fragilidade. São dúcteis os materiais que por ação

de força se deformam plasticamente, conservando a sua coesão, por exemplo: cobre, alumínio,

aço com baixo teor de carbono, etc.

Na figura seguinte temos um fio de cobre de 300mm de comprimento. Se puxarmos este fio, ele

se esticará até um comprimento de 400 a 450mm sem se romper porque uma das qualidades do

cobre é ser dúctil.

Ductilidade

Tenacidade

Se um material é resistente e possui boas características de alongamento para suportar um

esforço considerável de torção, tração ou flexão, sem romper-se, é chamado tenaz.

A chave da figura seguinte pode ser tracionada e flexionada sem romper-se facilmente porque é

de um material tenaz.


SENAI - 2009 10

Tenacidade

Dureza

As ferramentas devem ser duras para que não se desgastem e possam penetrar em um material

menos duro.

A dureza é, portanto, a resistência que um material oferece à penetração de outro corpo.

Resistência

Resistência de um material é a sua oposição à mudança de forma e ao cisalhamento. As forças

externas podem exercer sobre o material cargas de tração, compressão, flexão, cisalhamento,

torção ou flambagem.

Flexão Cisalhamento

Torção Tração


SENAI - 2009 11

Flambagem Compressão

Toda força externa gera no material tensões de acordo com o tipo de solicitação.

Elasticidade e plasticidade

São propriedades de mudança de forma. Denominamos deformação elástica à deformação não

permanente e deformação plástica à deformação permanente.

Densidade

A densidade de um material está relacionada com o grau de compactação da matéria.

Fisicamente, a densidade (ρ) é definida pela massa (M) dividida pelo volume (V).

ρ =

3dm

Kg

V M

Exemplo: o cobre tem maior densidade que o aço: ρ Cu = 8,93kg/dm3

ρAço = 7,8kg/dm3


SENAI - 2009 12

Questionário – resumo

1. Quais os materiais metálicos ferrosos mais importantes?

2. Como são classificados os materiais metálicos não-ferrosos em função da densidade?

3. Dê exemplos de materiais não-metálicos naturais e artificiais ou sintéticos.

4. Cite três tipos de estrutura cristalina dos metais e como elas se comportam frente à

transformação mecânica?

5. Como ocorre a formação da estrutura cristalina na solidificação?

6. Comente as seguintes propriedades dos materiais: densidade, resistência, fragilidade,

ductilidade, tenacidade, elasticidade e dureza.


SENAI - 2009 13

Obtenção do ferro gusa e ferro fundido

Objetivos


Conhecer


• Processo de obtenção do ferro gusa no alto-forno e os materiais utilizados;

• Reações químicas que ocorrem no alto-forno;

• Obtenção, classificação e tipos de ferro fundido;

• Fundição em areia.

Saber


• Características da estrutura do carbono nos ferros fundidos lamelar e globular;

• Propriedades e exemplos de aplicação do ferro fundido branco, cinzento, nodular e maleável;

• Normas ABNT, DIN e ASTM.

Ser capaz de

Aplicar conhecimentos para:

• Selecionar os ferros fundidos em função de suas propriedades.

Introdução

O elemento químico ferro é o metal mais usado para as construções mecânicas. Nesta unidade,

estudaremos como ele é extraído do minério e transformado em ferro gusa e depois em ferro

fundido. Na próxima unidade (Aço), estudaremos como o ferro gusa se transforma em aço.

Obtenção do ferro gusa


SENAI - 2009 14

Os minérios de ferro são rochas que contêm óxidos de ferro ou carbonatos de ferro agregados a

quartzo, argila, composto de enxofre, fósforo, manganês.

Minério Designação química Fórmula química Conteúdo de Fe

Magnetita Óxido ferroso férrico Fe3O4 60...70%

Hematita roxa Óxido de ferro anidro Fe4O3 40...60%

Hematita parda ou

limonita Óxido de ferro hidratado 2Fe2O3 + 3H2O 20...45%

Siderita Carbonato de ferro FeCO3 30...45%

Antes da fusão do minério no alto-forno para a obtenção do ferro gusa, o minério deve ser britado

(quebrado). As impurezas pétreas são separadas por flotação e, em seguida, elimina-se a

umidade e parte do enxofre. Os minérios de granulometria fina são compactados formando

briquetes.

Transformação do minério em metal


SENAI - 2009 15

A transformação do minério em metal é feita no alto-forno que é um forno de cuba com uma altura

de 30 a 80m e um diâmetro máximo de 10 a 14m.

Neste forno entra o minério e sai o ferro gusa que contém 5 – 6% de carbono, ± 3% de silício (Si),

± 6% de manganês (Mn) assim como altos teores de enxofre e fósforo. Um teor alto de carbono,

enxofre e fósforo tornam o ferro gusa muito frágil, não forjável e não soldável.


SENAI - 2009 16

Alto-forno (funcionamento)

A transformação do minério em ferro gusa é feita em dois movimentos: o movimento descendente

de carga (sólidos) em oposição ao movimento ascendente dos gases.

Alto-forno

As cargas introduzidas na goela do alto-forno para ser obtido o ferro gusa são as seguintes:

• Minério

Óxido de ferro (Fe2O3) quebrado e aglomerado.

• Coque metalúrgico

Possui grande resistência ao esmagamento e uma excelente

Porosidade para deixar passar a corrente gasosa.

• Fundente adicional

Permite a separação do metal da ganga numa temperatura relativamente baixa. A composição

do fundente depende da natureza da ganga.

Exemplos de fundentes:


SENAI - 2009 17

• Mn

Atua como dissulfurante, desoxidante e elemento de liga, 33 a 35kg/ton de aço.

• Cal

Adicionada para facilitar a fusão da escória e é também um desfosforizante.

• Fluorita CaF2

Ajuda na fluidificação da escória.

Os movimentos descendente e ascendente produzidos no alto-forno formam as seguintes zonas:

Secagem (entre 3000C e 3500C)

A água contida nos elementos da carga é evaporada e parte do enxofre também é eliminada.

Redução (entre 3500C e 7500C)

O minério (óxido de ferro) combina-se com

o monóxido de carbono (CO) (veja equação

ao lado).

Equação química da redução

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

Equação química da

carbonetação

3FeO + 3CO → 3Fe + 3CO2

3Fe + C → Fe3C

Carbonetação (entre 7500C e 11500C)

Com a temperatura elevada, o óxido de ferro entra em

combinação parcial com o monóxido de carbono,

formando o dióxido de carbono. Numa outra reação, o

ferro (Fe) combina-se com o carbono formando a

cementita Fe3C, numa combinação muito dura.

Após a carbonetação, o ponto de fusão da liga ferro e

carbono diminui bastante (veja equação ao lado).

Fusão (entre 11500C e 18000C)

Corresponde à passagem do ferro carburado (o gusa) do estado sólido ao líquido.

A transformação em líquido é feita numa temperatura aproximada de 16000C. O metal líquido

escorre para o fundo do cadinho, enquanto que sobre o metal fica a escória, separada por

diferença de densidade. A escória fica na superfície e protege o gusa contra a oxidação que o ar

injetado das ventaneiras poderia provocar.


SENAI - 2009 18

O ferro gusa que sai do alto-forno

pode ser solidificado em pequenos

lingotes que servirão de matéria-

prima para uma segunda fusão, de

onde resultará o ferro fundido, ou o

gusa poderá ser transportado

líquido (carro torpedo) para a

aciaria.


SENAI - 2009 19

Ferro fundido

É uma liga de ferro carbono com um teor de carbono de 2% a 4,5%. Esse material se caracteriza

frente ao aço por um ponto de fusão mais baixo e uma moldabilidade mais fácil. Portanto, para

peças de forma complicada, a fundição em ferro fundido é mais econômica do que a fundição em

aço.

O ferro gusa é transformado numa segunda fusão em ferro fundido (FoFo). Esta fusão é feita em

fornos tipo cubilô ou forno elétrico.

A carga desses fornos é formada de lingotes de ferro gusa, sucata de aço e ferro fundido, coque e

fundente (calcário), podem-se também adicionar elementos de liga como o cromo, níquel ou

molibdênio. Através desta segunda fusão, obtém-se uma estrutura mais densa com a granulação

mais fina e uniforme.

Forno cubilô

O forno cubilô é um forno de cuba, cilíndrico com um diâmetro de aproximadamente um metro, e

uma altura de seis a oito metros.

Compõe-se de uma camisa de

chapa de aço revestida com um

material refratário. Esse forno é

carregado por cima, como o alto-

forno.

Forno cubilô


SENAI - 2009 20

Após o aquecimento, quando se encontra no estado líquido, o ferro fundido acumula-se em um

cadinho, na parte inferior, e, em seguida, é feita a corrida. O ferro fundido é vertido em uma

caçamba de fundição e transportado até os moldes onde são fundidas as peças.

Tipos de ferro fundido

O carbono contido no ferro fundido pode estar combinado com o ferro formando a cementita que é

dura e quebradiça e apresenta uma fratura clara (ferro fundido branco).

Quando o carbono está separado do ferro formando veios de grafite, apresenta uma fratura

cinzenta (ferro fundido cinzento).

A quantidade e o tamanho dos veios de grafite que se formam dependem da composição química

e da velocidade de resfriamento.

Aumentando o teor de silício e diminuindo a velocidade de resfriamento, há maior formação de

grafite. No entanto, se aumentarmos o teor de manganês e a velocidade de resfriamento, o

carbono ficará combinado com o ferro formando a cementita.

Ferro fundido cinzento (GG)


SENAI - 2009 21

Nesse tipo de ferro fundido, o carbono se apresenta na forma de veios de grafite. Esses veios de

grafite (lamelas) são formados devido a um resfriamento lento no momento da fundição e/ou

devido à composição química do material (alto teor de silício).

O ferro fundido cinzento ou lamelar (GG ou GGL) é, comercialmente, barato e tem as seguintes

características quanto ao processo de fabricação:

• Funde-se com facilidade

• Contrai-se pouco ao esfriar

• Tem pouca tendência a formar vazios internos

• Apresenta boa usinabilidade

O ferro fundido cinzento apresenta também as seguintes propriedades mecânicas:

• Fragilidade (resiste pouco às solicitações por choque)

• Resistência baixa a tração (causada pelos veios de grafite)

• Boa capacidade de deslizamento (melhor que a do aço)

• Resistência a compressão elevada

• Grande poder de amortecimento interno de vibrações mecânicas

A resistência a compressão e o poder de amortecimento de vibrações tornam o ferro fundido

cinzento ideal para confecções de carcaças de motores e corpos de máquinas.


SENAI - 2009 22

Ferro fundido nodular (GGG)

Se se adicionam, na hora do vazamento do ferro fundido na panela, ligas de magnésio (níquel-

magnésio ou ferro-silício-magnésio), o grafite não se agregará sob a forma de lamelas e sim sob a

forma de glóbulos. Por essa razão esse ferro fundido é chamado globular ou nodular.

O grafite estando na forma globular proporciona ao ferro fundido maior resistência a tração, flexão

e alongamento.

Outra característica do ferro fundido nodular é que ele resiste bem a agentes químicos e ao calor.

Por isso é muito usado em tubos e fornos de indústrias químicas, em máquinas agrícolas, na

construção de tratores e automóveis, na construção de bombas e turbinas.

Ferro fundido branco ou duro (GH)

Nesse tipo de ferro fundido, o carbono está sempre combinado com o ferro, formando um

componente duro na estrutura – a cementita (Fe3C).

Composição típica de ferro fundido duro

C...................................2,8 a 4,0%

Si..................................0,2 a 1,0%

Mn................................0,6 a 1,5%

S..................................0,2 a 0,45%

P...................................0,15 máx.

A cementita é formada devido a um resfriamento rápido do ferro fundido e devido à influência de

elementos químicos: um teor de silício baixo e de manganês elevado.


SENAI - 2009 23

Pela escolha adequada da composição química do ferro fundido e pelo controle da velocidade de

resfriamento do metal no molde, é possível fazer uma peça onde a superfície seja de ferro fundido

duro e o núcleo de ferro fundido cinzento.

Essas características são interessantes para alguns tipos de peças como, por exemplo, a roda de

trem que deve ter resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, resistência a impactos.

Ferro fundido maleável (GT)

O ferro fundido maleável é obtido a partir do ferro fundido branco que é submetido à

maleabilização (tratamento térmico posterior à fundição) tornando-se, assim, bem tenaz, algo

deformável e facilmente usinável.

Composição típica de um ferro fundido branco

destinado a ser maleabilizado.

Carbono combinado...................3,0 a 3,50%

Si................................................0,50 a 0,80%

Mn..............................................0,10 a 0,40%

S................................................0,20 a 0,05%

F.................................................0,15% máx.

Distinguem-se dois tipos de ferro fundido maleável:

• Ferro fundido maleável branco

• Ferro fundido maleável preto

Ferro fundido maleável branco (GTW)

É próprio para a fabricação de peças pequenas de pequena espessura de parede.

Essas peças são fundidas em ferro fundido branco e depois, por um longo tratamento

térmico de descarbonetação, reduz-se o teor de carbono da superfície da peça de 2 a 4% para 1 a

1,5% (com isso conseguimos um material menos frágil).

O tratamento de descarbonetação consiste em colocar as peças fundidas em ferro fundido branco

em caixas contendo óxidos de ferro finamente granulado. Depois, colocamos essas caixas em

fornos a temperatura de 900 a 10500C durante dois a cinco dias. Ou segundo procedimentos mais

modernos, a peça é aquecida em fornos elétricos ou a gás com uma atmosfera oxidante.


SENAI - 2009 24

Através do aquecimento, o óxido de ferro se decompõe, liberando o oxigênio que irá reagir com o

carbono contido na peça. Com isso se reduz o teor de carbono na superfície da peça de 2,5 a

3,5% para 0,5 a 1,8% C.

A profundidade de descarbonetação é limitada e por isso se emprega esse tratamento em peças

de paredes delgadas de até 12mm.

Ferro fundido maleável preto (GTS)

Para a obtenção de ferro fundido maleável preto, faz-se um tratamento térmico de recozimento no

ferro fundido branco (800 a 9000C durante vários dias) em uma atmosfera neutra, por exemplo,

envolvendo a peça em areia.

Diagrama do tratamento térmico

Nesse caso, a cementita do ferro fundido branco se decompõe em grafite em forma de nódulos e

ferrita. Esse tipo de tratamento não depende da espessura da parede da peça.

Observação

Na figura seguinte, observamos um resumo de como são obtidos os vários tipos de ferros

fundidos.


SENAI - 2009 25

Obtenção dos vários tipos de ferro fundido

O processo de fundição

Para fundir uma peça, confecciona-se primeiro um modelo em madeira, aço, alumínio ou plástico,

de acordo com os planos técnicos.


SENAI - 2009 26

Esse modelo deve ser um pouco maior do que a peça, devido à contração do metal ao se

solidificar e esfriar conforme tabela seguinte.

Material Contração do metal (%)

Aço

FoFo

Alumínio

Liga CuZnSn

2

1

1,25

1,50

As figuras a seguir mostram a sequência da fundição de uma peça.

Desenho da peça

Modelo fabricado em madeira, levando-se em conta a contração do metal.

Este modelo é dividido em duas partes.

Coloca-se o modelo sob a caixa de fundição e compacta-se a areia.


SENAI - 2009 27

Macho fabricado de areia com resina

para ter maior resistência

Colocação do macho no molde

Vazamento do metal no molde Peça fundida com o canal de vazamento e

massalote

É importante notar que as propriedades mecânicas das peças fundidas variam dentro de uma

mesma peça em função da espessura da parede, da forma da secção, da maior ou menor

velocidade de resfriamento em cada ponto.

As figuras a seguir mostram os defeitos mais comuns que aparecem nas peças fundidas.

Inclusões de escórias

Escórias e óxidos metálicos que se misturaram no metal durante o vazamento.


SENAI - 2009 28

Poros

O material fundido não se solidifica uniformemente. A solidificação se produz de fora para dentro.

Nos lugares mais grossos da peça, formam-se vazios que são denominados poros ou cavidades.

Para evitar esse problema, é conveniente que as peças fundidas não tenham uma variação

brusca de espessura das paredes, ou que se acrescentem partes na peça que se solidifiquem por

último e que irão conter os poros, bolhas e inclusões. Essas partes são chamadas de massalote e

serão eliminadas depois.

Trincas

A variação de secção provoca também diferentes velocidades de resfriamentos o que pode

ocasionar diferentes estruturas e tensões internas na peça, provocando trincas. Para uniformizar a

velocidade de resfriamento, podem-se alojar no molde placas de resfriamento.


SENAI - 2009 29

Bolhas

A umidade da areia do molde se

decompõe em hidrogênio e oxigênio com

a temperatura de vazamento do metal e

esses gases penetram na estrutura do

material.

Desigualdade na espessura das

paredes

É provocada pelo deslocamento do macho

durante o vazamento.

Paredes mais grossas e irregulares

São provocadas pela compactação

insuficiente da areia, que se desprende

com a pressão do material durante a

fundição.

Como descobrir defeitos de fundição

Antes da usinagem, é interessante examinar as peças fundidas com a ajuda de raios X ou de

ultra-som para detectar defeitos (bolhas ou inclusões internas). Caso contrário esses defeitos só

serão percebidos durante a usinagem o que acarretará uma perda de tempo e elevação dos

custos.

Classificação e nomenclatura dos ferros fundidos

As normas especificam os ferros fundidos com letras e números onde cada um possui um

significado.


SENAI - 2009 30

Nos exemplos abaixo temos especificações segundo a norma DIN e ABNT.

DIN GG 40

Resistência a tração 400N/mm2

Ferro fundido cinzento

GGG 60


Ferro fundido nodular

ABNT FC 40


Ferro fundido cinzento

Características segundo DIN

Símbolo GG –

Densidade: 7,25kg/dm3

Ponto de fusão: 1150 – 12500C

Temperatura de fundição: 13500C

Resistência a tração: 10 – 40kp/mm2

Alongamento: insignificante

Contração: 1%

Composição: 2,6 - 3,6% C

1,8 - 2,5% Si

0,4 - 1,0% Mn

0,2 - 0,9% P

0,08 - 0,12% S

Classificação do ferro fundido cinzento

O ferro fundido é classificado por suas classes de qualidade. Essas classes são especificadas por

vários sistemas de normas tais como DIN, ASTM, etc. Por exemplo, a ABNT especifica as

classificações da seguinte forma:

• As classes FC10 e FC15 possuem excelentes fusibilidade e usinabilidade e são indicadas,

principalmente a FC15, para bases de máquinas e carcaças metálicas.

• As classes FC20 e FC25 aplicam-se em elementos estruturais de máquinas, barramentos,

cabeçotes, mesas, etc.


SENAI - 2009 31

• As classes FC30 e FC35 possuem maior dureza e resistência mecânica e aplicam-se em

engrenagens, buchas, blocos de motor, etc.

• A classe FC40 de maior resistência que as outras possui elementos de liga, como cromo,

níquel e molibdênio, sendo empregada em peças de espessuras médias e grandes.

Classes de ferros fundidos cinzentos segundo ABNT

Classe Limite de resistência a tração

(min.) X 10 [N/mm

2]

Dureza brinell (valores máximos)

Resistência à flexão estática (valores médios)

X 10 [N/mm2]

FC10 10 201 -

FC15 23

18

15

11

241

223

212

201

34

32

30

27

FC20 28

23

20

16

255

235

223

217

41

39

36

33

FC25

33

28

25

21

269

248

241

229

-

46

42

39

FC30 33 269 -

30 262 48

26 248 45

FC35 38

35

31

-

277

269

-

54

51

FC40 40

36

-

-

60

57


SENAI - 2009 32

A ASTM agrupa os ferros fundidos cinzentos em sete classes. Os números das classes ASTM

representam valores de resistência a tração em l b/pol2, os valores métricos para o limite de

resistência a tração são aproximados.

Classes Resistência a tração Resistência a tração

20 20.000 l b/pol2 140N/mm2

25 25.000 l b/pol2 175N/mm2

30 30.000 l b/pol2 210 N/mm2

35 35.000 l b/pol2 245N/mm2

40 40.000 l b/pol2 280N/mm2

50 50.000 l b/pol2 350N/mm2

60 60.000 l b/pol2 420N/mm2

Classificação de ferro fundido nodular segundo ABNT especificação P-EB-585.

A título informativo

Classe

Limite de resistência a tração, min. Kg/mm

2

Limite de escoamento (0,2%) min. Kg/min

2

Alongamento (5d), min. %

Faixa de dureza

aproximada brinell

Estruturas predominantes

FE 3817

FE 4212

FE 5007

FE 6002

FE 7002

FE 3817

RI*

38,0

42,0

50,0

80,0

70,0

38,0

24,0

28,0

35,0

40,0

45,0

24,0

17

12

7

2

2

17

140-180

150-200

170-240

210-280

230-300

140-180

Ferrítica

Ferrítica-perlítica

Perlítica-ferrítica

Perlítica

Perlítica

Ferrítica

*Classe com requisito de resistência a choque.


SENAI - 2009 33

Aplicações dos ferros fundidos cinzentos, segundo as classes ASTM

Classe Espessura das peças Aplicações

20

Fina: até 13mm

Média: de 13 a 25mm

Grossa: acima de 25mm

Utensílios domésticos, anéis de pistão, produtos sanitários, etc.

Bases de máquinas, fundidos ornamentais, carcaças metálicas, tampas de poços de inspeção, etc.

Certos tipos de tubos, conexões, bases de máquinas pesadas, etc.

25

Fina: até 13mm



Aplicações idênticas às da classe 20, quando se necessita de maior resistência mecânica.

30

Fina: até 13mm



Elementos construtivos: pequenos tambores de freio, placas de embreagem, cárters, blocos de motor, cabeçotes, buchas, grades de filtro, rotores, carcaças de compressor, tubos, conexões, pistões hidráulicos, barramentos e componentes diversos usados em conjuntos elétricos, mecânicos e automotivos.

35

Fina: até 13mm



Aplicações idênticas às da classe 30.

40

Fina: até 13mm



Aplicações de maior responsabilidade, de maiores durezas e resistência a tração, para o que se pode usar inoculação ou elementos de liga em baixos teores: engrenagens, eixo de comando de válvulas, pequenos virabrequins, grandes blocos de motor, cabeçotes, buchas, bombas, compressores, rotores, válvulas, munhões, cilindros e anéis de locomotivas, bigornas, pistões hidráulicos, etc.

50

Fina: até 13mm



Aplicações idênticas às da classe 40.

60

Fina: até 13mm



É a classe de maior resistência mecânica, usando-se normalmente pequenos teores de Ni, Cr e Mo.

Tambores de freio especiais, virabrequins, bielas, cabeçotes, corpos de máquina diesel, peças de bombas de alta pressão, carcaças de britadores, matrizes para forjar a quente, cilindros hidráulicos, etc.


SENAI - 2009 34

Especificações ASTM de ferro fundido nodular

Classe Limite de

resist. a tração min. Kg/mm2

Limite de escoamento

min. Kg/mm2

Alongamento min. Em 2”

% Condição Aplicações

ASTM-A 339-55

80-60-03 56 42 3 Fundido Uso geral

60-45-10 42 31,5 10 Geralmente recozido Uso geral

ASTM-A 396-58

120-90-02 84 63 2 Tratado termicamente

Para elevada resistência mecânica

100-70-03 70 49 3 Idem Idem

ASTM-A 395-56T

60-45-15

60-40-18

42

42

31,5

28

15

18

Recozido

Recozido

Equipamento pressurizado a temperaturas elevadas

Os números indicativos das classes referem-se aos valores:

• Do limite de resistência a tração (em milhares de libras por polegada quadrada);

• Do limite de escoamento (em milhares de libras por polegada quadrada);

• Do alongamento em porcentagem de um corpo de prova de 2”.

Denominação de ferro fundido segundo norma DIN 17006

GG – Ferro fundido cinzento

Exemplo:

GG-18 Ferro fundido cinzento com resistência a tração de 180N/mm2

GGK Ferro fundido cinzento em coquilha

GGZ Ferro fundido cinzento centrifugado

GH – Ferro fundido duro

Exemplo:

GH-25 Ferro fundido com uma camada de ferro fundido branco de 25mm e o núcleo com ferro

fundido cinzento

GH-95 Dureza shore de 95


SENAI - 2009 35

Observação: numeração até 50 especifica a profundidade da camada

dura em milímetros. Numeração acima de 50 especifica a dureza shore.

GT – Ferro fundido maleável

Exemplo:

GTW-35 Ferro fundido maleável branco com resistência a tração de 340N/mm2

GTS-35 Ferro fundido maleável preto com resistência a tração de 330N/mm2

Ferro fundido com grafite lamelar Símbolo Resist. a tração N/mm2

Resist. a tração N/mm2

Densidade kg/dm3

Propriedades

GG-10

GG-20

100

200

-

350

7.2 Ferro fundido comum sem qualidade especial para uso geral.

GG-25

GG-35

GG-40

250

340

390

420

530

590

7.35 Ferro fundido de alta qualidade para peças altamente solicitadas como por exemplo cilindros, êmbolos.

Ferro fundido nodular Limite de alongamento

0,2%* N/mm2

Alongamen-to de ruptura ( l o = 5do)

% Usinabilidade Propriedades

GGG-40

GGG-50

GGG-60

GGG-70

400

500

600

700

250

320

380

440

15

7

3

2

Boa

Muito boa

Muito boa

boa

GGG tem propriedades semelhantes ao aço devido ao carbono em forma de grafite esferoidal.

Ferro fundido maleável Alongamento de ruptura

( l o = 3do) Aplicação

GTW-40

GTW-55

GTS-45

390

540

440

215

355

295

5

5

7

Peças de parede fina de fundição tenaz por exemplo rodas, chaves, conexões.

*O alongamento de 0,2% de comprimento inicial l o é o usado para limite de elasticidade de

materiais não dúcteis.


SENAI - 2009 36

Questionário – Resumo

1. Quais as substâncias que normalmente vêm agrupadas com os minérios de ferro?

2. Defina ferro fundido?

3. Quais são os tipos de ferro fundido? Cite as suas propriedades gerais.

4. Especifique FC-40 – GG-30 – GTS-40 – GGG-60 – FE4212.

5. Como é feita a fundição em areia?

6. Quais os defeitos mais comuns em peças fundidas?


SENAI - 2009 37

Aço

Objetivos


Conhecer


• Processos de obtenção do aço.

