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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E

TECNOLOGIA DA BAHIA – CAMPUS JEQUIÉ.

TECNOLOGIA MECÂNICA I

Docente: Thiago Luis Costa Cavalcanti Novaes. Curso: Eletromecânica. Módulo: I (2012.1).

BIBLIOGRAFIA

Chiaverini, V. –Tecnologia mecânica – Processos de fabricação e tratamento. Vol. II; Chiaverini, V. –Tecnologia mecânica – Materiais de construção mecânica. Vol. III;

Produção do ferro: matérias-primas da

siderúrgica

Matérias-primas

Metalúrgica Siderúrgica

siderúrgica

II Siderúrgica

siderúrgica

II Siderúrgica

siderúrgica

II Metalúrgica

siderúrgica

Calcário

Minério de

ferro Carvão

Ferro gusa

siderúrgica

Minério de ferro

Matéria-prima essencial; Magnetita (Fe3O4) – Contém 72,4% Fe; Hematita (Fe2O3 ) – Contém 69,9% Fe.

Carvão

Coque ou de madeira; Fornecedor de calor para a combustão; Coque – Produto resultante do aquecimento a altas temperaturas do carvão mineral (coqueificação).; Produto mais resistente que o carvão mineral.

siderúrgica

Minério de ferro

Carvão

Carvão mineral – Resultante da decomposição de material vegetal com o passar do tempo, submetido à umidade a altas temperaturas e

pressão.

siderúrgica

Minério de ferro

Carvão Carvão vegetal – Resultante da pirólise (queima) da

madeira.

siderúrgica

Fundente

Combinar-se com as impurezas do minério (ganga) e com as cinzas do carvão, para formar a ESCÓRIA; Principal fundente – Calcário (CaCO3)

Produção do ferro gusa: alto-forno

Cadinho: parte do alto-forno onde se acumulam o metal fundido e a escória. Possui forma cilíndrica e é composto por chapa aço com revestimento interno de material refratário. Possui sistema de arrefecimento. Diâmetro: 10m e altura: 4m. Rampa: formato tronco-cônico. Corresponde à zona mais quente. Presença de sistema de arrefecimento. Diâmetro: 10,5m desde o cadinho e altura: 4m. Cuba: formato tronco-cônico. Possui seção menor voltada para cima. Altura: 25m.

Partes principais do alto-forno:

Altura total do alto-forno: cadinho + rampa + cuba + fundo do cadinho ao piso =

Sistema de carregamento: copo-cone

Produtos do alto-forno

Ferro Gusa: liga Fe-C de alto teor de carbono e teores variáveis de silício, manganês, fósforo e enxofre, decorrentes das matérias-primas do alto-forno.

Fabricação do aço

II Matérias-

primas Ferro gusa

Aço: liga Fe-C que apresenta teor de carbono variando entre 0,008% e 2,11%. Resultante do processo de oxidação do ferro gusa.

Oxidação

Utilização de agentes oxidantes. Podem ser de natureza gasosa (ar e oxigênio) ou de natureza sólida (minérios na forma de óxidos).

Processos de produção do aço

Processos pneumáticos – Agente oxidante é o ar ou

oxigênio.

Processo Siemens-Martin – Agentes oxidantes são sólidos

contendo óxidos.

Processos pneumáticos: o princípio básico de qualquer processo pneumáticos é a injeção de ar ou oxigênio, pelo fundo, pela lateral ou pelo topo (lança).

Processos pneumáticos: •Conversor Bessemer; •Mais utilizado; •Inventado em 1847; •Carcaça cilíndrica; •Equipamento suspenso por eixo; •Sofre rotação; •Fundo destacável contendo ventaneiras; •Ar ou oxigênio injetado sob pressão pelo fundo; •Ferro gusa líquido vindo do alto-forno.

II Operação do conversor

Bessemer: O equipamento é levado à posição horizontal (1). Carrega-se imediatamente com gusa líquido. O metal fica acumulado no ventre do conversor, sem entrar em contato com as ventaneiras . Inicia-se a entrada de ar, ao mesmo tempo em o equipamento é colocado paulatinamente na posição vertical (2). Permanece nessa posição até a completa oxidação. Depois é o material (aço) é vazado (3).

