aru suzy apostila tecnologia dos materiais

5/23/2018 Aru Suzy Apostila Tecnologia Dos Materiais

Centro Federal de Educao Tecnolgica de Santa CatarinaGerncia Educacional de Metal Mecnica

Professores Fernando Jos Fernandes Gonalves e Marcelo Martins

Centro Federal de Educao Tecnolgica de Santa

Catarina

Unidade de Ararangu

Curso Tcnico em Eletroeletrnica

Mdulo II:

Tecnologia dos Materiais I

Prof. Suzy Pascoali

Agradeo ao professor Fernando Jos Fernandes e Marcelo Martins por elaborar a apostila. Aossites da internet que disponibilizam contedo didtico.

Julho

2008



Professores Fernando Jos Fernandes Gonalves e Marcelo Martins 2

Item BASES TECNOLGICAS

1 Introduo a tecnologia dos materiais

1.1 Materiais de construo mecnica1.2 Atraes interatmicas1.3 Arranjos atmicos1.4 Propriedades dos materiais

2 Processos de obteno das ligas metlicas ferrosas2.1 Aos e Ferros Fundidos

3 Ligas metlicas ferrosas3.1 Definies3.2 Classificaes

4 Diagramas de Equilbrio4.1 Introduo4.2 Diagrama de Equilbrio Ferro Carbono

5 Curvas TTT5.1 Curvas TTT ligas metlicas ferrosas

6 Ensaios mecnicos6.1 Introduo6.2 Dureza

6.3 Trao

7 Tratamentos Trmicos7.1 Introduo7.2 Recozimentos7.3 Normalizao7.4 Tmpera7.5 Revenido




1. Introduo a tecnologia dos materiais

O homem sempre utilizou-se de materiais para satisfazer suas necessidades. Nos

tempos mais remotos os materiais serviam para obteno de utenslios de caa, de usodomstico e para o vesturio. Depois de extrados da natureza os materiais eramutilizados quase que diretamente em suas aplicaes, com pouco ou quase nenhumprocessamento. Com o passar dos tempos o homem foi dominando o conhecimento arespeito dos materiais e seu processamento. Pode-se visualizar na tabela 1, a cronologiada utilizao dos materiais no decorrer do tempo.

Tabela 1 - Evoluo do uso de materiais pelo homem.Evoluo histrica Ano Material

Pr-histria Idade da Pedra25.000 AC

at

6.500 AC

MadeiraPedra lascada

Pedra polida

Proto-histria Idade dos Metais

6.500 ACat

1.500 AC

CobreEstanhoBronzeFerroCermica

Idade Antiga ouAntiguidade

4.000 ACat

500 ACVidro

Idade Mdia ouMedieval

500at

1.500

Ligas metlicas

Idade Moderna1.500

at1.800

Concreto

Histria

Idade Contempornea 1.800at os dias atuais

Polmeros

Atualmente existe uma grande variedade de materiais. Sendo que os profissionais darea tecnolgica, no nosso caso da rea de mecnica, devem conhecer as propriedades,caractersticas e comportamento dos materiais que lhe so disponveis para aplicaoem componentes mecnicos.

Como exemplo da utilizao de materiais na construo mecnica, temos oautomvel. Na fabricao de um carro, os materiais dos quais obtm-se os componentes,tem que apresentar desempenho suficiente para sua aplicao. Alguns dos materiais quecompe o automvel so: aos, vidros, plsticos, alumnio, materiais compsitos,borracha e outros. Porm s os aos apresentam mais de 1200 tipos, ento comoescolh-los?

Os parmetros utilizados, para escolha de um material adequado para umdeterminado componente, centram-se nas propriedades como: resistncia mecnica, acondutibilidade trmica/eltrica, a densidade e outras. Tambm se deve observar ocomportamento do material durante o processamento e o uso, onde a plasticidade,

usinabilidade, durabilidade qumica so essenciais, assim como custo e disponibilidade.Por exemplo, o ao utilizado para as rodas dentadas (engrenagens) da caixa de cmbio,deve ser facilmente usinado durante o processamento, mas quando em uso devem sersuficientemente resistentes as solicitaes externas. Os pra-lamas devem ser feitos com




um ao que tenha boa plasticidade, mas que dever resistir a solicitaes devido ao uso. impossvel, conhecer detalhadamente os milhares de materiais disponveis, mas os

princpios gerais que norteiam as propriedades de todos os materiais, devem fazer partedas bases tecnolgicas de um auxiliar de fabricao mecnico.

Nesse eixo temtico sero abordados primeiramente os materiais comuns naconstruo mecnica, as ligaes qumicas e os arranjos atmicos desses materiais, esuas propriedades. Posteriormente, veremos os processos de obteno das principaisligas metlicas ferrosas, bem como suas definies e classificaes, sendo que osmateriais utilizados no instrumento gerador (extrusora de massa) sero tratados nessetpico. Prosseguindo no eixo temtico, ser abordado sobre duas ferramentasimportantes para o entendimento da obteno das microestruturas e conseqentementedas propriedades das ligas metlicas ferrosas que so os diagramas de equilbrio, e ascurvas de transformao-tempo-temperatura. A prxima etapa consistir no estudo detcnicas (ensaios) para quantificar e qualificar as propriedades mecnicas das ligasmetlicas ferrosas. O tpico seguinte compreender as formas de alterarmos as

propriedades das ligas metlicas ferrosas, atravs de tratamentos trmicos. Finalizandocom as tcnicas de preparao e anlise das microestruturas das ligas metlicas ferrosas.

1.1 Materiais de Construo Mecnica

Os materiais de construo mecnica, por classificao, so divididos em quatrograndes grupos de desenvolvimento tecnolgico. O primeiro em escala de uso e maisantigo o grupo de materiais metlicos. Em seguida temos os materiais polimricos e, dedesenvolvimento mais recente os materiais de cermica avanada e tambm os materiaiscompsitos. A disponibilidade comercial dos mesmos crescente e competem entre si

por propriedades de uso em situaes especficas de engenharia. Procurou-se abordar,nesse texto, aspectos gerais destes materiais, de maneira que sua seleo tenha critriosbaseados nas propriedades requeridas na manufatura de componentes para as maisdiversas aplicaes.

1.1.1 Materiais Metlicos

Os materiais metlicos so substncias inorgnicas formadas a partir dacomposio de um ou mais elementos da famlia dos metais, podendo apresentartambm elementos no metlicos. Assim, metais como o ferro, cobre, alumnio, nquel e

titnio constituem exemplos de materiais metlicos e tem posio definida na tabelaperidica. Como exemplo de materiais no metlicos e que podem fazer parte dacomposio dos metais temos o carbono, o nitrognio e o oxignio. Na classificao dotipo de arranjo atmico presente nos mesmos, recebem designao de materiais deestrutura cristalina por apresentarem organizao espacial ordenada e suas ligaesqumicas so consideradas de longo alcance. Por apresentarem eltrons livres nasltimas camadas de valncia, tem importncia fundamental quando as propriedadesespecficas de aplicao dos mesmos so conduo trmica e eltrica. Desta maneirapode-se associar seu emprego na manufatura de diversos componentes de usodomstico como, por exemplo, panelas, chapas de fogo a lenha, resistncias eltricas econdutores eltricos (fios e cabos de energia). De uma forma geral, tambm apresentamalto ponto de fuso, o que favorece o seu uso em altas temperaturas. Quando se trata deutilizao de metais com baixo ponto de fuso para aplicaes especficas (brasagem)pode-se contar tambm com ligas de estanho. Ligas metlicas consistem numa




combinao de dois ou mais metais ou de um metal (ou metais) com um no-metal (ouno metais). O resultado da elaborao de ligas com composio adequada, possibilita osurgimento de ponto de fuso mais baixo do que o dos metais que a compem. Umexemplo pode ser observado na figura 1, em que para quaisquer composies, o ponto defuso da liga inferior ao dos metais puros componentes da liga, alcanando-se ummnimo para a composio de 39,97% de cdmio ponto euttico (145,5 C).

Fig. 1 Diagrama de fases Bismuto-Cdmio

Pode-se estudar os materiais metlicos dividindo-os em duas classes: ferrosos eno ferrosos. Tal classificao pode ser entendida se for levado em conta que o elementoqumico que contribui em maior peso atmico para a composio da liga designa suaorigem. Assim uma liga que possui peso atmico predominante de ferro classificadacomo ferrosa caso contrrio, como no ferrosa. Na figura 2 observa-se o diagrama binrioFe-C, caracterizando uma liga ferrosa.

Fig. 2 Diagrama de Equilbrio Fe-C




1.1.2 Materiais Polimricos

A origem da composio dos materiais polimricos orgnica, ou seja, constitudosde longas cadeias carbnicas, compondo molculas. Em alguns casos de polmerospode-se observar a presena de pequenos cristais (cristalitos), mas a predominncia dearranjo atmico a estrutura molecular (figura 3). Sua aplicao como material deengenharia est bastante diversificada, em funo das vrias composies possveisdesenvolvidas ao longo dos anos. Assim, os polmeros esto substituindo componentesimportantes at ento manufaturados a partir de metais ou outros materiais. As aplicaesprincipais esto relacionadas principalmente em situaes onde se requer baixo custo,boa resistncia mecnica, razovel estabilidade estrutural, isolamento eltrico e baixadensidade. Desta maneira vemos nosso cotidiano sendo invadido por materiais destanatureza, porm encontrando limitaes na maioria dos casos na baixa resistnciamecnica para aplicaes de maior responsabilidade na engenharia.