Saber


• Influência dos elementos de liga nas propriedades dos aços;

• Processo de refinação e enriquecimento do aço;

• Normalização conforme ABNT, SAE, AISI e DIN.

Ser capaz de


• Selecionar os aços em função de suas propriedades mecânicas;

• Interpretar normas de identificação dos aços.

Definição de aço

É uma liga de ferro e carbono que contém no máximo 2,0% de carbono, além de certos elementos

residuais resultantes dos processos de fabricação.

Obtenção do aço

O ferro gusa que sai do alto-forno tem alto teor de carbono (3 a 5%) e elevado teor de impurezas

como enxofre, fósforo, manganês e silício.


SENAI - 2009 38

Para transformar o ferro gusa em aço, é necessário reduzir o seu teor de carbono (0 – 2,0%),

manganês, silício e eliminar, ao máximo, o seu teor de fósforo e enxofre. Para tanto, existem

vários processos.

Processo Bessemer e Thomas-

Bessemer

O conversor Bessemer tem um

revestimento de tijolos de sílica que não

pode ser utilizado com ferro gusa rico em

fósforo.

O conversor Thomas-Bessemer, por sua

vez, tem um revestimento de tijolos de

dolomita rica em cal adequada para

trabalhar com ferro gusa rico em fósforo.

Em ambos os processos, Bessemer ou

Thomas-Bessemer, reduz-se o teor de

carbono do ferro gusa pela injeção de ar

por orifícios que existem no fundo do

conversor.

O ferro gusa líquido procedente do

misturador é vertido no conversor em

posição horizontal, adicionando-se cal ou

dolomita.

Processo Bessemer e Thomas-Bessemer


SENAI - 2009 39

Colocando-se o conversor na posição vertical, o ar enriquecido com oxigênio é soprado durante

dez a vinte minutos. Durante esse tempo o oxigênio reage com o carbono, e o silício, o manganês

e a cal reagem com o fósforo formando a escória.

A escória do conversor Thomas-Bessemer é moída e utilizada como adubo por possuir alto teor

de fósforo.

Produtos do conversor Bessemer e Thomas-Bessemer

• Aço ao carbono não-ligados.

Conversor a oxigênio (LD)

Nos conversores a oxigênio, é fabricada

mais de 50% da produção mundial de

aço. No Brasil, eles são também

amplamente utilizados.

A carga desse conversor é constituída de

ferro gusa líquido, sucata de ferro, minério

de ferro e aditivos (fundentes).

Com uma lança refrigerada com água,

injeta-se oxigênio puro a uma pressão de

4 a 12bar no conversor.

Processo conversor a oxigênio (LD)


SENAI - 2009 40

A oxidação do carbono e dos acompanhantes do ferro libera grande quantidade de calor. Para

neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-se sucata ou minério

de ferro.

Pela adição de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o manganês, silício,

fósforo e enxofre unem-se formando a escória.

Para aumentar a qualidade do aço, adicionam-se os elementos de liga no final ou quando o aço

está sendo vertido na panela.

Os aços produzidos no LD não contêm nitrogênio pois não se injeta ar, daí a alta qualidade obtida.

Esse conversor oferece vantagens econômicas sobre os conversores Thomas-Bessemer e

Siemens-Martin.

Produtos do conversor a oxigênio (LD)

• Aços não-ligados

• Aços para cementação

• Aços de baixa liga

Conversor Siemens-Martin

O forno Siemens-Martin é um forno de câmara fixo. A carga do forno pode ser constituída de 70%

de sucata de aço e o resto de ferro gusa e fundentes (cal) para formar a escória.

Representação esquemática de um forno Siemens-Martin

A temperatura de fusão é de 18000C, que se consegue pela queima de gás ou óleo.


SENAI - 2009 41

Os gases produzidos pela combustão saem do forno e passam, através de um empilhamento de

tijolos, pela parte inferior do forno (recuperador) onde cedem calor dirigindo-se depois para a

chaminé. A cada vinte minutos mais ou menos, o sentido dos gases é invertido de modo que o ar

passe pelo recuperador que está aquecido.

Produtos do conversor Siemens-Martin

• Aços carbono não-ligados

• Aços de baixa liga

• Aços-ferramenta que não exigem alta qualidade

Forno elétrico

Os aços finos, em particular os altamente ligados, são obtidos em fornos elétricos.

Com o aço vindo do conversor a oxigênio ou Siemens-Martin e mais sucata selecionada alimenta-

se o forno elétrico. Nesse forno, o aço é purificado e adicionam-se os elementos de liga

desejados. Como a geração de calor se dá por uma corrente elétrica, não existe nenhuma chama

de gás que desprenda enxofre.

Existem dois tipos de fornos elétricos para a produção de aço:

• Forno de arco voltaico

• Forno de indução

O forno de arco voltaico tem dois ou três eletrodos de carvão. Ao ligar, a corrente elétrica salta

em arco voltaico das barras de carvão passando pelo material a fundir. A temperatura obtida neste

processo é da ordem de 36000C, o que torna possível fundir elementos de liga como o tungstênio

(temperatura de fusão 33700C) ou molibdênio (temperatura de fusão 26000C).

Forno de arco voltaico

No forno de indução a corrente

alternada passa por uma bobina situada


SENAI - 2009 42

ao redor de um cadinho, com isto se

induzem correntes parasitas no material a

fundir que aquecem o banho. Esse forno

é empregado para fabricação de aços

altamente ligados e de ferro fundido

nodular.

Forno de indução Solidificação do aço

Os aços produzidos nos conversores são colocados em panelas e destas panelas são vertidos em

moldes de fundição ou em lingoteiras onde se solidificam em forma de lingotes quadrados ou

redondos.

Esses lingotes serão transformados em produtos semi-acabados por meio de prensagem,

forjamento ou laminação em chapas, barras de perfil L, U, redondas, sextavadas, etc.

O aço líquido dentro do molde começa a se solidificar das paredes para o centro da peça. Com o

processo de solidificação, há a formação de gases devido a reações químicas, tais como


SENAI - 2009 43

decomposição da água em hidrogênio e oxigênio, reação do carbono com o óxido de ferro

gerando ferro e gás carbônico.

As bolhas de gás ascendentes

originam um forte movimento do aço

que ainda está líquido, com isto os

gases, o fósforo, o enxofre, o silício

são deslocados para o interior do

bloco que irá se resfriar por último. A

esse processo chamamos

segregação.

Lingote com massalote

As acumulações de fósforo no aço produzem fragilidade (perigo de ruptura na conformação a frio).

As acumulações de enxofre no aço ocasionam fragilidade a quente (perigo de ruptura na

laminação ou no forjamento). Altos teores localizados de W, Ti, Mo produzem pontos duros que

podem ocasionar a ruptura das peças.

Aços fundidos acalmados

Para evitar o acúmulo de gases no interior do aço, são adicionados alumínio, silício ou manganês

ao se fundir ou vazar o aço. O oxigênio se une a esses elementos formando óxidos metálicos que

não podem ser reduzidos pelo carbono (equação → 2FeO + Si + 2Fe + SiO2). Obtém-se por meio

desse processo um aço acalmado.

O aço solidificado acalmado possui uma boa homogeneidade e , desta forma, diminui-se a

segregação. Os aços de qualidade são sempre acalmados, pois caso contrário o oxigênio oxidaria

os componentes da ligação.

Bolhas e cavidades em lingotes de aço

Tratamento a vácuo


SENAI - 2009 44

Os gases absorvidos pelo aço líquido são prejudiciais, por isso aços ligados de alta qualidade

devem ser desgaseificados.

Os óxidos (de ferro ou elementos de liga) tornam o aço quebradiço; o nitrogênio produz

envelhecimento; o hidrogênio produz fortes tensões e pequenas trincas entre os cristais.

Para desgaseificar o aço líquido se emprega o tratamento a vácuo. A figura seguinte mostra dois

tipos desse tratamento.

Tratamento a vácuo

Os aços que passam por esse processo apresentam maior grau de pureza, o que resulta em

maior tenacidade e melhor resistência à fadiga.

Refusão elétrica sob escória


SENAI - 2009 45

Por esse processo, um bloco de aço ligado fundido em forno elétrico se torna um eletrodo e goteja

através de uma escória, desembocando em uma coquilha de cobre refrigerada por água. A escória

faz a vez de uma resistência elétrica, gerando calor necessário para a fusão, ao ser percorrida

pela corrente elétrica.

Nessa escória, são retidas ao mesmo tempo as substâncias não desejadas e os gases dissolvidos

no aço.

Por esse processo, obtêm-se blocos (tarugos) de aço altamente ligados com uma textura uniforme

sem segregação ou inclusões.

Influência dos elementos de liga nos aços

Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência possibilitaram à descoberta de

aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos no aço carbono.

Conseguiram-se assim aços-liga com características como resistência a tração e a corrosão,

elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as dos aços ao carbono comuns.

Influência dos elementos de liga nas propriedades do aço

Elemento Eleva Abaixa

Não

-

met

ais

Carbono C Resistência, dureza, temperabilidade Ponto de fusão, tenacidade, alongamento, soldabilidade e forjabilidade


SENAI - 2009 46

Silício Si Elasticidade, resistência a tração, profundidade de têmpera, dureza a quente, resistência a corrosão,

separação da grafite no ferro fundido

Soldabilidade

Fósforo P Fluidez, fragilidade a frio, resistência a quente Alongamento, resistência a choque

Enxofre S Quebra de cavaco, viscosidade Resistência a choque

Manganês Mn Profundidade de têmpera, resistência a tração, resistência a choque, resistência a desgaste

Facilidade de ser transformado (laminado, trefilado); separação

da grafite no ferro fundido

Níquel Ni Tenacidade, resistência a tração, resistência a corrosão, resistência elétrica, resistência a quente,

profundidade de têmpera

Dilatação térmica

Cromo Cr Dureza, resistência a tração, resistência a quente,

temperatura de têmpera, resistência a frio, resistência a desgaste, resistência a corrosão

Alongamento (em grau reduzido)

Vanádio V Resistência a fadiga, dureza, tenacidade, resistência a

quente

Sensibilidade ao aparecimento de

trincas por aquecimentos sucessivos

Molibdênio Mo Dureza, resistência a quente, resistência a fadiga Alongamento, forjabilidade

Cobalto Co Dureza, capacidade de corte, resistência a quente Tenacidade, sensibilidade ao aparecimento de trincas por

aquecimentos sucessivos

Met

ais

Tungstênio W Dureza, resistência a tração, resistência a corrosão,

temperatura de têmpera, resistência a quente, resistência a desgaste

Alongamento (em grau reduzido)

Classificação dos aços

Podemos classificar os aços segundo a sua aplicação em:

• Aços de construção em geral

• Aços para tornos automáticos

• Aços para cementação

• Aços para beneficiamento

• Aços para nitretação

• Aços inoxidáveis

• Aços para ferramentas

- para trabalho a frio

- para trabalho a quente

- aços rápidos

Aços de construção em geral

Os aços de construção em geral são aços básicos não-ligados que são selecionados pela sua

resistência a tração e pelo seu limite de elasticidade, ou são aços não-ligados de qualidade que


SENAI - 2009 47

devem satisfazer a exigências tais como forjabilidade e soldabilidade. Nesse último caso, são

controlados os teores de carbono, fósforo e enxofre.

As aplicações comuns desses aços são em construção de edifícios, pontes, depósitos,

automóveis e máquinas.

Norma DIN

Aços para torno automático

São aços de qualidade não-ligados ou de baixa liga utilizados na fabricação de peças em tornos

automáticos e devem desprender cavacos quebradiços e curtos.

Esta propriedade (cavaco curto) obtém-se mediante um teor conveniente de enxofre. Os aços

para tornos automáticos contêm: 0,07 a 0,65% de carbono, 0,18 a 0,4% de enxofre, 0,6 a 1,5% de

manganês, 0,05 a 0,4% de silício e, quando se pede uma melhor fragilidade do cavaco e

superfícies lisas, o aço deve conter, além dos elementos já citados, 0,15 a 0,3% de chumbo.

Exemplos:

10 S 20

11 S Mn 28

11 S Mn Pb 28


SENAI - 2009 48

35 S 20

Aços para cementação

São aços com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) que, por meio de um tratamento termoquímico,

sofrem uma elevação de seu teor de carbono na superfície da peça a fim de aumentar a dureza

superficial conservando o núcleo tenaz para resistir a choques.

Trata-se de aços de qualidade não-ligados, aços finos ou aços finos ligados.

Na superfície da peça endurecida por cementação alcança-se uma dureza de 59 HRC.

Exemplos:

C 10

CK 10

16 Mn Cr 5

17 Cr Ni Mo 6

Aços para beneficiamento

São aços que, por meio de um tratamento térmico de beneficiamento (têmpera mais revenimento),

consegue-se um aumento de resistência, dureza e tenacidade.

Os aços para beneficiamento não-ligados possuem um teor de carbono acima de 0,3% e só se

pode beneficiar uma camada delgada. Quando se deseja beneficiar uma camada mais espessa,

empregam-se aços para beneficiamento ligados.

As aplicações comuns desses aços são em: eixos, parafusos, engrenagens, molas.

Exemplos:

C 30

CK 60

42 Cr Mo 4

Aços para nitretação

São aços que, pela introdução de nitrogênio por meio de tratamento termoquímico, aumenta-se a

dureza superficial das peças (até 67 HRC).

Esses aços contêm cromo, molibdênio e alumínio que favorecem a absorção do nitrogênio.

As aplicações comuns desses aços são em: engrenagens, matrizes de trabalho a quente.

Exemplos:

31 Cr Mo 12


SENAI - 2009 49

34 Cr A l Ni 7

Aços inoxidáveis

São aços que possuem um teor mínimo de 12% de cromo e se caracterizam pela sua grande

estabilidade frente a substâncias agressivas (água, ar, gases, ácidos e bases).

As aplicações comuns desses aços são na indústria química e na de alimentos e em aparelhos

cirúrgicos, talheres, etc.

Exemplos:

X 3 Cr Ni 18 10

X 10 Cr Ni Mo Ti 18 12

X 5 Cr Ni 18 9

Aços para ferramentas

São os que se empregam para trabalhar outros materiais com ou sem a remoção de cavacos. São

subdivididos em:

• Aços para trabalho a frio

• Aços para trabalho a quente

• Aços rápidos

Aços para trabalho a frio

Destinam-se à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a frio de aço, ferro fundido

e metais não-ferrosos.

As principais propriedades destes aços são:

• Alta resistência a abrasão

• Elevada resistência de corte

• Alta tenacidade

• Alta resistência a choque

• Grande estabilidade dimensional

As aplicações comuns desses aços são em facas e punções de corte, estampos de dobramento,

estampagem, cunhagem, matrizes, trefilação, etc.

Exemplos:

X 210 Cr 12

X 210 Cr W 12

X 155 Cr V Mo 12 1

Aços para trabalho a quente


SENAI - 2009 50

São aços que se destinam à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a quente de

materiais.

Suas principais características são alta resistência a revenimento, elevada resistência mecânica a

quente, boa tenacidade, grande resistência a abrasão em temperaturas elevadas, boa

condutividade térmica, elevada resistência a fadiga e boa resistência à formação de trincas

provocadas por aquecimento e resfriamentos sucessivos.

As aplicações comuns desses aços são em matrizes de forjamento, matrizes para fundição de

latão ou alumínio sob pressão, matrizes para extrusão a quente, etc.

Exemplos:

X 37 Cr Mo W 5 1

X 40 Cr Mo V 5 1

50 Ni Cr 13

Aços rápidos

São aços onde os elementos de liga formam carbonetos complexos que são duros e resistentes

ao desgaste e a altas temperaturas.

Norma DIN

A seqüência dos componentes é sempre a mesma: W – Mo – V – Co

Exemplo:

S - 6 - 5 - 2

- 5

↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓

↓↓↓↓

aço rápido 6% W 5% Mo 2% V 5% Co

São assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores do

que as possíveis com aços ferramenta ao carbono.

As aplicações comuns desses aços são em: bits, fresas, brocas especiais, machos, brochas.

Normas

ABNT – SAE – AISI

A ABNT se baseou nos sistemas americanos SAE e AISI, resultando a norma NBR 6006.


SENAI - 2009 51

Aço é a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contém, ainda, pequenas porcentagens de

manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S) e fósforo (P), que são considerados elementos residuais

do processo de obtenção.

O elemento que exerce maior influência é o carbono e o seu teor nos aços ao carbono varia de

0,008 a 2% C aproximadamente.

O aço é representado por um número como nos exemplos abaixo.

Exemplos:

Os aços mais usados industrialmente possuem teores de carbono que variam entre 0,1 a 0,95%C,

ou seja, aço 1010 a 1095. Acima de 0,95%C são considerados como aços ao carbono especiais.

Para fins de aplicações industriais e de tratamentos térmicos, os aços ao carbono classificam-se

em:

• Aços de baixo teor de carbono 1010 a 1035

• Aços de médio teor de carbono 1040 a 1065

• Aços de alto teor de carbono 1070 a 1095

A tabela seguinte apresenta aços ao carbono para construção mecânica.


SENAI - 2009 52

Classificação ABNT dos aços ao carbono Designação Carbono % Manganês %

1006 A

1008 A

1010 A

1015 A

1020 A

1025 A

1026 A

1030 A

1035 A

1038 A

1040 A

1041 A

1043 A

1045 A

1050 A

1060 A

1070 A

1080 A

1090 A

1095 A

0,08 max

0,10max

0,08 – 0,13

0,13 – 0,18

0,18 – 0,23

0,22 – 0,28

0,22 – 0,28

0,28 – 0,34

0,32 – 0,38

0,35 – 0,42

0,37 – 0,44

0,36 – 0,44

0,40 – 0,47

0,43 – 0,50

0,47 – 0,55

0,55 – 0,66

0,65 – 0,76

0,75 – 0,88

0,85 – 0,98

0,90 – 1,03

0,25 – 0,40

0,25 – 0,50

0,30 – 0,60

0,30 – 0,60

0,30 – 0,60

0,30 – 0,60

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

1,35 – 1,65

0,70 – 1,00

0,60 – 0,90

0,70 – 1,00

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,60 – 0,90

0,30 – 0,50


SENAI - 2009 53

A tabela seguinte apresenta a classificação dos aços-liga, segundo ABNT.

Classificação ABNT dos aços-liga

Designação C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo %

1340

4130

4135

4140

4320

4340

5115

5120

5130

5135

5140

5160

E52100

6150

8615

8620

8630

8640

8645

8650

8660

E9315

0,38 – 0,43

0,28 – 0,33

0,33 – 0,38

0,38 – 0,43

0,17 – 0,22

0,38 – 0,43

0,13 – 0,18

0,17 – 0,22

0,28 – 0,33

0,33 – 0,38

0,38 – 0,43

0,55 – 0,65

0,95 – 1,00

0,48 – 0,53

0,13 – 0,18

0,18 – 0,23

0,28 – 0,33

0,38 – 0,43

0,43 – 0,48

0,40 – 0,53

0,55 – 0,65

0,13 – 0,18

1,60 – 1,90

0,40 – 0,60

0,70 – 0,90

0,75 – 1,00

0,45 – 0,65

0,60 – 0,80

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,60 – 0,80

0,70 – 0,90

0,75 – 1,00

0,25 – 0,45

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,75 – 1,00

0,75 – 1,00

0,75 – 1,00

0,75 – 1,00

0,45 – 0,65

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,20 – 0,35

0,80 – 1,10

0,80 – 1,10

0,80 – 1,10

0,40 – 0,60

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

0,80 – 1,10

0,80 – 1,05

0,70 – 0,90

0,70 – 0,90

1,30 – 1,60

0,80 – 1,10

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

0,40 – 0,60

1,00 – 1,40

-

-

-

1,65 – 2,00

1,65 – 2,00

-

-

-

-

-

-

-

-

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

0,40 – 0,70

3,00 – 3,50

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,20 – 0,30

0,20 – 0,30

-

-

-

-

-

-

-

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,15 – 0,25

0,08 – 0,15 O tipo 6150 tem 0,15% de vanádio


SENAI - 2009 54

A tabela seguinte apresenta as classes de aços com suas respectivas composições segundo

normas SAE – AISI – ABNT

Sistema SAE e AISI de classificação dos aços

Designação

SAE AISI Tipo de aço

10XX

11XX

13XX

23XX

25XX

31XX

33XX

303XX

40XX

41XX

43XX

46XX

47XX

48XX

50XX

51XX

501XX

511XX

521XX

514XX

515XX

61XX

86XX

87XX

92XX

93XX

98XX

950

XXBXX

XXLXX

C 10XX

C 11XX

13XX

23XX

25XX

31XX

E 33XX

-

40XX

41XX

43XX

46XX

47XX

48XX

50XX

51XX

-

E511XX

E521XX

-

-

61XX

86XX

87XX

92XX

93XX

98XX

-

XXBXX

CXXLXX

Aços-carbono comuns

Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S

Aços-manganês com 1,75% de Mn

Aços-níquel com 3,5% de Ni

Aços-níquel com 5,0% de Ni

Aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr

Aços-níquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de Cr

Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Ni-Cr

Aços-molibdênio com 0,25% de Mo

Aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20% ou 0,25% de Mo

Aços-níquel-cromo-molibdênio, com 1,82% de Ni, 0,50% ou 0,80% de Cr e 0,25% de Mo

Aços-níquel-molibdênio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20 ou 0,25 de Mo

Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% de Mo

Aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo

Aços-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de Cr

Aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr

Aços de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de Cr

Aços de médio cromo para rolamentos, com 1,02% de Cr

Aços de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de Cr

Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr

Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr

Aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V (min.)

Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de Cr e 0,20% de Mo


Aços-silício-manganês com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn, 1,40 ou 2,00% de Si e 0%,

0,17%, 0,32% ou 0,65% de Cr



Aços de baixo teor em liga e alta resistência

Aços-boro com 0,0005% de B min.

Aços-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb

Exemplo de utilização da tabela


SENAI - 2009 55

Observações:

Letras adicionais na nomenclatura do aço têm os seguintes significados:

B... Aço obtido pelo processo Bessemer.

C... Aço obtido em forno Siemens-Martin.

E... Aço obtido em forno elétrico.

X... Análise fora da norma.

TS... Norma estabelecida para prova.

..B.. Aço contendo, no mínimo, 0,0005% boro.

LC.. Aço com baixo teor de carbono C máx de 0,03%C.

F... Aço de cavaco curto para tornos automáticos.

..L.. Indica presença de chumbo (0,15% a 0,35% Pb).

Exemplos:

B 1 1 1 3

C 1 1 4 5

E 3 3 1 0

46 B 12

12 L 14

Normalização dos aços conforme norma DIN 17006

A norma DIN 17006 divide os aços em três tipos:

• Aço sem ligas

• Aço com baixa liga (elementos de ligas 5%)

• Aço com alta liga (elementos de ligas 5%)

Designação e normalização dos aços sem ligas

Aços de baixa qualidade – são tipos de aços de baixa pureza, sem ligas e que não podem ser

tratados termicamente. São designados através das letras St (aço) e da resistência mínima a

ruptura.

Aços ao carbono – têm melhor pureza, podem ser tratados termicamente.

São designados através da letra C (carbono) e da porcentagem do carbono.

Para caracterizar a diferença dos aços finos não-ligados, além da letra C colocam-se letras com

os seguintes significados:

K -Aço fino com teor de enxofre mais fósforo menor do que 0,01%

f -Aço para têmpera a chama e por indução

q -Aço para cementação e beneficiamento, adequado para deformação a frio.


SENAI - 2009 56

Normalização

Aços de baixa qualidade

Exercício:

Aços ao carbono

Exercício:


SENAI - 2009 57

Designação e normalização dos aços com baixa liga

São aços que possuem no máximo até 5% de teor de ligas.

Para designar o teor dos elementos de liga, os números na norma devem ser divididos pelos

fatores correspondentes ao elemento químico. Os fatores são apresentados na tabela a seguir.

Fatores para elementos de liga

Fator 4 Fator 10 Fator 100

Cobalto Co

Cr

Mn

Ni

Si

Tungstênio W

Alumínio Al

Mo

Ti

Vanádio V

Carbono C

P

S

N

A norma se compõe dos seguintes elementos:

• Não se coloca a letra C para o carbono.

• As outras letras definem os elementos de liga.

• Os números divididos pelos fatores definem o teor dos elementos e são colocados na mesma

seqüência, como as letras.

Aços com baixa liga

Exercício:

16 Mn Cr 5

17 Cr Ni Mo 6


SENAI - 2009 58

Designação e normalização dos aços com alta liga

São aços com um teor de liga acima de 5%.

Para designá-los, coloca-se um X em frente do teor de carbono.

Todos os elementos, exceto o carbono, têm o fator 1, ou seja, os números apresentam o valor de

teor real.

Aços rápidos para ferramentas são designados da seguinte forma:

S 6 – 5 – 2 – 5

Coloca-se S (aço rápido) no início e os teores das ligas.

O teor de carbono só pode ser determinado através da especificação do produtor.