II Operação do conversor

Bessemer:

Operação do conversor de sopro lateral:

•Conversor de pequena capacidade (2,5t); •Ar introduzido pela lateral, acima da superfície do ferro gusa; •Final da operação – Diminuição da chama.

Operação do conversor pelo topo:

•Processo mais famoso é o L-D (Linz-Donawitz) ou BOP (Basic Oxigen Process); •Introdução de oxigênio através de uma lança metálica •Lança a uma distância de 0,30m a 1,00m do gusa; •Forno colocado na posição horizontal para carregamento; •Na posição vertical, o oxigênio é introduzido;

Processo Siemens-Martin: o princípio básico desse processo é a utilização de substâncias sólidas contendo óxidos.

Processo Siemens-Martin: •Consiste em aquecer-se o ferro gusa ou sucata em um forno de sola; •Fase de refino ocorre semelhante ao processo pneumático (oxidação de elementos); •Presença de óxido de ferro; •Adição de minério de ferro (agente oxidante); •Podem superar 200t de carga;

Processo Siemens-Martin: o princípio básico desse processo é a utilização de substâncias sólidas contendo óxidos.

Operação dos fornos Siemens-Martin:

•São divididas em três etapas: •1) Carregamento e fusão da carga (3h); •2) Período de trabalho ou refino; •3) Acabamento da corrida; •Dura aproximadamente 10h (200t); •Cargas variadas: somente gusa, gusa e sucata, gusa sólido e minério de ferro, sucata; •Normalmente carrega-se primeiro alguma sucata no fundo, calcário e minério de ferro; •Quando a carga sólida está parcialmente fundida, adiciona-se o gusa líquido; •Após a adição de gusa líquido, iniciam-se as reações químicas de oxidação, pela adição de óxidos de ferro; •Aços resultantes com percentual de “C” de 0,2 % a 1,0%;

Diagrama de equilíbrio Fe-C

DEFINIÇÕES

Estudar o diagrama Fe-C vem da necessidade de melhor compreensão das propriedades dos materiais e dos tratamentos térmicos a que são submetidos.

eutetóide

eutético

Ferros fundidos

As linhas que marcam o início e fim das transformações são chamadas

linhas de transformação e elas limitam as zonas críticas.

Representação esquemática das estruturas das ligas Fe-C, na faixa correspondente aos aços,

resfriados lentamente, conforme o diagrama de equilíbrio Fe-C.

II Estrutura Cristalina – CCC – Cúbica de Corpo Centrado

II Estrutura Cristalina – CFC – Cúbica de Face Centrada

Diagrama Transformação-Tempo-Temperatura

II Velocidade de resfriamento

Influencia na transformação da austenita

Aumentando-se a velocidade de resfriamento, ocorrerá um afastamento das

condições de equilíbrio e as reações de transformação tendem a modificar-se.

Ou seja, o reticulado cristalino (ferro gama e ferro alfa) depende da

movimentação atômica. Como esta não se completa, os constituintes normais

resultantes da transformação da austenita deixam de forma-se ou podem

surgir novos constituintes estruturais.

Diagrama de transformação isotérmica ou curva C ou TTT.

EXPERIMENTO (AÇO EUTETÓIDE):

* Uma série de corpos de prova de pequenas dimensões é aquecida na faixa

austenítica;

* Um certo número é mergulhado num banho de chumbo fundido, mantido a

680°C e aí permanece durante tempos diferentes para cada um (10, 100, 200,

500s,...);

* Como visto, a austenita permanece estável durante um certo tempo, ou seja,

decorrido esse tempo ela começa a transformar-se, e passado um tempo

maior, ela termina de se formar;

* Repete-se a experiência mergulhando os corpos de prova em banhos de

chumbo fundido para temperaturas cada vez menores e, para cada nível de

temperatura, observa-se o início e o fim da transformação.

Bainita

Martensita

a) b) c)

Resfriamento em água – As camadas superficiais

atingem as linhas de formação da martensita, sem

tocarem as curvas de transformação da austenita.

O centro sofre transformação parcial da austenita

em perlita fina.

Resfriamento em óleo – Menos drástico do que a

água. Tanto o centro como a superfície cortam as

curvas de transformação. A superfície sofre

transformação parcial (curva de esfriamento só

corta o início da transformação.O centro sofre

transformação total da perlita fina. A parte não

transformada da austenita resultará em uma

estrutura martensítica (mais abaixo das curvas)

Resfriamento ao ar – Toda a seção da peça sofre

transformação da austenita.