Fig. 3 Arranjo molecular de um polmero

1.1.3 Materiais Cermicos

Os cermicos so caracterizados como materiais inorgnicos constitudos porelementos metlicos e no metlicos ligados quimicamente entre si. Podem apresentar

arranjo atmico cristalino, no cristalino, ou mistura dos dois. Como caractersticas oscermicos apresentam elevada dureza, grande resistncia mecnica em temperaturaselevadas, porm manifestam grande grau de fragilidade. Uma das aplicaes maisrecentes dos materiais cermicos est na indstria automobilstica como componente domotor. Suas propriedades de resistncia ao desgaste, resistncia ao calor, baixocoeficiente de atrito e baixo peso so vantajosos do ponto de vista de eficincia mecnica.Tambm muito importante a propriedade relacionada com isolamento trmico que estesmateriais apresentam, no s utilizando-os em motores como em fornos para a fuso etratamentos trmicos dos metais e suas ligas.




Fig. 4 - a) Exemplos de aplicao de materiais cermicos. b) Possibilidades de utilizaodas cermicas em componentes do motor de combusto.

1.1.4 Materiais Compsitos

Os materiais compsitos so misturas de dois ou mais materiais. A maioria dosmateriais compsitos produzida a partir de uma mistura de um material de reforo, com

caractersticas apropriadas ao produto e um material compatvel que serve de matriz, demaneira que ao final obtm-se determinadas propriedades inerentes ao uso do objeto. Deum modo geral, os componentes no se dissolvem uns nos outros e podem seridentificados pelas interfaces que os separam. Existem vrios tipos de materiaiscompsitos que servem as mais diversas aplicaes na engenharia. Assim, a anlisedetalhada da fibra de vidro, por exemplo, revela uma composio de polister (matriz) efibra de vidro (reforo). Na indstria de alimentos pode-se encontrar embalagens paraleite, sucos e outros produtos, utilizando a mistura de papelo e alumnio. So asconhecidas embalagens TETRA PAK.

Fig. 5 Fotomicrografia de uma seco de material compsito de polister com fibras devidro unidirecionais.




1.1.5 Competio entre materiais

Com o objetivo de tornar produtos e servios competitivos no mercado, asindstrias projetam os bens de consumo com materiais mais adequados a satisfao docliente e ao mesmo tempo, preocupam-se com anlise de custos de produo edisponibilidade do material no mercado. Desta maneira, h alguns anos, muitasmontadoras de automveis utilizavam madeiras nobres como elemento esttico e deresistncia, pela facilidade com que era encontrada. Para os dias atuais em que apreservao do meio ambiente preocupante, este material caiu em desuso, dandooportunidade para o crescimento do segmento dos polmeros, utilizados principalmenteem superfcies de acabamento dos veculos. Neste momento, em que a engenharia dosmateriais trabalha para encontrar solues alternativas (econmicas e funcionais), aspesquisas de novos materiais se torna imprescindvel.

At o momento, o segmento dos metais tem se mostrado importante como

elemento estrutural para a construo mecnica, substituindo em muitas situaestambm a madeira (fabricao de mveis). Logicamente, nenhum material possuipropriedades completas de uso para aplicao em todos os projetos, devendo a seleoser baseada em critrios tcnicos bem definidos. Assim incompatvel a idia decombinar todas as boas propriedades de uso em um nico material.A figura 6 ilustra graficamente a demanda de utilizao (em peso) de diversos materiaisem uso nos Estados Unidos correspondentes aos ltimos 80 anos. A partir de 1930 o quese percebe o acentuado aumento no emprego de materiais com baixa densidade, como o caso do alumnio e dos polmeros. Estes, como citado anteriormente, vm de encontroa necessidade de produo de veculos automotores com peso final cada vez menor.Para se ter uma idia, em 1978 no Estados Unidos um veculo mdio pesava 1800 Kg,

constitudo por 60 por cento de ligas ferrosas, 10 a 20 por cento de plsticos e borracha, e3 a 5 por cento eram alumnio. No ano de 1993 seu peso havia diminudo para 1430 kg econsistia em 50 a 60 por cento de ao e ligas ferrosas, 10 a 20 por cento de plsticos deborrachas e 5 a 10 por cento de alumnio. Desta maneira, a significativa reduo de pesodeve-se a utilizao de uma quantidade maior de materiais de mais baixa densidade queas ligas ferrosas, at ento de fundamental utilizao nos veculos.




Fig. 6 Grfico comparativo mostrando a produo anual de diversos materiais deconstruo.

1.2 Atraes Interatmicas

As interaes atmicas ocorrem porque, uma das leis que regem a matria, deque os materiais tendem a estabilidade, ou seja, a um mnimo nvel energtico. No caso

de estarem ligados quimicamente, h um decrscimo em seu nvel energtico,favorecendo a uma condio energtica mais estvel.

Como os materiais que fazem parte das bases tecnolgicas, deste eixo temtico,encontram-se no estado slido, importante conhecer ou relembrar as interaes ouligaes que unem os tomos nesse estado. As ligaes qumicas para os materiais noestado slido, podem ser divididas em ligaes fortes que se subdividem em ligaesinicas, ligaes covalentes e ligaes metlicas. Ligaes fracas que para este estadopodem ser agrupadas com o nome genrico de Foras de Van der Walls. Embora sejatratado isoladamente cada um dos tipos de ligao, muitos materiais podem apresentarmais de uma ligao simultaneamente. Em seguida ser visto a caracterizao dasligaes citadas.




1.2.1 Ligaes Inicas

Estas ligaes so caracterizadas por apresentarem foras interatmicas fortes,oriundas da transferncia de eltrons entre tomos, gerando ons positivos e negativosque se atraem pelas foras de Coulomb (Lei de atrao eletrosttica cargas de sinaisdiferentes tendem a se atrair). Esta ligao obedece ainda uma premissa peculiar, omaterial que apresenta este tipo de ligao eletricamente neutro, ou seja, a quantidadede ons negativos igual aos ons positivos. Nota-se que este tipo de ligao aconteceentre elementos qumicos metlicos e no-metlicos. O elemento metal que temtendncia eletropositiva, doa eltrons para os no metais de tendncia eletronegativa,como exemplo temos o NaCl (cloreto de sdio), mostrada na figura 7.

Fig. 7 Ionizao. A transferncia de eltrons na formao do NaCl produz camadasexternas estveis. Os ons negativos e positivos que se formam se atraem mutuamenteatravs de foras coulombianas, formando a ligao inica.

1.2.2 Ligaes Covalentes

Apresentam tambm foras interatmicas fortes, nestas ligaes h ocompartilhamento de eltrons entre dois tomos, ou seja uma superposio de orbitais. Ealguns eltrons passam a pertencer aos dois tomos provocando uma atraoeletrosttica forte entre eles. Um material muito conhecido, no qual encontram-sesomente ligao covalente o diamante, ele o mais duro material encontrado nanatureza, sendo constitudo inteiramente por carbono. Cada tomo de carbono tem quatroeltrons na camada de valncia, que so compartilhados com quatro tomos adjacentes,para formar um reticulado tridimensional inteiramente ligado por pares covalentes. Aintensidade da fora de ligao covalente no diamante notada no s pela sua elevadadureza como tambm pela temperatura extremamente elevada (> 3300C) a que pode ser

aquecido antes da destruio da estrutura pela energia trmica. A ilustrao da ligaocovalente, do carbono formando o diamante, pode ser visto na figura 8.




As ligaes covalentes normalmente ocorrem entre elementos qumicos nometlicos, porm, alguns semimetais e metais de transio podem apresentar um certograu de carter covalente em suas ligaes. .

Fig. 8 Estrutura do diamante. A fora de ligao covalente explica a grande dureza do

diamante. (a) Representao bidimensional. (b) Representao tridimensional.

1.2.3 Ligaes Metlicas

As ligaes metlicas, como o prprio nome diz, so tpicas dos materiaismetlicos. So ligaes fortes. Os tomos dos metais tm, em geral, de um a trs eltronsno seu ltimo subnvel. Estes eltrons no esto fortemente ligados ao ncleo e podemlibertar-se facilmente. Quando se colocam tomos metlicos em contato, os eltrons quese libertam do ncleo formam uma nuvem em torno dos ons positivos formados,mantendo a estrutura coesa. No caso dos metais, os tomos se arranjam formando uma

estrutura cristalina, como visto a seguir.A ligao metlica responsvel por uma srie de propriedades que caracterizam

os metais. Os metais so bons condutores trmicos e eltricos, devido a mobilidade danuvem de eltrons, ilustrado na figura 9.

Um fato importante que deve ser levado em conta quando se estuda o metal que, medida que aumentam os eltrons de valncia (eltrons da ltima camada) e a atraodos mesmos pelo ncleo, aumenta a tendncia dos tomos de formarem ligaescovalentes. Desta forma alguns metais de transio (que apresentam subnvel dincompleto) como o ferro, o nquel e o tungstnio, por exemplo, podem apresentar fraessignificativas de ligaes covalentes, o que , em parte, responsvel pelos altos pontos defuso destes materiais.




Fig. 9 Ilustrao da nuvem eletrnica, que caracteriza a ligao metlica

1.2.4 Foras de Van Der Waals

Os trs tipos de ligao considerados anteriormente correspondem, todos, aligaes fortes. Ligaes secundrias, mais fracas, que tambm contribuem para acoeso da matria, so agrupadas sob o nome genrico de foras de Van Der Waals.Como exemplo dessas ligaes temos a Polarizao molecular, a ponte de hidrognio eoutras. Embora sendo ligaes fracas, so as nicas foras que atuam em alguns casos,como nos polmeros que apresentam dentro das macromolculas ligaes inicas ecovalentes gerando as foras conhecidas como intramoleculares, porm entre asmacromolculas as foras que normalmente esto presentes so as de Van Der Waalsdenominadas de intermoleculares.