Aços com alta liga


SENAI - 2009 59

Designação completa segundo a norma DIN

A normalização compõe-se de três partes:

Obtenção

Composição

Tratamento

Exemplo:

E C35 V70

Forno elétrico Aço de carbono de 0,35% de C

Beneficiado até uma resistência de 700N/mm2


SENAI - 2009 60

Significado das letras (continua)

Da obtenção Da composição Do tratamento

A – resistente ao

envelhecimento

Ag – prata

Al – alumínio

As – arsênico

A – recozido

B – forno Bessemer B – boro

Be – berílio

Bi – bismuto

B – não se pode melhorar as

características mecânicas

por trabalho a frio

C C – carbono

Ce – cério

Co – cobalto

Cr – cromo

Cu – cobre

E – forno elétrico

EB – forno elétrico básico

E E – endurecido por

cementação

F – forno de reverbero Fe – ferro

F – temperado com chama

ou por indução

F – resistência a tração em

kp/mm2

G – fundido

GG – ferro fundido com

grafite em lâminas

GGG – ferro fundido com

grafite em bolas

(nodular)

GH – ferro fundido duro

GS – aço fundido

GTW – fundido maleável

branco

GTS – fundido maleável preto

GTP – fundido maleável

perlítico

GGK – fundido em coquilha

GSZ – aço fundido

centrifugado

G G – recozido

g – liso

H – fundido semi-acalmado H – chapas sem liga para

caldeiras

H – temperado

HF – temperado por chama

HJ – temperado por indução

J – forno elétrico de indução J J

K K – baixo teor de fósforo e

enxofre

K – deformado a frio


SENAI - 2009 61

Da obtenção Da composição Do tratamento

L – metal para solda ou

resistente a formação de

trincas em solução

alcalina

LE – forno elétrico de arco

Li – lítio L

M – forno Siemens-Martin

MB – forno Siemens-Martin

básico

MY – forno Siemens-Martin

ácido

Mg – magnésio

Mn – manganês

Mo - molibdênio

m – superfície fosca

N N – nitrogênio

Nb – nióbio

Ni – níquel

N – normalizado

NT – nitretato

P – soldável por pressão P – fósforo

Pb – chumbo

P

Q – deformado a frio q – indicada para deformação

a frio

Q

R – acalmado

RR – especialmente acalmado

R r – superfície áspera

S – soldável por fusão S – enxofre

Sb – antimônio

Si – silício

Sn – estanho

St – aço sem dados químicos

S – recozido

SH – descascado

T – forno Thomas Ta – tântalo

Ti – titânio

T

U – fundido sem acalmar U U – superfície laminada ou

forjada

V V – vanádio V – beneficiada

W – aço afinado com ar W – tungstênio W – aço para ferramentas sem

liga

X X – em aços de alta liga

multiplicar por 1

X

Y – aço soprado com oxigênio

forno LD

Y Y

Z – trefilado em barras Zn – zinco

Zr - zircônio

Z


SENAI - 2009 62

A figura seguinte ilustra os principais meios de obter ferro fundido e aço.


SENAI - 2009 63

Questionário-Resumo

1. Qual a definição de aço?

2. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga do aço ABNT 1045?

3. Quais os efeitos conseguidos com os aços-liga ou especiais?

4. Qual a identificação numérica dos aços ao molibdênio?

5. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga e porcentagem de carbono do aço AISI –

2515?

6. Quais os elementos de liga e suas respectivas porcentagens do aço ABNT 8615?

7. Qual o tipo de aço segundo as normas SAE521XX e AISI E521XX?


SENAI - 2009 64

8. O que especifica a norma DIN 17006?

9. Qual o teor dos elementos de liga dos aços 17CrNiMo6, X5CrNiMo1813 e S12-1-4-5?

10. Na designação GTS70, qual o material e de quanto é sua resistência a ruptura?

11. Qual a forma de obtenção, composição e tratamento posterior do aço GS17CrMoV 5 11 N

segundo a norma DIN 17006?


SENAI - 2009 65

Comportamento das ligas em função da temperatura e

composição

Objetivos

Ao final desta unidade, o participante deverá:

Conhecer


• Tipos das ligas metálicas com cristais mistos, mistura de cristais e combinações

intercristalinas.

Saber


• Curvas características da liquefação e solidificação de metais puros;

• Pontos críticos de transformação (sólido, líquido , ponto de parada);

• Curvas características de liquefação e solidificação de ligas típicas em função da composição

no diagrama Cu-Ni e Sn-Pb;

• Influência dos elementos de liga no tempo de transformação.

Ser capaz de


• Interpretar diagramas para ligas com dois componentes;

• Transferir conhecimentos na interpretação do diagrama ferro-carbono.


SENAI - 2009 66

Introdução à liquefação e solidificação dos metais

Toda matéria possui três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Fundamentalmente o que

diferencia um estado do outro é o grau de agregação dos átomos. O sólido é um estado no qual

os átomos estão fortemente ligados, já no estado líquido essa ligação não é tão forte e, no estado

gasoso, essa ligação não existe.

A mudança de estados da matéria ocorre com ganho ou perda de energia (calor).

Para o estudo dos metais, o estado gasoso é pouco importante, portanto, trataremos apenas das

fases sólida e líquida.

Ao fornecermos calor a um material sólido, sua fusão ocorre em duas fases bem distintas:

• Ao receber energia, os átomos aumentam sua vibração. Isso se traduz fisicamente em um

aumento de temperatura do corpo, até o ponto de sua temperatura de fusão. Nesta altura os

átomos ainda estão fortemente ligados.

• Uma vez atingido o ponto de fusão, inicia-se o enfraquecimento das ligações entre os átomos.

Isso ocorre através do calor fornecido ao material.

O calor não mais servirá para aumentar as vibrações dos átomos, mas sim para enfraquecer as

suas ligações, não haverá aumento em sua temperatura até que todas as ligações sejam

enfraquecidas, tornando-se líquido o material.

Ao calor necessário para aumentar o estado de vibração dos átomos (aumentar a temperatura)

chamamos de calor sensível.


SENAI - 2009 67

Já o calor necessário para enfraquecer (ou destruir completamente, no caso de vaporização) as

ligações atômicas é chamado calor latente.

Vamos usar o zinco para exemplificar esse processo.

No diagrama seguinte, coloca-se na coordenada vertical a temperatura (em 0C) e na coordenada

horizontal, o tempo (em segundos).

Liquefação e solidificação do Zn

No aquecimento contínuo, a temperatura aumenta em função do tempo. Quando chegar ao ponto

de sólido (4190C), o metal começa a se liquefazer. Apesar da mesma quantidade de calor

recebida, a temperatura permanece constante, isso porque todo o calor é gasto pela mudança do

estado de agregação. Esta zona horizontal é chamada ponto de parada.

A temperatura voltará a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito.

Embaixo do ponto sólido, o estado de agregação é sólido, acima do ponto de líquido, passa a ser

líquido.

Na zona dos pontos de parada, o estado de agregação é líquido ou sólido.

No processo de resfriamento a seqüência ocorre na ordem inversa.


SENAI - 2009 68

Ligas metálicas

Antes de falarmos sobre ligas metálicas, é importante definir o que vem a ser uma solução sólida.

Dá-se o nome de solução a uma mistura na qual não se consegue distinguir os seus diversos

componentes.

Cada um dos componentes possíveis de serem distinguidos será chamado fase.

Uma solução que se encontra em estado sólido é chamada solução sólida.

Esquema de estrutura bifásica.

Uma fase é ferro puro (ferrita)

e a outra cementita.

Exemplo: nos aços temos uma solução sólida de Fe e C. Essa solução é chamada cementita.

- Ligas metálicas são misturas, em solução, de dois ou mais metais:

Exemplo: Cu – Ni

Cu – Zn (latão)

Cu – Sn (bronze)

Fe – C (aço)

Praticamente, todos os metais utilizados na indústria não são puros, mas sim ligas de uma ou

mais fases.


SENAI - 2009 69

Composição de ligas metálicas

Os diferentes elementos que compõem uma liga metálica são chamados componentes. Observe

os exemplos seguintes.

Liquefação e solidificação da ligas


SENAI - 2009 70

Solução sólida ou cristal misto

No processo de solidificação de uma liga de dois metais, que formam cristais mistos, a

transformação do estado líquido para o estado sólido não se faz no ponto de parada, mas durante

um intervalo de solidificação.

No ponto líquido começam a se

formar os primeiros cristais mistos. A

formação e o crescimento desses

cristais continuam até o ponto sólido.

Em temperaturas abaixo do ponto

sólido, a liga está totalmente no

estado sólido.

Os componentes de uma liga têm diferentes pontos líquidos e necessitam de diferentes

quantidades de calor para a sua solidificação, portanto se variarmos as porcentagens dos

elementos de ligas, variarão as temperaturas dos pontos líquidos e dos pontos sólidos.

Unindo todas as temperaturas de ponto líquido e todas as temperaturas de ponto sólido, obtemos

o diagrama de fases.

Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu – Ni (cristais mistos)


SENAI - 2009 71

Interpretação do diagrama de fases

Exemplo: para uma liga de 20% Ni e 80% Cu.

• A linha horizontal mostra a composição (em %). Quando temos 20% Ni, automaticamente

teremos 80% Cu.

• Para cada composição temos uma temperatura inicial e uma final de solidificação.

• Para a liga com 80% Cu – 20% Ni, a solidificação inicia-se no ponto B e termina no ponto D,

abaixo do qual a liga está totalmente sólida.

• Acima do ponto B a liga está totalmente líquida.

• Para cada composição, temos então dois pontos que geram duas linhas, dividindo o diagrama

em três partes.

• Para resfriamento, a linha chamada líquidus indica, para cada composição, a temperatura em

que se inicia a solidificação e a sólidus, onde termina.

• Cada região do diagrama indica fases. Acima da linha líquidus, fase totalmente líquida, abaixo

da linha sólidus – fase totalmente sólida, e, entre as duas, temos o intervalo de solidificação,

onde estão presentes duas fases, sólida e líquida.

• Seguindo a linha ABCDE (figura anterior), traçada no diagrama, teremos para a liga 80 Cu –

20 Ni o que está descrito na tabela a seguir.

Ponto No

de fases

presentes

Tipo da fase Interpretação

da liga

A 1 líquida totalmente líquido

B 1 líquida inicia-se solidificação

C 2 líquida e sólida líquido – sólido

D 1 sólida final de solidificação

E 1 sólida totalmente sólido


SENAI - 2009 72

Mistura de cristais

No processo de solidificação de uma

liga de dois elementos que formam

uma mistura de cristais, temos uma

concentração definida, onde a curva de

resfriamento dessa mistura é igual à

curva de resfriamento de um metal

puro.

Curva de resfriamento do eutético

A liga com essa concentração tem o ponto líquido mais baixo que todas as outras concentrações e

é chamada de liga eutética.

Componentes Temperatura de fusão Temperatura de fusão do eutético

Ferro fundido Ferro 96%

Carbono 4%

15350C

38400C

12000C

Solda prata Cobre 55%

Prata 45%

10830C

9610C

6200C

Alumínio fundido

por pressão

Alumínio 88%

Silício 12%

6600C

14140C

5770C

Chumbo duro Chumbo 87%

Antimônio 13%

3270C

6300C

2510C

Na solidificação de uma liga que tem composição diferente da composição eutética, o elemento

que está em maior proporção que a liga eutética começa a se solidificar até que a fase líquida

atinja a composição eutética, ocorre então a solidificação da fase eutética em uma única

temperatura.

Curva de resfriamento de concentração diferente do eutético


SENAI - 2009 73

Diagrama de fases de um sistema que forma mistura de cristais

Na figura abaixo vemos o diagrama de fases Pb – Sn que forma uma mistura de cristais.

A forma de obter este diagrama é análoga à do diagrama de fases de cristais mistos vista na

figura “Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu-Ni (cristais mistos)”.

Combinações intermetálicas

A curva de resfriamento de uma combinação intermetálica corresponde à curva de um metal puro

e será estudada no diagrama Fe-C, na unidade 5.


SENAI - 2009 74


1. Comente o diagrama de liquefação e solidificação do Zn, considerando: T(C), t(s), ponto de

sólido, ponto de parada, ponto de líquido, curvas (resfriar e aquecer).

2. Explique por que no ponto de parada a temperatura é constante em um intervalo de tempo

definido.

3. Descreva um processo de solidificação de uma liga de dois metais que formam cristais mistos.

4. Consulte o diagrama de fases para uma liga Cu – Ni (cristais mistos) e diga em quais

porcentagens de Cu – Ni o intervalo de solidificação é maior.

5. O que é uma liga?

6. Explique os tipos de ligas e cite exemplos.

7. Defina o que significa eutético, usando o diagrama de fases para o sistema Sn – Pb.

8. Consulte a tabela de ligas eutéticas e cite os componentes, a temperatura de fusão e a

temperatura eutética.


SENAI - 2009 75

Diagrama ferro-carbono

Objetivos


Conhecer


• Diagrama de resfriamento do ferro puro;

• Pontos característicos de temperatura, transformações e estrutura das fases.

Saber


• Transformações estruturais das ligas ferro-carbono na solidificação;

• Diagrama ferro-carbono para aço com as variáveis: carbono, temperatura, linhas e zonas;

• Componentes estruturais nas zonas do diagrama ferro-carbono para aço;

• Classificação dos aços em função da porcentagem de carbono (eutetóide, hipo e

hipereutetóide).

Ser capaz de

• Descrever e interpretar o diagrama ferro-carbono simplificado;

• Determinar as zonas e temperaturas de transformação, sistemas estruturais e constituintes

para aços com diferentes teores de carbono.


SENAI - 2009 76

Liquefação e solidificação do ferro puro

Da mesma forma como foram apresentados os metais na unidade anterior, podemos apresentar a

curva de solidificação (liquefação) do ferro puro, como mostra o gráfico seguinte.

Solidificação do ferro puro

Existem quatro pontos de parada:

• A 1 5360C o ferro puro se solidifica em rede cúbica de corpo centrado (c.c.c.), chamada ferro δ

(delta) e assim permanece até 1 3920C.

• A 1 3920C o ferro muda de estrutura para a estrutura cúbica de face centrada (c.f.c.) chamada

ferro γ (gama) ou austenita.

• Abaixo de 9110C o ferro muda de estrutura novamente para a cúbica de corpo centrado (c.c.c.)

chamada ferro α (alfa).

• Abaixo de 7690C o ferro é magnético. Isso ocorre devido a um rearranjo dos elétrons de cada

átomo.


SENAI - 2009 77

A distância entre os átomos na estrutura c.f.c. é maior do que na estrutura de c.c.c., portanto

nesse estado é mais fácil aceitar átomos estranhos, como por exemplo, átomos de carbono.

A esse fenômeno damos o nome de solubilidade no estado sólido.

O ferro puro raramente é usado, o mais comum é estar ligado com o carbono. Em função da

adição de carbono no ferro puro, as temperaturas de transformação irão se alterar conforme

veremos a seguir.

Diagrama ferro-carbono

O diagrama ferro-carbono pode ser dividido em três partes:

- de 0 a 0,05%C – ferro puro

- de 0,05 a 2,06%C – aço

- de 2,06 a 6,7%C – ferro fundido

Construção do diagrama ferro-carbono

O diagrama ferro-carbono é fundamental para facilitar a compreensão sobre o que ocorre na

têmpera, no recozimento e nos demais tratamentos térmicos.

Para melhor entendermos o diagrama completo, que será visto no fim da unidade, façamos uma

série de experiências com seis corpos de provas conforme tabela seguinte.

Corpo de prova Teor de carbono (%)

1 0,2

2 0,4

3 0,6

4 0,86

5 1,2

6 1,4

Aquecemos os corpos de prova com aplicação constante de calor e medimos em intervalos

regulares (cada cinco minutos) a temperatura dos corpos de prova. Já sabemos que a

característica da curva é semelhante à das outras ligas.

No corpo de prova no 1 com 0,2% de C, observamos que há uma variação na velocidade da

elevação da temperatura a 7230C (Ac1) e a 8600C (Ac3) – que chamamos de ponto de parada.


SENAI - 2009 78

Determinando as temperaturas Ac1 e Ac3 ou Accm dos outros corpos de prova, conforme figuras

abaixo, poderemos construir parte do diagrama ferro-carbono simplificado, unindo todas as

temperaturas Ac1 e todas as temperaturas Ac3, conforme veremos no exercício a seguir.

Exercício

1. Com base na tabela abaixo, construa o diagrama Fe – C simplificado (figura abaixo):

• Coloque no gráfico todos os pontos de parada.

• Trace uma linha ligando todos os pontos Ac1.

• Trace outra linha ligando todos os pontos Ac3 e Accm.

Observação

O diagrama Fe – C completo pode ser visto na figura “Diagrama ferro-carbono completo”.


SENAI - 2009 79

Pontos de parada dos corpos de prova

Temperatura

Corpo de prova Ac1 0C

Ac3 ou Accm 0C

1 723 AC3 = 860

2 723 AC3 = 820

3 723 AC3 = 775

4 723 ..........

5 723 ACcm = 890

6 723 ACcm = 990

Diagrama ferro-carbono (simplificado)

Estrutura do aço no resfriamento lento

O diagrama de fases encontrado na figura anterior corresponde ao diagrama de uma mistura de

cristais como já foi visto na unidade Comportamento das ligas em função da temperatura e

composição (diagrama de fases Pb – Sn) com a diferença que para o sistema Pb – Sn a

transformação era líquido-sólido e neste diagrama (Fe – C) ocorre uma transformação de

estrutura dentro do estado sólido.

A presença do carbono faz com que o ferro mude de estrutura cúbica de face centrada (austenita)

para cúbica de corpo centrado (ferrita) a uma temperatura diferente de 9110C.


SENAI - 2009 80

Essa temperatura varia em função do teor de carbono no ferro e é representada no gráfico abaixo

pela linha G – S – E .

Acima da linha G – S – E há uma solução com uma única fase: o ferro γ + C = austenita.

Estrutura austenítica

Abaixo da linha G – S – E o ferro começa a mudar de estrutura, de cúbica de face centrada (ferro

γ) para cúbica de corpo centrado (ferro α).

Como o ferro α não consegue dissolver todo o carbono, forma-se uma segunda fase que é a

cementita (Fe3C) que contém 6,67% de C.


SENAI - 2009 81

Estrutura da cementita Fe3C

Abaixo da linha P – K, vamos ter uma solução sólida com duas fases – ferro α + cementita.

Agora vamos estudar novamente os corpos de prova.

Começamos com o corpo de prova nº 4 com 0,86% de carbono.

Aço eutetóide – 0,86% de C

Aço eutetóide

Este aço quando está acima de 7230C tem uma estrutura cúbica de face centrada (austenita) e

todo o carbono está dissolvido nela.

Abaixo de 7230C o ferro muda de estrutura para cúbica de corpo centrado (ferrita).

A ferrita não consegue dissolver o carbono e por isso forma-se uma estrutura mista constituída de

lâminas de ferrita (ferro puro) e lâminas de cementita (Fe3C). A essa estrutura dá-se o nome de

perlita.

Micrografia de um aço eutetóide mostrando a estrutura de perlita.


SENAI - 2009 82

O aço com 0,86% de carbono tem uma única temperatura de transformação e por isso ele é

chamado também de aço eutetóide.

A figura anterior mostra um aço eutetóide visto ao microscópio, observa-se que 100% da estrutura

é perlita.

Vamos agora estudar o corpo de prova no 3 com 0,6% de carbono.

Aço hipoeutetóide

O diagrama da figura abaixo

indica que acima da linha G – S o

aço apresenta-se com a estrutura

do ferro γ ou austenita.

Abaixo da linha G – S, tem início a transformação do ferro γ (austenita) em ferro α (ferrita).

Como a ferrita não contém carbono, a austenita que ainda não se transformou, vai se

enriquecendo de carbono.

Quando o aço atinge a temperatura de 7230C (linha P – S) a austenita que ainda não se

transformou, transforma-se em perlita.

Na figura abaixo observamos a estrutura de um aço hipoeutetóide (carbono entre 0,05% até

0,86%), constituído de ferrita (parte clara) e perlita (partes com lamelas).

Micrografia de um aço hipoeutetóide com estrutura de ferrita e perlita.


SENAI - 2009 83

Agora vamos estudar o corpo de prova no 5 com 1,2% de carbono.

Aço hipereutetóide

Os aços com teor de carbono acima de 0,86% até 2,06% são denominados aços hipereutetóides.

O diagrama da figura ao lado

indica que acima da linha S – E

o aço apresenta-se com a

estrutura de ferro γ (austenita).

Abaixo da linha S – E, a austenita já não consegue dissolver todo o carbono e por isso começa a

se formar cementita (Fe3C) que contém 6,7% de carbono. Essa cementita vai se localizar nos

contornos dos grãos de austenita. A austenita por sua vez vai se empobrecendo de carbono.

Ao atingir 7230C no resfriamento, tem-se cementita (Fe3C) e austenita com 0,86%C. Ao abaixar

mais a temperatura, essa austenita se transforma em perlita (lamelas de ferrita + cementita).

Na figura seguinte vemos um aço hipereutetóide onde observamos a perlita e a cementita (parte

clara) nos contornos dos grãos.

Micrografia de um aço hipereutetóide com estrutura de perlita e cementita.


SENAI - 2009 84

O diagrama de equilíbrio ferro-carbono

Na figura seguinte apresentamos o diagrama de equilíbrio Fe – C completo.

Diagrama ferro-carbono completo


SENAI - 2009 85

Exercícios

1. A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa um aço com

0,4%C ao ser resfriado.

Complete o quadro abaixo informando:

• Qual o estado físico?

• Quais as fases presentes?

• Comente qual é a estrutura do ferro e como se encontra o carbono.

Ponto Temperatura

aproximada Estado físico

Fases

presentes Comentários

A > 1 5000C líquido líquida Todo o C dissolvido

B 15000C

C 14500C

D 14300C

E 10000C

F 8000C

G 7600C

H 7230C (T. crítica)

I < 7230C


SENAI - 2009 86

2. A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa um aço

0,9%C ao ser resfriado.

Complete o quadro abaixo informando:

• Qual o estado físico?

• Quais as fases presentes?

• Comente qual a estrutura do ferro e como se encontra o carbono.

Ponto Temperatura

aproximada

Estado

físico Fases presentes Comentários

A > 1 6000C líquido líquida Todo o C dissolvido no Fe

B 1 4800C

C 1 4500C

D 1 3500C

E 1 0000C

F 7800C

G 7500C

H 7230C

I <7230C


SENAI - 2009 87

Considerações gerais

• Tudo o que foi dito com relação ao resfriamento vale também para o aquecimento.

• A condição para que essas transformações de estrutura ocorram é a baixa velocidade de

resfriamento.

• Se resfriarmos um aço rapidamente, outras estruturas diferentes das descritas no diagrama Fe

– C se formarão. Esse é o princípio dos Tratamentos térmicos, que veremos na próxima

unidade.

Resumo

Ferrita

• Ferro na forma cúbica de corpo centrado.

• carbono é insolúvel na ferrita.

• É mole e dúctil.

Cementita

• Carbeto de ferro – a composição da cementita corresponde à fórmula Fe3C. Isso corresponde

a um teor de carbono de 6,67%.

• É muito dura.

Perlita

• É uma combinação de ferrita e cementita.

• Possui um teor médio de carbono de 0,86%.

Austenita

• Ferro na forma cúbica de face centrada.

• Consegue dissolver até 2% de carbono.


SENAI - 2009 88


1. Qual é a nomenclatura dos aços em função do teor de carbono?

2. Descreva e comente a composição da ferrita e da perlita.

3. Qual a composição estrutural de um aço com 0,45% de carbono, esfriado lentamente até a

temperatura ambiente?

4. Qual a composição de um aço com 1,2% de carbono, esfriado lentamente até a temperatura

ambiente?

5. Faça um comentário a respeito de estrutura austenítica.

6. Descreva as estruturas cristalinas do ferro puro, designado a temperatura de transformação.

7. Descreva as transformações da estrutura do aço no aquecimento em função do carbono.

8. Denomine a estrutura dos aços abaixo em função da temperatura. Consulte o diagrama ferro-

carbono.

0,3%C - a 8100C

0,86%C - a 7230C

1,4%C - a 5600C

1,7%C – a 9000C


SENAI - 2009 89

Tratamentos térmicos dos aços

Objetivos


Conhecer


• Diferentes tipos de tratamentos térmicos e termoquímicos;

• Leitura da curva;

• Mecanismo da difusão;

• Tratamentos térmicos dos aços ligados.

Saber


• Transformação da estrutura e estrutura resultante após a têmpera;

• Fatores que influenciam nos tratamentos térmicos;

• Temperaturas aplicadas nos diferentes processos de tratamento térmico;

• Aplicação dos processos em função do teor de carbono do aço;

• Efeitos dos processos do material.

Ser capaz de


• Indicar e selecionar o processo de tratamento térmico adequado para a produção;

• Interpretar tabelas e diagramas.


SENAI - 2009 90

Introdução

Os tratamentos térmicos consistem de aquecimento, tempo de permanência a determinada

temperatura e resfriamento.

A estrutura de aço estudada na unidade anterior, no diagrama Fe – C só é obtida se o

resfriamento for bem lento. Se o resfriamento for mais rápido, obtêm-se outras estruturas que

estudaremos nesta unidade.

Fatores que influenciam nos tratamentos térmicos

Velocidade de aquecimento

A velocidade de aquecimento deve ser adequada à composição e ao estado de tensões do aço.

Como tendência geral o aquecimento muito lento provoca um crescimento excessivo dos grãos

tornando o aço frágil.

Entretanto, um aquecimento muito rápido em aços ligados ou em aços com tensões internas

(provocadas por fundição, forjamento, etc.) poderá provocar deformações ou trincas.

Temperatura de aquecimento


SENAI - 2009 91

A temperatura de aquecimento deverá ser adequada para que ocorram as modificações

estruturais desejadas . Se ela for inferior a essa temperatura, as modificações estruturais não

ocorrerão; se for superior, ocorrerá um crescimento dos grãos que tornará o aço frágil.

Tempo de permanência na mesma temperatura

O tempo de permanência na mesma temperatura deve ser o suficiente para que as peças se

aqueçam de modo uniforme em toda a secção, e os átomos de carbono se solubilizem totalmente.

Se o tempo de permanência for além do necessário, pode haver indesejável crescimento dos

grãos.

Resfriamento

As estruturas formadas no diagrama de equilíbrio Fe – C só vão se formar se o resfriamento for

muito lento.

Diagrama Fe – C

Para a austenita se transformar em ferrita, cementita e perlita não há só a necessidade de o ferro

mudar de reticulado cristalino mas também envolve a movimentação dos átomos de carbono,

através da austenita sólida, e isso leva algum tempo.

A austenita possui um reticulado cúbico de face centrada (c.f.c.) e consegue dissolver o carbono;

já na ferrita (cúbico de corpo centrado – c.c.c.) o carbono é praticamente insolúvel.


SENAI - 2009 92

Quando resfriamos rapidamente um aço ele se transforma de c.f.c. para c.c.c. e o carbono

permanece em solução. Isso cria uma estrutura deformada, supersaturada de carbono que recebe

o nome de martensita que é tetragonal e não cúbica.

Devido a essas microtensões criadas no reticulado cristalino pelo carbono é que a martensita é

dura, resistente e não dúctil.

Efeito do teor de carbono sobre a dureza de martensita

Nos tratamentos térmicos, variando as velocidades de resfriamento, obtemos diferentes estruturas

e com isso obtemos diferentes dureza, resistência a tração, fragilidade, etc.

Com o auxílio do diagrama de transformação isotérmica também chamado de curva T.T.T. (tempo,

temperatura, transformação), poderemos entender melhor os fenômenos que ocorrem quando o

aço é resfriado a diferentes velocidades de resfriamento.

