Aços Especiais

Nome: Fernando Carvalho PassosKaren Silva de Melo

Maurício Silva

Aços para Cementação

Aumento da quantidade de carbono na superfície dos aços, gerando uma alta dureza

superficial e uma melhora da resistência ao desgaste e mantendo um núcleo tenaz.

“Para alcançar tais propriedades é necessário tratamento térmico complexo de Têmpera.

Com isso não se pode levar em consideração somente a aplicação final do material, e sim o

meio de esfriamento que será utilizado......”.

Meio de Esfriamento do Tratamento TérmicoÉ lógico q deve-se levar em conta a dureza pretendida”

Água e Soluções Aquosas; “Meio mais simples e de menor custo, por facilitar a

limpeza final. É utilizado qdo a probabilidade de empeno é menor”.

Óleo; “Meio mais lento. É utilizado qdo a probabilidade de empeno é maior ou mesmo

para evitar uma ruptura durante o esfriamento, em peças ou seções finas”.

Camada Cementada Hipereutetóide; “com alta resistência ao desgaste”.

Eutetóide ou ligeiramente Hipoeutetóide; “superfície endurecida e tenaz”.

Núcleo “Imaginamos que o ideal é um núcleo com alta tenacidade, mas este conceito

tem sido abandonado, pois mesmo q o núcleo seja altamente tenaz, se ocorrer uma fissura na

camada cementada esta se propagará através do núcleo” e Zona de Transição “Esta deve

ser gradual, não tendo uma área claramente definida, o que poderia causar o lascamento da

superfície”.

Tipos de Aços Aço-Carbono: 0,08 a 0,25% de carbono “Pode ser usado, mas não apresenta uma

resistência e uma tenacidade tão boa como os liga”.

Aço-Liga baixo teor: 1 a 2% de elementos de liga “São os mais utilizados, possui boa

temperabilidade”.

Aço-Liga alto teor: > 2% de elementos de liga “Temperabilidade elevada, o teor de

carbono deve ser limitado a 0,25%. Apresentam propriedades melhores q os de baixo teor,

porem o seu custo maior, devido a maior dificuldade de fabricação e tratamento térmico limita

o seu uso a casos especiais”.

Aços para Nitretação

Formação de Nitretos de natureza complexa na superfície de certos aços, criando uma

camada de alta dureza resistente a elevadas temperaturas (500°C) e ainda resistente a certos

tipos de corrosão.

Seqüência de Oper. de peças a serem NitretadasRecozimento ou Normalização Têmpera Revenido Usinagem Nitretação;

“A Nitretação pode ser feita na etapa final de fabricação de uma peça, pois é feita entre

500 a 550°C, o que minimiza a possibilidade de empeno”.

Teores de liga de aços para Nitretação: Carbono; “em teores elevados”.

Alumínio e Cromo; “foram nitretos, quanto maior a quantidade, maior a camada

nitretada”.

Molibdênio; “evita a fragilidade de revenido”.

Níquel; “Normalmente ausente, é adicionado para se obter uma dureza mais

elevada”.

Tipos de Aços para Nitretação: Aços Grafítico; “Alto carbono e alto silício, possuem também Cromo, Alumínio e

Molibdênio. Superfície dura e resistente ao desgaste, com depressões originalmente cheias

de grafite, de modo q pelo menos inicialmente, o aço será alto lubrificável. Exemplo de

utilização são mancais operando a altas temperaturas”.

Aços Nitraloy; “contendo como base de liga cromo e Alumínio. São os q após a

nitretação apresentam a camada superficial mais dura e o núcleo com resistência mecânica

mais adequada”.

Aços AISI 4140 e 4340; “contem cromo e molibdênio, sem Alumínio. Usado qdo

admite-se uma dureza superficial menor”.

Nitretação em banho de Sal “processo mais demorado e utilizado para aços de baixo

teor de carbono”.

Aços p/ Ferramentas e Matrizes

Características: Dureza à Temperatura ambiente; “A dureza da ferramenta ou matriz deve ser maior

do q da peça a ser trabalhada”.