1.3 Arranjos atmicos

A importncia dos arranjos atmicos, para o estudo da tecnologia dos materiais,deve-se ao fato que eles determinam as propriedades (qualidades) que os materiaisapresentam.

Os arranjos atmicos so classificados em: Estruturas moleculares apresentam um agrupamento de tomos, este tipo de

arranjo est presente nos materiais polimricos. Estruturas cristalinas apresentam um arranjo repetitivo de tomos o arranjo

comum dos materiais metlicos, porm podem aparecer nos materiais

polimricos e nos materiais cermicos. Estruturas amorfas apresentam um arranjo sem nenhuma regularidade, encontrada nos materiais cermicos.




1.3.1 Estrutura Cristalina do Ferro

Para uma melhor compreenso das reaes que podem ocorrer com as ligasmetlicas ferrosas, torna-se necessrio o estudo da sua rede cristalina. Como j deconhecimento, o elemento ferro o principal componente destas ligas e na composioqumica designado como solvente.

Abaixo esto estabelecidas algumas caractersticas do elemento qumico ferro:Nmero atmico: 26Massa atmica: 55,847Dimetro atmico: 2,5 (Um angstron corresponde a 1x 10 -7mm)

1.3.1.1 Estrutura Cristalina Ideal do Ferro

No ferro em fuso no existe uma disposio regular dos tomos. Isto s vaiocorrer na solidificao, quando os tomos formam uma rede espacial regular, repetitiva,com ligaes de longo alcance, que a caracterstica de um cristal.

O ferro cristaliza-se sob a forma cbica e dependendo da disposio dos tomosno cubo e a temperatura em que aparecem, pode-se design-las pelas letras do alfabetogrego, alfa ( ), gama (), delta ( ). Um estudo mais detalhado destas formas queinteressa ao nosso estudo imediato.

a) Ferro gama: Na figura 10, as esferas atmicas do ferro (todas do mesmo dimetro)esto dispostas sob a forma de uma rede espacial com disposio gama. Pode-seimaginar esta rede como sendo constituda de muitas clulas cbicas (elementares) das

quais uma est representada na figura a seguir direita. Existem tomos ocupando osoito vrtices e os centros das superfcies do cubo. Esta disposio da rede espacial chamada cbica de face centrada. A dimenso caracterstica da rede espacial ocomprimento da aresta da clula elementar, tambm chamada de parmetro da rede a.Ela pode ser derivada a partir da dimenso Ddos tomos de ferro por simples raciocnio.As esferas atmicas tocam-se na direo da diagonal superficial df de uma clulaelementar. A diagonal corresponde a duas metades de tomos e um inteiro, isto , df =2D = a2 = 3,6 .Na direo das arestas do cubo elementar os tomos no se tocam.Sobra um intervalo z = a - D = 1,1 .

Fig. 10 - a. rede cristalina b. clula elementar (D= dimetro atmico, z= interstcio, a=parmetro da rede).

b) Ferro alfa: Na figura 11 est representada a disposio de tomos na rede espacialdo ferro alfa. Ao seu lado est representada a clula elementar cbica de corpo centrado,uma vez que encontramos um tomo em cada vrtice e um no centro do cubo.




Os tomos tocam-se na direo da diagonal do cubo dc = 2D = a 3, portanto a =2,9 . Em vista disso a clula elementar do ferro alfa menor que a do ferro gama, umavez que ela contm menos tomos. Tambm a distncia entre os tomos menor, z = a -D = 0,4 .

Fig. 11 a) rede cristalina b) clula elementar (D= dimetro atmico, z= interstcio, a=parmetro da rede).

c) A Transformao Polimrfica

Tal transformao ocorre em funo da temperatura. Em baixas temperaturasexiste o ferro alfa que, a 912 C se recristaliza formando ferro gama, o qual se transformanovamente em ferro CCC a 1392 C, mas que agora, para diferenciar, chamado de ferro

delta. Continuando o aquecimento, o ferro se funde a 1534 C. Se o metal em fuso foresfriado, as transformaes para ferro delta, gama e alfa ocorrem praticamente nasmesmas temperaturas, como no aquecimento. Ambas as redes espaciais do ferro tmfaixas de temperaturas determinadas em que so estveis.

Fig. 12 Transformaes polimrficas do ferro




1.3.1.2 Estrutura Cristalina Real do Ferro

O ferro no se apresenta exatamente da forma como foi visto at aqui ou seja, comsua rede espacial ordenada e isenta de defeitos. Torna-se necessrio portanto, um estudopreliminar destes defeitos para podermos avaliar as conseqncias que eles traroposteriormente.

a) Defeitos da Rede Cristalina do Ferro

Contorno do gro: durante a solidificao do ferro, comeam a surgir ncleos decristalizao, que so tomos que iniciam a aglomerao com outros tomos. Essesncleos surgem de todas as partes ao mesmo tempo. Acontece que as direes dasredes dos ncleos so ocasionais e podem variar de ncleo para ncleo, no havendo aofinal uma unio completa. Dessa forma surge ento o contorno do gro. (fig. 13).

Vazios: Ocorrem quando um ponto da rede cristalina no est ocupado. Seu nmeroaumenta com a temperatura, pois os tomos oscilam mais violentamente e provvel quesaltem para um interstcio da rede ou em direo a superfcie. Por exemplo: a 700 C, decada 100.000 pontos da rede, um est vazio. Vazias so imperfeies puntiformes darede, em contraste com linhas de discordncias e superfcies de contorno de gro. (fig.13)

Fig. 13 - Representao esquemtica do contorno de gro e do groFonte:http://www.pmt.usp.br/paulob/montecarlo/modelar/default.htm

Discordncias: Discordncias so defeitos lineares, relacionados com fenmenos deescorregamento de planos cristalinos. A deformao plstica de um cristal perfeito pode

ocorrer pelo deslizamento de um plano de tomos com relao ao outro. Socaracterizadas pela presena de um plano extra de tomos na formao da redecristalina.(fig. 14)

Fig. 14 - Representao esquemtica de uma discordncia em forma de cunha




1.3.1.3 Estrutura Cristalina do Ao

No modelo de tomos slidos criados para estudar a rede cristalina do ferroconstatou-se a presena de um nico elemento qumico. Ao transportar-se tal estudo parauma situao em que existe a presena de outros elementos qumicos ligados, deve-seter o cuidado de observar algumas modificaes, segundo descrio abaixo.

a) Soluo Slida: a liga homognea de dois ou mais elementos que, em certaspropores, se misturam completamente no estado slido, de modo que seus cristais ougros tem todos a mesma composio qumica. Esses cristais ou gros chamam-setambm cristais mistos.b)Cristal misto: Os tomos de liga (Cr, Ni, W, C, etc), so dissolvidos prontamente noao em fuso na aciaria, isto , eles esto distribudos uniformemente entre os tomos deferro tal como sal na gua.

Se os tomos de liga possurem aproximadamente o mesmo dimetro que os

tomos de ferro, eles simplesmente ocupam os lugares dos ltimos na rede cristalina.Eles substituem tomos de ferro. O resultado o cristal misto por substituio. Ex: Nquele Cromo - atmico ~ 2,5 .

Se os tomos de liga forem pequenos, eles podem formar cristais mistos porinsero, ou seja, eles iro ocupar espaos interatmicos na rede.

Ex: O carbono atmico ~ 1,5 , forma um cristal misto por insero com o ferro.Em um cristal podem ocorrer substituio e insero simultaneamente. Assim, no

ao cromo-nquel inoxidvel, tomos dos elementos de liga cromo e nquel substituemalguns tomos de ferro na rede cristalina cbica de face centrada, enquanto que ocarbono inserido em espaos interatmicos (fig. 15).

Fig. 15 - Cristal misto gama (Ao Austentico 18-8)

1.3.1.4 Difuso Atmica no Estado Slido

O fenmeno da difuso atmica est relacionado com o transporte de tomos,dentro da matria, no estado slido, atravs da movimentao relativa na estruturacristalina (fig. 16).

Fig. 16 - Difuso atmica. a.intersticial b.substitucional




1.3.1.5 Solubilidade

Por causa de seus espaos interatmicos maiores, mais fcil inserir tomos deliga pequenos no ferro gama do que no ferro alfa. No entanto, mesmo para os espaosinteratmicos maiores do ferro gama, a maioria dos tomos grande demais. A inserode tomos maiores do que os espaos interatmicos causa uma deformao da redecristalina do ferro, que se torna maior a medida que aumenta o nmero de tomosinseridos e que por fim limita a solubilidade da rede do ferro para o elemento de liga. Demaneira semelhante tambm dificultada a soluo de tomos de liga por substituio narede espacial, se seu dimetro desviar mais que 15% do dimetro do ferro.

Uma vez que os tomos oscilam mais violentamente com o aumento datemperatura e alargam a rede (o parmetro da rede aumenta), os espaos interatmicostambm aumentam um pouco. O resultado uma capacidade de recebimento maior darede espacial do ferro em relao a tomos de liga, ou seja, a solubilidade aumenta com atemperatura (fig. 17 e 18).

Fig. 17 - Soluo slida intersticialem ferro e precipitao decarbonetos

Fig. 18 - Soluo slida intersticialem ferro

1.4 Propriedades dos materiais

Os materiais muitas vezes so identificados pelos atributos ou qualidades queapresentam, por exemplo os materiais que possuem boa condutibilidade trmica e eltricaso os materiais metlicos. Os atributos ou qualidades dos materiais so conhecidostecnicamente como propriedades, e so fundamentais para seleo dos mesmos.