Curvas de velocidade de resfriamento


SENAI - 2009 93

A austenita

E ferrita

P perlita

B bainita

M martensita

D dureza em HRC

Curva T.T.T.

Curva T.T.T.

A figura anterior mostra a curva T.T.T. do aço 43 MnCr6. Se esfriarmos esse aço lentamente, com

a velocidade de esfriamento da curva V, obtém-se uma estrutura com 15% de ferrita e 85% de

perlita, que terá uma dureza de 22 rockwell C.

Se aumentarmos a velocidade de resfriamento, obtém-se uma estrutura mais fina e com maior

dureza (curva IV).

Se resfriarmos como na curva II, obtém-se a estrutura de bainita que é uma estrutura

intermediária entre a martensita e a perlita, isto é, é cementita dispersa em ferrita.

Com a velocidade de resfriamento da curva I, obtém-se uma estrutura de 100% de martensita que

terá uma dureza máxima para esse aço (61HRC). Essa velocidade é chamada de velocidade

crítica.


SENAI - 2009 94

Os meios de resfriamento são os responsáveis pelas diferentes velocidades de resfriamento. O

quadro seguinte apresenta em ordem decrescente de velocidade alguns meios de resfriamento.

Meios de resfriamento

Solução aquosa a 10% NaOH

Solução aquosa a 10% NaCl

Solução aquosa a 10% Na2CO3

Água 00C

Água a 180C

Água a 250C

Óleo

Água a 500C

Tetracloreto de carbono

Água a 750C

Água a 1000C

Ar líquido

Ar

Vácuo

Os elementos de liga no aço, de uma forma geral, diminuem a velocidade crítica de resfriamento

para a formação da martensita.

Em linha cheia vê-se o

diagrama T.T.T. de um aço

1050 comum. Em linha

tracejada pode-se observar

a influência da adição de

0,25% molibdênio sobre o

mesmo aço.

Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o

ar.

Recozimento


SENAI - 2009 95

É o tratamento térmico realizado com a finalidade de alcançar um ou vários dos seguintes

objetivos:

• Remover tensões de trabalhos mecânicos a frio ou a quente;

• Reduzir a dureza do aço para melhorar a sua usinabilidade;

• Diminuir a resistência a tração;

• Aumentar a ductilidade;

• Regularizar a textura;

• Eliminar efeitos de quaisquer tratamentos térmicos.

Recozimento total ou pleno

Consiste em aquecer o aço a mais ou menos 500C acima da linha G – S – K e manter esta

temperatura o tempo suficiente para que ocorra a solubilização do carbono e dos outros

elementos de liga no ferro gama (austenita). Em seguida, deve-se fazer um resfriamento lento.

O resfriamento é feito dentro do próprio forno, controlando-se a velocidade de resfriamento.

Obtém-se desse recozimento uma estrutura de perlita grosseira que é a estrutura ideal para

melhorar a usinabilidade dos aços de baixo e médio teor de carbono (0,2 a 0,6%); para aços com

alto teor de carbono é preferível a estrutura de esferoidita que veremos no recozimento de

esferoidização.

A figura seguinte mostra a curva T.T.T. do aço AISI 5140 com a curva de resfriamento do

recozimento.


SENAI - 2009 96

Curva T.T.T. de aço AISI 5140 com 0,43%C, 0,68%Mn e 0,93%Cr.

Recozimento de esferoidização

O recozimento de esferoidização objetiva transformar a rede de lâminas de cementita em

carbonetos mais ou menos esféricos ou esferoiditas.

Esse tratamento melhora a usinabilidade e a ductilidade dos aços de alto teor de carbono.

Para ocorrer essa transformação, o aço deve ser aquecido a uma temperatura entre 6800C a

7500C, em função do teor de carbono.


SENAI - 2009 97

Processos de recozimento

Esta temperatura deve ser mantida o tempo suficiente para homogeneizar a temperatura em toda

a peça e o resfriamento deve ser lento, cerca de 100C a 200C por hora.

Recozimento subcrítico

Consiste em aquecer o aço a uma temperatura entre 550 a 6500C (abaixo da zona crítica – figura

a seguir) com a finalidade de promover uma recristalização em peças que foram deformadas a frio

(laminação, forjamento) ou para aliviar tensões internas provocadas nos processos de soldagem,

corte por chama, solidificação de peças fundidas.

Normalização

A normalização consiste em aquecer as peças 200C a 300C acima da temperatura de

transformação (linha G – S – E) e resfriá-las mais rápido que no recozimento porém mais lento

que na têmpera. O mais comum é um resfriamento ao ar.


SENAI - 2009 98

Temperatura para normalização

O objetivo deste tratamento é obter uma granulação mais fina e uniforme dos cristais, eliminando

as tensões internas.

A normalização é usada em aço, após a fundição, forjamento ou laminação e no ferro fundido

após a fundição.

Têmpera dos aços

A têmpera é um tratamento térmico que executamos em um aço quando desejamos aumentar sua

dureza e resistência mecânica. Conseguimos isso mudando a estrutura do aço (de ferrita + perlita)

para uma estrutura martensítica.

A operação consiste basicamente em três etapas:

• Aquecimento

• Manutenção de uma determinada temperatura

• Resfriamento

Aquecimento

O aço deve ser aquecido em torno de

500C acima da zona crítica (linha G –

S – K – figura ao lado) para que nos


SENAI - 2009 99

aços hipoeutetóides a perlita e a ferrita

se transformem em austenita.

Temperatura de têmpera

Para os aços hipereutetóides, a temperatura pode ser mais baixa (± 500C acima da linha S – K –

figura acima). Nessa temperatura a perlita se transforma em austenita e a cementita já é um

constituinte duro.

Manutenção da temperatura

É o tempo necessário para que toda a peça chegue a uma mesma temperatura e se solubilize

totalmente o carbono.

Resfriamento

O resfriamento deve ser feito em um meio que possibilite uma velocidade crítica, permitindo obter

a estrutura de martensita.

Esse meio pode ser: água, sal moura, óleo ou mesmo o próprio ar dependendo da velocidade de

resfriamento que se precise.

A figura ao lado mostra a curva de

resfriamento para temperar o aço

1080, a linha Ms indica o início e a


SENAI - 2009 100

linha Mf, o fim da transformação da

austenita em martensita.

Curva T.T.T. do aço ABNT 1080

mostrando a curva de resfriamento

para a têmpera

Revenimento dos aços

O revenimento é um tratamento térmico que normalmente se realiza após a têmpera (figura

seguinte) com a finalidade de aliviar as tensões internas; diminuir a dureza excessiva e fragilidade

do material, aumentando a ductilidade e a resistência ao choque. O revenimento consiste em

aquecer a peça entre 100 e 4000C e resfriar lentamente.

Beneficiamento

Consiste em fazer uma têmpera, seguida de um revenimento a uma temperatura entre 4500 a

6500C.

Os fabricantes de aço costumam fornecer diagramas semelhantes aos da figura seguinte de onde

se escolhe a temperatura de revenimento em função das características mecânicas desejadas.


SENAI - 2009 101

Efeito da temperatura de revenimento

sobre a dureza e a resistência ao choque

de um aço ABNT 1045

Alguns tipos de aços quando revenidos dentro de uma faixa de temperatura apresentam um

aumento da fragilidade, medida em ensaio de resistência ao choque.

Essa faixa de temperatura deve ser evitada revenindo-se a uma temperatura mais baixa ou a uma

temperatura mais alta seguida de um resfriamento rápido (água ou óleo).

Por exemplo:

Aços Cr – Ni (tipo SAE 3140 e semelhantes) quando revenidos na faixa de 4550C a 5930C ou se

aquecidos acima desta temperatura e resfriados lentamente, apresentam baixa resistência ao

choque. Entretanto se aquecidos, por exemplo, a 6200C e resfriados rapidamente, sua resistência

ao choque será satisfatória.

As causas deste fenômeno ainda estão sendo estudadas.

Atribui-se esse fato a uma possível precipitação de uma fase frágil dentro desta faixa de

temperatura. Sabe-se que elevados teores de manganês, fósforo e cromo acentuam o fenômeno

enquanto o molibdênio o retarda.

Tratamento térmico de aços ligados

Para a determinação das temperaturas deve-se sempre consultar as tabelas e diagramas do

fornecedor.


SENAI - 2009 102

Aço ABNT 4340

Composição %

C

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

0,38 – 0,43

0,15 – 0,30

0,60 – 0,80

0,70 – 0,90

1,65 – 2,00

0,20 – 0,30

Diagrama de revenimento do aço ABNT 4340

Em geral, os aços ligados necessitam de temperaturas altas para dissolver os carbonetos de

elementos de liga (Cr, W, Mo, Ni).

O resfriamento é menos brusco (óleo, ar) e a estrutura obtida é mais fina (grãos menores).

O revenimento após a têmpera deve ser iniciado o mais depressa possível, e em alguns casos é

recomendado mais de um revenimento devido ao problema da austenita retida.

Austenita retida

Alguns aços ligados ao serem resfriados da temperatura de têmpera não se transformam

inteiramente de austenita em martensita.


SENAI - 2009 103

Essa austenita que não se transformou (austenita retida) pode se transformar depois de algum

tempo. Isso provoca uma variação dimensional da peça que poderá causar uma trinca.

Nesses casos, recomenda-se fazer mais de um revenimento. No primeiro, a austenita retida se

transformará em martensita; observa-se um aumento de dureza. Em seguida, em um segundo

revenimento, as tensões da martensita serão aliviadas e o material se estabilizará.

Outro tratamento que pode ser executado nesses aços é o tratamento subzero.

Tratamento subzero

Consiste em se resfriar o aço a temperaturas muito inferiores a ambiente, para que ele atinja a

linha de fim da transformação martensítica Mf, na curva T.T.T.

Recorre-se a esse tratamento quando a estabilidade dimensional de ferramentas ou calibres situa-

se em faixas muito apertadas de tolerância.

Normalmente o primeiro tratamento subzero é executado após um primeiro revenimento, pois

seria fatal para a peça um resfriamento direto da temperatura de austenitização.

Em instrumentos de alta precisão podem ser adotadas séries de cinco a seis ciclos sucessivos de

resfriamentos subzeros e revenimentos.

Os meios usados podem ser uma mistura de gelo seco em álcool (-700C) ou nitrogênio líquido (-

1950C).

A figura abaixo apresenta a curva T.T.T. do aço SAE D3 que apresenta forte tendência à retenção

de austenita após a têmpera. Devido a essa tendência, recomenda-se resfriar o material a

temperaturas de –70 a –800C, logo após a têmpera, seguido de revenimento normal.


SENAI - 2009 104

Curva T.T.T. aço SAE D3 – (Villares VC130)

Composição 2,00%C, 12,00%Cr

A figura seguinte mostra a variação da dureza em função da temperatura usada para revenir.

Curva de revenimento para o aço SAE D3.

A experiência foi feita com corpos de prova quadrados

com 20mm de lado, austenitizados a 9600C

e revenidos na temperatura indicada por uma hora.

Têmpera superficial

Na têmpera superficial produz-se uma mudança da estrutura cristalina localizada apenas na

superfície do aço, que adquire as propriedades e características típicas da estrutura martensítica.

Esse processo tem como objetivo aumentar consideravelmente a resistência ao desgaste na

superfície e manter a tenacidade do núcleo.


SENAI - 2009 105

Devem ser empregados aços de 0,3% a 0,6% de teor de carbono.

A têmpera superficial pode ser realizada por dois processos: chama e indução.

Têmpera por chama

O aquecimento da peça é feito por meio da incidência de uma chama oxiacetilênica na superfície

da peça, a uma temperatura acima da zona crítica (7230C), atingindo uma camada

predeterminada a endurecer; em seguida é feito um resfriamento por jateamento de água.

Existem vários métodos de aquecimento. As duas próximas figuras mostram os tipos de

aquecimento para têmpera superficial:

- Circular e linear.

Têmpera superficial circular

método combinado progressivo-giratório


SENAI - 2009 106

Têmpera superficial linear

Têmpera superficial por indução

O calor para aquecer a peça até a temperatura de austenitização pode ser gerado na própria peça

por indução eletromagnética.

A peça a ser temperada é colocada dentro de uma bobina. Um gerador fornece a corrente elétrica

de alta freqüência, que cria um campo magnético na bobina. Esse campo magnético provoca um

fluxo de corrente elétrica na peça (princípio da indução). O aquecimento da peça é gerado pela

resistência do material ao fluxo da corrente elétrica.

Processos de têmpera superficial por indução.

Alcançada a temperatura de têmpera, resfria-se rapidamente a peça por meio de um jato de água

ou óleo.

Tratamentos termoquímicos


SENAI - 2009 107

Os processos termoquímicos são aplicados nos aços com baixo teor de carbono com o objetivo

de aumentar sua dureza superficial e a resistência ao desgaste, mantendo o núcleo dúctil e tenaz.

Absorvendo um elemento endurecedor, o material modifica sua composição química superficial.

Os tratamentos termoquímicos mais usados são:

• Cementação

• Nitretação

• Boretação

Esses tratamentos são feitos com substâncias sólidas, líquidas ou gasosas.

Cementação

A cementação se aplica a aços com até 0,25% de carbono e com baixo teor em elementos de

ligas.

O aço é colocado em um meio

rico em carbono e aquecido a

uma temperatura acima da

temperatura de transformação

em austenita, pois neste estado

ele consegue dissolver melhor o

carbono. A profundidade de

penetração do carbono depende

do tempo de cementação.


SENAI - 2009 108

Como o processo se dá por

difusão, a camada superficial

apresentará grande saturação do

elemento carbono, decrescendo

em direção ao núcleo como

mostra a figura ao lado.

Difusão do carbono na cementação

Temperatura de cementação

As temperaturas de cementação mais elevadas favorecem a penetração reduzindo o tempo de

cementação, porém, conferem uma granulação mais grosseira, o que reduz os limites de

resistência a tração, torção, flexão, etc.

Os valores mais usuais de temperatura de cementação oscilam de 8500C a 9500C.

Tempo de cementação

O tempo de cementação é determinado em função da espessura da camada cementada

desejada, da temperatura e do meio cementante. Obviamente, quanto maior for o tempo e mais

alta a temperatura, mais profunda será a camada.

Meios de cementação

A cementação, quanto aos meios cementantes (tabela abaixo), pode ser:

• Sólida (caixa)

• Liquida (banho em sais fundidos)

• Gasosa (fornos de atmosfera)

Cementação Meios cementantes

Sólida

Carvão vegetal duro

Carvão coque 20%

Ativadores 5 a 10%

Líquida

Cianetos de sódio

Cianetos de bário

Cianatos de sódio

Cianatos de bário

Outros sais

Gasosa

Gás metano

Gás propano, etc.


SENAI - 2009 109

Aplicação da cementação

Peças como engrenagens, eixos, parafusos, etc., que necessitam de resistência mecânica e de

alta dureza na superfície e núcleo dúctil com boa tenacidade.

Nitretação

A nitretação, semelhantemente à cementação, é um tratamento de endurecimento superficial em

que se introduz superficialmente nitrogênio no aço até uma certa profundidade, a uma

temperatura determinada em ambiente nitrogenoso.

Exemplos:

34 Cr A l Mo 5

31 Cr Mo 12

34 Cr A l Ni 7

A nitretação é realizada com os seguintes objetivos:

• Obtenção de elevada dureza superficial, maior do que nos outros processos, exceto na

boretação;

• Aumento da resistência ao desgaste;

• Aumento da resistência à fadiga;

• Aumento da resistência à corrosão;

• Melhoria de resistência superficial ao calor.

A nitretação é realizada com temperatura inferior à zona crítica de 500 a 5600C, tornando as

peças menos suscetíveis a empenamentos ou distorções. Após a nitretação não há necessidade

de qualquer tratamento.

A nitretação pode ser feita em meio líquido ou gasoso, devendo ser aplicada em peças

temperadas. O nitrogênio introduzido na superfície combina-se com o ferro, formando uma

camada de nitreto de ferro de elevada dureza.

Na nitretação gasosa, o elemento nitretante é a amônia que se decompõe, parcialmente,

fornecendo o nitrogênio.


SENAI - 2009 110

Nesse processo, o tempo de formação da camada é muito grande, como mostra o gráfico

seguinte.

Diagrama da nitretação gasosa

Na nitretação líquida, o meio nitretante são banhos de sais fundidos, em geral cianetos e cianatos,

responsáveis pelo fornecimento do nitrogênio.

A nitretação líquida apresenta vantagens sobre a gasosa, pois confere ao aço camadas mais

profundas em menos tempo e reduz a possibilidade de deformações. Oferece bons resultados

também para os aços comuns ao carbono.

O gráfico abaixo nos mostra a influência do carbono e das ligas na profundidade da camada

nitretada.

Diagrama de nitretação líquida


SENAI - 2009 111

Boretação

É o processo mais recente dos tratamentos superficiais nos aços liga, ferro fundido comum e

nodular.

O processo se efetua em meio sólido de carboneto de boro a uma temperatura de 8000C a 1

0500C. O composto formado na superfície é o boreto de ferro, com dureza elevadíssima, na faixa

de 1 700 a 2 000 vickers.

A alta dureza da camada boretada oferece elevada resistência ao desgaste e, inclusive, elevada

resistência à corrosão.

Essa camada é resultado do tempo de boretação. Um aço SAE 1 045 boretado a 9000C

apresentou o seguinte resultado:

• Camada 100µ em 4 horas



O aço boretado é usualmente temperado e revenido.

Resumo dos ciclos de tratamentos térmicos


SENAI - 2009 112

Tratamento Finalidade

Remover tensões de trabalhos mecânicos a

frio ou a quente.

Reduzir dureza.

Melhorar a usinabilidade.

Obter granulação mais fina.

Eliminar tensões internas originadas na

fundição, forjamento ou laminação.

Aumenta a dureza, resistência a tração.

Aumenta a dureza superficial e mantém o

núcleo da peça dúctil e tenaz.

Aumenta a dureza superficial, resistência a

fadiga, a corrosão, melhora a resistência

superficial a calor.


SENAI - 2009 113

Exercício

Preencha os quadros a seguir de acordo com o gráfico.


SENAI - 2009 114


1. Qual a propriedade que a têmpera confere aos aços e como se realiza a operação?

2. Compare a estrutura do aço existente antes da têmpera com a estrutura formada após a

têmpera.

3. Quais são os fatores (e suas características) que influem nos tratamentos térmicos?

4. Consulte as curvas T.T.T. do aço 43MnCr6, determine as estruturas em porcentagem e a

dureza em HRC, aplicando a curva de velocidade de resfriamento IV.

5. Defina as faixas de temperatura para os seguintes processos: recozimento – normalização –

revenimento e beneficiamento.

6. Qual a finalidade do processo de recozimento, normalização e beneficiamento?

7. Quais as finalidades dos processos de têmpera superficial?


SENAI - 2009 115

8. Quais os tipos de aços indicados para os processos de têmpera superficial?

9. Que tipos de aço podem ser utilizados para os processos de cementação e nitretação?

10. Quais os objetivos e vantagens da nitretação?


SENAI - 2009 116

Metais não-ferrosos e ligas

Objetivos


Conhecer


• Classificação dos metais em leves ou densos;

• Processos de obtenção.

Saber


• Propriedades e aplicação dos materiais não-ferrosos;

• Características e simbologia nas normas usando tabelas;

• Características e aplicações de ligas metálicas.

Ser capaz de


• Interpretar e especificar as normas dos materiais não-ferrosos e suas ligas através do uso das

tabelas;

• Selecionar o material adequado em função das propriedades exigidas.

Introdução

Os metais não-ferrosos têm aumentado cada vez mais a sua importância no mundo moderno,

quer substituindo o ferro, quer formando ligas com o ferro para melhorar as suas características.


SENAI - 2009 117

Podemos classificá-los em dois grandes grupos:

1. Metais pesados cuja densidade é maior ou igual a 5kg/dm3.

2. Metais leves cuja densidade é menor que 5kg/dm3.

A maioria dos metais puros são moles e têm baixa resistência a tração. Mas essas propriedades

podem ser melhoradas pela adição de elementos de liga.

Pela adição de elementos de liga quase sempre aumentam-se a dureza e a resistência a tração,

diminui-se o alongamento, e a condutibilidade elétrica piora.

A obtenção dos metais

Os minérios de onde são retirados os metais, além do próprio metal, contêm também impurezas,

tais como: oxigênio, hidrogênio e enxofre. A quantidade (porcentagem) de metal varia em função

do tipo de minério.

O quadro abaixo mostra esquematicamente o processo de obtenção da maioria dos metais.


SENAI - 2009 118

Para obter um metal quase que totalmente puro (99,99%) usam-se normalmente outros processos

além do processo normal de obtenção do metal siderúrgico, os quais dependem do tipo de metal.

Normalização

Segundo DIN 1700

Para metais puros escreve-se o símbolo do elemento químico seguido do grau de pureza.

Designação de metais puros

Zn

símbolo

99,99

grau de pureza

Para ligas adota-se a seguinte forma:

Produção ou

aplicação

Composição

Propriedades

especiais

G = Fundido

GD = Fundido a

pressão

GK = Fundido

em coquilha

Gz = Fundido por

centrifugação

V = Liga prévia de

adição

Gl = Met. antifricção

para mancais

L = Metal para solda

1. Símbolo químico

do metal base

2. Símbolo químico

dos elementos de

liga seguidos de

seu teor em

porcentagem

F-40 = Resistência a

tração em

kgf/mm2

W = mole

h = duro

Wh = dureza de

laminado

Zh = dureza de

trefilado

P = dureza de

prensagem

150Hv = dureza

vickers

bk = brilhante

gb = decapado

g = recozido

dek = oxidável

com efeito

decorativo

Exemplos:

1. GD-Zn A l 4 Cu1 → Liga de zinco fundido sob pressão com 4% de A l , 1% de Cu.


SENAI - 2009 119

2. A l Cu Mg1 F40 →Liga de alumínio com 1% de Cu e resistência a tração de 40kfg/mm2 ≅

390N/mm2.

Exercício

Explique as denominações das ligas abaixo:

G l Sn80

A l Cu Mg1 W

A l Mg Si1 dek F28

Gk Cu A l 10 Ni

Metais não-ferrosos pesados

Cobre(Cu)

Propriedades: é um metal de cor avermelhada, bom condutor de eletricidade e calor, resistente a

corrosão, dúctil e maleável (pode atingir mais de 90% de deformação a frio, sem recozimento

intermediário).

Propriedades do cobre

Densidade 8,96g/cm3

Ponto de fusão 1 0830C

Resistência a tração 200...360N/mm2

Alongamento 50...35%

Coeficiente de dilatação

térmica

16,5X10-6cm/cm/0C

(200C)

É utilizado para transmissão de energia elétrica (fios, chaves, conexões) e energia térmica

(trocadores de calor).

Quando são necessárias propriedades mecânicas mais elevadas, usam-se ligas de cobre.

Liga cobre-zinco (latões)

São ligas de cobre e zinco onde o teor de zinco varia de 5 a 50%, podendo ainda conter outros

elementos de liga como o chumbo, estanho e alumínio em pequenos teores.


SENAI - 2009 120

Exemplos de liga cobre-zinco

Cu Zn30 F43

Cu Zn20 Al F35

Cu Zn39 Sn F35

Liga cobre-estanho (bronzes)

Os bronzes são ligas de cobre com estanho (2 a 16%). À medida que cresce o teor de estanho,

aumenta a resistência mecânica e diminui a ductilidade. As propriedades mecânicas podem ser

melhoradas com a adição de até 0,4% de fósforo que atuará como desoxidante, dando origem ao

chamado bronze fosforoso.

O chumbo é adicionado para melhorar as propriedades de antifricção, a usinabilidade e a

estanqueidade (de peças fundidas); o zinco é adicionado para atuar como desoxidante (nas peças

fundidas) e melhorar a resistência mecânica.

Exemplos de liga cobre-estanho

Cu Sn8 F53

Cu Sn6 Zn F70

Liga cobre-níquel e liga cobre-níquel-zinco (alpacas)

As alpacas contêm de 45 a 70% de cobre, 10 a 30% de níquel e o restante de zinco.

Exemplo de alpaca

Cu Ni25 Sn5 Zn2 Pb2

São utilizadas para confecção de peças decorativas, talheres e utensílios semelhantes, molas de

contato de equipamentos elétricos e telefônicos, arames de resistores elétricos, válvulas

hidráulicas.

Liga cobre-alumínio

São utilizadas para confecção de cestos de decapagem, sapatas de laminador, engrenagens

internas, bombas resistentes a álcalis, assentos de válvulas, hastes, hélices navais, mancais,

buchas.

Exemplos de liga cobre-alumínio

Cu A l 10 Fe1

Cu A l 11 Fe5 Ni5


SENAI - 2009 121

Propriedades mecânicas

Liga

Limite de

resistênci

a a tração

kgf/mm2

Alongamento

%

Dureza

brinell

Uso

Cu – ETP*

22 – 45 48 – 6 45 – 105

Cabos condutores de eletricidade,

motores, geradores,

transformadores, bobinas.

(latões)

CuZn30

33 – 85 62 – 3 65 – 160

Tubos de trocadores de calor para

água não poluída, cápsulas e roscas

de lâmpadas, cartuchos,

instrumentos musicais, carcaças de

extintores de incêndio, componentes

estampados e conformados (tais

como rebites, pinos e parafusos).

CuZn9Pb2

27 – 40 45 – 12 55 – 105

(Boa usinabilidade e condutibilidade

elétrica). Parafusos, componentes

rosqueados de dispositivos elétricos,

conectores fêmea-macho para

computadores.

(bronzes)

CuSn6

37 – 100 60 – 2 80 – 225

(Possui pequeno teor de fósforo 0,02

– 0,40%). Tubo de condução de

águas ácidas de mineração,

componente para a indústria química,

têxtil e de papel, engrenagens,

componentes de bombas, molas

condutoras de eletricidade, eletrodos

de soldagem.

CuSn10Pb10

18 28 69

Mancais para altas velocidades e

grandes pressões, mancais para

laminadores.

*Cu – ETP → cobre eletrolítico tenaz

Chumbo

É um metal com aspecto exterior característico, pois apresenta uma cor cinza azulada. Sua

superfície de ruptura (recente) é de uma cor branca prateada muito brilhante. É fácil de conhecê-lo

pelo peso: é um material muito denso e macio.