II Temperabilidade ou Endurecibilidade:.

Capacidade do aço endurecer ou profundidade de endurecimento

Método Jominy ou Ensaio do Resfriamento da Extremidade

TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS

DAS LIGAS Fe-C

Submeter os materiais metálicos ou as peças a tratamentos

térmicos ou termoquímicos

Tratamentos térmicos

/Isotérmicos - Modificar

as propriedades

mecânicas das ligas Fe-

C ou aliviar tensões e

restabelecer a estrutura

cristalina normal.

Tratamentos

termoquímicos -

Endurecimento

superficial através da

alteração da

composição química da

camada superficial do

material (até uma certa

profundidade.

DAS LIGAS Fe-C

Tratamentos térmicos/

Isotérmicos - Modificar

as propriedades

cristalina normal.

Temperatura de

aquecimento

Tempo de permanência

Velocidade de resfriamento

DAS LIGAS Fe-C

as propriedades

cristalina normal.

Recozimento

Normalização

Têmpera

Coalescimento

Têmpera superficial

Austêmpera

Martêmpera

Tratamentos Isotérmicos

DAS LIGAS Fe-C

II Recozimento

PROCEDIMENTOS

•Remover tensões devidas a tratamentos mecânicos;

•Diminuir dureza;

•Aumentar a ductilidade;

•Eliminar o efeito de qualquer tratamento térmico ou mecânico

anterior.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Recozimento

Identificação dos

parâmetros do

tratamento

DAS LIGAS Fe-C

II Recozimento

A estrutura

resultante no

recozimento é a

normal.

DAS LIGAS Fe-C

II Normalização

PROCEDIMENTOS

•Remover tensões devidas a tratamentos mecânicos;

•Diminuir dureza;

•Aumentar a ductilidade;

•Eliminar o efeito de qualquer tratamento térmico ou mecânico

anterior;

•Resfriamento ao ar;

•Obtenção de uma granulação mais fina.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Normalização

•A estrutura resultante

na normalização é a

normal;

•A NORMALIZAÇÃO é

utilizada como

tratamento preliminar à

TÊMPERA e REVENIDO.

DAS LIGAS Fe-C

II Têmpera

PROCEDIMENTOS

•Obter estrutura MARTENSÍTICA. OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Têmpera

•A estrutura

resultante na

têmpera é a

martensíta (RC 65 a

DAS LIGAS Fe-C

II Revenido

PROCEDIMENTOS

•Corrigir excessos da têmpera;

•Aliviar ou eliminar totalmente as tensões e corrigir a excessiva

dureza e consequente fragilidade, melhorando a ductilidade e

resistência ao choque.

•Resfriamento ao ar.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Revenido

PROCEDIMENTOS

DAS LIGAS Fe-C

II Revenido

DAS LIGAS Fe-C

II Têmpera Superficial

Compreende dois processos: têmpera por chama e têmpera

por indução. PROCEDIMENTOS

•Produzir endurecimento superficial;

•Obtenção da martensita apenas na camada superficial;

•Aplicado em peças que, pela sua forma e dimensões, são

impossíveis de temperar inteiramente, ou quando se deseja

alta dureza e alta resistência mecânica ao desgaste

superficial, aliadas a boa ductilidade e tenacidade do núcleo

das peças.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

– Por chama

PROCEDIMENTOS

DAS LIGAS Fe-C

– Por indução

PROCEDIMENTOS

DAS LIGAS Fe-C

II Austêmpera

Aquecimento acima do limite superior da linha A1 seguido

de um resfriamento rápido até o nível de temperaturas

correspondente à formação da bainita. O aço é mantido a

essa temperatura (260°C – 440°C) para que a austenita se

transformar em bainita. Seguido de um resfriamento lento.

PROCEDIMENTOS

•Obtenção da bainita. OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Austêmpera

na austêmpera é a

bainita .

•A bainita, de modo

geral, substitui a

estrutura martensítica

revenida.

•Vantagens da bainita:

menores tensões

(reduzir

empenamentos).