As propriedades dos materiais dependem da natureza do material, composioqumica e microestrutura.Pode-se classificar as propriedades dos materiais em: Propriedades fsicas (a tabela 2 apresenta a subdiviso dessas propriedades); Propriedades qumicas; Propriedades fsico-qumicas; Propriedades tecnolgicas.

Tabela 2 Classificao das propriedades fsicasPropriedades Fsicas

Prop. Mecnicas Prop. Trmicas Prop. Eltricas Outras Prop. FsicasDuctilidade Condutibilidade Condutibilidade Prop. ticas:

Dureza Trmica Eltrica TransparnciaElasticidade Expanso Resistncia ao DensidadeRes. a trao Trmica Arco OutrasOutras Outras Outras




bom salientar, que as propriedades dos materiais, na rea tecnolgica devemestar associadas a relao custo/benefcio dos componentes, pois no justifica-seeconomicamente selecionar materiais devido a suas propriedades, sendo que o custo invivel comercialmente.

Todas as propriedades, tem sua importncia. Em particular para rea tecnolgicade mecnica, veremos mais detalhadamente as propriedades mecnicas.

1.4.1 Propriedades Mecnicas

As propriedades mecnicas constituem uma das caractersticas mais importantesdas ligas metlicas ferrosas em suas vrias aplicaes, visto que o projeto e a execuode componentes mecnicos estruturais so baseados nestas propriedades.

As propriedades mecnicas definem o comportamento do material quando sujeito aesforos de natureza mecnica e correspondem as propriedades que, num determinado

material, indicam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforos que lhe soaplicados, sem romper ou sem que produzam deformaes incontrolveis.A determinao das propriedades mecnicas dos materiais, pode ser obtida

atravs de ensaios mecnicos, que ser abordado num prximo tpico.A propriedade mecnica que geralmente est associada com componentes

mecnicos estruturais e a resistncia mecnica. Outras propriedades mecnicas soelasticidade, ductilidade, dureza, tenacidade, resilincia e outras. A caracterizao dessaspropriedades pode ser vista a seguir:

a) Resistncia mecnica pode-se conceituar resistncia mecnica como sendo, acapacidade dos materiais de resistir a esforos de natureza mecnica, como trao,

compresso, cisalhameto, toro, flexo e outros sem romper e/ou deformar-se.Porm, o termo resistncia mecnica, abrange na prtica um conjunto de propriedadesque o material deve apresentar, dependendo da aplicao ao qual se destina. muitocomum para efeito de projeto relacionar diretamente resistncia mecnica comresistncia a trao.

b) Elasticidade a capacidade que o material apresenta de deformar-seelasticamente. A deformao elstica de um material, acontece quando o material submetido a um esforo mecnico e o mesmo tem suas dimenses alteradas, equando o esforo cessado o material volta as suas dimenses iniciais.

c) Ductilidade e/ou Plasticidade a capacidade que o material apresenta dedeformar-se plasticamente ou permanentemente antes de sua ruptura. A deformao

plstica de um material, ocorre quando o material submetido a um esforo mecnicoe o mesmo tem suas dimenses alteradas, e quando o esforo cessado o materialpermanece com as dimenses finais.

d) Dureza essa propriedade embora tenha mais de uma caracterizao, tecnicamentea definio mais utilizada : Dureza uma medida da resistncia do material adeformaes plsticas localizadas. Associada a essa propriedade, temos a resistnciaao desgaste e a resistncia a abraso.

e) Resilincia a capacidade do material absorver e devolver energia semdeformao permanente. Essa propriedade tem validade no campo elstico.

f) Tenacidade a capacidade do material de absorver energia antes de sua ruptura.Uma outra definio para esse termo, a capacidade que o material apresenta deresistir a esforos de impacto.




1.4.2 Propriedade Qumica

Uma propriedade importante, que servir de critrio para escolha do material emnosso instrumento gerador (extrusora de massa), a resistncia a corroso, e pode serdefinida como: A resistncia que o material apresenta a deteriorao, por ao qumica oueletroqumica do meio ambiente.

1.4.3 Propriedades Tecnolgicas

No processamento de componentes mecnicos, certas propriedades tecnolgicasdevem ser consideradas, para que o material a ser processado tenha um comportamentoque no comprometa seu desempenho tanto durante o processamento, como em suautilizao. Essas propriedades derivam-se das propriedades fsicas, qumicas e fsico-qumicas dos materiais, mas que devido a sua importncia so tratadas como uma novaclasse de propriedades, que so:

Usinabilidade de um material pode ser definida como uma grandezatecnolgica, que expressa por meio de um valor numrico comparativo (ndiceou percentagem) um conjunto de propriedades de usinagem do material, emrelao a um outro tomado como padro.

Conformabilidade a capacidade do material de ser deformadoplasticamente, atravs de processos de confomao mecnica. Essapropriedade est associada a ductilidade ou plasticidade do material.

Temperabilidade ou endurecibilidade de aos est diretamente relacionada

com a capacidade que os mesmos tem de endurecer da superfcie em direoao ncleo, considerando-se a quantidade de martensita formada durante oresfriamento.

Soldabilidade a capacidade que os materiais tem de ser unidos peloprocesso de soldagem, tendo por objetivo a continuidade das propriedadesfsicas (mecnicas) e qumicas dos mesmos.

Sinterabilidade a capacidade dos materiais na forma de p, apresentaremdifuso no estado slido, ativada por energia trmica, obtendo-se como produtofinal, coeso do material na forma desejada.




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2 Processos de obteno das ligas metlicas ferrosas

2.1 Aos e Ferros Fundidos

Um nmero considervel de utenslios e equipamentos, utilizados pelo homem, so

construdos a partir de ferro ligado ao carbono, formando o ao e o ferro fundido.Entretanto o ferro no se apresenta naturalmente na forma de metal, a no ser emmnimas quantidades nos meteoritos. Ele extrado de minrios encontrados nas jazidasnaturais, tais como mostrado na tabela 3.

Tabela 3 Principais minrios de ferroMinrio de ferro Frmula Quantidade mdia de ferro (%)

Hematita (xido ferroso frrico) Fe203 70,0Magnetita (xido frrico) Fe304 72,4Limonita (xido hidratado de ferro) Fe203.3H2O 59,9Siderita (Carbonato de ferro) FeCO3 48,3

Estes minrios so processados nas usinas siderrgicas, obtendo-se o chamadoferro gusa.

Nas sociedades industriais, o ferro gusa to importante que o seu consumoaparenteper capita -relao entre produo de ao e populao absoluta - serve comoelemento de comparao do nvel de desenvolvimento econmico entre pases.

A URSS, os EUA, o Japo, a Repblica Federal da Alemanha, a Tchecoslovquia, oCanad, a Blgica, a Romnia e a Austrlia possuem um consumo aparenteper capita deao superior a 500 kg, por , habitante, por ano. A Itlia, a Frana, o Reino Unido e aPolnia possuem um consumo aparente per capita de ao situado entre 400 e 500kg/hab/ano. A Espanha, um pouco acima de 300 kg/hab/ano. O Brasil situa-se em tomode 100 kg/hab/ano.

Esses dados poderiam levar suposio de que pases como EUA e Polniapossussem as maiores reservas de minrio de ferro. No entanto, a tabela 4, que




relaciona minerais e produoper capita, mostra como essa suposio no verdadeira.Como se observa na tabela 4, entre os pases relacionados, o Brasil o que

apresenta maior reserva de minrio de ferro. Apesar disso, a sua produo de ao percapita menor do que a de outros pases. Por outro lado, nota-se que pases como Itlia,Alemanha Ocidental e EUA apresentam produo de ao muito alm das possibilidadesde suas reservas.

Isso sugere que muito do minrio de ferro das jazidas brasileiras est sendoprocessado e consumido no exterior.

Na obteno das ligas metlicas ferrosas nas usinas siderurgicas, o alto fornoconstitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do ferro. A partir dos primeirosfornos, dos tipos mais rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmosfera,constantes aperfeioamentos tcnicos vm sendo introduzidos e a capacidade diriapaulatinamente elevada. A metalurgia do ferro consiste essencialmente na reduo dosxidos dos minrios de ferro, mediante o emprego de um redutor, que um material abase de carbono o carvo o qual atua igualmente como combustvel e, indiretamente,

supridor do carbono para as ligas ferro carbono , que so os principais produtos do altoforno.

Tabela 4 Relao de minrio de ferro e produo de aoPas Reserva de Minrio

de ferro (kt/m)Produo ao

(kt/m)EUA 23.005 67.656China 53.660 37.160Polnia 15 14.142Alemanha Ocidental 387 35.880frica do Sul 15.370 8.383

Frana 6.200 18.402BRASIL 81.559 7.660Itlia 2 24.188Peru 4.403 274Venezuela 7.258 2.296

2.1.1 Histrico

O processo de produo de ferro j era dominado pelos hititas (c.3000 a.C.), que o

mantiveram em segredo por muito tempo. Com a queda do imprio hitita (c.1200 a.C.), osferreiros dispersaram-se e j entre os gregos a produo de ferro favoreceu odesenvolvimento de novas tcnicas e ferramentas.

Apesar das modificaes tcnicas ocorridas desde a Antiguidade at nossos dias,esse processo sempre esteve baseado na interao entre minrio e monxido de carbonoproduzido pela combusto do carvo.




Fig. 19 Representao esquemtica da produo primitiva do ferro.