SENAI - 2009 122

Propriedades do chumbo

Densidade 11,3 3dm

kg

Ponto de fusão 0C 3270C

Resistência a tração 15...20 2mm

N

Alongamento 50...30%

O chumbo é muito dúctil, fácil de dobrar, laminar, martelar (a frio). Os tubos são curvados com

auxílio de uma mola, ou enchendo-os de areia fina e seca, ou com ajuda de um aparelho de

curvar.

Liga-se com dificuldades a outros metais, exceto com o estanho, com o qual se produz a solda de

estanho.

É bem resistente a corrosão, pois, quando exposto ao ar, recobre-se de uma camada protetora de

óxido.

Designação do chumbo

Denominação Norma Impureza

Chumbo fino Pb 99,99 0,01%

Chumbo siderúrgico Pb 99,9 0,1%

Chumbo refundido Pb 98,5 1,5%

Precaução

Partículas de chumbo que aderem às mãos podem penetrar no organismo e provocar uma

intoxicação; por isso é indispensável lavar bem as mãos após o trabalho.

Aplicação

É utilizado no revestimento de cabos elétricos subterrâneos e no revestimento de recipientes para

ácidos usados na indústria química.


SENAI - 2009 123

O chumbo fino aplica-se em placas de acumuladores, cristais óticos e proteção contra raios X.

Zinco (Zn)

É um metal branco azulado. Sua superfície de ruptura é formada de cristais que se distinguem

facilmente.

Entre os metais, é o que tem maior coeficiente de dilatação térmica (0,000029/0C). Exposto à

umidade do ar, combina-se com o bióxido de carbono (CO2), formando uma capa cinzenta de

carbonato de zinco (Zn+CO2) que protege o metal.

É muito sensível aos ácidos, que o atacam e destroem, sendo portanto, impossível conservar

ácidos em recipientes de zinco.

Propriedades do zinco

Densidade 7,1 3dm

kg

Ponto de fusão 4190C

Resistência à tração 20...36 2mm

N

Alongamento 1%

As propriedades do zinco podem ser sensivelmente melhoradas por adição de outros metais.

Designação do zinco

Denominação Norma Impureza

Zinco fino Zn 99,95 0,005%

Zinco siderúrgico Zn 99,5 0,5%

Zinco fundido G-Zn.A l 6.Cu 1%

Com liga de alumínio se torna mais resistente, com liga de cobre, mais duro. O magnésio

compensa as impurezas existentes e igualmente o torna mais duro. Também o bismuto, o chumbo

e o tálio melhoram consideravelmente as propriedades do zinco para sua usinagem.

Aplicação

Peças de aço, que estejam sujeitas a oxidação do tempo, devem receber uma zincagem (banho

de zinco) para sua proteção.


SENAI - 2009 124

As ligas de zinco, também chamadas de zamac, são muito utilizadas para obter peças

complicadas através de fundição por injeção. Esse processo facilita a fabricação em série e

aumenta a precisão das peças.

Nome comercial Norma

Zamac 2

Zamac 3

Zamac 5

Zamac 610

Zn A l 4 Cu3

Zn A l

Zn A l 4 Cu

Zn A l 6 Cu

Essas ligas são usadas na confecção de maçanetas, componentes de relógio, botões de controle,

brinquedos (particularmente em miniaturas), componentes de máquinas de escrever, de calcular e

de eletrodomésticos.

Estanho (Sn)

É um metal branco azulado e macio que se funde facilmente e é resistente a corrosão.

Dobrando-se uma barra de estanho, ouve-se um ruído como se o metal estivesse trincado. Esse

ruído é produzido em conseqüência do deslizamento dos cristais, que atritam entre si (grito do

estanho).

Não se altera quando em contato com ácidos orgânicos ou quando exposto às intempéries.

Propriedades do estanho

Densidade 7,3kg/dm3

Temp. de liquefação 2320C

Resistência a tração 40...50N/mm2

Ductilidade 40%

Em temperaturas inferiores a –150C, o estanho se decompõe formando um pó de cor cinzenta.

O estanho puro não é empregado em construções de peças devido a sua pequena resistência a

tração.

Graças a sua grande ductilidade podem-se laminar folhas muito delgadas, de até 0,008mm de

espessura.

O estanho é muito fluido no estado fundido e adere muito bem ao aço.


SENAI - 2009 125

Liga-se perfeitamente com outros metais, tais como: cobre, chumbo e antimônio.

A solda de estanho é possível sobre latão, aço e aço fundido.

Símbolo Aplicação

Sn 99,9 Para revestir aço usado para embalar alimentos (folha de flandres).

L – Sn50 Pb Sb Solda para indústria elétrica (temperatura de fusão 1830C..2150C).

L – Sn60 Pb Ag Solda para a indústria eletrônica (temperatura de fusão 1780C..1800C).

Metais leves

Alumínio puro

A figura seguinte mostra o

processo de obtenção do alumínio

por meio da energia elétrica. A

matéria-prima é o minério bauxita,

que é submetido a diversos

processos para secagem,

separação das impurezas e

transformação em óxido de

alumínio puro.

Obtenção do alumínio

O óxido de alumínio é transformado em alumínio puro por eletrólise (decomposição por corrente

elétrica em alumínio e oxigênio). Pode ser transformado em produtos fundidos ou laminados.

Propriedades

É um metal muito macio e muito dúctil. Pode ser identificado pela sua cor branca prateada. É bom

condutor de calor e de corrente elétrica. Tem uma grande resistência a corrosão e liga-se muito

bem a outros metais.

Propriedades do alumínio puro

Densidade 2,7kg/dm3


SENAI - 2009 126

Ponto de fusão 6580C

Resistência a tração 90 – 230N/mm2

Ductilidade 20%...35%

Em contato com o ar se recobre de uma camada muito delgada de óxido que protege o metal

(A l +O2 →A l 2O3).

Por causa de sua capacidade de alongamento é fácil de dobrar, trefilar e repuxar. Pode ser

usinado com grandes velocidades de corte e grandes ângulos de saídas na ferramenta (γ).

Velocidade de corte do alumínio em m/min

Ferramenta/ Operação

Aço rápido γγγγ = 350 a 400

Metal duro γγγγ = 300 a 350

Tornear Furar Fresar

120 – 180 50 – 200 200 – 380

250 – 700 90 – 300 até 1 200

Aplicações do alumínio puro (em função da pureza)

Denominação Designação Impurezas

em % Formas Emprego

Alumínio puro 99,8

Al 99,8 0,2 Produtos químicos para altas exigências.

Alumínio puro 99,5

Al 99,6 0,5 Eletrotécnica, produtos químicos, construções navais.

Alumínio puro 99

Al 99 1 Usos gerais, exceto peças sujeitas à ação de agentes químicos, por exemplo: baterias de cozinha.

Alumínio extra-puro 99,99

Al 99,99 0,01

Em semi-produtos como: chapas, tiras, tubos, perfis, peças prensadas, arames e barras.

Usos químicos, joalheria.

Ligas de alumínio

Quando o alumínio é ligado a outros metais, obtêm-se ligas de alta resistência e dureza, enquanto

que suas maleabilidade e condutibilidade elétrica diminuem.

As ligas de alumínio com cobre, zinco, magnésio e silício podem ser submetidas a um tratamento

especial de têmpera. Esse processo aumenta a dureza e mais ainda a resistência a tração (duas

vezes).

As ligas podem ser classificadas em:

• Ligas de laminação

• Ligas de fundição


SENAI - 2009 127

Ligas de alumínio de laminação

São transformadas por laminação, trefilação e trabalhos com prensa em chapas, tiras, barras,

tubos e perfis.

Ligas de alumínio fundido

São fundidas em areia, coquilha e sob pressão.

As peças moldadas sob pressão são obtidas injetando-se o metal líquido a alta pressão em

moldes de aço. Esse processo é aplicado para peças de alta precisão e boa resistência a tração. Ligas de alumínio – Norma DIN 1725 Ligas laminadas Composição Usos A l CuMg ±4% Cu

0,2 – 0,8% Mg Peças leves para alto esforço mecânico.

A l MgSi 0,6 – 1,6% Mg 0,6 – 1,6% Si

Presta-se para soldar e polir e possui alta resistência a corrosão.

Ligas fundidas G-A l Si10Mg 9 – 11% Mg

0,2 – 0,4% Mg Usada em carcaças e engrenagens. Possui alta resistência a tração (220 N/mm2) e é soldável.

G-A l Mg10 9 – 11% Mg Para peças da indústria química e aeronáutica.

Oxidação anódica

Permite melhorar a resistência a corrosão de certas ligas de alumínio. Na oxidação anódica, as

peças de alumínio recebem, depois de sua elaboração, uma camada protetora de óxido reforçado

por oxidação elétrica. Essa camada é muito dura e resiste muito bem a intempéries. As chapas

das ligas Al Cu Mg são recobertas por uma fina camada de alumínio puro ou por uma liga isenta

de cobre, por laminação a quente, para que não escureça.

Ligas de magnésio

O magnésio é um metal leve (δ = 1,74kg/dm3). O magnésio puro não pode ser empregado como

material para construção, somente suas ligas encontram aplicações industriais.


SENAI - 2009 128

As ligas são obtidas com resistência satisfatória com adições de alumínio, zinco e silício. Podem

ser soldadas e se fundem facilmente.

Ligas de magnésio

Liga Composição

G – Mg Al 9 Zn1 8,3 a 10% A l

0,3 a 1,0% Zn

0,15 a 0,3% Mn

Propriedades

Densidade 1,8kg/dm3

Resistência a tração 24 a 28 kp/mm2

Alongamento 10 a 6%

Para melhorar a resistência a corrosão, as peças de ligas recebem um tratamento depois de

usinadas: um banho de ácido nítrico e dicromato de álcalis, que forma em sua superfície uma

capa amarelada.

Aplicações

As ligas de magnésio são utilizadas na confecção de carcaça de motores e mecanismos portáteis

que devem ser leves, tais como, serras e roçadeiras portáteis.

Precauções

Os cavacos finos que são produzidos durante a usinagem podem inflamar-se e provocar incêndio.

Para esfriar os cavacos de magnésio usa-se areia, cavacos de ferro-fundido, jamais água.


1. Como é feita a designação dos metais não-ferrosos puros?

2. Comente a obtenção dos metais não-ferrosos.

3. Como é feita a designação das ligas não-ferrosas?


SENAI - 2009 129

4. Quais as propriedades mais importantes do cobre, do chumbo, do zinco e do estanho?

5. Quais as aplicações do Al, Mg, Zn, Cu e Pb?

6. Ordene os metais abaixo em função de sua resistência a tração:

Zn, Cu, Al e Pb.

7. Quais as propriedades e aplicações do latão?

8. O que significa a seguinte designação do alumínio: Al 99,5?

9. Quais as propriedades e aplicações do alumínio?

10. Quais as propriedades e aplicações das ligas de magnésio?


SENAI - 2009 130

Sinterização

Objetivos


Conhecer


• Processo de sinterização;

• Princípio da normalização de peças sinterizadas.

Saber


• Características físicas e mecânicas das peças sinterizadas;

• Propriedades das peças sinterizadas e aplicação na confecção de ferramentas.

Metalurgia do pó ou sinterização

A metalurgia do pó é a técnica metalúrgica que consiste em transformar pós de metais, óxidos

metálicos, carbonetos ou mesmo substâncias não-metálicas em peças com resistência adequada

à finalidade a que se destinam sem recorrer à fusão, empregando-se pressão e calor.


SENAI - 2009 131

Processo de sinterização

Processo de sinterização


SENAI - 2009 132

Fabricação dos pós

Para obter pós metálicos existem vários processos. O mais comum consiste em se injetar ar

comprimido ou água sobre o metal líquido.

Obtenção de pós metálicos por meio de pulverização

Esse pó passa por um tratamento de secagem e um recozimento para desoxidação. De acordo

com as propriedades exigidas na peça, são misturados vários tipos de pós com a adição de

lubrificantes para facilitar a compactação.

Compactação

É uma operação básica do

processo de sinterização. O pó é

colocado em matrizes que estão

montadas em prensas de

compressão, onde é comprimido a

pressões determinadas em função

de sua composição e das

características finais que se

desejam nas peças sinterizadas

Operação de compactação


SENAI - 2009 133

As pressões de compactação exigidas na metalurgia do pó variam em função dos materiais

(tabela abaixo), das características finais desejadas das peças sinterizadas e da quantidade e

qualidade do lubrificante adicionado à mistura para facilitar a compactação.

Materiais Pressão

KN/cm2

Peças de latão 4,0 a 7,0

Buchas autolubrificantes de bronze 2,0 a 3,0

Escovas coletoras

Cu – grafite 3,5 a 4,5

Metal duro 1,0 a 5,0

Peças de aço

baixa densidade

média densidade

alta densidade

3,0 a 5,0

5,0 a 6,0

6,0 a 10,0

Peças que devem ter alta densidade, elevada dureza e resistência a tração são compactadas a

quente, é o caso por exemplo do metal duro.

Sinterização

Consiste no aquecimento das peças comprimidas a temperaturas específicas.

A temperatura de sinterização de pós de uma só substância é de 60 a 80% da sua temperatura de

fusão, e em caso de pós de várias substâncias essa temperatura é ligeiramente superior à

temperatura de fusão da substância de menor ponto de fusão.

A temperatura de sinterização de alguns materiais está indicada na tabela seguinte.

Temperatura de sinterização de alguns materiais

Materiais 0C

Bronze fosforoso 600 a 800

Ferro e aço 1 000 a 1 300

Metal duro 1 400 a 1 600

A sinterização é feita em forno com gás protetor ou a vácuo para evitar a oxidação. O tempo é de

30 a 150 minutos.


SENAI - 2009 134

Em peças em que se deseja uma alta densidade e melhores propriedades de resistência, volta-se

a prensar e a sinterizar (duplo prensado e sinterizado).

Princípio da sinterização

As partículas só têm contato em poucos pontos; por isso, o efeito da coesão é muito baixo.

Através de uma alta pressão (40-80kN/cm2) a secção de contato aumenta, ou seja, a força de

coesão também aumenta.

Durante o aquecimento ocorre um fluxo plástico (temperatura próxima à fase líquida).

Nos contornos dos grãos os átomos são deslocados e formam novos grãos. Os novos grãos

diminuem os poros e formam uma nova estrutura com grande densidade.

Efeitos da sinterização – esferas de cobre

a 1020ºC (ampliação 300X).

Calibragem

Após a sinterização, prensam-se as peças em uma ferramenta (matriz) para melhorar a precisão

dimensional e a qualidade superficial.

Acabamento final

As peças sinterizadas podem sofrer operações de usinagem, tratamentos térmicos e tratamentos

superficiais.

• Tratamentos térmicos

Para melhorar a resistência a tração e a dureza de aços sinterizados pode-se

recorrer a tratamentos térmicos como a têmpera, cementação ou carbonitretação.

• Tratamentos superficiais

Para melhorar a resistência a desgaste e a corrosão empregam-se tratamentos

superficiais como a oxidação (tratamento com vapor de água), cromeação,

fosfatação, etc.


SENAI - 2009 135

Normalização

A normalização dos materiais sinterizados é feita em função da porosidade.

Designação

Classe de

material

Volume

de material

em %

Porosidade

em %

Aplicação

AF < 73 > 27 Filtros

A 75 25 Mancais

B 80 20 Mancais

Peças de perfis

C 85 15 Peças de perfis

D 90 10 Peças de perfis

Numeração Material

00 Ferro sinterizado

10 Aço

20 Aço com cobre

30 Aço/Cu/Ni

50 Cu Sn

54 Cu Ni Zn

Exemplos:

Sint AF 50

Bronze

Porosidade – 27%

Volume de material – 73%

Para filtros

Sint D 10

Aço sinterizado

Porosidade – 10%

Volume de material – 90%

Para peças de perfis


SENAI - 2009 136

Aplicações de materiais sinterizados

Filtros

Materiais sinterizados com grande volume de poros, como por exemplo aço cromo – níquel (Sint

A41) ou bronze sinterizado (Sint A50), são utilizados para filtros de gases e líquidos.

Buchas

Buchas de bronze sinterizadas podem absorver até 30% de seu próprio volume de óleo que ao

ser aquecido sai dos poros lubrificando as superfícies de contato (figura a seguir). Buchas

sinterizadas de bronze com grafite ou bissulfeto de molibdênio não necessitam de lubrificante

líquido. Com o deslizamento sobre pressão, forma-se na superfície de contato uma película com

baixo coeficiente de atrito que tem a função do lubrificante líquido.

Escovas coletoras

O emprego de sinterizados de grafite com cobre na fabricação de escovas coletoras oferece

vantagens sobre o grafite já que possui maior condutividade elétrica.

Escovas coletoras

Peças de precisão


SENAI - 2009 137

Os materiais sinterizados podem, ainda, ser utilizados na confecção de engrenagens e peças de

formas complexas de automóveis e eletrodomésticos.

Peças sinterizadas

Ferramentas de metal duro

Ferramentas de corte, matrizes para compactação e componentes de instrumentos de precisão

podem ser fabricados de metal duro.

O metal duro é composto de carbonetos de tungstênio, de titânio e de tântalo, mais cobalto, que

atua como elemento de liga. Esses elementos são submetidos a altas temperatura e pressão no

processo de sinterização.

A ferramenta sinterizada de metal duro possui excelente rendimento na usinagem a alta

velocidade de corte, mantém o corte a elevadas temperaturas e tem maior vida útil que as

ferramentas de aços rápidos.

Durezas dos materiais para ferramentas


SENAI - 2009 138

Ferramentas cerâmicas

Os materiais cerâmicos, tais como, A l 2O3, SiO2, unidos com metais como Co, Cr, Fe são

sinterizados para produzir ferramentas de corte (ferramentas cerâmicas).

Materiais cerâmicos e metálicos não podem ser ligados, só sinterizados, chamam-se também

cermets, ou seja, cerâmica + metais.

Depois de sinterizadas, as pastilhas de corte têm as propriedades dos materiais brutos, tais como:

a dureza de A l 2O3 e a resistência à tração do Cr. Os pós dos metais servem como aglutinantes.

Exemplo: Co.

A velocidade de corte desse material é mais elevada do que as indicadas para o metal duro. As

pastilhas são de baixo custo e não são retificadas após o uso.


1. Descreva as etapas fundamentais do processo de sinterização.

2. Quais os materiais que podem ser aplicados na sinterização?

3. Que vantagens oferece o processo de compactação a quente?

4. Descreva o princípio da sinterização.

5. Dê alguns exemplos de aplicação de peças sinterizadas.

6. Explique as seguintes normas de peças sinterizadas:

Sint – A20

Sint – C50

Sint – B54


SENAI - 2009 139

Corrosão dos metais

Objetivos


Conhecer


• Definição de corrosão;

• Tipos de corrosão;

• Proteção dos metais por revestimentos metálicos e não-metálicos.

Saber


• Princípio da corrosão em função do potencial elétrico dos materiais;

• Linha de voltagem;

• Mecanismo da corrosão química, eletroquímica e intercristalina;

• Aplicação dos diversos tipos de proteção à corrosão.

Ser capaz de


• Evitar a corrosão das peças utilizando os tipos adequados de proteção;

• Utilizar corretamente os materiais de proteção em função de seus potenciais elétricos.


SENAI - 2009 140

Introdução

Nunca a questão da proteção dos metais contra a corrosão foi objeto de tantas pesquisas como

atualmente.

O problema da corrosão é muito complexo; primeiro estudaremos o mecanismo e, em seguida, a

influência dos vários fatores referentes à corrosão.

Definição de corrosão

Se entende por corrosão segundo DIN 50900 a destruição de materiais em conseqüência de

reações (processos) químicas ou eletroquímicas com os meios que os rodeiam.

Os exemplos de várias amostras de metais corroídos classificam a corrosão em dois grupos:

corrosão uniforme e corrosão localizada.

Corrosão uniforme

A corrosão forma uma película uniforme que recobre toda a superfície alterada. Nesse caso,

ocorre uma perda de resistência mecânica proporcional à perda da espessura.

Corrosão do cobre pelo ácido nítrico

Corrosão localizada

A corrosão localizada forma uma superfície rugosa no metal e surgem marcas que diminuem a

resistência a deformação.


SENAI - 2009 141

Exemplo

Chapa de ferro que esteve em contato com água do mar, ou, chapa de alumínio que esteve em

contato com mercúrio são exemplos de corrosão localizada (figura seguinte). O metal é recoberto

de marcas, a superfície é rugosa. A perda do peso é pequena, porém, a capacidade de

deformação e a resistência a tração são reduzidas.

Corrosão localizada

Tipos de corrosão

Corrosão química

Esse tipo ocorre em um metal em contato com um meio corroente (sal, ácido, base, água, ar). Por

exemplo, quando o cobre entra em contato com a água e o ar, forma-se uma camada de

azinhavre, ou seja, carbonato de cobre, resultando na corrosão do metal.

Nos metais ferrosos, quando em contato com meios corroentes, forma-se a ferrugem, que os

destrói lentamente.


SENAI - 2009 142

Quanto maior for o teor do carbono no aço ou no ferro fundido, tanto maior (ou mais forte) será a

corrosão.

Corrosão eletroquímica

Para que ocorra a corrosão

eletroquímica, deve existir um

líquido condutor de eletricidade

chamado eletrólito e dois metais

chamados de eletrodos. A esse

conjunto chamamos célula

galvânica.

Corrosão eletroquímica

São eletrólitos, por exemplo, soluções de água com ácido, base ou sal.

Ao se colocar em contato dois eletrodos de metais diferentes, o metal que tem um potencial

eletroquímico maior (catodo) atrai elétrons do metal que tem menor potencial eletroquímico

(ânodo). O ânodo, que fica com falta de elétrons, liberta então para a solução átomos com falta de

elétrons (íons positivos) gerando a corrosão.

Na célula galvânica da figura anterior, observamos a corrosão do zinco, porque o cobre tem um

potencial de +0,34 volts e o zinco –0,76 volts em relação ao hidrogênio (tabela abaixo). Subtraindo

um do outro teremos:

+0,34 V – (-0,76V) = 1,1V

Material Voltagem (V)

Potássio

Sódio

Magnésio

Alumínio

Zinco

Ferro

Níquel

Estanho

Chumbo

- 2,92

- 2,71

- 2,37

- 1,67

- 0,76

- 0,44

- 0,25

- 0,14

- 0,13

Met

ais

não-

nobr

es

Hidrogênio - 0,00


SENAI - 2009 143

Met

ais

nobr

es

Cobre

Prata

Mercúrio

Platina

Ouro

+ 0,34

+ 0,80

+ 0,85

+ 1,20

+ 1,50

Reação no ânodo

Zn – 2e- → Zn ++

Reação no catodo

2H3O+ + 2e- → H2O + H2

�

O Zn++ entra na solução e este eletrodo é corroído. O gás hidrogênio (H2) vai para a atmosfera e o

eletrodo de cobre se mantém intacto.

Exemplo de corrosão eletroquímica

Para aplicarmos uniões metálicas na

construção mecânica, devemos

conhecer o mecanismo da corrosão

entre diferentes metais. Na figura ao

lado vemos uma união de alumínio

com um rebite de cobre. O cobre é

mais nobre, ou seja, possui um

potencial eletroquímico maior e,

portanto, o alumínio, que é menos

nobre, será atacado e corroído (veja

tabela anterior).

Corrosão por formação de par

eletroquímico

As figuras seguintes nos apresentam problemas de corrosão quando utilizamos materiais em

revestimentos superficiais no ferro. No primeiro caso, o ferro é menos nobre que o estanho e,

dessa forma, quando houver uma descontinuidade da camada de estanho, o ferro será corroído.

No segundo exemplo, o zinco é menos nobre que o ferro e é atacado em primeiro lugar,

protegendo o ferro da corrosão.


SENAI - 2009 144

Ferro estanhado

Ferro galvanizado

O zinco corroe-se com uma velocidade sensivelmente menor que a do aço (101

a 141

).

Corrosão intercristalina

Nesse tipo de corrosão ocorre uma verdadeira rede de fissuras no metal, enquanto a superfície

não apresenta nenhuma alteração visível (figura seguintes). A perda de peso do material é

insignificante, entretanto pode romper-se sob um esforço muito pequeno. Sua resistência elétrica

é aumentada e pode servir para localizar a existência desse tipo de corrosão, pouco visível ao

microscópio.

Corrosão intercristalina

No exemplo da figura acima, o ferro puro é menos nobre que o Fe3C. Os íons, ao se dissolverem,

geram uma decomposição do ferro, provocando um enfraquecimento do material pela destruição

da rede.

Fatores que influem na corrosão

Os fatores que influem na corrosão dependem do metal, da peça usinada e do meio corroente.

A corrosão do metal é maior quando este é heterogêneo.

Os materiais de composição química

heterogênea e com presença de

impurezas se constituem em centros de


SENAI - 2009 145

ataque da corrosão (figura ao lado).

Quanto mais fina é a granulação maior

será o ataque.

Corrosão eletroquímica do ferro por

influência das impurezas

Superfície da peça usinada

O grau de acabamento de uma peça usinada, e os furos e riscos existentes em sua superfície

servem de início para a corrosão.

Meio corroente

É o meio em que se encontra o metal. O tipo de meio corroente (ácido, salino ou básico), sua

composição química, concentração, pureza, temperatura, pressão, viscosidade e estado de

agitação (figura a seguir) influem na corrosão.

Corrosão do zinco em função do meio corroente

Trabalho mecânico

Os trabalhos mecânicos de dobramento, estampagem e forjamento a frio podem favorecer a

corrosão, pois alteram a forma geométrica das peças e podem lhes atribuir impurezas ou

inclusões, o que modifica a resistência do material à corrosão.


SENAI - 2009 146

Proteção dos metais por revestimentos metálicos e não-metálicos

O recobrimento de um metal por uma camada protetora não tem somente a finalidade de protegê-

lo contra a corrosão; pode também aumentar, em certos casos, a sua resistência ao desgaste

(cromagem grossa), corrigir um defeito de usinagem ou embelezar uma peça.