DAS LIGAS Fe-C

II Martêmpera

Aquecimento acima do limite superior da linha A1 (mais ou

menos 50°C) para os aços hipoeutetóides e acima do limite

inferior da linha Acm para os aços hipereutetóides seguido

de um resfriamento rápido. Entretanto, há uma diferença. Ao

atingir, no resfriamento, a linha Mi (início de formação da

matensita), o resfriamento é retardado (formação mais lenta

da martensita). O meio de resfriamento – óleo quente ou sal

fundido – deve ser mantido a uma temperatura

correspondente a Mi. O material ou peça é mantido nessa

temperatura para uniformizá-la. Em seguida realiza-se o

revenido, como na têmpera comum.

PROCEDIMENTOS

•Obtenção da martensita. OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Martêmpera

na martêmpera é a

martensita.

•Vantagens: menores

tensões (reduzir

empenamentos).

DAS LIGAS Fe-C

as propriedades

cristalina normal.

Cementação

Cementação sólida ou

em caixa

Tratamentos

termoquímicos -

Endurecimento

superficial através da

alteração da

composição química da

camada superficial do

material (até uma certa

profundidade.

Cementação gasosa

Cementação líquida

Cementação sob

vácuo

Nitretação

Nitretação líquida

ou em banho de sal

Nitretação a gás

Carbo-nitretação

DAS LIGAS Fe-C

II Cementação

Aquecimento acima da zona crítica (900°C – 950°C) para que

a austenita dissolva o carbono. A profundidade de

cementação depende da temperatura, tempo à temperatura e

da concentração de carbono.

PROCEDIMENTOS

•Introdução de carbono na superfície de aços, de modo que

o teor superficial desse elemento atinja valores em torno de

1%, a uma profundidade determinada. OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Martêmpera

•Deve-se procurar obter

uma distribuição de

carbono, da superfície

para o interior, gradual.

Cementação

DAS LIGAS Fe-C

II Cementação sólida

ou em caixa

A substância fornecedora de carbono é sólida. As misturas

mais usadas incluem carvão de madeira aglomerado com 5 a

20% por meio de óleo comum, com uma substância

ativadora (carbonato de sódio ou carbonato de cálcio,...). As

peças são colocadas em caixas metálicas envoltas com a

mistura carburizante.

PROCEDIMENTOS

1%, a uma profundidade determinada. A profundidade de

penetração do carbono pode atingir 2 mm ou mais. No

entanto, não se deve forçar uma camada cementada além de

0,6 mm a 0,7 mm.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Cementação

gasosa

A substância fornecedora de carbono é uma atmosfera

gasosa, como CO, gases derivados de hidrocarbonetos (gás

natural). O processo é mais limpo que o anterior. No entanto,

requer a instalação de equipamentos mais complexos.

PROCEDIMENTOS

1%, a uma profundidade determinada. OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Cementação líquida

A substância fornecedora de carbono é uma um sal fundido

cuja composição é variável. Operação rápida e limpa.

Permite maiores profundidades de cementação. Fornos com

sistema de exaustão devido ao perigo dos cianetos a altas

temperaturas.

PROCEDIMENTOS

1%, a uma profundidade determinada.

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Martêmpera Cementação líquida

DAS LIGAS Fe-C

II Cementação sob

vácuo

As peças são introduzidas no forno, onde se processa o

vácuo. Em seguida, a temperatura é elevada na faixa de

925°C a 1.040°C. Introduz-se um fluxo controlado de

hidrocarbonetos gasosos em quantidade que depende da

carga, da área das peças e do teor de carbono desejado. O

gás ao entrar em contato com a superfície do aço,

desprende vapor de carbono que é depositando uma

camada muito fina de carbono na superfície do material.

PROCEDIMENTOS

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Nitretação

Nesse processo a substância utilizada é o nitrogênio. O

processo permite obter alta dureza superficial, elevada

resistência ao desgaste, melhorar a resistência à fadiga, à

corrosão e ao calor. A faixa de temperatura é gira em torno

de 500° a 560°C. Antes da nitretação, geralmente, as peças

sofrem têmpera e revenido. Após a nitretação qualquer

correção dimensional só pode ser realizada através da

retificação.

PROCEDIMENTOS

OBJETIVOS

DAS LIGAS Fe-C

II Carbo-nitretação

Meio contém uma atmosfera gasosa contendo carbono e

nitrogênio ao mesmo tempo. A temperatura varia em torno

de 700°C a 900°C. PROCEDIMENTOS

OBJETIVOS

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