Dureza à quente; “Necessário pelo calor gerado na própria execução do serviço.

Elementos mais importantes por essa propriedade são o Tungstênio e o Molibdênio”.

Resistência ao desgaste; “Requisito importante, visto q o desgaste pode vir a inutilizar

a ferramenta, por alterar suas dimensões”.

Temperabilidade; “Uma maior penetração da dureza garante uniformidade a

ferramenta ou matriz. Aço ligas tem a vantagem de possuir um ranger menor de dureza entre

a superfície e o centro”.

Tenacidade; “Característica desejável, mas difícil de se obter juntamente com a alta

dureza”.

Resistência Mecânica e a Compressão; “Visto q muitas vezes os aços ferramentas e

matrizes devem suportar esforços estáticos”.

Tamanho do grão; “Desejável um tamanho pequeno, pois isto está associado a

características mecânicas superiores”.

Usinabilidade; “É impossível associar alta dureza e resistência ao desgaste a uma

boa usinabilidade, mas as vezes é necessário usinar estes aços para confecção de

ferramentas ou matrizes, sendo necessário por isso não utilizar a dureza e resistência máxima

na ferramenta ou matriz e sim somente a necessária de acordo com o trabalho q irá executar,

sendo necessário até diminuir a vida útil e o rendimento desta ferramenta para possibilitar sua

fabricação”.

Classificação dos Aços p/ Ferramentas e Matrizes:

Aços Temperáveis em Água; “Carbono como principal elemento”. Exemplos:

o 0,5% - Simplesmente tenaz;

o 1,0% - Dureza e tenacidade proporcionais;

o 1,4% - Alta Dureza e tenacidade secundária;

Aços para Trabalho a Frio; “São os menos sujeitos a deformações no formato e

dimensões durante o tratamento Térmico”.

Aços Resistentes ao Choque; “Possuem tenacidade muito boa, com regular

resistência ao desgaste, sua aplicação é ferramentas como punção, ferramentas

pneumáticas, talhadeiras, etc...”.

Aços Rápidos; “Principais aços utilizados em ferramentas. Tem característica de alta

dureza no estado temperado e não perde a dureza qdo está trabalhando em temperaturas

altas, podendo operar em velocidades superiores, isto é chamado de dureza a quente.

Basicamente é composto alem do carbono com, tungstênio, molibdênio, vanádio, cromo e

cobalto”.

A escolha do aço apropriado para uma determinada aplicação de ferramenta deve ser

feita levando em conta não só os característicos realmente imprescindíveis para o caso, mas

sim o tratamento térmico, o modo de esfriamento, o projeto da ferramenta e os cuidados na

confecção.

Tipo de Serviço Caract. Principais Car. SecundáriasUsinagem Resist. ao desgaste e

ao amolecimento pelo calor

Tenacidade e

Facilidade de Retificação

Corte Resist. ao desgaste e

tenacidade

Segurança e pequeno

empenamento na Têmpera

Conformação Resist. ao desgaste Usinabilidade e

Tenacidade

Estiramento Resist. ao desgaste Pequeno

empenamento na Têmpera

Extrusão Resist. ao

amolecimento pelo calor,

tenacidade e resist. ao

-

desgaste

Laminação Resist. ao desgaste -

Percussão Tenacidade Resist. ao desgaste

AÇOS RESISTENTES AO DESGASTES

MECANISMO:

A dureza é o fator mais importante na resistência do aço ao inicio do desgaste. Por sua

vez o desgaste nos aços pode ocorrer de acordo com 3 tipos diferente que já o desgaste de

metal contra metal ou desgaste metálico ou desgaste entre uma substancia não metálica que

é o desgaste abrasivo ou também o desgaste contra líquidos ao vapor também conhecidos

como erosão.