Basicamente existem dois tipos de revestimento:

• Revestimentos metálicos

• Revestimentos não-metálicos

Revestimentos metálicos

A superfície a ser revestida sempre deve ser submetida a um ou mais destes tratamentos:

• Polimento

• Desengorduramento

• Decapagem

Polimento

Operação na qual se obtêm superfícies lisas e brilhantes através da ação de discos de feltros

impregnados com uma massa abrasiva de granulação muito fina. Os discos são aplicados com

uma velocidade periférica em torno de 30 a 35m/s.

As operações de polimento são utilizadas para a desoxidação das peças metálicas de funilaria e

são executadas quando a peça apresenta traços ou depósitos superficiais de óxidos (ferrugem).

O polimento pode ser eletroquímico, também chamado de polimento anódico, que se utiliza do

princípio de metalização galvânica, ou seja, as peças são introduzidas em um eletrólito (ácido

fosfórico, ácido sulfúrico ou ácido crômico) com passagem de corrente contínua. Esse tipo é muito

usado no polimento de instrumental cirúrgico.

Desengorduramento

As operações de desengorduramento precedem à fase final de proteção. São feitas nas peças

antes do acabamento com o objetivo de remover eventuais resíduos de óleo, gordura e outras

substâncias provenientes das operações anteriores e que, na peça, poderiam anular os efeitos da

proteção.

Os processos de desengorduramento podem ser químicos ou eletrolíticos.


SENAI - 2009 147

Produtos usados para desengorduramento

Processo químico

Solventes líquidos Benzina (benzeno)

Vapores de solventes Clorobenzeno Trielina

Soluções alcalinas Soda cáustica Carboneto de sódio

Processo eletrolítico Solução de fosfato lissódico em água

O desengorduramento mediante ação eletrolítica é usado freqüentemente quando se trata de

desengordurar miudezas metálicas ou pequenas peças de série.

Decapagem

A decapagem mecânica é feita com jato de areia ou granalha de FoFo.

Na decapagem química os aços são decapados com soluções sulfúricas ou clorídricas (10%), que

eliminam os óxidos superficiais, mas também podem atacar o ferro subjacente.

Metalização das peças – eletrólise (galvanização)

Pelo processo de galvanização, são depositados sobre a peça o cobre, o níquel, o cromo, o zinco,

o cádmio, a prata e o ouro. Freqüentemente, o depósito de proteção é feito sobre um depósito

primário que favorece a aderência e a opacidade. É assim que o níquel é depositado sobre uma

camada de cobre, o cromo sobre uma camada de níquel, etc.

A peça a ser revestida constitui o catodo de uma célula galvânica (figura seguinte). O eletrólito é

uma solução que contém um sal do metal, que irá ser depositado na peça, e algumas substâncias

destinadas a melhorar o revestimento (melhorar a aderência, o brilho, etc.).

Cobreação eletrolítica


SENAI - 2009 148

O ânodo pode ser do mesmo metal que será depositado na peça, ou de um metal insolúvel, como

por exemplo na eletrodeposição de cromo, usa-se ânodo de chumbo.

A espessura da camada depositada é da ordem de 0,01mm.

Instalação para cromagem grossa

Metais mais usados em metalização

Metais Efeito e aplicação

Zinco e cádmio

Para a proteção do aço contra o ar e a água. O material

depositado é venenoso e não pode ser aplicado em produtos

que servirão para acondicionar alimentos.

Chumbo Proteção contra ácidos sulfúricos.

Estanho

Não é venenoso; pode ser aplicado em produtos para

acondicionar alimentos.

Como proteção de chapas de aço chama-se chapa branca ou

folha de flandres.

Cobre É usado para primeira camada na metalização.

Níquel, cromo e

cobalto

Como protetores contra corrosão e desgaste. Podem ser

facilmente polidos.

Alumínio Serve para a proteção de aço e de ligas não-ferrosas.

Imersão num banho de metal em fusão

A peça a proteger é mergulhada no metal derretido: zinco (galvanização), estanho (estanhagem),

chumbo. Na saída, é enxugada para diminuir e igualar a espessura do metal depositado.


SENAI - 2009 149

Esse processo é utilizado somente com metais muito fusíveis.

Metalização com pistola

Nesse processo, o metal protetor é derretido por meio de um maçarico oxiacetilênico. Um jato de

ar comprimido pulveriza o metal derretido sobre a peça.

As gotículas fundidas na saída da pistola são lançadas sobre a peça a proteger com uma

velocidade tal (da ordem de 100m/s) que, na chegada, chocam-se e se soldam, formando um

depósito muito aderente, de 0,03mm de espessura média.

A superfície da peça deve sofrer um tratamento anterior à metalização, de usinagem, de

jateamento e estar livre de óleos, gorduras ou graxas.

O zinco e o alumínio são cada vez mais empregados para proteger, por esse processo, os metais

contra a corrosão.

Ensaios em vários meios corroentes permitiram determinar a duração da vida média dos

revestimentos como podemos ver na tabela seguinte.

Duração de revestimento de alumínio em atmosfera marinha

Espessura

(mm)

Duração média de vida

(anos)

0,15 a 0,20 5 a 10


SENAI - 2009 150

0,20 a 0,25

0,25 a 0,30

10 a 20

20 a 40

Proteção dos metais por revestimentos não-metálicos

O objetivo desse tipo de proteção é evitar que os meios agressivos ataquem as superfícies das

peças.

Revestimentos orgânicos

São os óleos e graxas normalmente empregados na proteção de peças de aço cujas superfícies

são acabadas e brilhantes, tais como, instrumentos de medição, roscas, etc.

Os óleos e as graxas não devem conter ácidos, para não atacarem as superfícies metálicas.

Pinturas e vernizes

Pintura é um revestimento que, aplicado a uma peça, confere-lhe determinadas propriedades

estéticas e protege sua superfície contra a oxidação e corrosão.

A pintura dever ser flexível e aderente (de forma que acompanhe as possíveis deformações da

peça), impermeável e resistente a choques, resistente aos agentes corroentes e ela deve penetrar

o máximo possível nas depressões ou reentrâncias do material.

Freqüentemente é necessário um revestimento intermediário entre o material e a pintura.

Esse revestimento é vulgarmente conhecido como zarcão, que é produzido à base de óxido de

chumbo e normalmente diluído em óleo de linhaça.

Uma pintura é composta essencialmente de duas partes:

Volátil

São os solventes que desaparecem por evaporação durante a secagem. Seu objetivo é fornecer à

pintura um grau de fluidez que permita sua aplicação em finas camadas.

Não-volátil

É a parte que forma uma película após a secagem. É composta de dois elementos:

• Elementos filmogêneos – formam, durante a secagem, uma película contínua,

aderente e resistente.

• Elementos corantes (pigmentos) – dão cor e opacidade à pintura.


SENAI - 2009 151

Esmaltagem

Os esmaltes são vidros (borossilicatos de Ca, K ou Pb) tornados opacos pelo óxido estânico ou

pela cinza de ossos. São aplicados sobre o metal decapado. Depois da secagem, a fusão se faz

entre 800 a 1 0000C.

Devem ter um coeficiente de dilatação igual ao do metal recoberto e convêm somente para as

peças rígidas ou maciças que não devem sofrer deformações (recipientes para a indústria química

e tinturaria, utensílios de cozinha, etc.).

Modificação química da superfície do metal

Fosfatação

A peça de aço desengordurada é mergulhada numa solução de fosfato ácido de manganês ou de

zinco a 1000C. O aço é atacado. Forma-se, então, um depósito de fosfatos de ferro ±0,01mm

(nomes comerciais: parquerização, bonderização).

Uma pintura precedida de fosfatação eleva consideravelmente a resistência a corrosão de uma

peça.

Oxidação anódica do alumínio (anodização)

As peças de alumínio a oxidar são colocadas no ânodo (+) de uma bacia para eletrólise; o catodo

é uma placa de chumbo, conforme figura abaixo.

Oxidação anódica do alumínio

O banho é de ácido sulfúrico. O oxigênio nascente formado no ânodo dá uma camada protetora

de óxido de alumínio (Al2O3) de 0,04mm.


SENAI - 2009 152

A camada de óxido de alumínio é muito dura e resistente às influências químicas. A camada de

óxido formada não é condutora de eletricidade.

A profundidade da camada anodizada depende da intensidade da corrente elétrica e do tempo de

permanência da peça no banho.

Após a anodização, a peça deve ser colocada em água a 900C para diminuir a porosidade da

camada de óxido. Se adicionarmos corante a essa água, ele entrará nos poros dando um efeito

decorativo à peça.

O processo de anodização só pode ser aplicado em peças de alumínio ou de ligas desse metal.


1. Comente os dois grupos de corrosão (uniforme e localizada).

2. Quais os fatores que influem na corrosão?

3. Quais são os tipos de corrosão conhecidos?

4. Descreva a corrosão eletroquímica.


SENAI - 2009 153

5. Na proteção dos metais por revestimento metálico, qual é o tratamento preliminar que se deve

dar às peças?

6. Por que razão o estanho não pode ser utilizado para a proteção do aço?

7. Quais são os três processos usados na metalização das peças?

8. Comente a proteção dos metais por revestimentos não-metálicos (pintura e esmaltagem).

9. Comente a proteção dos metais por modificação superficial do metal a ser protegido

(fosfatação e oxidação).


SENAI - 2009 154

Ensaios de materiais

Objetivos


Conhecer


• Finalidade dos ensaios;

• Classificação dos ensaios: simples, destrutivos e não-destrutivos.

Saber


• Como se processam e interpretam os ensaios simples.

Ser capaz de


• Determinar de forma simples falhas e características físico-químicas de materiais.

Introdução

Na unidade “Classificação e características de materiais”, falamos sobre as principais

propriedades de materiais e a importância em conhecê-las.

Nesta unidade, estudaremos a forma pela qual determinamos as propriedades dos materiais, ou

seja, estudaremos os ensaios de materiais.


SENAI - 2009 155

Propriedades de materiais

Materiais metálicos podem ser classificados, segundo suas propriedades, da seguinte maneira:

• Propriedades físicas em geral: dimensões, forma, densidade, porosidade, misturas

constituintes, macro e microestruturas, calor específico, condutibilidade elétrica, etc.

• Propriedades químicas e físico-químicas: componentes químicos, acidez, resistência a

corrosão, etc.

• Propriedades mecânicas: resistência mecânica (estática e dinâmica), elasticidade,

plasticidade, fragilidade, ductilidade.

Para determinar qualquer dessas propriedades faz-se necessário realizar um ensaio específico.

Ensaios mecânicos

Antes de nos aprofundarmos no estudo dos ensaios mecânicos, valos citar algumas das mais

importantes finalidades dos ensaios dos materiais.

Os ensaios dos materiais têm as seguintes finalidades:

• Permitir a obtenção de informações rotineiras da qualidade de um determinado produto -

ensaios de controle.

• Desenvolver novas e melhores informações sobre materiais conhecidos, ou então desenvolver

novos materiais.

• Obter medição precisa das propriedades ou constantes físicas.

Os ensaios podem ser classificados em:

• Ensaios simples na oficina

• Ensaios destrutivos

• Ensaios não-destrutivos


SENAI - 2009 156

Normalização dos ensaios

Evidentemente, os ensaios não traduzem valores absolutos e imutáveis. Os ensaios podem ser

realizados na própria peça ou em um corpo de prova, entretanto os valores obtidos vão refletir

sempre uma situação particular. Por esse motivo, adota-se um fator de segurança para garantir

que as peças suportem os esforços reais a que serão submetidas.

Devemos, ainda, normalizar o ensaio, ou seja, especificar o método empregado, dimensões e

método de fabricação do corpo de prova.

A normalização dos ensaios e dos materiais leva a inúmeras vantagens, dentre as quais

destacamos:

• Reduz o desentendimento entre produtor e consumidor.

• Torna a qualidade de produção mais uniforme.

• Reduz os tipos similares de peças e materiais.

• Diminui o custo unitário de produção.

• Orienta o projetista na escolha do material existente.

• Permite a comparação de resultados obtidos em diferentes laboratórios, pela adoção do

mesmo método.

Ensaios simples na oficina

Por meio desses tipos de ensaios não se obtêm valores precisos, apenas conhecimentos de

propriedades específicas dos materiais.

Ensaio virtual

É utilizado para controlar a qualidade de superfícies (por exemplo, acabamento superficial de aço

laminado) bem como para distinguir os metais em função de suas cores (aço, latão, cobre, etc.).

É utilizado, também, para verificar defeitos de porosidade, fissuras e trincas.

Ensaio com lima

Utilizamos para verificar a dureza por meio do corte do cavaco.

Os materiais moles são mais facilmente cortados sendo o volume de cavaco bem maior que o de

um material de maior dureza.


SENAI - 2009 157

Ensaio por som

Para verificar trincas em peças fundidas, rebolos, etc. Podemos também distinguir o aço (som

alto) do ferro fundido (som baixo), etc.

Ensaio por dobramento

Verifica o número de dobramentos que o material suporta antes de se quebrar. Esse método

permite testar a resistência, a tenacidade e a capacidade de deformação do material.

Ensaio por dobramento

Ensaios por centelhas

Pressionando um corpo sobre um rebolo em rotação, os abrasivos deslocam partículas, as quais,

aquecidas pelo atrito e lançadas à atmosfera, fundem-se e deixam transparecer os elementos que

as compõem.

A comparação com padrões conhecidos e a boa observação são fatores importantes para obter

bons resultados.

A figura seguinte apresenta a forma das centelhas para um aço com 0,1% de carbono e apresenta

apenas alguns indícios de bifurcação das centelhas.

Aço com 0,1% de carbono

A figura seguinte apresenta maiores bifurcações nas centelhas em função da maior quantidade de

carbono.


SENAI - 2009 158

Aço com 0,45% a 0,50% de carbono

O aço ao manganês é caracterizado principalmente pelo fato de as centelhas darem a volta em

quase todo o rebolo, apresentando um feixe luminoso muito intenso (figura seguinte) evidenciando

a presença de carbono e manganês.

Aço ao manganês médio carbono


1. Cite as propriedades físicas em geral dos materiais metálicos.

2. Cite as propriedades químicas e físico-químicas dos materiais metálicos.

3. Cite as propriedades mecânicas dos materiais metálicos.

4. Quais as finalidades dos ensaios mecânicos dos materiais?


SENAI - 2009 159

5. Quais as vantagens da normalização dos ensaios?

6. Comente os ensaios simples feitos na oficina.


SENAI - 2009 160

Ensaios destrutivos

Objetivos


Conhecer


• Equipamentos e métodos de ensaios de: tração, impacto, dobramento e embutimento ou

estampabilidade.

Saber


• Representação do diagrama de tensão-deformação;

• Zonas elástica e plástica;

• Limite de elasticidade e limite de resistência de um material.

Ser capaz de


• Descrever o princípio e a aplicação dos ensaios destrutivos;

• Interpretar os resultados obtidos;

• Reconhecer as propriedades dos materiais em função do comportamento registrado nos

diagramas.


SENAI - 2009 161

Ensaio de tração

Esse tipo de ensaio consiste em submeter um corpo de prova a um esforço de tração na direção

axial até sua ruptura.

Corpo de prova

A ruptura ocorre depois de um alongamento do corpo de prova.

O ponto de ruptura em função da resistência e da deformação do corpo de prova é uma

característica de cada material.

A figura seguinte mostra o princípio da máquina de ensaio de tração. A força e o alongamento são

medidos através de instrumentos e registrados no diagrama tensão-deformação.


SENAI - 2009 162

Construção do diagrama tensão-deformação

Coloca-se na ordenada a tensão σ (N/mm2) e na abscissa a deformação ξ (%).

Cálculo:

Tensão = Secção

Força

σ = SF

em N/mm2

Deformação:

ξ = 0LL∆

. 100 (%)

∆L = alongamento (mm)

L0 = comprimento inicial (mm)

L = comprimento final do corpo deformado (mm)

∆L = L – L0

Para facilitar, o estudo do diagrama será dividido em duas partes:

I – O regime elástico

II – O regime plástico


SENAI - 2009 163

Na primeira parte, verifica-se que o diagrama é linear até o ponto P.

O material obedece à lei de Hooke, ou seja, as tensões são proporcionais às deformações.

O regime elástico termina no ponto A e recebe este nome porque, até este ponto, quando o

material estiver sem a ação da carga voltará ao seu tamanho natural, como um elástico.

Terminada a fase elástica tem início o regime plástico (II), onde começa ocorrer fenômeno

chamado de escoamento. O escoamento é caracterizado por uma deformação permanente

(plástica).

O limite de escoamento (ponto B) é a tensão que se atingida o corpo sofre uma deformação

permanente, isto é, se deixarmos de aplicar a carga, o corpo não volta mais ao comprimento

inicial.

Ainda na região plástica, a máxima tensão atingida corresponde ao limite de resistência (ponto C).

Devemos tomar cuidado para não confundir limite de resistência com tensão de ruptura (ponto F).


SENAI - 2009 164

A partir do ponto C ocorre um alongamento com a redução da tensão causada pela deformação

do corpo de prova (redução de diâmetro).

Existem materiais (exemplos: aço endurecido, Cu, Al) que não apresentam o fenômeno de

escoamento com nitidez. Mas o limite de escoamento (ponto B) é necessário para cálculos de

resistência. Para solucionar esse problema foi convencionado um valor internacional que define o

limite de escoamento, isto é, n% de deformação permanente. Por exemplo, para aço endurecido a

deformação é de 0,2%.

Traça-se uma paralela ao trecho linear, e, quando ela interceptar a curva, determinará o limite de

escoamento (τB).

O diagrama seguinte representa as curvas de tensão-deformação de diversos materiais.


SENAI - 2009 165

Diagrama tensão-deformação

para diversos materiais

Ensaios de impacto

Um fator muito importante que contribui para o aparecimento de fraturas do tipo frágil em peças é

a alta velocidade de aplicação da carga, isto é, carga aplicada por impacto.

Faz-se necessário padronizar um tipo de ensaio para determinar a resistência ao impacto (ou

choque), ou melhor, a energia absorvida pelo corpo de prova por ação de impacto, expresso em

Nm.

Como a energia de impacto medida depende das condições do ensaio (forma e dimensão do

corpo de prova, maneira de aplicação da carga) há necessidade da padronização dos tipos de

ensaios para permitir, posteriormente, a comparação entre os valores obtidos para o mesmo ou

diferentes materiais.

Existem, portanto, diversos métodos de ensaios, mas os principais são:

- método de impacto com tração

- método charpy

- método izod

Nós vamos falar apenas do método charpy, porque os demais são bem semelhantes.

Método charpy

Consiste em se percutir um corpo de prova, de dimensões padronizadas (figura seguinte),

convenientemente apoiado, com um martelo de dimensão também padronizado, e medir a energia


SENAI - 2009 166

desprendida na ruptura. Os resultados dos ensaios indicam se o material tem um comportamento

dúctil, isto é, se absorve muita energia de deformação, ou então, se o comportamento é frágil, isto

é, se absorve pouca energia de deformação.

Máquina de ensaio de choque

A energia necessária para fraturar o corpo de prova (figura abaixo) é dada por:

E = G (h1 – h2) Nm

Onde: E = energia em Nm

G = peso do martelo em N

h1 = posição inicial do pêndulo

h2 = posição final do pêndulo

Corpo de prova

Aplicação:

• Depois de processos de tratamento térmico.

• Para comprovar o envelhecimento do material.


SENAI - 2009 167

Ensaio de dobramento

O ensaio de dobramento nos fornece informações quanto à qualidade do material.

Consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e de secção constante, assentado em

dois apoios afastados a uma distância especificada (figura abaixo) de acordo com o tamanho do

corpo de prova, por meio de um cutelo que aplica um esforço de flexão no centro do corpo de

prova até que seja atingido um ângulo de dobramento especificado (figura seguinte).

Dobramento guiado

O ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, adapta-se o cutelo na parte superior e, na

parte inferior, os pontos de apoio. A carga atingida no ensaio não é levada em consideração, pois

exprime valores inexatos devido ao forte atrito que ocorre entre o corpo de prova e os pontos de

apoio, e mesmo porque o objetivo que rege a realização do ensaio é dirigido para a obtenção de

dados relativos à ductilidade do material.

Aplicação do ensaio de dobramento em materiais frágeis

Materiais frágeis como o ferro fundido cinzento, aços-ferramentas e carbonetos sinterizados são

freqüentemente submetidos a um tipo de ensaio de dobramento, denominado ensaio transversal,

em que se mede a resistência e ductilidade, além da possibilidade também de se avaliar a

tenacidade e resiliência desses materiais.


SENAI - 2009 168

Dobramento livre

Entretanto, sempre que possível, deve-se fazer o ensaio de tração, ficando o ensaio de

dobramento como substitutivo.

Quanto mais duro for o material, mais empregado é o ensaio de dobramento transversal, tendo

em vista a dificuldade de usinar o corpo de prova para o ensaio de tração. Na realidade, o ensaio

de dobramento transversal para materiais frágeis é uma extensão do ensaio de flexão e é

normalizado pela ASTM (Sociedade americana de testes em materiais) método A-438.

Esse ensaio consiste em apoiar o corpo de prova sobre dois apoios distanciados entre si por uma

distância L, sendo a carga de dobramento aplicada no centro (figura seguinte). A carga é aplicada

lentamente até o rompimento do corpo de prova. Esse ensaio permite ainda obter dados sobre

outras propriedades, como módulo de ruptura ou resistência ao dobramento.

Ensaio de estampabilidade de Erichsen

O ensaio consiste em forçar uma esfera, acionada por um pistão hidráulico, de encontro a um

corpo de prova tirado de uma chapa metálica, presa por um dispositivo de fixação.

O esforço produz uma deformação plástica, sob a forma de uma elevação (calota esférica) na

superfície da chapa que progride à medida que a esfera avança.


SENAI - 2009 169

O ensaio termina quando ocorre a ruptura da chapa, com um som característico (estalo). O índice

de estampabilidade, dado pela altura da calota esférica formada, depende, além da constituição

metalúrgica da chapa, também de sua espessura. Quanto maior a altura, maior será a

estampabilidade da chapa. Para o caso das chapas de aço ou outros metais não-ferrosos (latão,

alumínio) para estampagem, os fabricantes costumam classificá-los segundo o índice de

estampabilidade e espessura.

Recomenda-se que a carga de fixação da chapa seja de 10 000N. A chapa e o corpo esférico

deverão ser untados com um composto à base de graxa, grafite e óleo mineral.


1. Quais são os quatro tipos de ensaios destrutivos?

2. Qual a finalidade de cada um dos ensaios destrutivos?


SENAI - 2009 170

3. Quais são as fórmulas para tensão e deformação?

4. Quais são as características do regime elástico e plástico?

5. O que significam no diagrama tensão-deformação do aço doce os pontos P, A, B, C e F? Cite

suas características.

6. Compare os diagramas de tensão-deformação de um aço endurecido com o de aço doce.

7. Dois materiais – um aço dúctil e um aço endurecido – devem ser ensaiados aplicando-se o

método de ensaio charpy. Qual o resultado? Explique o porquê.


SENAI - 2009 171

Ensaios não-destrutivos

Objetivos


Conhecer


• Aplicação do ensaio de dureza shore para materiais moles;

• Tipos de ensaios especiais, tais como: espectro-magnético, líquidos penetrantes, ultra-som e

raio X.

Saber


• Diversos tipos de ensaios de dureza: brinell, rockwell, vickers e suas aplicações;

• Penetradores, cargas aplicadas e características da medição;

• Utilização de tabelas de conversão de dureza;

• Características e aplicações dos ensaios especiais.

Ser capaz de


• Selecionar o tipo de ensaio em função da peça e condições dos materiais;

• Especificar cargas através de tabelas;

• Interpretar resultados obtidos em diversos ensaios.


SENAI - 2009 172

Ensaio de dureza

Por definição, a dureza de um metal é a resistência que ele oferece à penetração de um corpo

duro.

Efetuamos o ensaio de dureza com os objetivos de:

• Conhecer a resistência do material quanto ao desgaste e à penetração;

• Comparar sua resistência e avaliar o tratamento térmico realizado;

• Verificar as possibilidades de usinagem do material.

Escalas de dureza

Em função dos materiais, características e métodos dos ensaios, temos vários tipos de escalas de

dureza:

• Brinell

• Rockwell

• Vickers

• Shore

• Mohs


SENAI - 2009 173

Comparação entre as diversas escalas de dureza

Método de ensaio brinell

Esse método é baseado na relação existente entre a carga aplicada (F) a uma esfera que está

sobre a peça a ser controlada e a área da impressão produzida pela esfera na peça.

Execução do ensaio

d = 2

dd 21 +

HB = AF

= 22 dDD.(D.

F2

−−π

HB = número de dureza brinell

F = força aplicada (em kgf)

A = área da calota esférica (impressão)

D = diâmetro da esfera utilizada (em mm)

d = diâmetro da impressão ( em mm)

• Uma esfera de diâmetro (D) conhecido é comprimida por uma carga (F) também conhecida.

• Medem-se na impressão dois diâmetros (d1 e d2) perpendiculares entre si através de aparelho

ótico, e tira-se a média (d).

• Calcula-se a dureza pela fórmula acima. Na prática, usam-se tabelas que veremos a seguir.

Usando cargas e esferas diferentes, pode-se chegar a um mesmo valor de dureza. Por isso, foram

estabelecidas certas normas como segue:


SENAI - 2009 174

1. a carga e a esfera devem ser escolhidas de modo que o diâmetro d da impressão obtida

esteja entre 0,25D<d<0,5D.

2. a carga usada depende do material a ser ensaiado e de sua espessura. Para manter a relação

do item 1 foram estabelecidos níveis de carga dados pela relação 2D

F.

Para metais excessivamente duros (HB maior que 500kgf/mm2) substitui-se a esfera de aço por

esfera de carboneto de tungstênio para minimizar a distorção da esfera, o que acarretaria em

valores falsos para d e, portanto, para HB.

Na prática usamos a tabela abaixo para determinar o diâmetro da esfera e a carga a ser utilizada.

Carga F (kgf)

Nível de carga F/D2

θθθθ

esfera

mm

Espessura

de

material

mm

30

aço e ferro

fundido

10

ligas Al

bronze latão

duro cobre

5

Al puro

zinco

2,5

metais para

mancais

1,25

Pb, Sn

metais

moles

10 acima 6 3 000 1 000 500 250 125

5 3 a 6 750 250 125 625 31,27

2,5 1,5 a 3 187,5 62,5 31,25 15,62 7,81

1 0,5 a 1,5 30 10 5 2,5 1,250

Aplicados para valores de

dureza brinell entre 90 a 415 30 a 140 15 a 70 até 30 até 30

Determinação da dureza brinell com tabelas

Relacionada a carga adequada e medindo-se a impressão efetuada na peça pela esfera,

podemos encontrar o valor da dureza brinell através de tabelas.