A figura 19 se refere produo primitiva do ferro. O minrio de ferro entra emcontato com o carvo vegetal (C) e o oxignio (02) do ar, soprado pelo fole. Esse contato,sob determinadas condies, produz uma liga de ferro e carbono. A liga produzida pelopovo hitita, pioneiro desse processo, era utilizada para a fabricao de armas. Este"segredo" fez do povo hitita detentor do monoplio da metalurgia do ferro poraproximadamente duzentos anos (c.1400-1200 a.C.). Mais tarde esse povo guerreiroperdeu sua exclusividade e o conhecimento se espalhou para outras civilizaes.

O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente dctil, mole, malevele podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevada. Narealidade, os processos eram de reduo direta, sem que se formasse ferro inteiramentelquido; de fato, as temperaturas alcanadas no eram suficientes para liquefazer o metal,o qual se apresentava no estado pastoso, misturado com as impurezas do minrio. Ooperador juntava, no fundo do forno, o material com auxlio de uma vara metlica,formando-se uma bola que, depois de atingido um certo peso, era retirada e martelada,para eliminar as impurezas, que apresentavam na forma de uma escria. O resultado finalera uma barra ou lupa, posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento. Esseproduto consiste no ferro pudlado. Em pocas mais recentes, a partir provavelmente dosculo XIII, o processo mais comum era o da forja catal, na qual o material comumente

obtido era exatamente o ferro pudlado. Esses fornos primitivos podiam ser operados demodo a provocar a absoro pelo ferro de uma certa quantidade de carbono, por exemploat 1%. Esse material revelou-se mais duro e mais resistente que o ferro; alm disso, ofenmeno mais importante ento verificado foi a possibilidade de tornar o material muitomais duro, quando resfriado rapidamente em gua ou outro meio lquido, a partir de altastemperaturas. Praticava-se, assim, um processo emprico de tmpera em ferro comcarbono relativamente elevado.

As principais datas relativas ao desenvolvimento do alto forno, processo dereduo indireta para obteno do ao, na Inglaterra foram:

1500 - Perfil de construo prximo ao dos atual; 1619 - Primeiro emprego do coque como carvo metalrgico; 1800 - Primeiro emprego do ar aquecido no alto forno.




No Brasil, o grande passo para o estabelecimento da grande siderurgia, baseadaem carvo coque, foi dado durante o governo Getlio Vargas, com a instituio em 4 demaro de 1940, da Comisso Executiva do Plano Siderrgico Nacional, resultando nafundao da Companhia Siderrgica Nacional em janeiro de 1941. A Usina foi construdaem Volta Redonda, Estado do Rio de Janeiro e inaugurada em outubro de 1946.

2.1.2 - Matrias-primas da Indstria Siderrgica

As matrias-primas bsicas da indstria siderrgica so as seguintes:- Minrio de ferro;- Carvo;- Calcrio.

Outras matrias-primas, minrios principalmente, so igualmente importantes,sobressaindo-se o minrio de mangans, pela sua presena constante em todos os tipos

de produtos siderrgicos. O minrio de ferro, como bvio, constitui a matria-primaessencial, pois dele se extrai o ferro. O carvo atua em trs sentidos simultaneamente:como combustvel, como redutor do minrio, que basicamente constitudo de xidos deferro, e como fornecedor do carbono, que o principal elemento de liga dos produtossiderrgicos. O calcrio atua como fundente, ou seja, reage pela sua natureza bsica,com as substncias estranhas ou impurezas contidas no minrio e no carvo geralmente de natureza cida diminuindo seu ponto de fuso e formando a escria,subproduto do processo clssico do alto-forno. Na figura 20, podem ser visualizados ailustrao do alto forno com os principais elementos que participam de todo o processo deproduo.




Fig. 20 Carga e produtos resultantes de um alto-forno

a) Minrio de Ferro

O minrio de ferro constitui a principal matria prima para extrao do ferro.Encontrado na natureza principalmente sob a forma de xidos, so classificados segundo

a concentrao de ferro, como mostrado na tabela 3.

a.1) Beneficiamento do Minrio de Ferro

O termo genrico beneficiamento compreende uma srie de operaes a que osminrios de ferro de vrias qualidades podem ser submetidos, com o objetivo de alterarseus caractersticos fsicos e qumicos e torn-los mais adequado para a utilizao nosaltos-fornos. Essas operaes so geralmente: britamento, peneiramento, mistura,moagem concetrao, classificao e aglomerao.

Ser aborda neste texto apenas os mtodos de aglomerao. Existem 4 processosprincipais de aglomerao do minrio de ferro:

- Sinterizao, que produz snter;- Pelotizao, que produz pelotas;- Briquetagem, que produz briquetes;- Nodulizao, que produz ndulo;




Os mais importantes so os dois primeiros, os quais sero, descritos a seguir:

Sinterizao:consiste em aglomerar-se finos de minrio de ferro numa mistura comaproximadamente 5% de um carvo finamente dividido, coque ou antracita. A carga colocada em grelhas que se movem a uma determinada velocidade e, numdeterminado ponto prximo ao fim de percurso das grelhas, a carga aquecidasuperficialmente, por intermdio de queimadores de gs. As temperaturas utilizadasvariam de 1300 a 1500 C, suficientes para promover a ligao das partculas finas dominrio e resultando um produto uniforme e poroso, denominado sinter.

Pelotizao:este o mais novo processo de aglomerao e talvez o de maior xito.Neste processo, produzem-se inicialmente bolas ou pelotas cruas de finos deminrio de alto teor ou de minrio concentrado. A granulao do minrio deve sernormalmente inferior a 325 mesh; adiciona-se cerca de 10% de gua e, geralmente,um aglomerante de natureza inorgnica, como bentonita em proporo de 0,5 a

0,75% de carga. Uma vez obtidas as pelotas cruas, so as mesmas queimadas, parao que se utilizam vrios dispositivos de aquecimento. Um deles constitudo por umagrelha contnua e mvel. No processo, as pelotas so inicialmente secadas, depoispr-aquecidas e finalmente queimadas. Mais recentemente, tem sido utilizado umforno rotativo, onde as temperaturas podem atingir valores da ordem de 1350 oC.

b) Carvo:

O carvo pode ser de dois tipos: o mineral, que de origem fssil, e o vegetal.Antigamente, apenas o carvo vegetal era utilizado. Mas, devido grande devastaodas reservas florestais, esse tipo de carvo tornou-se raro, sendo substitudo,gradativamente, por carvo mineral.

O Brasil conta com pequenas reservas de carvo mineral nos Estados de SoPaulo, Rio Grande do Sul e Santa Catarina. No entanto, esse carvo considerado de"m qualidade" para uso siderrgico, devido a sua alta porcentagem de cinzas e enxofre,que, alm de reduzir o poder calorfico do carvo, tambm influi nas caractersticas doao.

Entretanto, essa ma qualidade tambm decorrncia do fato de os altos-fornosbrasileiros serem cpias dos estrangeiros, construdos para utilizao de carvo comcaractersticas diferentes.

As grandes siderurgicas brasileiras, como Usina de Volta Redonda CSN (RJ),Usina de Ipatinga -USIMINAS (MG) e Usina de Piaagera -COSIPA (SP), utilizam carvo

mineral proveniente de Santa Catarina. Este carvo possui um poder calorfico em tornode 5 000 kcal/kg (20 900 kJ/kg), enquanto o do carvo estrangeiro da ordem de 8 000kcal/kg (33 440 kJ/kg).

O combustvel utilizado no alto-forno o carvo coque ou de madeira cuja asfunes so:

- fornecer calor para combusto;- fornecer carbono para a reduo do xido de ferro;- indiretamente, fornecer o carbono como principal elemento de liga do ferro

gusa.

b.1) Carvo Coque:

O coque obtido pelo processo de coqueificao, que consiste, em princpio, noaquecimento a altas temperaturas, geralmente em cmaras hermticas, portanto comausncia de ar, exceto na sada dos produtos volteis, do carvo mineral. Este ltimo




constitudo sobretudo dos restos de matria vegetal que se decomps com o tempo, napresena de umidade, ausncia de ar e variaes de temperatura e presso, por aogeolgica, transformando-se, atravs de milnios, progressivamente em turfa, linhito eantracito. A ao de destilar o carvo mineral pretende eliminar materiais volteis,resultando num resduo que se apresenta como substncia porosa, heterognea, sob ospontos de vista qumico e fsico.

c) Calcrio:

O calcrio ( CaCO3) utilizado no alto forno como fundente, ou seja, combina-se comas impurezas (ganga) do minrio de ferro e com as cinzas do carvo, formando aschamadas escrias.

2.1.3 Conhecendo uma usina siderrgica

Atravs do relato de visita a uma usina siderrgica, ser visto o processo deobteno do ferro, mais detalhadamente.

a) Relato da Visita

Chegando usina, recebemos algumas informaes gerais sobre o processo deobteno do ferro-gusa.

As matrias-primas principais so os minrios de ferro, o coque e calcrio. Essesmateriais, no momento de seu uso, so peneirados e dosados para poderem serintroduzidos no alto-forno. Assim se inicia o controle das transformaes qumicas que a

ocorrem, atravs da medida das quantidades relativas de matrias-primas. comum comparar-se as siderrgicas a cozinhas gigantes. Nas cozinhasnecessitamos de ingredientes, de panelas adequadas e de fornos - objetos indis-pensveis para a preparao de alimentos. O mesmo ocorre na siderrgica, na qual os"ingredientes" so as citadas matrias-primas. Estas so colocadas numa "panelaespecial" - o alto-forno - em que so obtidos o ferro gusa e a escria resultante datransformao da ganga - componentes do minrio de ferro que no interessam para afabricao do ao.

