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AÇOS E FERROS FUNDIDOS

Prof. Dr. Anael Krelling

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AÇOS Aços são ligas Fe-C que podem conter outros elementos

•Propriedades mecânicas dependem da % C. •% C < 0,25% - baixo carbono. •0,25% < % C < 0,60% - médio carbono. •0,60% < % C < 1,4% - alto carbono.

Aços carbono •Baixíssima concentração de outros elementos (concentração residual ou impureza).

Aços liga

•Outros elementos em concentração apreciável.


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AÇOS BAIXO CARBONO (% C < 0,25%) •Microestrutura de perlita e ferrita; •Macios e pouco resistentes, muito dúcteis e tenazes; •Insensíveis a tratamentos térmicos; •Custo mais baixo de produção; •Usos em painéis de carros, tubos, pregos, arame... •Chapas.


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AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL OU HSLA) •Elementos de liga (Cu, V, Ni, Mo) até 10%p; •Maior resistência mecânica e à corrosão; •Podem ser tratados termicamente; •Conformáveis, podem ser usinados; •Usados em estruturas para baixas temperaturas, chassis de caminhões, vagões, etc.


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AÇOS MÉDIO CARBONO (0,25% < %C < 0,60%) •Tratamento térmico para melhorar propriedades; •Mais resistentes que aços de baixo C; •Utilizados na forma de martensita (fase extremamente dura, mas frágil) revenida (tratamento térmico para melhorar a tenacidade da martensita; •Se tornam mais resistentes mas menos dúcteis e tenazes; •A presença de impurezas aumenta a resposta a tratamentos térmicos; •Usos em molas, pistões, engrenagens, rodas e trilhos de trens, virabrequins, etc.


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Tab.: Sistemas de designação AISI/SAE e UNS e faixas de composição para aços comuns ao carbono e vários aços de baixa liga.

Conteúdo da lida

Teor de C X 100


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AÇOS COM ALTO CARBONO (>0,60%) •Mais duros e mais resistentes; •Menos dúcteis dentre os aços carbono; •Usado na condição endurecida e revenida; •Resistentes ao desgaste e à abrasão; •Aços ferramentas e matrizes;

•Alto teor de carbono; •Cr, V, W e Mo; •Formam carbonetos duros e resistentes;

•Ex.: Ferramentas de corte e matrizes para modelação e conformação de materiais; •Facas e lâminas de corte, lâminas de serra para metais; •Molas e arames com alta resistência.


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Tab.: Designações, composições e aplicações para seis aços-ferramenta.

W – Aços temperáveis em água S – Aços resistentes ao choque P – Aços para moldes L e F – Aços para fins especiais O, A, D – Aços para trabalho a frio H – Aços para trabalho a quente T e M – Aços rápidos


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AÇOS INOXIDÁVEIS •Altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes; •Principal elemento de liga, Cr > 11%p; •Ni e Mo melhoram a resistência à corrosão; •Podem ser:

•Martensíticos – tratamento térmico – martensita principal constituinte; •Ferríticos – compostos por ferrita (CCC); •Austeníticos – fase γ se estende até a temperatura ambiente (elementos de liga produzem grandes alterações no diagrama Fe-C). Mais resistentes à corrosão. Não magnéticos.

•Resistentes à corrosão a temperaturas de até 1000°C; •São utilizados em turbinas a gás, caldeiras de vapor, fornos, aeronaves, mísseis e unidades geradoras de energia nuclear.


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COMPARAÇÃO DE PROPRIEDADES


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FERROS FUNDIDOS Ferros fundidos são ligas Fe-C com concentração acima de 2,1%p C (tipicamente entre 3 e 4,5%p C). Nesta faixa de concentrações, a temperatura de fusão é substancialmente mais baixa do que a dos aços. Isto facilita os processos de fundição e moldagem. Suas propriedades mudam radicalmente em função da concentração de C e outras impurezas (Si, Mg, Ce) e do tratamento térmico. Cementita (Fe3C) – Composto metaestável, sob algumas circunstâncias – dissocia-se em ferrita α e grafita.