Esses desgastes são reduzidos pelo melhor acabamento superficial das superfícies que

estão em contato, aumento de dureza e de resistência mecânica

O desgaste ocorre pelo arrancamento de material (Partículas metálicas) da superfície

metálica

O desgaste abrasivo é causado pela penetração na superfície do metal da partículas

não- metálicas de caractere abrasivo que ocasiona o arrancamento de material (partículas

metálicas)

O desgaste metálico é ocasionado pelo atrito das superfícies que estão em movimento

entre si e pode ser explicado pela interferência mecânica de pequenos projeções ou

asperezas das superfícies que estão em contato e em movimento. Ao se deslocarem, admite-

se que as saliências de uma possa coincidir com a da outra de maneira que cause uma

oposição ao movimento. Se a força causadora do movimento for tal que possa mante-lo, as

saliências das superfícies serão deformadas ou arrancadas se o metal for pouco dúctil.

O desgaste metálico é reduzido pela melhora do acabamento das superfícies que estão

em movimento e, contato entre si ou seja tornando-as planas e macias de maneira a diminuir

o numero de saliências que coincidem com as depressões

Outra coisa que elabora para a diminuição deste desgaste é a introdução entre essas

superfícies de um meio lubrificante que tendo uma determinada espessura e viscosidade

possa separar fisicamente essas superfícies

Pode ocorrer também o desgaste abrasivo pela penetração de partículas estranhas e

abrasiva no lubrificante, então podemos chegar a conclusão que: o desgaste dos metais

depende :

1º) Acabamento superficial (elimina as depressões e saliências superficiais

consequentemente o atrito e o desgaste)

2º) Dureza (deve ser elevada para que o material resista a penetração inicial)

3º) Resistência mecânica e a tenacidade (quanto mais altas dificultarão o arrancamento

de partículas metálicas)

Outro detalhe é que o calor produzido pelo atrito entre essas superfícies podem

ocasionar microsoldas no material que depois são arrancados por forças e pressões deixando

buracos na superfície e também por reduzir a resistência mecânica e a dureza do metal

facilitando a oxidação e aos ataques químicos. Como exemplos de aços resistentes ao

desgaste temos o aços-manganês austeníticos ou aços Hadfield em homenagem ao seu

inventor. Os tipos comercialmente encontrados possuem um teor de carbono entre 1 % a

1.4% e manganês entre 10% a 14%.e outros elementos de liga tais como o silício que

confere a esse aço uma melhor desoxidação, aumento do limite de escoamento e certa

resistência a deformação plástica sob choques repetidos ,fósforo para uma boa solvabilidade,

até 0.10%..Quanto a sua dureza geralmente os golpes que recebe quando em serviço eleva

bastante a sua dureza por encruamento. A adição de cromo aos Hadfield melhora bastante a

resistência ao desgaste de natureza principalmente abrasiva, exemplos são as peças desse

aço usadas em maquinas de britamento, moagem, etc. Entre outras aplicações deste aço

podemos mencionar as industrias de construção, mineração, estradas de ferro, dragagem,

fabricação de cimento e produtos cerâmicos e as de perfuração de poços de petróleo. Outro

aço resistente ao desgaste podemos citar o aço carbono ao cromo cujos tipos SAE

52100,SAE 51100,SAE 50100 resistentes ao desgaste são empregados em mancais de

rolamentos de esferas e de rolete.

A usinabilidade dos aços Hadfield é complicada devido sua alta tenacidade. Emprega-se

ferramenta de corte de metal duro como por exemplo aço rápido ao cobalto ou carboneto de

tungsténio sinterizados. Esses aços não podem ser usados a temperaturas superiores a 260

graus celsius porque tornam-se frágeis.

AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO

MECANISMO DA CORROSÃO

A corrosão é um fantasma que assusta não só a engenheiros e metalurgistas mas a

todos nós. Ela pode ser considerada como um ataque gradual e continuo do metal pelo meio

que o cerca e no qual está inserido que pode ser a atmosfera, contaminada das cidades,

meios químicos, líquidos e gasosos.

