aços especiais - arquitetura
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Materiais e Técnicas 2012.2
AÇOS ESPECIAIS
6.000 a 4.000 anos a.C.Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C
1.770 a.C.A primeira indústria do ferro apareceu ao sul do Cáucaso, 1700 a.C., entre os Hititas. O minério de ferro apresentava-se sob a forma de pequenas pedras à flor da terra.
1100 a.C.Depois do Cáucaso, o ferro apareceu no Egito em torno de 1100 a.C. Posteriormente, foi encontrada em regiões às quais, hoje, damos o nome de Grécia (1100 a.C.), Áustria (920 a. C.), Itália (600 a. C.), Espanha França, Suíça
500 a.C. Os chineses fabricavam o ferro carburado, mais tarde chamado ferro-gusa.
HISTÓRICOAÇO
Século XIVA altura dos fornos tinha aumentado e as condições de sopro se aperfeiçoado. A temperatura de combustão aumentou o suficiente para que o ferro pudesse absorver quantidades crescentes de carbono. Com o aumento do teor de carbono o metal se fundia a uma temperatura mais baixa e assim obteve-se pela primeira vez um metal líquido na parte baixa do alto forno. Com os fornos transformados em altos-fornos, a produção de ferro aumenta e por volta de 1350 surge a fundição de objetos de uso doméstico, instrumentos agrícolas e muitos outros.
Século XVComeça-se a produzir ferro pelo "refino" do ferro-gusa.
HISTÓRICOAÇO
Século XVIIIO consumo de aço faz um grande avanço. O inglês Abraham Darly começa a produzir o ferro-gusa a partir do coque em 1709. Na França, Reáumur realiza estudos teóricos sobre a redução do ferro-gusa em aço. Huntsman obtém pequenas quantidades de aço no cadinho em 1745.
Século XIXEm 1856, a descoberta do inglês Bessemer permite realizar uma produção realmente industrial de aço pelo refino do gusa em um convertedor através do sopro de uma corrente de ar que atravessava o banho de gusa convertendo-o por oxidação em aço líquido. A partir dessa época, pôde-se dispor, graças a estes processos, de grandes quantidades desta liga ferro-carbono, que se chamava aço, cujas propriedades permitiram as maravilhas tecnológicas do século XX.
HISTÓRICOAÇO
HISTÓRICOAÇOS ESPECIAIS
* Em 1868, Robert Mushet descobriu acidentalmente que um aço com manganês e tungstênio temperava ao ar e resultava em um material com excelentes propriedades de dureza a quente e de resistência ao desgaste, o que possibilitou sua utilização em operações de usinagem de materiais de alta dureza. A composição química do aço de Mushet era 2%C, 2,5%Mn e 7%W.
Aços especiais ou aços-liga:
São àqueles que pelo seu percentual de carbono ou pela adição de elementos de liga, principalmente metálicos, apresentam propriedades específicas em termos de resistência mecânica, à corrosão e características eletromagnéticas.
Elemento de liga: elemento, metálico ou não, que é adicionado a um metal (chamado de metal-base) de tal maneira que melhora alguma propriedade desse metal.
Conforme a percentagem total de elementos de liga, podem-se classificar os aços-lia da seguinte forma:• Aços de baixa liga – até 5% de elementos de liga• Aços de média liga – de 5% até 10% de
elementos de liga• Aços de alta liga – mais de 10% de elementos de
liga.
CONCEITO
LIGAS FERRO-CARBONO
FERROS FUNDIDOSSem liga ouAço-carbono
0<%C<2 2<%C<4
Se não contiver nenhum elemento de liga em quantidade superior aos mínimos indicados
Aço ligado ou Aço-liga
Se nenhum elemento de liga atingir um teor de 5%
Aço de baixa liga
Aço dealta liga
Se pelo menos um el. de liga ultrapassar um teor de 5%
Teores máximos de alguns elementos nos
aços sem liga:• Al – 0,10%• Bi – 0,10• B –
0,0008• Cr – 0,30• Co – 0,10• Cu – 0,05• Mn – 1,65• Mo – 0,08
• Ni – 0,30• Nb – 0,06• Pb – 0,40• Se – 0,10• Si – 0,50• Ti – 0,05• W – 0,01• V – 0,10
AÇOS
Condições especiais de aplicação:
• Altas Temperaturas;• Baixas Temperaturas;• Alta Corrosão;• Sem Contaminação;• Segurança.