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Sistema Estável

Sistema Metaestável

Formação de austenita + grafita

Formação de austenita + Fe3C

Ferro Fundido Cinzento

Ferro Fundido Branco

Fatores que influem no equilíbrio

Velocidade de resfriamento

Elementos de liga


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INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA

Si

Cr

Grafitizante

Estabilizador de Carbonetos

Favorece a formação de FoFo Cinzento

Favorece a formação de FoFo Branco


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FERRO FUNDIDO CINZENTO •%p C entre 2,5 e 4,0, %p Si entre 1,0 e 3,0; •Grafita em forma de veios/flocos (corn flakes) cercados por ferrita/perlita; •O nome vem da cor típica da superfície de fratura; •Fraco e frágil sob tração; •Os veios funcionam como pontos de concentração de tensão e iniciam fratura sob tração (extremidades dos veios são afiladas e pontiagudas); •Mais resistente e dúctil sob compressão; •Ótimo amortecedor de vibrações; •Resistente ao desgaste, baixa viscosidade quando fundido, permitindo moldar peças complexas; •Mais barato de todos os materiais metálicos.


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../../../Assessoritec/TECNÓLOGOS/Manutenção Industrial/Materiais II/Vídeos/Fofo Perlitico comercial.swf

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Os ferros fundidos cinzentos são classificados pela norma NBR 6589, de acordo com seus limites de resistência à tração. A classificação é codificada por duas letras e um número de três dígitos: FC-XXX. As letras FC indicam o ferro cinzento e o número indica a resistência à tração em MPa.

Tipo D (mm) (*) d (mm) (**)LR mínimo (MPa)

FC-100 20 20 100

FC-150 13 8 230

20 12,5 180

30 20 150

45 32 110

FC-200 13 8 280

20 12,5 230

30 20 200

45 32 160

FC-250 13 8 330

20 12,5 280

30 20 250

45 32 210

FC-300 20 12,5 330

30 20 300

45 32 260

FC-350 20 12,5 380

30 20 350

45 32 310

FC-400 30 20 400

45 32 360

D - diâmetro da barra no estado bruto-de-fundição

d - diâmetro do cp usinado


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FERRO FUNDIDO NODULAR •A adição de Magnésio e/ou Cério ao ferro fundido cinzento faz com que a grafita se forme em nódulos esféricos e não em veios; •Esta microestrutura leva a muito maior ductilidade e resistência, aproximando-se das propriedades do aço; •Esta microestrutura lembra a de um material compósito; •Usado em válvulas, corpos de bombas, engrenagens, etc.


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O ferro fundido nodular é designado por um conjunto de duas letras e um número de cinco dígitos, no qual os três primeiros algarismos indicam a resistência à tração em MPa e os dois últimos, a porcentagem de alongamento. Segundo a norma NBR 6916, o ferro fundido nodular é classificado nos seguintes tipos: FE 38017, FE 42012, FE 50007, FE 60003, FE 70002, FE 80002. Um ferro fundido FE 50007 é um ferro fundido nodular, com 500 MPa de resistência à tração e com 7,0% de alongamento mínimo.


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NORMA ABNT (NBR 6916/1981)

Classe

LR mín (Mpa)

LE min (Mpa)

A (%)

A título informativo

HB

microestrutura predominante

FE 38012

380

240

17,0

140-180

Ferrítica

FE 42012

420

280

12,0

150-200

Ferrítica

FE 50007

500

350

7,0

170-240

Ferrítica-perlítica

FE 60003

600

400

3,0

210-280

Perlítica

FE 70002

700

450

2,0

230-300

Perlítica

FE 80002

800

550

2,0

240-312

Perlítica

FE 38017-RI

380

240

17,0

140-180

Ferrítica


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FERRO FUNDIDO BRANCO E FERRO FUNDIDO MALEÁVEL •Para concentrações de Si abaixo de 1% e taxas rápidas de resfriamento a maior parte do carbono se mantém na forma de Cementita; •A superfície de fratura neste caso é branca; •Seções espessas podem ter apenas uma camada superficial de ferro branco, com ferro cinzento nas interiores; •Muito duro e muito frágil; •Se reaquecido a T=800°C por dezenas de horas (em atmosfera neutra para evitar oxidação) a cementita se decompõe formando grafite em pequenas regiões (rosetas), análogo ao ferro nodular - Ferro Maleável


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FERRO FUNDIDO VERMICULAR •C entre 3,1 e 4,0%p; •Formação da grafita promovida pelo Si (1,7 a 3,0%p); •Grafita na forma vermicular (forma de vermes), microestrutura intermediária entre ferro nodular e cinzento. Alguma grafita (< 20%) pode estar na forma de nódulos; •Mg e Ce em quantidades menores do que no nodular; •Matriz pode ser perlita e/ou ferrita; •Propriedades intermediárias entre cinzento e nodular; •Usados em blocos de motores diesel.


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RESUMO – FERROS FUNDIDOS


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