Admite-se que a corrosão não passa de uma forma de actividade química ou mais

precisamente eletroquímica. A velocidade do ataque e sua extensão dependem não só da

natureza do meio circunvizinho, como igualmente do tipo do metal ou liga sofrendo a acção

corrosiva

A teoria mais simples é aceita para explicar a corrosão do ferro é a teoria eletrolítica. O

ferro esta colocado acima do hidrogénio na tabela de potenciais eletroquímico, dando a isto

pode deslocar o hidrogénio da agua nas imediações do ferro.

Como consequência de reações eletroquímicas temos a formação de ferrugem pela

precipitação do Fe(OH)

A proteção é feita criando-se sobre a superfície do metal uma película protetora que

separa o metal- base do meio corrosivo

A passividade pode ser definida como a propriedade típica de certos metais e ligas

metálicas de permanecerem inalterados no meio circunvizinhos.

Além do mecanismo da formação da película de óxido outros surgiram para explicar a

resistência à corrosão.

Porem o mecanismo da formação da película de oxido continua mais aceito

O cromo confere proteção à corrosão aos aços

O cromo é o mais importante elemento de liga e o mais eficiente de todos na maioria das

condições para a proteção e resistência a corrosão que confere ao aço principalmente se

como elemento de liga estiver acima de 10%.O cromo é capaz de manter uma camada

impermeável de óxido que é extremamente estável. Esta camada ,embora invisível contínua

em meio oxidante. Esta película de cromo ,entretanto,é removida pelo ácido clorídrico e deixa

o aço desprotegido. Por sua vez a passividade desses aços depende da sua composição

química,das condições de oxidação do meio,da susceptibilidade a corrosão localizada

(pitting),da suscetibilidade a corrosão intergranular e outros.

O cromo é o elemento mais importante. Um teor de cromo de 10%(mínimo) é suficiente

para atingir a necessária passividade que fica completa com 20% a 30% de cromo. O níquel é

o segundo elemento de liga dos aços inoxidável ao cromo melhora a resistência à corrosão e

as propriedades mecânicas do aço inox ao cromo em soluções neutras de cloreto e em ácido

de baixa capacidade de oxidação. Esta influência é melhor na faixa de 6 a 7% de níquel. Os

aços inox austeníticos contendo cromo e níquel são os melhores tipos de aço resistente à

corrosão. O molibdênio aumenta a passividade e a resistência à corrosão nos ácidos

sulfúricos e sulfurosos a altas temperaturas e pressão. Em soluções neutras de cloretos (água

do mar).O titânio e o nióbio são adicionados ao aços inox para evitar a corrosão intergranular.

A outra influencia é sem dúvida nenhuma o meio que pode ser de carater oxidante ou de

carater redutor. Os de carater oxidante tendem a tornar passiva a liga e os redutores a

diminuí-la.Verifica-se que entre os ácidos fortes que alinha que os divide entre ácidos

oxidantes e ácidos redutores é o ácido sulfúrico. Quer dizer que o ácido inox trabalha

perfeitamente sem sofrer agressão no lado oxidante porem sofre agressão no lado redutor.É o

caso por exemplo dos ácidos nítricos e clorídricos que são respectivamente oxidantes e

redutores.

A suscetibilidade a corrosão localizada ou pitting, no idioma inglês é outra forma de

corrosão que aparece nesses aços inox e se caracteriza por ser localizada e de progredir

rapidamente e furando inclusive,o material a ponto de atravessá-lo.O principal causador desta

corrosão é o íon cloreto (Cl) e as soluções nas quais se encontra. Este fator deve ser levado

em consideração quando se deseja fazer uso desses em qualquer concentração não Os de

ácido clorídrico como soluções de cloreto de ferro,de cobre,cloretos alcalinos e terrosos. O

molibidênio tem sido utilizado para evitá-la.Um outro meio para se evitá-la é pelo acabamento

superficial da superfície metálica.