APLICAÇÕES
Gráfico – resistência mecânica x temperatura
APLICAÇÕES
Gráfico – fluência x temperatura
Elemento de liga:• Manganês (Mn):• Agente dessulfurante e desoxidante;• Aumenta a dureza e a resistência (%Mn>1%);• Entre 11-14% Mn alcança-se alta dureza, alta
ductilidade e excelente resistência ao desgaste (aplicações em ferramentas resistentes ao desgaste);
• Aumenta a forjabilidade do aço, a temperabilidade, a resistência ao choque e o limite elástico.
• Alumínio (Al):• diminuir ou eliminar o desprendimento de
gases que agitam o aço quando ele está se solidificando (“Acalmar” o aço).
• Fósforo (P):• Aumenta a resistência dos aços baixo
carbono;• Aumenta a resistência à corrosão;• Aumenta a resistência à tração;• Aumenta a dureza, gerando fragilidade à frio
(0,04-0,025% no máximo)
ELEMENTOS DE LIGA
Elemento de liga:• Enxofre (S):• Forma sulfeto ferroso (FeS) - que faz o
aço se romper, tornando-se um agente fragilizador;
• Se combinado com manganês forma sulfeto de manganês (MnS), que pode ser benéfico melhorando a usinabilidade.
• Silício (Si):• Auxilia na desoxidação e impede a
formação de bolhas nos lingotes;
• Níquel (Ni):• Aumenta consideravelmente a
resistência à corrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni);
• Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de expansão térmica próximo de zero;
• Aumenta a resistência ao impacto (2-5% Ni).
ELEMENTOS DE LIGA
Elemento de liga:• Cromo (Cr):• Aumenta a resistência à corrosão e ao calor;• Aumenta a resistência ao desgaste (devido à
formação de carbetos de cromo);• Em aços baixa liga aumenta a resistência e
a dureza;• É normalmente adicionado com Ni (1:2).
• Tungstênio (W):• Mantém a dureza a altas temperaturas;• Forma partículas duras e resistentes ao
desgaste à altas temperaturas, muito utilizado em aços para ferramentas.
• Boro (B):• É um agente endurecedor poderoso (0,001-
0,003%);• Facilita a conformação à frio;• Tem efeito 250-750 vezes ao efeito do níquel
(Ni); 100 vezes ao efeito do cromo (Cr).
ELEMENTOS DE LIGA
Classificação segundo a aplicação:
• Aços para fundição;• Aços estruturais;• Aços para trilhos;• Aços para chapas;• Aços para tubos;• Aços para arames e fios;• Aços para molas;• Aços de usinagem fácil;• Aços para cementação;• Aços para nitretação;• Aços para ferramentas e matrizes;• Aços resistentes ao desgaste;• Aços resistentes à corrosão;• Aços resistentes ao calor;• Aços para fins elétricos;• Aços para fins magnéticos;• Aços ultra-resistentes;• Aços criogênicos;• Aços sintetizados.
SISTEMAS DE
CLASSIFICAÇÃO
SISTEMAS DE
CLASSIFICAÇÃO
Classificação AISI-SAEO sistema de classificação da AISI é
frequentemente adoptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo que é referido abreviadamente por AISI-SAE; consiste num sistema numérico de quatro ou cinco algarismos, indicando os dois (ou três) últimos o teor em carbono do aço em centésimos; os dois primeiros indicam se o aço é ou não ligado e qual o tipo de liga
AISI-SAE XXXX1XXX - Aço-carbono10XX - Aço-carbono comum11XX - teores diferenciados de S12XX - teores diferenciados de S e P13XX - alto teor de Mn (1,6-1,9%)2XXX - Aço ao Níquel3XXX - Aço ao Níquel e Cromo4XXX - Aço ao Molibidênio
40XX - Mo 0,15-0,3%41XX - Mo, Cr43XX - Mo, Cr, Ni
5XXX - Aço ao Cromo6XXX - Aço ao Cromo e Vanádio8XXX Aço ao Níquel, Cromo e Molibidênio9XXX - Outros
• Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, conforme a tensão de escoamento mínima especificada:
• * Aços termicamente tratados aumentam também resistência à corrosão, porém perdem soldabilidade.
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA
TipoLimite de
Escoamento Mínimo, MPa
Aço carbono de média resistência 195 a 259
Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345
Aços ligados tratados termicamente 630 a 700
VANTAGENS DO AÇO ARBL
• Aumentar a resistência mecânica permitindo um acréscimo da carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves;
• Melhorar a resistência à corrosão atmosférica;
• Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga;
• Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de resistência à tração, sem perda apreciável da ductilidade.