Tabela de dureza brinell D = 1mm

HB d

mm 30kgf 10kgf 5kgf 2,5kgf

0,200 945 315 158 78,8


SENAI - 2009 175

0,202

0,204

0,206

0,208

0,210

926

908

890

873

856

309

303

297

291

286

154

151

148

146

143

77,2

75,7

74,2

72,8

71,3

0,212

0,214

0,216

0,218

0,220

840

824

809

794

780

280

275

270

265

260

140

137

135

132

130

70,0

68,7

67,5

66,2

65,0

Exemplo → usando uma esfera de 1mm de diâmetro e uma carga de 30kgf, obtém-se um

diâmetro da impressão d=0,212mm o que dá uma dureza de 840HB.

Aplicação do ensaio brinell

O ensaio brinell é usado especialmente para metais não-ferrosos, ferros fundidos, aços, produtos

siderúrgicos em geral e peças não temperadas.

É amplamente empregado pela facilidade de aplicação, pois pode ser efetuado em qualquer

máquina à compressão ou, mesmo, com aparelhos portáteis de baixo custo.

Simbologia

A dureza brinell possui uma indicação completa que fornece, inclusive, as condições do ensaio

como apresentada nos exemplos:

120HB5 / 250 / 30

↑ ↑ ↑ ↑ ↑

120HB – Dureza brinell

5 – Diâmetro da esfera

250 – Carga 250kgf

30 – Duração do ensaio

170HB2,5 / 62,5

170HB – Dureza brinell

2,5 – Diâmetro da esfera


SENAI - 2009 176

62,5 – Carga kgf

10 a 15 – Duração do ensaio

Se o diâmetro da esfera for 10mm, a carga do ensaio for 3 000kgf e o tempo de duração for de

dez a quinze segundos, suprimem-se esses dados indicando somente o tipo de ensaio de dureza

(HB):

350HB

Cuidados especiais

• A espessura da peça a ser medida deve ser no mínimo igual a duas vezes o diâmetro da

impressão obtida.

• A superfície a medir deve ter um raio de curvatura no mínimo de cinco vezes o diâmetro da

esfera utilizada.

• Cada impressão deve estar distante de uma impressão vizinha, no mínimo 2,5 vezes o seu

diâmetro (distância de centro a centro).

• A carga de ensaio deve ser mantida sobre a peça a ser medida no mínimo durante trinta

segundos. Exceções: para materiais em que HB>300, esse tempo pode ser reduzido a dez

segundos. Para materiais moles em que HB<60, a carga deve ser mantida durante sessenta

segundos.

Método de ensaio rockwell

Nesse método as forças de ensaio agem em etapas, ou seja, nos modernos aparelhos de ensaio

tipo rockwell o grau de dureza pode ser verificado imediatamente no relógio acoplado ao aparelho.

Seqüência do ensaio

a)

Pré-carga

Relógio em 0.

b)

Carga total.

c)

Retirar a carga. Fazer

leitura.


SENAI - 2009 177

D

F0

F0 + F1

U

to

f

t

=

=

=

=

=

=

=

Penetrador

Pré-carga

Carga nominal

Relógio 1 rotação = 0,2mm; Divisão = 0,002mm

Profundidade de penetração para pré-carga

Deflexão

Profundidade de penetração real

HRB = 130 - 0020t

,

HRC = 100 - 0020t

,

Dureza rockwell

1. Inicialmente, o penetrador é colocado em contato com a peça e é aplicada uma pré-carga

inicial de 10kgf.

2. Em seguida, gira-se a escala do relógio para o zero da escala coincidir com o ponteiro.

3. Aplica-se a carga de ensaio de 140kgf, ou seja, uma carga total de 150kgf.

4. A carga é mantida até o ponteiro do relógio parar.

5. Retira-se a carga (140kgf) mantendo-se a pré-carga. O ponteiro move-se para a esquerda,

devido à recuperação elástica do material.

6. Efetua-se a leitura da dureza diretamente na escala do relógio.

O método rockwell, que é muito usado por seu rápido emprego, é subdividido em dois grupos:

• Rockwell normal

• Rockwell superficial

Esses dois grupos são ainda decompostos em várias escalas (ver tabela anterior e próxima),

conforme a carga e o penetrador usado no ensaio.


SENAI - 2009 178

Tabela de ensaios rockwell normal (pré-carga 10kgf)

Escala Penetrador Carga total

Kgf Campo de aplicação

Rockwell A Cone de diamante 1200 60 Aço cementado ou temperado Rockwell D Cone de diamante 1200 100 Aço cementado ou temperado Rockwell C Cone de diamante 1200 150 Aço cementado ou temperado Rockwell F Esfera de 1/16” 60 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell B Esfera de 1/16” 100 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell G Esfera de 1/16” 150 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell H Esfera de 1/8” 60 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell E Esfera de 1/8” 100 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell K Esfera de 1/8” 150 Aço, ferro, bronze, latão, etc.

até 240 brinell Rockwell L Esfera de 1/4” 60 Material plástico Rockwell M Esfera de 1/4” 100 Material plástico Rockwell P Esfera de 1/4” 150 Material plástico Rockwell R Esfera de 1/2” 60 Material plástico Rockwell S Esfera de 1/2” 100 Material plástico Rockwell V Esfera de 1/2” 150 Material plástico

Tabela de ensaios rockwell superficial (pré-carga 3 kgf)

Penetrador Carga kgf Materiais

15N Cone de diamante 1200 15 Aços cementados ou temperados



15T Esfera de 1/16” 15 Aço, ferro e outros metais até 240HB, chapas, etc.



Na escala rockwell normal, os tipos mais importantes são o B e C (sendo os demais apenas

auxiliares). Na escala B o penetrador é uma esfera e na escala C o penetrador é um cone de

diamante.

Ao escolhermos o tipo de ensaio, devemos levar em consideração diversos fatores tais como:

• Material e tratamento térmico eventual.

• Espessura do material a ser controlado e porosidade, etc.

O ensaio HRB deve ser aplicado a materiais moles e o HRC a materiais duros e de média dureza.

Simbologia

A indicação da dureza rockwell é feita como nos exemplos abaixo:


SENAI - 2009 179

45 HRC – dureza 45; penetrador cone

80 HRB – dureza 80; penetrador esfera

82 HR 15N – dureza 82; carga total 15kgf, N = rockwell superficial penetrador cone

77 HR 30T – dureza 77; carga total 30 kgf, T = rockwell superficial penetrador esfera 1/16”

Recomenda-se uma espessura mínima para a peça a ser medida igual a dez vezes o valor da

profundidade de penetração. As próximas tabelas fornecem as espessuras mínimas

recomendáveis em mm.

Espessura mínima (mm)

Dureza rockwell C Penetrador Carga

kgf Escala

20 30 40 50 60 70 80 90

Diamante 1200

60 100 150

A D C

1,1 1,4 1,8

0,9 1,3 1,6

0,8 1,1 1,4

0,7 1,0 1,2

0,6 0,8 1,0

0,5 0,7 0,8

Escala Dureza rockwell B Penetrador Carga

kgf 20 30 40 50 60 70 80 90 Esfera 0

1/16” 60

100 150

F B G

1,5 1,5

1,4 1,4

1,25 1,25

1,1 1,1 1,8

1,1 1,0 2,5

1,4 2,2

1,2 1,9

1,0 1,5

Quando se mede a dureza de peças cilíndricas pelo método rockwell C, devido à deformação da

peça, é necessária uma correção conforme a tabela seguinte.

Escala HRC – diâmetro da peça em mm 0/RC 6 10 13 16 19 22 25 32 38

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

3,0 2,5 2,0 1,5 1,5

3,0 2,5 2,0 2,0 1,5 1,0 1,0

3,0 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 1,0

2,5 3,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5

1,5 1,5 1,5 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5

1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0

1,0 1,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0 0 0

Os valores da tabela acima devem ser somados às leituras. Exemplo: numa peça com 0 de

10mm, se o resultado obtido no aparelho for 60RC, o resultado real deverá ser 60+1=61RC.

A tabela seguinte apresenta os fatores de correção para ensaio rockwell B.

Escala HRB – diâmetro da peça em mm 0/HRB 6 10 13 16 19 22 25

0 10 20 30

5,0

5,0 4,5 4,5

4,5 4,0 4,0 3,5

3,5 3,5 3,5 3,0

3,0 3,0 3,0 2,5


SENAI - 2009 180

40 50 60 70 80 90

100

5,0 4,0 3,5

5,0 4,0 3,5 3,0 2,5

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5

4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5

3,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0

2,5 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0

2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 0,5

Nota: As correções superiores a cinco pontos não são aceitáveis.

Cuidados especiais

• No primeiro ensaio rockwell, após a troca do penetrador, o resultado não deve ser

considerado, já que o penetrador ainda não está bem assentado no seu alojamento.

• A peça deve estar bem assentada sobre a mesa de apoio e devem estar bem limpas.

• O penetrador deve estar perpendicular à peça. É tolerada um inclinação de 70.

• Se, por engano, for ensaiada uma peça temperada com o penetrador de esferas, deve-se

trocar a esfera que ficará inutilizável.

• A carga deve ser aplicada sem choque e sem vibração, o que, nos aparelhos, é conseguido

por um amortecedor hidráulico.

Essa aplicação deve durar de seis a dez segundos. Nos metais moles, pode ser prolongada para

trinta segundos, devido à maior capacidade de deformação do material.

Método de ensaio vickers

Consiste em se comprimir um penetrador piramidal de diamante na peça. A pirâmide possui uma base tetragonal com um ângulo entre faces de 1360.


SENAI - 2009 181

A compressão do penetrador na peça provoca uma impressão; determina-se a superfície da

impressão medindo-se as diagonais da área quadrada. Como sempre ocorrem diferenças entre as

diagonais, devemos considerar a média entre elas para cálculo da área.

Conhecendo-se a área e a carga aplicada, podemos estabelecer a dureza pela fórmula da figura

seguinte.

d = 2

dd 21 =

HV = AF

= 1,854 .2d

F

Onde:

HV = dureza vickers (kgf/mm2)

F = carga aplicada em kgf

A = área (mm2)

1,854 = constante

d = média das diagonais da impressão (mm)

Determinação da dureza vickers

Determinação de dureza vickers com tabelas

Conhecendo a média das diagonais da impressão e consultando a tabela de dureza vickers,

encontraremos a dureza do material que ensaiamos.

Existem durômetros universais modernos que oferecem a dureza diretamente em um mostrador

acoplado à máquina.

Simbologia

Quando o ensaio for realizado com 30kgf e uma duração de dez a quinze segundos conforme

norma, representamos assim:

640HV30

Se as condições forem diferentes, a especificação deve ser feita da seguinte forma:


SENAI - 2009 182

108HV50/30

108 = dureza vickers

50 = carga 50kgf

30 = duração do ensaio em segundos

Vantagens do método vickers

A dureza vickers possui uma escala contínua, enquanto que a brinell possui uma escala que vai

somente até o valor de 300kgf/mm2.

A dureza vickers produz uma impressão pequena, o que evita a inutilização da peça.

Possui grande precisão de medida pois o penetrador não sofre deformação.

Aplicação do método vickers

Podemos utilizar o método vickers para determinar macro ou microdureza.

Para macrodureza a carga normal é de 30kgf, porém podem-se usar cargas entre 50 e 100kgf.

Podem também ser utilizadas cargas reduzidas, que variam de 0,1 a 2 kgf.

A macrodureza se aplica a uma vasta gama de materiais, exceto ferros fundidos e materiais

sinterizados.

O ensaio com cargas reduzidas é usado para pequenas molas, grampos, dureza de camada

cementada.

Microdureza vickers

Muitas aplicações da dureza vickers, mencionadas anteriormente estão atualmente voltadas para

o ensaio de microdureza.

O ensaio de microdureza é aplicado para determinar a profundidade de camadas cementadas ou

temperadas, dureza de constituintes individuais em uma microestrutura, dureza de materiais

frágeis e de peças extremamente finas.

A microdureza produz uma impressão microscópica no material, empregando-se uma carga

menor que 1kgf, com penetração de diamante. A carga pode chegar até 10kgf e a superfície do

corpo de prova deve ser plana para evitar distorções na dureza obtida.

Cuidados no ensaio de microdureza


SENAI - 2009 183

• Preparação metalográfica do corpo de prova, em função da pequena carga.

• Polimento eletrolítico é preferível para evitar o encruamento do metal na superfície.

• Considerar a recuperação elástica do material quando utilizadas cargas menores que 300gf.

Os fatores acima provocam erros no ensaio, resultando em valores de dureza maiores que os

verdadeiros.

• Tempo de manutenção da carga deve ser em torno de dezoito segundos e a velocidade de

aplicação deve estar entre um e vinte microssegundos. Velocidades maiores fornecem valores

mais baixos de dureza.

• As máquinas devem ser freqüentemente calibradas e aferidas, pois erros na aplicação das

cargas alteram muito o valor da dureza principalmente no caso de cargas menores que 50kgf.

Aplicações da microdureza

• Peças de espessura delgada 0,03mm.

• Peças espelhadas utilizadas em instrumentos de precisão.

• Medição da dureza do gume da ferramenta.

• Ensaios em camadas duras e delgadas (cromação dura, nitretação, boretação, etc.).

• Determinar variação de dureza da periferia em função da descarbonetação.

• Determinação de dureza de microconstituintes da estrutura.

Designação do ensaio

Segundo norma ASTM e ASA

DPH500 345 – (microdureza 345, com penetrador em pirâmide de diamante, carga de 500 gramas).

Segundo norma ISO

345HV 500g – (microdureza 345, penetrador em pirâmide de diamante, carga 500 gramas, tempo

de aplicação da carga 10 a 15 segundos).

EHT corresponde à determinação da

profundidade da peça cementada, de

que se obtém um valor mínimo de

dureza correspondente à

especificação (figura ao lado). Por

exemplo:


SENAI - 2009 184

Anomalias na impressão a) Losango irregular d1>d2 Causa: superfície irregular.

b) Afundamento d>dreal

Causa: ocorre afundamento do material em torno das faces do penetrador. Aparece em materiais recozidos.

c) Aderência d<dreal

Causa: aderência do material em torno do penetrador; geralmente ocorre em materiais encruados.

Ensaio de dureza shore

É um método dinâmico para a determinação de dureza que utiliza um aparelho conhecido como

escleroscópio shore.

Escleroscópio shore


SENAI - 2009 185

A dureza é determinada pela altura do rebote de um pequeno martelo com ponta de diamante,

colocado no interior de um tubo de vidro graduado. A altura do rebote é medida na escala

graduada no tubo de vidro, dividida em 140 partes.

A norma E-448 da ASTM é uma das normas existentes para a dureza escleroscópica.

O comprimento, o peso do martelo, a altura de queda e o diâmetro da ponta de diamante

dependem de cada fabricante, mas todos os aparelhos shore indicam sempre a mesma dureza

para um mesmo material.

A máquina shore é leve, portátil e pode, portanto, ser adaptada em qualquer lugar, podendo medir

a dureza de peças muito grandes, impossíveis de serem colocadas nas máquinas de dureza por

penetração.

O tubo graduado deve ser colocado bem na vertical. É praxe fazer pelo menos cinco medidas de

dureza em pontos diversos do material para garantir bem o resultado.

O número de dureza lido é um número relativo e serve somente para a comparação de materiais.

Entretanto, verificou-se que existe uma relação entre a dureza shore e a dureza brinell.

Tabela de conversão entre dureza brinell e shore

Dureza brinell

Esfera de aço temperado

φφφφ 10mm

Carga 3 000kgf

Dureza shore

496

465

433

397

360

322

284

247

209

190

171

152

133

69

66

62

57

52

47

42

37

32

29

26

24

21


SENAI - 2009 186

Existe também uma relação entre dureza e o limite de resistência a tração.

Relação entre dureza shore e o limite

de resistência

A escala de dureza shore é contínua, cobrindo toda a gama de variação de dureza dos metais.

Não é recomendada para peças muito finas, que possam mascarar a medida da altura do rebote.

Superfícies não lisas resultam em durezas menores que a real.

Tabela comparativa de durezas e de resistência a tração

Ensaio de dureza dos materiais (DIN50150)

Dureza rockwell Dureza

rockwell

Resistênci

a

Rm

N/mm2

Dureza

Vickers

HV

(F≥≥≥≥98N)

Dureza

brinell

HB HRC HRA HRB HRF

Resistênci

a

Rm

N/mm2

Dureza

vickers

HV

(F≥≥≥≥98N)

Dureza

brinell

HB HRC HRA

255

285

320

350

385

80

90

100

110

120

76

85,5

95

105

114

48

56,2

62,3

66,7

82,6

87

90,5

93,6

1 155

1 120

1 290

1 350

1 420

360

380

400

420

440

342

361

380

399

418

36,6

38,8

40,8

42,7

44,5

68,7

69,8

70,8

71,8

72,8

415

450

480

510

545

130

140

150

160

170

124

133

143

152

162

71,2

75

78,7

81,7

85

96,4

99

(101,4)

(103,6)

(105,5)

1 485

1 555

1 595

1 665

1 740

460

480

490

510

530

437

(456)

(466)

(485)

(504)

66,1

47,7

48,4

49,8

51,1

73,6

74,5

74,9

75,7

76,4


SENAI - 2009 187

575

610

640

675

705

180

190

200

210

220

171

181

190

199

209

87,1

89,5

91,5

93,5

95

(107,2)

(108,7)

(110,1)

(111,3)

(112,4)

1 810

1 880

1 955

2 030

2 105

550

570

590

610

630

(523)

(542)

(561)

(580)

(599)

52,3

53,6

54,7

55,7

56,8

77

77,8

78,4

78,9

79,5

740

770

800

835

865

230

240

250

260

270

219

228

238

247

257

20,3

22,2

24

25,6

60,7

61,6

62,4

63,1

96,7

98,1

99,5

(113,4)

(114,3)

(115,1)

2 180

650

670

690

720

760

(618) 57,8

58,8

59,7

61

62,5

80

80,6

81,1

81,8

82,6

900

930

865

1030

1095

280

290

300

320

340

266

276

285

304

323

27,1

28,5

29,8

32,2

34,4

63,8

64,5

65,2

66,4

67,6

800

840

880

920

940

64

65,3

66,4

67,5

68

83,4

84,1

84,7

85,3

85,6

Podemos utilizar a tabela acima quando necessitamos saber uma dureza conhecendo outras.

Exemplo:

Ensaio hidrostático ou pneumático

Consiste em submeter tubulações, dutos, etc. a uma pressão interna, utilizando, para isso, um

líquido ou um gás.


SENAI - 2009 188

Ensaio pneumático

Essa pressão dever ser duas vezes a pressão de serviço ou 1,5 vezes a pressão de projeto, no

caso de não haver uma norma específica para o ensaio.

A pressão pode ser tanto interna (bombas ou compressões) como externa (bombas de vácuo).

Líquidos penetrantes

São utilizados para detectar descontinuidades (trincas) superficiais, provenientes do tratamento

térmico ou dos processos de transformação-conformação.

Seqüência do ensaio

• Limpeza da superfície

A limpeza da superfície deve ser feita com um líquido solvente.

Ensaio com líquidos penetrantes


SENAI - 2009 189

• Aplicação do líquido penetrante (normalmente em spray)

Deixa-se o líquido penetrante sobre a superfície por algum tempo, e remove-se o excesso da

superfície.

• Aplicação do líquido revelador

Devido à difusão do penetrante no revelador, a indicação torna-se sempre maior que a

descontinuidade.

Revelação da trinca

O ensaio com líquidos penetrantes é capaz de localizar qualquer tipo de descontinuidade

superficial em qualquer tipo de material.

Ensaio radiográfico

É um ensaio não-destrutivo de aplicação muito versátil.

Consiste na aplicação de raios X e Y, visando à obtenção de uma imagem nítida e fiel dos defeitos

que possam existir na estrutura de uma peça.

Baseia-se nas propriedades das radiações ionizantes de atravessarem os materiais opacos à luz,

absorvidas em maior ou menor proporção em função da natureza e espessura desses materiais.


SENAI - 2009 190

Ensaio radiográfico

Raios X e Y

Os raios X são radiações eletromagnéticas geradas por um tubo de raios X, sendo sua energia e

intensidade reguláveis.

Os raios Y emitidos por isótopos radioativos também são radiações eletromagnéticas procedentes

da desintegração de núcleos atômicos de um elemento radioativo.

Propriedades dos raios X e Y

• São invisíveis ao olho humano.

• Propagam-se em linha reta e à velocidade da luz.

• Atravessam a matéria.

• Podem destruir células vivas.

Aplicação

Para a detecção de trincas internas ou poros em peças fundidas, soldadas, etc.

Proteção radiológica

A superexposição a raios X e Y podem provocar danos aos tecidos do corpo ou órgãos. Por esta

razão, estabelecem-se regras, regulamentos e procedimentos que devem ser sempre observados,

visando a uma proteção radiológica, tanto aos operadores como aos que trabalham nas

proximidades. Ensaio magnético


SENAI - 2009 191

Esse ensaio consiste em magnetizar um corpo de prova e cobri-lo com finas partículas

magnetizáveis e interpretar a ocorrência de concentração local das partículas na superfície da

peça.

Ao criar-se um campo magnético num material ferromagnético (figura ao lado), as linhas de força

se distribuem homogeneamente no seu interior, exceto nas descontinuidades, onde sofrem

distorções que provocam um fluxo magnético mais denso.

Quando existem defeitos na peça, o local da trinca atrai um maior número de partículas, formando

uma camada larga e concentrada.

Os defeitos superficiais devem possuir uma certa profundidade para que sejam detectados. Além

de assinalar a existência de defeitos, o ensaio também indica a sua profundidade, visto que ela é

proporcional à concentração das partículas acumuladas.


SENAI - 2009 192

O ensaio deve ser realizado em duas direções ortogonais, porque as descontinuidades ocorrem

em várias direções.

Nos materiais laminados ou trefilados é suficiente uma só direção, pois as descontinuidades são

sempre longitudinais.

Magnetização

A magnetização com corrente alternada deixa um reduzido magnetismo na peça, dispensando

desmagnetização posterior.

A corrente contínua proporciona maior penetração na peça (cerca de 5mm), no entanto é

necessário desmagnetizá-la.

Partículas magnéticas

As partículas magnéticas sob a forma de pó são de materiais de baixo poder remanescente.

Podemos aplicar o pó seco ou em suspensão num líquido com óleo, querosene, etc.

Geralmente, adicionam-se ao pó ou ao fluxo partículas fluorescentes que, ao serem submetidas a

radiações ultravioletas, após a magnetização, localizam os defeitos facilmente através dos brilhos

característicos.

Para maior realce e precisão na localização, as peças devem ser previamente limpas e

desengraxadas.

Aplicação do ensaio magnético

Em peças de aço ou ferro fundido, especialmente após a retificação, para detectar trincas.


SENAI - 2009 193

Desmagnetização

Torna-se necessária a desmagnetização das peças para evitar, após sua montagem, um acúmulo

de partículas magnetizáveis danosas às peças.

Ensaios de ultra-som

Consiste na propagação de vibrações sonoras de alta freqüência através de um material.

Quanto mais alta a freqüência das ondas sonoras, tanto mais concentradas elas se propagarão.

Essas ondas têm um grande poder de penetração e propagam-se em linha reta.

Os ensaios de ultra-som são empregados para detecção de defeitos internos dos materiais, tais

como: trincas, bolhas, incrustações, etc., bem como para medir a profundidade desses defeitos na

peça.

Ensaio de ultra-som por transparência

Esse processo utiliza a porção ultra-sônica que se propaga diretamente através do corpo de

prova.

Num dos lados do corpo de prova, encosta-se um emissor sonoro e, no outro, um receptor (figura

abaixo, A, B, C).


SENAI - 2009 194

Ensaio de ultra-som, processo de transparência

O posicionamento correto entre o emissor e o receptor é muito importante, pois o

posicionamento incorreto poderá evidenciar um defeito inexistente.

Irregularidade no posicionamento dos cabeçotes

Ensaio de ultra-som pelo processo impulso-eco

Esse processo, também chamado processo de reflexão do impulso, avalia defeitos nas peças

através da parte do som que é refletida.

A figura seguinte nos esclarece o princípio de formação do eco. Após a emissão da onda sonora,

ela se propaga no material até encontrar a parede posterior; quando isso ocorre, ela se reflete

num intervalo de tempo conhecido. A reflexão da onda sonora ocorre não só nas superfícies

posteriores, como também em regiões com defeitos, fissuras, trincas, etc.


SENAI - 2009 195

A diferença do tempo de reflexão é que nos oferece a detecção do defeito, bem como sua

localização no interior da peça.


SENAI - 2009 196


1. Com que objetivos são efetuados os ensaios de dureza?

2. Descreva os métodos brinell, rockwell e vickers, sob os seguintes pontos de vista: carga, corpo

de prova, valor a ser medido, materiais em que são aplicados.

3. Explique as seguintes especificações de dureza normalizadas:

- 170 HB 2,5/62,5

- 70 HRC

- 640 HV 30

- 210 HV 80/30

4. No método brinell, determine a carga F e o diâmetro da esfera utilizado para ensaiar ligas de

Al com espessura de 5mm, consultando a tabela.

5. Faça a conversão:

- 91,5 HRB em HB e em HV, utilizando a tabela comparativa de durezas.

6. Quais as características dos ensaios especiais: hidrostático, de líquidos penetrantes,

radiográfico, magnético e de ultra-som?

7. Onde e quando são aplicados os ensaios especiais?


SENAI - 2009 197

Materiais plásticos

Objetivos


Conhecer


• Elementos químicos básicos dos plásticos.

Saber


• Classificação dos termoplásticos, duroplásticos e suas características típicas;

• Tipos de conformação com materiais plásticos.

Ser capaz de


• Aplicações dos plásticos em função de suas propriedades.

Definições básicas

Elasticidade

Quando submetida a uma carga ou força, uma peça deforma-se e, quando é cessada a carga ou

força que sobre ela atua, deve voltar a sua forma ou posição original.