Já a suscetibilidade a corrosão intergranular provocada pela precipitação de um

constituinte de contorno de grão pode provocar um dos mais danosos tipos de corrosão que é

a corrosão propriamente dita intergranular. Se o aço for aquecido na faixa crítica de 400 a 900

graus celsius ainda que pôr poucos minutos ou segundos o mesmo poderá se desintregar

após algumas horas de exposição em uma solução corrosiva.

AÇOS RESISTENTE AO CALORSão os chamados aços refratários.

Quando expostos de modo contínuo, em meios gasosos, líquidos, etc, a ação de

temperaturas elevadas, conseguem resistir e suportarem aquelas condições de serviços

químicas e mecânicas.

Acima de 400 graus Celsius e a temperaturas superiores os materiais começam a perder

suas propriedades normais,condições essas tais como corrosão,oxidação,queda da

rigidez,deformação plástica acentuada sob o esforço mecânico. A resistência à fluência a

corrosão e a oxidação a altas temperaturas acrescentando a expansão térmica, a estabilidade

estrutural e a fadiga são requisitos que se exigem dos aços refratários. Acredita-se que hoje

que a propriedade que dá certos metais e ligas de resistirem à corrosão e a oxidação a altas

temperaturas é a formação de uma camada de óxido sobre a superfície do metal que o

protege das agruras do meio circunvizinho. Essa camada de óxido deve ser compacta e sem

descontinuidade para dar uma boa proteção ao metal. Nos aços resistentes ao calor, é muito

importante a seleção adequada do tratamento térmico,do meio e da velocidade de

resfriamento,tendo em vista sobretudo a estrutura final que resultará em função da seção e da

forma da peça. A fluência é um do característico mais importante porque em certas aplicações

nessas condições uma estrutura ou peça metálica fica inutilizada se alongar às vezes

de .01%.

A estabilidade estrutural também é uma condição essencial nessas ligas porque ainda

que apresentem boa resistência mecânica à temperatura ambiente pode falhar quando em

serviço a altas temperaturas sob a ação de cargas menores devidos ocorrência de alguma

modificação na sua estrutura interna ou a precipitação de constituintes frágeis nos contornos

do grão. Como exemplo de desestabilização estrutural a altas temperaturas de aços perlíticos

de baixo teor de liga tende a diminuir a resistência a fadiga dos aços. A precipitação de

carbonetos nos contornos dos grãos de aços austeníticos não só prejudica sua ductilidade

como também diminui sua resistência a corrosão. Dentre os aços os mais indicados para

serviço a altas temperaturas são os de alto teor em liga,contendo principalmente cromo e

níquel, juntas e às vezes o alumínio e o silício. Porém em relação à oxidação o elemento

básico é o cromo a partir de 5%.

O níquel como elemento de liga tende a tornar os aços cromo austeníticos que sob o

ponto de vista da rigidez e ductilidade é vantajoso alem de melhorar a sua resistência à

oxidação.

E m relação à fluência podemos citar o molibdênio o vanádio,o tungstênio,o titânio e o

nióbio. O molibdênio é o mais empregado nesse sentido. Em aços contendo ,por

exemplo,0.1% a 0.2% de carbono, a adição de apenas 0.5% de molibdênio consegue-se

dobrar a carga que provoca a 500 graus Celsius uma fluência de 0.1% em relação em 100000

horas.

O vanádio introduzido em teores de 0.2% em aços cromo molibidênio com baixos teores

destes elementos torna os utilizáveis satisfatoriamente a temperaturas de 550 a 600 graus

Celsius.

O tungstênio,que como o molibdênio e o vanádio é principalmente elemento formador de

carbonetos,aumenta também a resistência à fluência. Idem para o titânio. Cerca de 0.5% de

titânio melhora muito essa característica entre 550 e 700 graus Celsius. O nióbio atua similar

ao titânio. O cobalto é um elemento importante de resistência à fluência principalmente nos

aços austeníticos tipo 18-8 e contribuem para aumentar o valor de resistência a fluência entre