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA
Aço ARBL
TIPOS DE AÇO ARBL• Aços Patináveis - projetados para ter
resistência à corrosão atmosférica elevada
• Aços de laminação controlada - laminados a quente para desenvolver uma estrutura austenítica altamente deformada que se transforma em uma estrutura ferrítica equiaxial de grãos finos no resfriamento. Nesta categoria estão A572, A735, A736 e A737 (os 73 para vasos de pressão)
• Aços com perlita reduzida - reforçados por uma estrutura de grão finos de ferrita e endurecimento por precipitação, porém com baixo teor de carbono e, portanto com pouca ou nenhuma perlita na microestrutura
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA
Aço ARBL
TIPOS DE AÇO ARBL• Aços Microligados – contém pequenas
adições de elementos como nióbio, vanádio e/ou titânio para refinamento do tamanho de grão e/ou endurecimento por precipitação
• Aço com ferrita acicular – possuem teores muito baixos de carbono e endurecibilidade suficiente para gerar uma estrutura de ferrita acicular muito fina e resistente no resfriamento, no lugar da estrutura ferrítica poligonal usual
• Aços dual phase ou bifásicos– processados para microestrutura de ferrita contendo pequenas regiões de martensita de alto carbono uniformememnte distribuídas, resultando num produto com baixo limite de escoamento e alta taxa de encruamento, gerando um aço de alta resistência e conformabilidade superior
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURA
Aço ARBL
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURALIGHT STEEL FRAME
PRINCIPAIS BENEFÍCIOS:
• Total Flexibilidade na Arquitetura
• Alta produtividade / Construção a seco
• Redução de desperdícios / Baixo impacto ambiental
• Facilidade de montagem, manuseio e transporte
• Rapidez de execução / Redução de prazos
• Excelente Desempenho térmico e acústico
• Otimização de custos
• Rápido retorno do capital
APLICAÇÃO PARA ARQUITETURALIGHT STEEL FRAME
• GHERKIN: O PRÉDIO PEPINO
ARQUITETURA EM AÇO
Norman Foster2004
• SHARD: O MAIOR DA INGLATERRA
ARQUITETURA EM AÇO
Renzo Piano2012
ARQUITETURA EM AÇO
SHARDCURIOSIDADES
ARQUITETURA EM AÇO
Oscar Niemeyer2007
• Centro Cultural Niemeyer - GOIÂNIA
O projeto utilizou os aços longos ao carbono e compreende um conjunto de quatro prédios: um monumento em forma de pirâmide, um teatro, um prédio administrativo com cinco pavimentos e um museu. O Centro possui dezessete mil metros de área construída, e está localizado em uma grande esplanada retangular com 26 mil metros quadrados de extensão.
ARQUITETURA EM AÇO
Carla Juaçaba
• Casa Veranda – Rio de Janeiro
Uma casa retangular e transparente, com paredes de vidro e estrutura de aço auto-patinável, suspensa 90 centímetros do solo, corta ao meio um terreno habitado por árvores centenárias e que termina em uma floresta.A estrutura de perfis de aço auto-patinável, chamado também de corten, foi soldada e montada em 15 dias. A opção pelo material é justificada pelo baixo custo; e a escolha pelo aço auto-patinável, definida pela sua resistência à corrosão, que nessa área é intensificada pela maresia. A estrutura de aço é aparente, no interior e exterior."A vantagem do aço é você poder dar as proporções que quer ao material. E o aço corten é anticorrosivo“.
ARQUITETURA EM AÇO
FGMF Arquitetos e Epigram Group2010
• Casa Natura – São Paulo
Os profissionais explicam que substituíram as reformas por construções industrializadas, concebidas de acordo com os preceitos da boa arquitetura e sustentabilidade, que incluiu o uso do aço. Optar por soluções deste tipo também significou uma redução do desperdício de material em relação à construção tradicional.Área construída: 250 m²Volume do aço: 14 t Projeto estrutural: Oppea Engenharia
Objetivos das pesquisas:
• Melhorar a tenacidade do aço
• Aumentar a resistência mecânica
• Aumentar a vida útil das peças produzidas com o material
• Reduzir os custo de produção de materias específicos, como os inoxidáveis
TENDÊNCIAS
Aços Ferramenta Aço VHSUPER:
• Menor taxa de cromo e maior taxa de molibdênio
• Maior resistência ao quente• Melhor resistência ao
revenido
TENDÊNCIAS
Aços alternativos ao HY 80
Aços ULCB e HSLA-80
• Não passam pelo processo de têmpera e revenido• São mais econômicos • Requerem menos especialização do soldador
TENDÊNCIAS
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