Tanto o ferro gusa como a escria escoam do alto-forno como lquidosincandescentes. Assim, uma diferena marcante entre os procedimentos culinrios e ossiderrgicos est na diversidade da temperatura de "cozimento". Enquanto o forno

domstico se limita a poucas centenas de graus celsius, os altos fornos das siderrgicasrompem a fronteira dos milhares de graus.

Para entrar nos setores de produo, foi necessrio o uso de capacete e culos desegurana.

Chegando ao ptio de matrias-primas, vimos montes separados de coque de corpreta, minrio de ferro de cor cinza e calcrio de cor branca. O minrio de ferro utilizadonesta usina a hematita, que constituda principalmente por xido de ferro, Fe203.

Pela parte superior do alto-forno, introduzida a mistura de minrio de ferro, carvoe calcrio. Na parte inferior, atravs de orifcios, introduzido ar quente sob presso, que,interage com o carvo, liberando calor .

Na base do alto-forno, vimos a sada de ferro gusa lquido, rubro e incandescente,seguido da escria lquida, tambm incandescente e brilhante. No local sentamos umimenso calor .

O carvo o combustvel que alimenta o alto-forno. Este foi construdo para




funcionar continuamente, no dependendo assim de energia de fonte externa.A cada 40 minutos so produzidas cerca de 40 toneladas de ferro gusa. Isto

corresponde a uma "corrida do ferro". Com esta informao, pode-se imaginar a grandequantidade de ferro produzida diariamente, levando-se em conta que as siderrgicas nointerrompem seu funcionamento. Alm disso, segundo informao que recebemos, aproduo de ferro gusa prevista para um ano de aproximadamente 530000 toneladas,mantidas constantes as condies de produo.

O ferro gusa que sai do alto forno vai sendo armazenado no carro-torpedo, sendo,como pode ser visto na fig. 21, depois transferido para caambas, que o transportam ato forno Siemens-Martin, localizado na aciaria. aqui que o ferro gusa transformado emao. Durante este processo, periodicamente so retiradas amostras para serem anali-sadas no laboratrio de controle.

Por ltimo, o ao passa por uma "panela", na qual feito o "ajuste fino" de suascaractersticas e, para isto ocorrer, so acrescentados os metais que lhe conferempropriedades especiais - tungstnio, nquel, crmio, nibio etc.

O ao lquido vazado em moldes, nos quais fica at solidificar, formando oslingotes, cujas massas variam de 50 kg a 30 toneladas. Os lingotes so depoissubmetidos ao processo de conformao mecnica, por intermdio de laminadores,resultando blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, ainda por intermdio delaminadores, so transformados em formas estruturais como ts, duplos ts,cantoneiras, etc., e em outros produtos siderrgicos importantes, tais como trilhos,tubos, chapas, barras e outros.

Fig. 21 Representao esquemtica de um alto forno




b) Principais transformaes que ocorrem no alto forno

As matrias-primas -minrio de ferro (hematita), coque e calcrio (carbonato declcio)- so colocadas no alto forno, obtendo-se como produto final ferro gusa e a escria.O processamento do minrio pode ser representado pela equao global:

estado inicial estado final

2Fe203(s) + 6C(s) + 302(g) 4Fe(s) + 6C02(g) + energia

MinrioDe ferro

Carvogs

oxignioferro

Dixidode carbono

Luz e calor

Essa equao representa o que observado na "entrada" (estado inicial) e na"sada" (estado final) do alto-forno. No entanto, nesse trajeto, ocorrem vrias etapas.

Para dar incio ao processo de transformao, injetado ar quente pela parte

inferior do alto-forno. O gs oxignio, contido no ar injetado, interage com o carvo, quecontm carbono, liberando energia.

2C + 022CO + energia

Essa interao constitui a primeira etapa, e os seus produtos -, o monxido de carbono eo calor - so os principais agentes do processo siderrgico global.

0 calor liberado nessa combusto causa elevao da temperatura no interior do alto-forno, obtendo-se temperaturas variveis nas diferentes regies do alto-forno,favorecendo a ocorrncia de transformaes qumicas distintas.

Na figura 22, esto representadas algumas dessas transformaes at a obteno

do ferro-gusa.

Fig. 22 Representao das transformaes que ocorrem dentro do alto forno




Nota-se que essas transformaes tm um reagente comum, o monxido decarbono. Este gs se difunde pelo interior do alto-forno, entrando em contato com osdiferentes compostos de ferro, formados nas diferentes etapas do processo.

Analisando as equaes de cada etapa, observa-se que o xido magntico de ferro(Fe2O4) produzido numa transformao e consumido em outra. O mesmo ocorre com omonxido de ferro (FeO). Desse modo pode-se representar o processo pela equaoglobal, embora, na prtica, a obteno do ferro ocorra atravs de vrias etapas.

A existncia de impurezas no ferro gusa abaixa o ponto de fuso do metal, que daordem de 1500C, para cerca de 1100C. Como a temperatura na regio inferior do altoforno muito superior ao ponto de fuso do metal impuro, este funde, escorrendo paraaparte inferior, onde recolhido.

Ao mesmo tempo em que o minrio processado, a ganga, constituda geralmentepor slica (SiO2), transformada em escria (silicato de clcio, CaSiO3) atravs deprocesso do qual participa o calcrio.

Esse processo tambm ocorre em etapas, mas pode ser representado pelaequao global:

SiO2(s) + CaCO3(s) CaSiO3(s) + CO2(g)

Ganga Calcrio Escria Dixido de Carbono

O calcrio, devido ao calor, decompe-se em xido de clcio e gs carbnico.

CaCO3(s) + energia trmica CaO(s) + CO2(g)

O xido de clcio interage com a ganga (impurezas do minrio) para formar escria,baixando o ponto de fuso da mesma.

CaO(s) + SiO2(s)CaSiO3(s) + energia trmica

No processo ocorrido dentro do alto forno, observa-se que o minrio, o carvo e ocalcrio (matrias-primas ou reagentes) se transformam em ferro-gusa e escria(produtos), sendo este um exemplo de transformao que se d atravs de etapas. Estascorrespondem a diversas transformaes qumicas em que os produtos de uma so osreagentes de outra. Alm disso, a maioria das transformaes que ocorrem no alto fornoso exotrmicas. Isso explica por que esse processo auto-suficiente em termos

energticos, j que as transformaes endotrmicas utilizam energia das transformaesexotrmicas, que liberam tanto calor para o ambiente, como foi observado no relato davisita.

2.1.4 Processos de obteno do ao

2.1.4.1 Classificao dos processos

Os processos de fabricao do ao podem ser classificados em:

a) Quanto a matria-prima , o ao pode ser obtido a partir de:Gusa atravs dos processos Bessemer, Thoms, LD e Siemens-MartinSucata de ao atravs dos processos Siemens-Martin e Forno eltrico a arco




Ferro-esponja atravs de forno eltrico a arcob) Quanto a fonte de energia os processos podem ser:Autgenos conversores, em que o calor gerado pelas reaes de oxidaoNo autgeno em que o calor gerado por combustvel (processo Siemens-Martin) ouenergia eltrica (forno a arco ou induo)c) Quanto ao tipo de forno:Conversores Bessemer, Thomas e LDFornos com abboda Siemens-Martin, forno eltrico a arcoForno a cadinho Forno eltrico a induo

d) Quanto ao produto (tipo de ao)Aos comuns conversores, Siemens-Martin, forno eltricoAos especiais para construo mecnica Siemens-Martin, forno eltrico a arco.Aos de alta liga (ao ferramenta, aos inoxidveis, aos refratrios) forno eltrico aarco e forno a induo

Aos muito especiais forno eltrico a arco, forno de induo vcuo

2.4.1.2 Processos de obteno do ao atravs do refino do gusa

O ferro de primeira fuso (ferro gusa), bastante heterogneo e impuro, e oselementos qumicos de sua composio, esto acima dos valores aceitaveis para serconsiderado ao, como pode ser visto na tabela 5.

Tabela 5 Relao entre a composio qumica do gusa, e dos aosE.Q. Composio aproximada do ferro gusa (%) Composio aproximada do ao (%)

C 3,50 a 4,50 0,06 a 2,00Mn 0,50 a 2,50 0,50Si 0,50 a 4,00 0,25P 0,05 a 2,00 < 0,05S 0,20 < 0,05- E.Q. Elemento Qumico

Para transformar o ferro gusa em ao necessrio fazer uma sensvel reduo detodos os elementos de sua composio, entre os processos mais utilizados para produode ao em escala industrial, temos o processo Bessemer, o processo Thomas, o processoLD, que so classificados tambm como processos pneumticos, o processo Siemens-

Martin e os fornos eltricos.

a) Caracterizao do Processo Bessemer

Este processo baseia-se em diminuir o C, Si e Mn do gusa lquido soprando aratravs do banho e assim convertendo-o em ao. Por ser um processo cido no soeliminados o P e S, por este motivo a presena desses elementos deve ser mnima.

O oxignio do ar que se combina com o C e Si do gusa gera calor suficiente paramanter fundido o metal e a escria. O equipamento em que se efetua este processo chamado de conversor (figura 23), suas caractersticas de construo, compreendem deuma carcaa de chapa de aos em forma de pera, revestida internamente com tijolosrefratrios. Normalmente usa-se refratrios de slica (cido) para evitar a reao com aescria cida, resultante do processo. O fundo do conversor perfurado, para injeo dear, e de fcil troca, j que sua vida til, devido a severidade no uso baixa.




Fig. 23 Representao esquemtica de um conversor Bessemer, e as etapas deoperao.