600 e 700 graus Celsius com teores em torno de 2%.A introdução simultânea de molibidenio e

cromo em teores baixos menor que 3% embora não afete o valor da resistência à tração a

temperatura superior a ambiente aumenta mais o valor da resistência à fluência e

ligeiramente a resistência à oxidação e a corrosão. Seu uso limita-se a tubos geradores de

vapor em caldeiras, a tubos de superaquecedores de vapor. Esses aços não são refratários

devido ao seu baixo teor de liga. A partir de 5 a 6% de cromo sozinho ou junto com níquel

esses aços tornam-se refratários. Se ao aço-cromo com o cromo na faixa de 5 a 6%

adicionarmos 0.5% de molibdênio sua resistência à fluência fica bastante melhorada e seu

emprego na faixa de 450 a 550 graus Celsius. Usados nas industrias químicas, caldeiras a

vapor,industria de petróleo principalmente em forma de tubos. Nos aços-cromo com teores de

cromo de 7 a 10%, teor de carbono com 0.4 a 0.6%,silício com 1 a 3.5% e molibdênio com

0.5% torna o aço resistente à corrosão a gases de combustão a temperatura até 750 graus

Celsius principalmente nos motores a combustão interna e válvula de diversos tipos. Aços

com teor de cromo de 12 a 15% resiste à oxidação até 800 graus Celsius e com teor de

0.15% de C .indicado para palheta de rotores de turbinas a vapor.Com teor de cromo entre 25

a 30% com adição de alumínio resiste até 1325 graus Celsius (emprego em resistência

elétrica).

AÇOS SINTERIZADOS

-Metalurgia do pó

Matéria-prima apresenta-se de forma pulvurenta

- Produção de peças sinterizadas de ferro e aço –

∙ Seleção da matéria-prima;

Pó de ferro, na forma pura ou pré-ligada dos tipos : reduzido, atomizado e eletrolítico

Propriedades típicas de ferro sinterizado, em função do tipo de pó

∙Compressão do pó ou pós metálicos, em matrizes apropriadas;

Determina a forma e as dimensões praticamente finais das peças sinterizadas

Compressibilidade do pó varia de 1 a 10 t/cm

Tendência do aumento da densidade de compactados de ferro, em função da pressão de

compressão

∙ Sinterização dos compactados obtidos na compressão;

Ligação final entre as partículas de pó.

Aquecimento da ordem de 2/3 a ¾ da temperatura de fusão do metal considerado.

Atmosferas protetoras : Hidrogênio, amônia dissociada, gás de gasogênio ou, finalmente,

gás proveniente da combustão incompleta de gás natural, propana etc.

∙Recompressão ou calibragem das peças;

Esta operação é frequentemente levada a efeito após a sinterização, geralmente em

matrizes diferentes das que foram usadas na compressão.

Variação de característicos físicos de compactados de ferro em função da temperatura

de sinterização

∙ Acabamento, compreendendo eventualmente usinagem, tratamento térmico ou tratamento superficial.

Operações de usinagem , tratamentos térmicos e tratamentos superficiais.

Variação da dureza da camada cementada em ferro sinterizado, em função da

densidade. Cementação em caixa a 910ºC, seguida de resfriamento em óleo.

Forjado sinterizado

Setor automobilístico e aço de precisão

Pré-moldado- matriz de forjamento

Vantagens:

- bom acabamento superficial;

- possibilidade de obter componentes complexos em uma única operação de

conformação;

-obtenção de estrutura fina, orientada a esmo;

- orientação equiaxial de característicos físicos;

- carga de forjamento e custos de forjamento menores que no forjamento convencional;

- propriedades mecânicas comparáveis às obtidas pelo forjamento convencional.

Projetos de peças sinterizadas de aço

Tipos de ferro e aços sinterizados, suas propriedades e aplicações

Resistência mecânica baixa

Cargas de trabalho pequenas e que podem ser lubrificadas

Materiais de densidade média (6,2 a 6,6 g/cm3)

Ferro-carbono, ferro-cobre-carbono, ferro-carbono-níquel

Materiais de alta densidade (acima de 6,8 g/cm3)

Aço ao níquel, ferro e aço infiltrados