Plasticidade

Quando submetida a uma carga ou força, uma peça deforma-se permanente e definitivamente,

não ocorrendo o fenômeno do retorno como na elasticidade. Isso ocorre quando essa força

aplicada é superior ao limite elástico do material.


SENAI - 2009 198

Combinação química orgânica

É uma combinação entre carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros compostos, os quais

também existem nos organismos vivos.

Monômero

É a menor unidade molecular do plástico, constitui sua partícula elementar.

Polímero

É a combinação de monômeros por um processo chamado polimerização, formando uma cadeia.

Molécula

É a combinação química de dois ou mais átomos. Pode ser separada (decomposta) em átomos

através de processos químicos.

Macromoléculas

Consistem em milhares de moléculas formando grandes fios (macro = grande).

O que são plásticos?

Plásticos são materiais orgânicos, obtidos através do craqueamento do petróleo, da hulha e do

gás natural liquefeito, ao contrário de materiais naturais, como madeira e metal.

Plásticos e suas matérias primas

Materiais plásticos são tipos de um vasto grupo de materiais, construídos basicamente, ou em sua

maior parte, da combinação entre o carbono e hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros compostos


SENAI - 2009 199

orgânicos e inorgânicos de origem direta ou indireta do petróleo. Os plásticos apresentam-se no

estado sólido e líquido pastoso, quando são aplicados sobre eles temperatura e pressão.

A matéria-prima utilizada para a fabricação dos plásticos pode ser largamente combinada,

resultando novos polímeros que terão propriedades individuais.

Alguns plásticos são semelhantes à borracha, enquanto que algumas borrachas, tratadas

quimicamente, são consideradas plásticas. Outros plásticos são obtidos a partir de substâncias

naturais, como é o caso da celulose e da caseína (proteína extraída do leite).

Os materiais plásticos não são materiais vulgares, mas, sim, materiais nobres, capazes de

substituir muitos outros materiais. O amplo uso dos plásticos, na era moderna, pode ser atribuído,

em grande parte, às combinações de propriedades e vantagens somente oferecidas por essa

classe de substâncias.

O plástico se transforma em qualquer tipo de produto, por ser moldável, versátil, leve, e barato

quando comparado à madeira, ao alumínio, ao cobre e ao aço.

Ele pode transformar-se em todo tipo de produto, assumindo as mais diversas formas, desde os

mais comuns do dia-a-dia aos projetos mais sofisticados, como os plásticos resistentes à

temperatura e altamente impermeáveis à corrosão (termofixos em geral), criados para resistir à

temperatura das naves espaciais.

Os plásticos podem ser transformados em fios, moldados ou laminados, usinados, flexíveis ou

rígidos, transparentes ou opacos, incolores ou pigmentados (coloridos), pintados ou metalizados.

Demanda no mercado

A partir da Segunda Guerra Mundial (1939), aumentou a demanda de plásticos de todos os tipos.

Além dos vários tipos de plásticos já existentes, plásticos completamente novos foram

introduzidos no mercado.

Os anos de guerra tiveram enorme influência no crescimento rápido das indústrias de plásticos já

estabelecidas e deram impulso a muitas outras indústrias. O consumo de plástico no Brasil

triplicou no período de 1964/70, passando de 84 mil para 252 mil toneladas, chegando a 865 mil

toneladas em 1975.


SENAI - 2009 200

A produção mundial tem duplicado a cada cinco anos, sendo que três categorias representam

cerca de 60% do consumo total: o cloreto de polivinila (PVC), o polietileno (em alta ou baixa

densidade) e o poliestireno.

O poliestireno e o PVC têm uso no mercado de embalagens (sacos plásticos, tampas, garrafas),

no capeamento de fios e cabos, no revestimento de canais de irrigação, etc.

O PVC e o poliestireno estenderam seu uso ao mercado de móveis (capas, forros,

acolchoamentos, cadeiras pré-moldadas) e só o poliestireno, ao mercado de eletrodomésticos.

As fibras sintéticas, plásticos especiais, têm seu consumo voltado para a fabricação de peças de

vestuário (tergal, nycron, dracon, orlon), usos domésticos (tapetes) e industriais (cordas e

cordonéis para pneus).

Também chamadas de elastômeros, as borrachas sintéticas atendem a 70% das necessidades

mundiais, no Brasil, sua utilização chega a ser de 80% do total de borracha consumida. Isso por

apresentar vantagens sobre a natural, como maior resistência à abrasão e ao calor, mais

uniformidade no processamento, fluidez na moldagem e diversidade de tipos.

O negro de fumo, por exemplo, é insubstituível na fabricação de certos tipos de borrachas,

plásticos e tintas, sendo 90% de sua produção mundial aplicada à indústria de borracha, no setor

de pneumáticos.

Propriedades comuns de todos os plásticos

Todos os plásticos consistem em macromoléculas que possuem como principal elemento químico

o carbono (C); por isso, chamam-se também combinações orgânicas.

De um modo geral os plásticos apresentam as seguintes vantagens:

• Pouco peso (Y = 0,9 – 2,2g/cm3);

• Alta resistência à corrosão;

• Baixo coeficiente de atrito;

• Baixa condutividade térmica e elétrica;

• Boa aparência;

• Facilidade de trabalho;

• Boa resistência aos álcalis, às soluções salinas e ácidas.


SENAI - 2009 201

Entre as desvantagens podemos enumerar:

• Baixa resistência ao calor;

• Baixa resistência mecânica (σ = 15 – 100N/mm2);

• Pouca estabilidade dimensional – deformam-se facilmente com qualquer variação de

temperatura;

• Alto coeficiente de dilatação (15 vezes maior que o do aço C);

• Não resistem aos ácidos concentrados, aos solventes orgânicos e aos hidrocarbonetos.

A obtenção dos plásticos

Os produtos básicos dos materiais plásticos são as resinas sintéticas, obtidas através de reações

químicas.

Polimerização

São reações químicas que ocorrem entre moléculas iguais (monômeros) quimicamente não

saturadas, que se unem (por rompimento das duas ligações) em longas cadeias, formando

macromoléculas (polímeros).

Polimerização

Essas reações não alteram a composição química molecular, portanto, são reversíveis.

Policondensação

São reações químicas que ocorrem entre moléculas iguais ou diferentes (contendo grupos

funcionais característicos) que, ao reagirem entre si, originam moléculas mais complexas, com

eliminação de água, álcool ou outro composto simples. Essas reações alteram a composição

química molecular, portanto, são irreversíveis.


SENAI - 2009 202

Reação de policondensação

(elimina água)

Poliadição

É uma reação que ocorre entre moléculas de iguais ou diferentes características funcionais, sem

eliminação de nenhum outro elemento.

Poliadição

Um átomo da primeira molécula une-se à segunda molécula.

Classificação dos plásticos

Termoplásticos


SENAI - 2009 203

São resinas que amolecem com o calor (superior a 800C) e endurecem com o frio. As

macromoléculas formam fios (linhas) (figura seguintes) e são ligadas somente pelas forças de

coesão e adesão, chamadas de forças de Van der Waals não existindo, portanto, na polimerização

uma reação química. Durante o aquecimento essas forças diminuem e as macromoléculas

tornam-se móveis. O plástico então amolece e pode ser transformado várias vezes. Os

termoplásticos também podem ser soldados.

Estruturas dos termoplásticos

Nas tabelas Propriedades e aplicações dos termoplásticos mais comuns, Características físicas e

de transformação dos termoplásticos mais comuns e Comportamento químico de alguns

termoplásticos quando em contato com agentes agressivos, apresentamos as propriedades,

aplicações e características físicas e químicas dos termoplásticos mais comuns.

Duroplásticos (termofixos)

São resinas obtidas por policondensação ou poliadição e portanto é uma reação irreversível.

As macromoléculas são ligadas

quimicamente, através de cadeias laterais

formando assim uma estrutura

tridimensional difícil de romper (figura ao

lado). Os duroplásticos não são

transformáveis após a primeira formação.

Também não podem ser soldados.

Estrutura dos duroplásticos

O material bruto pode ter a forma líquida ou sólida e é moldado por meio de pressão e calor que

são necessários para ocorrer a reação de policondensação ou poliadição.

Essas resinas, usualmente, são misturadas com farinha de soja, serragem ou pó de rocha, por

motivos econômicos, e com fibras, tecidos, papel e celulose para melhorar as características

mecânicas.

As resinas termofixas mais usadas são:

• Fenólica


SENAI - 2009 204

• Uréica

• Melamínica

• Epóxi

• Poliéster

Nas tabelas Propriedades e aplicações dos termofixos mais comuns e Características

físicas e de transformação dos duroplásticos mais comuns apresentamos as propriedades,

aplicações e características físicas desses duroplásticos.

Elásticos

São plásticos cujas macromoléculas possuem poucas pontes de redes.

Estrutura dos elásticos

O elemento de formação das pontes é o enxofre, que também é responsável pelo fenômeno da

recuperação elástica do material (vulcanização).

Estão neste grupo a borracha natural, a borracha sintética e a borracha de silicone. Veja na tabela

Propriedades e aplicações de elásticos mais comuns as propriedades e aplicações desses

materiais.

Silicone

Os silicones diferenciam-se dos demais plásticos em razão da matéria-prima de que são

constituídos.

Enquanto todos os outros plásticos são constituídos de cadeias de átomos de carbono, os

silicones são constituídos de cadeias de átomos de silício.

Os silicones são menos ativos quimicamente do que os compostos de carbono e são mais

resistentes ao calor.


SENAI - 2009 205

São usados como a borracha (veja a tabela Propriedades e aplicações de elásticos mais comuns,

vernizes, graxas e óleos que devem resistir a alta temperatura. São encontrados em produtos tais

como ceras para polimento, tinta, cosméticos, agentes antiespuma e fluidos dielétricos.

Propriedades e aplicações dos termoplásticos mais comuns

Símbolo DIN Propriedades Aplicações

Cloreto de polivinila – Nomes comerciais: Troriplas Vestolit Hostalit Geom.

PVC

Rígido

PVC

Flexível

Boa resistência, tenacidade e dureza, dielétrico.

Muito elástico, não é indicado para embalagens de

produtos alimentícios.

Tubos, placas, juntas, discos.

Mangueiras, frisos, guarnições, revestimento de fios

e cabos elétricos, botas, solas de sapato.

Polietileno – Nomes comerciais: Hostalen Vestolen Polietileno-U Carbide

PEHD (alta

densidade)

PELD (baixa

Elevada rigidez – boa dureza superficial, dielétrico,

resistente à ebulição.

Alta flexibilidade – boa resistência, baixa dureza

Garrafas, recipientes e vasilhas para uso doméstico,

revestimento de fios, conduítes, brinquedos.

Frascos flexíveis, saquinhos, embalagens, flores


SENAI - 2009 206

densidade) superficial. artificiais.

Polipropileno – Nomes comerciais: Hostalen Vestolen P

PP Elevada estabilidade de forma ao calor – resistente a

choques – boa dureza superficial – esterilizável a

1200C – quebradiço a 00C.

Peças de automóveis, vasilhas, capacetes,

brinquedos.

Poliestireno – Nomes comerciais: Polystirol Vestyron

OS Grande rigidez e exatidão de medidas, resistente a

choques.

Peças para eletricidade e telecomunicações,

brinquedos, pratos, xícaras, garrafas, caixas para

telefone, rádio e TV.

Policarbonato – Nomes comerciais: Makrolon Lexan

PC Transparente como vidro, alta resistência,

estabilidade dimensional até 1400C, antitóxico,

inalterável ao tempo.

Peças para computadores, interruptores

automáticos, fotografias: filmes, câmaras, carretéis;

copos para filtros, semáforos, faroletes traseiros para

carros, capacetes, jarras para água, mamadeiras.

Poliamida – Nomes comerciais: Ultramid Durethan Nylon

PA Grande capacidade para suportar cargas dinâmicas

– dureza e rigidez elevada – resistência aos choques

– amortecedor de choques, ruídos e vibrações –

resistente à abrasão e ao desgaste – boas

propriedades de deslizamento.

Carcaças de aparelhos elétricos, engrenagens,

buchas, pás para ventiladores, rotores de bombas –

parafusos e porcas – revestimento de cabos e fios,

cordas, embalagens para produtos alimentícios.

Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno – Nomes comerciais: Novodur Lustran Vestodur

ABS Duro resistente a choques – amortece vibrações acústicas

– antitóxico – permite a produção de produtos repuxados

a frio a partir de chapas.

Utensílios domésticos: batedeiras, geladeiras;

indústria automobilística, grades, indústria

radiofônica e fotográfica: caixas para rádio e TV,

filmes; caixas e teclados para máquina de escrever e

de calcular, brinquedos.

Características físicas e de transformação dos termoplásticos mais comuns

Nome Abreviatura Densidade

g/cm3

Resistência a

tração N/m2

Temperatura de

transformação 0C

Contração

de

moldagem

%

Temperatura

máxima no

serviço 0C

Cloreto de

polivinila rígido

PVC 1,45 30...50 175 – 200 0,1 – 0,2 65

Cloreto de

polivinila flexível

PVC 1,20 10...14 175 – 200 0,2 – 2,0 65

Polietileno alta

densidade

PEHD 0,96 25 185 – 220 2,0 – 4,0 120

Polietileno baixa

densidade

PELD 0,92 10 150 –175 1,5 – 3,0 90

Polipropileno PP 0,91 30...40 200 – 220 1,5 – 3,0 140


SENAI - 2009 207

Poliestireno PS 1,05 50...75 180 – 210 0,4 – 0,6 80

Policarbonato PC 1,20 65 240 – 290 0,4 – 0,8 140

Poliamida

(nylon)

PA 1,15 60...80 180 – 290 1,0 – 2,5 100

Acrilonitrilo-

Butadieno

Estireno

ABS

1,05

180 - 250

0,3 – 0,8

90

Comportamento químico de alguns termoplásticos quando em contato com agentes agressivos

PVL PE PP PS PC PA ABS

concentrado ácidos fraco

E

E

I

E

E

I

E

I

I

E

concentrado álcalis fraco

E

E

I

E

E

I

E

I

E

E

álcoois E E C E E E

óleos minerais graxas

E C C E E E E

benzina E I I I E E E

esteres I C C I E I

éter I C C I I E I

cetona I C C I I I I

hidrocarbonetos clorados

I I I I I E I

benzol I I I I I E

carburante I I I I E

E – Estável

I – Instável

C – Condicionamento Estável

Propriedades e aplicações dos termofixos mais comuns

Nome Comercial Propriedades Aplicações

Resina fenólica fenol formaldeído (PF)

Baquelita

Reriform

Eshalit

Trolitan

Pertinax

Repelit

Trolitax

Isolante elétrico – resistência à pressão de 12 a

15kg/mm2 e resistência à tração de 2,5kg/mm2.

Impregnada em papel

São resistentes à umidade e se incham muito

pouco quando em contato com graxa ou óleo.

Plugs, tomadas elétricas, rádios, TV,

caixas para motores pequenos,

aspiradores, baterias.

Corpos para bobinas, pranchas e peças

de isolamento elétrico, tabuleiro de

instrumentos.


SENAI - 2009 208

Ferroell

Lenax

Durcoton

Novatext

Resitex

Celeron

Impregnada em tecido

São bastante resistente à flexão e têm boa

tenacidade.

Engrenagens, buchas, aletas de

máquinas pneumáticas, martelos.

Resina uréica – Uréia formaldeído (UF)

Beetle

Plaskon

Baquelite

É inodora e transparente. Permitindo colorir-se

com cores claras, como o branco, etc.

Aparelhos elétricos, peças para

lâmpadas, coberturas, cola, pranchas

isolantes contra o calor e o ruído.

Resina melamínica – Melamina formaldeído (MF)

Melmac

Melurac

Características semelhantes à resina uréica –

resiste bem a água, calor e ácidos orgânicos.

As mesmas da resina uréica.

Resina epóxi (EP)

Araldite

Epirole

Epoxim

Metallon

Existem variedades desta resina – líquida e

sólida, transparentes, incolores e pastosas. Os

epóxis são inodoros e sódicos. No estado

líquido são venenosos, os vapores irritam a

pele, mas endurecidos tornam-se atóxicos.

Resistem aos ácidos e a lixívia.

Isolação em interruptores,

condensadores, conectores e aparelhos

elétricos em geral, adesivos para

metais, verniz ao fogo.

Misturada com quartzo, talco, grafite,

obtemos resina para fabricação de

moldes de fundição, etc.

Resina do poliéster – Poliéster insaturado (UP)

Thermaflow

Mylar

Kriston

É incolor e transparente, mas pode-se obter

qualquer cor por meio de corantes. Endurece

sob pressão.

Peças de rádio e TV, vidraças de avião,

carrocerias de carro.

Características físicas e de transformação dos duroplásticos mais comuns

Nome Abreviatura Densidade

g/cm3

Temperatura de

transformação

0C

Temperatura máxima no

serviço

0C

Fenol – Formaldeído

(baquelita)

F.F 1,25 – 1,37 149 – 177 160

Uréia – Formaldeído

(uréia)

U.F 1,45 – 1,55 135 – 188 135

Melamina Formaldeído

(melamina)

M.F 1,40 – 1,55 135 – 188 100

Poliéster

(com fibra de vidro)

- 1,6 – 2,1 120 – 180 120

Epóxi E.P 1,2 150


SENAI - 2009 209

Propriedades e aplicações de elásticos mais comuns

Nome Propriedades Aplicações

Borracha natural Proveniente da seiva da seringueira (látex), ela é

aquecida com enxofre (vulcanização) para tornar-se

mais consistente mantendo a elasticidade.

Não resiste bem a muitos óleos e solventes.

Pneus, guarnições,

mangueiras.

Butadieno

estireno

(SBR)

- Propriedades semelhantes da borracha natural.

- Facilidade de produção.

- Um pouco inferior à borracha natural em

resistência à tração e resistência ao desgaste.

Comumente combinada

com a borracha natural e

usada nos mesmos

produtos.

Polímeros de

clorobutadieno

(cloropreno)

(neopreno)

Borracha de

silicone

- Alta resistência ao calor, luz, óleos e a produtos

químicos, boa resistência elétrica. Não é

processado como a borracha natural.

- Suporta temperaturas de trabalho até 1500C.

- Permanece elástica até –700C.

- Alta resistência a óleos e produtos químicos.

- O vapor reaquecido destrói a borracha de

silicone.

Mangueiras e guarnições

para óleo, particularmente

para temperaturas altas.

Pneus para serviço pesado.

Mangueiras, guarnições,

isolantes para fios, etc., que

devem resistir a

temperaturas extremas.

Materiais obtidos quimicamente de produtos naturais

Celulose sintética

Fibra vulcanizada, celulóide, celona e celofane.

Fibra vulcanizada


SENAI - 2009 210

Massa específica 1,1 a 1,4kg/dm3. De cor natural cinzenta, adquirindo comumente as cores

marrom, roxa ou preta.

Emprego: guarnições, cabos para ferramentas, sapatas para freios.

Celulóide

Massa específica 1,38kg/dm3 (inflamável).

Emprego: placas de proteção, filmes, armação de óculos.

Celona

Massa específica 1,4kg/dm3 (não facilmente inflamável mas pega fogo).

É incolor e transparente mas com o tempo fica amarelada.

Emprego: pára-brisas, resinas, armação de óculos, capa intermediária para vidros de proteção.

Celofane

Papel transparente impermeável.

Chifre sintético

Massa específica 1,3kg/dm3. Esse material é fabricado de caseína (leite desnatado). Pode ser

tingido em todas as cores, é insípido e inodoro. Quando se queima, cheira a leite queimado. É

fácil de ser usinado e se deixa polir, a 700C é fácil de dobrar ou estampar.

Emprego: substitui o chifre e o marfim na fabricação de regüetas, réguas de cálculo, cabos para

facas e pentes.

É conhecido no mercado como Galalit, Berolit, Esbirith.

Usinagem de plásticos

Devido à baixa condutividade térmica dos plásticos, o calor gerado pelo atrito entre a ferramenta e

a peça durante a usinagem não se dispersa, provocando, então, uma combustão nos

duroplásticos.

Já os termoplásticos amolecem e ficam pastosos, o que dificulta o corte.

Portanto, durante a usinagem é muito importante que se faça um bom resfriamento com ar

comprimido.

Os duroplásticos produzem cavacos curtos e quebradiços, já os termoplásticos produzem cavacos

longos e contínuos.


SENAI - 2009 211

As ferramentas a serem utilizadas:

- Metal duro – tipo K10 ou

- Aço rápido

Deve-se normalmente utilizar alta velocidade de corte e pouco avanço.

Características das ferramentas para usinagem de plásticos

Material Ferramenta Processo Ângulo de

folga

(α0)

Ângulo de saída (γ0)

Avanço mm/rot

Velocidade de corte

m/min

Duroplásticos com material de

enchimento orgânico

MD Tornear Furar

Serrar Fresar

8 6 – 8

10 – 15 10 – 20

12 – 25 6 – 10

3 20 – 25

0,1 – 0,3 0,1

manual 0,1 – 0,3

200 – 250 60 – 80

2500 – 3000 200 – 500

Duroplásticos com material de enchimento

inorgânico

MD Tornear Furar Serrar

Fresar

5 – 8 6 – 8

10 – 15

0 – 12 0 – 6

3

0,1 – 0,3 0,1

manual

até 40 20 – 40

até 1000

PVC Aço Ráp.

Tornear Furar

Serrar Fresar

15 8 – 10

30 – 40 25 – 30

0 3 – 5

0 – 8 0 – 25

0,1 – 0,2 0,1 – 0,5

0,1 – 0,5 0,3

200 – 500 150

3000 até 1000

Poliamida (Nylon)

Aço Ráp.

Tornear Furar Serrar

Fresar

8 – 10 8 – 15 30 – 40

25 – 30

40 – 50 3 – 5 5 – 8

25

0,1 – 0,3 0,1 – 0,3 manual

0,1

200 – 500 até 100

até 2000

até 1000

Acrílico Aço Ráp.

Tornear Furar

Serrar Fresar

5 – 10 3 – 8

30 – 40 25 - 30

0 – 5 3 – 5

0 – 8 0 – 25

0,2 – 0,4 0,1 – 0,4

manual 0,2 – 0,5

500 – 600 20 – 50

até 2000 até 1000

Processos de transformação

Injeção

Na moldagem de materiais termoplásticos aquece-se o material até um estado de fluidez e, em

seguida, por meio de pressão, é lhe dada a forma de um molde.


SENAI - 2009 212

Molde para plástico

Finalmente, esfria-se a peça antes de extraí-la do molde.

Processo de moldagem por injeção

Na moldagem por injeção, a máquina injetora é alimentada com material granulado ou em pó. Se

necessário deve ser preaquecido em um cilindro adequado, onde o material se plastifica o

suficiente para que possa ser injetado sob pressão em um molde frio e fechado, desse molde

pode-se extrair a peça moldada após o seu resfriamento.

Máquina de moldagem por injeção

Extrusão

A extrusão é um processo extremamente versátil e entre os artigos fabricados por esse processo

incluem-se tubos, mangueiras, filmes, folhas, chapas, cabos elétricos, etc.


SENAI - 2009 213

Extrusão de filmes

Revestimento por extrusão

A seqüência básica de processamento de um termoplástico em máquinas de extrusão é a que

segue:

a) Fluidificação de matéria-prima, em geral em forma granular.

b) Vazão controlada do produto fluidificado através de uma matriz que o molda na forma

desejada.

c) Solidificação do produto.

d) Enrolamento ou corte final.

As fases a e b são realizadas realmente na máquina de extrusão, enquanto que as fases c e d

podem ser chamadas de acabamento e se realizam em equipamentos auxiliares.

A máquina de extrusão em si é constituída de um parafuso de Arquimedes, que gira dentro de um

cilindro aquecido, em relação ao qual mantém uma folga muito pequena.

Termoformação


SENAI - 2009 214

Na termoformação, uma chapa de plástico amolecida pelo calor recebe uma determinada forma,

seja dentro de um molde, seja ao seu redor.

A termoformação pode ser dividida em três tipos principais:

Formação a vácuo

Em sua formação mais simples, o método consiste em fixar a folha num quadro ligado à caixa de

molde.

A chapa é aquecida até ficar com a consistência de borracha e, por meio de vácuo, é estirada por

sobre o molde.

A pressão atmosférica, que existe acima da folha, força-a contra o molde enquanto é resfriada

suficientemente para poder manter a sua forma definitiva.


SENAI - 2009 215

Formação a vácuo (esquema)

Formação sob pressão ou por pressão

É o mesmo caso anterior, com a diferença que se aplica à folha aquecida uma pressão positiva de

maior ou menor intensidade.

Sopro

Aplicado na produção de

garrafas. Introduz-se um

tubo pré-formado em

estado plástico na matriz e

injeta-se ar (sopra-se). A

figura ao lado mostra a

seqüência de formação da

peça.

3

Sopro (esquema)

Calandragem

É o processo pelo qual se fabrica uma

chapa contínua passando o material

amolecido pelo calor entre dois ou mais

cilindros. As calandras foram originalmente

projetadas para o processamento de

borracha, porém, atualmente são utilizadas

também para a produção de lâmina dos

termoplásticos, especialmente de PVC

flexível e para a preparação de

revestimentos sobre papel, tecidos, etc.

Calandragem (esquema)

Moldagem por compressão

Usa-se principalmente na fabricação de produtos, basicamente de plásticos termofixos, embora

possa ser também facilmente aplicada aos trabalhos com termoplásticos.


SENAI - 2009 216

Moldagem por transferência

É um processo em peças que possuem muitos detalhes. O processo consiste no carregamento de

uma certa quantidade de pó de moldagem em uma câmara aquecida, fora do molde, onde atinge

um estado suficientemente plástico que permite sua passagem (sob pressão) através de uma

abertura adequada, para dentro de um molde, fechado desde o início.


1. Quais são as vantagens e as desvantagens apresentadas pelos plásticos em geral?


SENAI - 2009 217

2. Quais são as diferenças fundamentais entre os termoplásticos e os duroplásticos?

3. Descreva as reações de polimerização, policondensação e poliadição.

4. Quais são as propriedades e aplicações do cloreto de polivinila (PVC), polietileno ((PE),

acrílico (PMMA) e poliestireno (PS)?

5. Quais as propriedades da resina fenólica, fenol formaldeído (PF) e da resina epóxi (EP)?

6. Descreva os processos de termoformação dos materiais plásticos.

143971273 apostila-materiais

Engineering