Caractersticas tcnicas do processo e conversor:

Carga minrio de ferro (pequena quantidade, opcional) + sucata (pequenaquantidade) + ferro gusa (lquido);

Tempo de cada corrida 15 minutos;

Presso do ar injetado 1,4 a 1,7 atm; Capacidade de carga do conversor 25 a 40 toneladas; Temperatura mxima utilizada no processo 1600C; Devido as reaes de oxidao dos elementos qumicos, serem fortemente

exotrmicas (principalmente a do silcio) , dispensa qualquer tipo de combustvel; A desoxidao realizada atravs da adio de Fe-Si, Fe-Mn ou Al; Principais reaes do processo: oxidao do silcio e oxidao do carbono nesta

ordem

b) Caracterizao do processo Thomas

Processo semelhante ao Bessemer, porm indicado para o ferro gusa rico emfsforo e com baixo teor de silcio, diferindo na composio da carga, pois adiciona-se cal,para reduo do P e S. O conversor identico ao Bessemer, porm o material refratriopara o revestimento interno do conversor bsico (tijolos de dolomita), devido a escriaresultante do processo ser bsica. A quantidade de cal utilizada depende do teor de Si eP.

Seqncia de operao:1. carregamento de sucata e minrio;2. carregamento de gusa lquido;

3. injeo de ar;4. vazamento e desoxidao do ao.As principais reaes ocorrem nesta seqncia, oxidao do Si e Mn,

oxidao do C, oxidao do P.




c) Caracterizao do processo LD

O processo LD, tem como princpio injeo de oxignio, pela parte superior doconversor. A injeo do oxignio realizada atravs de uma lana, constituda de trstubos concntricos de ao, em que O2passa pelo tubo central, e os dois tubos adjacentesservem para refrigerao com gua. A forma do conversor similar ao conversorBessemer e Thomas, conforme figura 24.

Caractersticas tcnicas do processo e conversor:

Carga minrio de ferro (pequena quantidade, opcional) + sucata (pequenaquantidade) + ferro gusa (lquido)+ cal;

Tempo de cada corrida 40 a 50 minutos; Distncia da lana a superfcie do banho0,3 a 1,2 metros

Capacidade de carga do conversor 100 toneladas; Temperatura mxima utilizada no processo 2500 C; Possuem sistema de tratamento de resduos gasosos e slidos, resultantes do

processo. Oxignio injetado tem uma pureza que varia de 90 a 95%. As principais reaes ocorrem nesta ordem, oxidao do Si, oxidao do C.

Fig. 24 Representao da produo de ao num conversor LD.

d) Caracterizao do processo Siemens-Martin

Os fornos Siemens-Martin so fornos nos quais podem ser realizados o refino dogusa e tambm, a elaborao de ao a partir de sucata, o que no possvel nosconversores, pois nestes o calor consumido proveniente das reaes de oxidao dos

elementos do banho metlico (carga lquida)por meio da introduo de ar ou oxignio.Esses fornos so constitudos de um mufla de tijolos refratrios para receber acarga que pode ser slida ou lquida, e de dois pares de cmaras recuperadoras, tambmde tijolos refratrios.




O forno funciona pelo sistema de regenerao do calor os gases quentes quesaem do forno vo aquecendo o gs (combustvel se for o caso) e o ar, respectivamente,dando entrada no forno em alta temperatura (figura 25). A inverso da cmara feita dehora em hora, por meio de vlvulas, com o aquecimento da coroa, as chamas de naturezaoxidante vo reduzindo o teor de carbono, silcio e mangnes do gusa.

Os materiais refratrios utilizados no revestimento dos fornos, dependem danatureza da carga, se for silicosa (cida) reveste-se com refratrios cidos, se forfosforosa (bsica) reveste-se com refratrios bsicos.

Caractersticas tcnicas do processo e do forno:

Carga minrio de ferro (pequena quantidade, opcional) + sucata + ferro gusa(lquido)+ calcreo (CaCO3). A carga pode ser constituda somente de ferro gusa ousucata.

Tempo de cada corrida 4 a 5 horas;

Capacidade de carga do conversor varia de 50 a 300 toneladas; Temperatura mxima utilizada no processo 2000 C; A desoxidao realizada atravs da adio de Fe-Si, Fe-Mn ou cal dependendo da

natureza da carga e do refratrio; O combustvel utilizado pode ser gs natural, gs de coqueria ou leo combustvel.

Fig. 25 Representao esquemtica de um forno Siemens-Martin

e) Fornos eltricos

A produo de aos liga de alta qualidade (grande refinamento), realizadaatravs da utilizao de fornos eltricos. A grande vantagem desses equipamentos apureza da fonte de calor (energia eltrica), onde o material a ser processado, no interagecom o combustvel, o que no ocorre com os outros processos j descritos. Outro fatorque diferencia esses equipamentos dos demais, que consegue-se temperaturaselevadas, com fcil regulagem dos parmetros de energia eltrica, o que no se




consegue por meio de combustveis.O sistema de aquecimento dos fornos eltricos podem ser direto e indireto. O

aquecimento direto, quando a corrente eltrica atravessa a carga. E o aquecimentoindireto, ocorre quando a corrente no tem contato com a carga, o calor transmite-se porirradiao.

De acordo com a forma de aproveitamento da energia, os fornos eltricos soclassificados em trs tipos:

Fornos de arco voltaico; Fornos de induo; Fornos de resistncia.A utilizao dos fornos eltricos, e o processamento do ferro gusa para obteno

do ao, desenvolve-se em trs fases:1. Oxidao onde so adicionados pedaos de minrio de ferro, rico em xido de

ferro com a finalidade de oxidar o carbono, silcio, mangnes, fsforo e enxofre.2. Reduo (desoxidao do ao) feita com adies de ferro, silcio, ferro

mangans, e alumnio.3. Acerto da composio desejada com adies de elementos qumicospreviamente determinados como: cromo, nquel, vandio, tungstnio, cobalto eoutros. Obtendo-se os aos finos especiais para ferramentas, e os aos ligapara componentes mecnicos de equipamentos de grande responsabilidade.

A figura 26, ilustra todo o processo de obteno do ao desde o minrio at osprodutos siderrgicos.

Referncias bibliogrficas

1. CHIAVERINI, V.. Tecnologia Mecnica. Volume II. Editora McGraw-Hill do Brasil. SoPaulo, 1979.

2. BOSQUILHA, G. E. et ali. Interaes e Transformaes I . 6 Edio. Editora daUniversidade de So Paulo. So Paulo, 2000.

3. ARANTE, J. T.. Metalurgia do Ferro. Apostila do curso de mecnica ETFSC.Florianpolis, 1987.




3 - Ligas metlicas ferrosas

As ligas metlicas ferrosas, so as mais utilizadas na construo mecnica, emelementos estruturais e componentes diversos.

O ferro um metal abundante na crosta terrestre e caracteriza-se por ligar-se commuitos outros elementos metlicos e no-metlicos, o principal elemento dos quais oferro combina-se, o carbono. Por este fato, essas ligas tambm so denominadas deligas ferro carbono, e dividem-se em dois tipos principais os aos e ferros fundidos.

O fenmeno do polimorfismo, como visto anteriormente com o ferro, tambm seapresenta nas ligas ferro carbono (ser estudado no tpico seguinte). Caracterstica quepermite, a essas ligas (principalmente os aos) de serem tratadas termicamente, com oobjetivo de alterar as propriedades mecnicas, possibilitando as mais variadas aplicaes.

A adequada aplicao das ligas ferro carbono, exige um conhecimento daspropriedades, e consequentemente da microestrutura, que so dependentes dascondies de processamento e da composio qumica.

Esse texto consistir nas definies das principais ligas ferro carbono, e nasclassificaes, segundo a composio qumica e tambm quanto as aplicaes.Descrevendo ainda a influncia dos elementos de liga.

3.1 - Definies

Definir as ligas ferro carbono, no to simples quanto parece, visto que apesar delevarem o nome de dois elementos qumicos, na prtica as mesmas no so ligasbinrias, sempre se tem a presena de elementos qumicos secundrios oriundos daforma de obteno desses materiais ou adicionados propositalmente para melhorar as

propriedades mecnicas. Sero adotadas as seguintes definies, segundo a tabela 6.

Tabela 6 Classificao geral e principais definies das ligas ferro carbonoAos carbono, a liga contendo geralmente 0,008% at cerca de2,11% de carbono, alm de certos elementos residuais resultantesdo processo de obteno.

AosAos liga, a liga que contm, alm dos teores de carbono jmencionados nos aos carbono, outros elementos de liga alm dosresiduais, com objetivo de conferir as propriedades especiais.

Branco, caracterizado por apresentar baixo teor de silcio,emicroestrutura rica em Fe3C.

Malevel, obtido do fofo* branco, mediante trat. trmico demaleabilizao, tranformando Fe3C em grafita nodular.Cinzento, caracterizado por apresentar alto teor de silcio, emicroestrutura com grafita livre e Fe3C.

Ligasferro

carbono

Ferros Fundidos, liga

ferro carbono silcio,com teor de carbonoentre 2,11 e 6,67%.

Nodular, obtido do fofo cinzento, atraves de um tratamento noestado lquido, resultando em grafita esferoidal.

* fofo - Ferro fundido




3.1.1 Aos

Os aos em geral apresentam as seguintes caractersticas e propriedades:

Cor acinzentada; Densidade = 7,8 g/cm3; Temperatura de fuso entre 1250 a 1450 C; Dutibilidade, tenacidade, elasticidade, resistncia mecnica, resilincia; Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, forjabilidade.

O principal elemento de liga o carbono, a variao no teor desse elemento alteraas propriedades mecnicas. Por exemplo, com o aumento do teor de carbono a dureza ea resistncia a trao aumentam, mas diminui a resilincia e a dutilidade. Esses materiaispodem ser tratados termicamente como ser visto no item 7.

Como foi visto anteriormente, esse material divide-se em duas classes os aos

carbono e os aos ligas. Sendo que os aos ligas tambm subdivide-se em aos baixa ealta liga, dependendo do teor de elementos de liga. Se for abaixo de 5% e considerado debaixa liga, sendo superior a 5% denominado de alta liga.

Os aos ao carbono, podem ser subdivididos tambem em aos baixo, mdio e altocarbono, com teores que variam aproximadamente de: 0,008 a 0,3% para os baixoscarbonos, de 0,3 a 0,5% para os aos de mdio teor de carbono, e aos alto carbonoacima de 0,5%, conforme classificao da ABNT.

3.1.2 Ferros Fundidos

O ferro fundido, normalmente obtido da fuso do ferro gusa com sucata (at

50%), em fornos do tipo cubil, ou fornos eltricos.O carbono est presente nos ferros fundidos sob duas formas: Grafite (carbono puro) ferro fundido cinzento, nodular, e parcialmente no

malevel. Cementita (carboneto de ferro Fe3C) ferro fundido branco, e parcialmente no

malevel.Os principais elementos que influenciam, na obteno do tipo de ferro fundido, so

o silcio e o mangans, sendo que o primeiro elemento qumico favorece na obteno dofofo cinzento e o segundo elemento qumico favorece na obteno do fofo branco.

Ferro fundido cinzento caracteriza-se por apresentar fratura cinzenta com grofinos. A forma da grafita (lamelar, acicular, esferoidal), serve para classificar os ferrosfundidos cinzentos. O fofo nodular ou esferoidal, possui tima fluidez e timausinabilidade. So designados pelos algarismos FCXX, os dois primeiros algarismosindicam que fofo cinzento, e os dois ltimos algarismos representam o limite deresistncia a trao. Ex: FC10, fofo cinzento com L.R. a trao de 10 Kgf/mm.

Ferro fundido branco caracteriza-se por apresentar fratura branca acinzentada,com gro grosseiros. So duros, de difcil usinagem, apresentam notvel resistncia aabraso.




3.2 Classificao dos aos

As ligas ferro carbono, como foi visto, apresentam grande variedade detipos, s os aos apresentam mais de 1200. Foram ento criados sistemas declassificao, que se baseiam em dois critrios: composio qumica (aos carbono eaos liga), e tambm quanto a aplicao do ao (inoxidvel, ferramenta), e sero vistos aseguir

3.2.1 Classificao segundo a composio qumica

Existem vrios sistemas para designar os aos, sero estudados ossistemas mais usuais.

a) Sistemas ABNT/SAE/AISI/ASTM de classificao dos aos

A importncia do carbono no ao tornou desejvel que se dispusessede uma forma para designar os diferentes tipos de ao, na qual se pudesse indicar o teorde carbono. Usa-se um conjunto de quatro algarismos, no qual os dois primeirosalgarismos indicam o tipo do elemento de liga adicionado ao ferro e carbono. E os doisltimos algarismos divididos por 100 indicam o teor de carbono no ao (tabela 7). Porexemplo, o ao ABNT 1020, os dois primeiros algarismos indicam que um ao aocarbono, e os dois ltimos algarismos indicam que o teor de carbono igual a 0,2% (maisou menos, permite uma pequena faixa de variao).

Essas designaes so aceitas como padro pela ABNT/SAE/AIS I/ASTM. Muitosdos aos comerciais no se incluem nesta classificao, ou pelas composies seremdiferentes das utilizadas nos tipos previstos, ou por envolverem faixas menores devariao dos teores dos elementos de liga. Entretanto, estes aos tem aplicaes maisespecficas e no so mantidos em estoque pelos fornecedores.




Tabela 7 Classificao dos aos segundo a composio qumicaDesignaoABNT/SAE/AISI/ASTM*

Tipos de Ao

10XX

Aos carbono comuns11XX Aos de usinagem fcil, com alto teor de S12XX Aos de usinagem fcil, com altos teores de P e S13XX Aos Mn com 1,75% de Mn mdio15XX Aos Mn com mangans acima de 1,0%40XX Aos Mo com 0,25% de Mo mdio41XX Aos Cr Mo c/ 0,4 a 1,1% de Cr e 0,08 a 0,35% de Mo43XX Aos Ni Cr Mo c/ 1,65 a 2,0% de Ni, 0,4 a 0,9% de Cr e

0,2 a 0,3% de Mo46XX Aos Ni Mo com 0,7 a 2,0% de Ni e 0,15 a 0,3% de Mo47XX Aos Ni Cr Mo com 1,05% de Ni,0,45% de Cr e 0,2% Mo

48XX Aos Ni Mo c/ 3,25% a 3,75% de Ni e 0,2 a 0,3% de Mo51XX Aos Cr com 0,7 a 1,1% de Cr61XX Aos Cr V com 0,6 ou 0,95% Cr e 0,1 ou 0,15% de V86XX Aos Ni Cr Mo c/ 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,2% de Mo87XX Aos Ni Cr Mo c/ 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,25% Mo88XX Aos Ni Cr Mo c/ 0,55% de Ni,0,5% de Cr, 0,3 a 0,4%Mo92XX Aos Si com 1,8 a 2,2% de Si

50BXX Aos Cr c/ 0,2 a 0,6% de Cr e 0,0005 a 0,003 de boro51BXX Aos Cr c/ 0,8% de Cr e 0,0005 a 0,003 de boro81BXX Aos Ni Cr Mo c/ 0,3% Ni, 0,45% Cr, 0,12% Mo e 0,0005

a 0,003 de boro94BXX Aos Ni Cr Mo c/ 0,45% Ni, 0,4% Cr, 0,12% Mo e 0,0005a 0,003 de boro

* ABNT Associao Brasileira de Normas TcnicasSAE Society of Automotive Engineers (Sociedade dos engenheiros automotivos)

AISI American Iron and Steel Institute (Instituto americano de aos e ferros fundidos)ASTM American Society for Testing Materials (Sociedade americana de testes demateriais)

b) Sistema de classificao dos Aos segundo as normas alems DIN

Uma outra forma de designar os aos e segundo a norma DIN. E podeser melhor entendida como demonstrado a seguir.

b.1) Aos comuns para construo mecnicas

So indicados com o prefixo St seguidos pelo valor da resistncia de ruptura a traoem Kgf/mm2.

Ex. Ao St 37 (Ao com r= 37 Kgf/ mm2)

b.2) Aos carbono de qualidade

So classificados com a letra C seguidos pela percentagem de carbono multiplicadopor 100.




Ex. Ao C 15 (ao carbono com 0,15%C)

b.3) Aos liga

So indicados por uma expresso de letras e nmeros com os seguintes significados:1 Nmero representativo da % de C.2 Smbolos qumicos dos elementos de liga que mais caracterizam o ao.3 Percentagem dos elementos de liga dividido por 4 -10-100 respectivamente.

Ex: 15 Cr 3 (Ao cromo 0,15% C 0,75% Cr)22 Cr Mo 54 (Ao cromo molibdnio com 0,22%C 1,25%Cr 0,4%Mo)

Se a expresso indicativa for precedida po X, o ltimo grupo de nmero no representamais a percentagem convencional dos elementos de ligas e sim a percentagem realsegundo ordem.

Ex: X 10 Cr Ni Ti 1892 (Ao com: 0,1%C 18%Cr 9%Ni 2%Ti)

3.2.2 Classificao quanto a aplicao do ao

Uma outra forma de classificarmos os aos, segundo a sua aplicao,a seguir temos alguns exemplos deste tipo de classificao.

a) Aos de usinagem fcil tem essa denominao, pois alm de manterem boaspropriedades mecnicas, apresentam corte fcil. A excelente usinabilidade, conseguidanesses materiais, deve-se a adio de Enxofre, Mangans e Chumbo.

Ex: ao ABNT 1111, ao ABNT 1112.

b) Aos para cementao a cementao consiste na introduo de Carbono nasuperfcie do ao de modo que este, depois de temperado e revenido, apresente umasuperfcie mais dura.

A cementao empregada quando se deseja uma superfcie dura e resistente aodesgaste, sobre um ncleo tenaz e insensvel a choques e a flexo (engrenagens, eixos,pinos, outros).

Podem ser cementados os aos carbonos e os aos ligas de baixo teor de C (0,08a 0,25 %). Ex: ao ABNT 1020, ao ABNT 8620.

c) Aos para beneficiamento os aos para beneficiamento so indicados para aconstruo de elementos de mquinas de pequenas dimenses, alta resistncia emxima tenacidade.

Estes aos apresentam elevado limite de elasticidade, bom alongamento e granderesistncia.

O beneficiamento um tratamento trmico composto de tmpera e derevenido.

O beneficiamento melhora as propriedades mecnicas do ao, como a resistnciaa trao e dureza. Principalmente a resistncia a solicitaes dinmicas. Ex: ao ABNT4340, ao ABNT 8640.

d) Aos para molas esses aos devem apresentar: alto limite de elasticidade, elevada




resilincia, grande resistncia mecnica e alto limite de fadiga.Quando as molas destinam-se a cargas fracas usam-se aos carbono, para cargas

de alta intensidade usam-se aos ligados, como Aos Cr ou Aos Ni Cr Mo. Ex: ao ABNT9260, ao ABNT 5160.

e) Aos para ferramentas e matrizes estes aos alm de apresentarem alta dureza eelevada resistncia ao desgaste, devem possuir, boa endurecibilidade, elevadaresistncia mecnica, elevada resilincia, resistncia ao calor, usinabilidade razovel.

As altas durezas e resistncia ao desgaste so conseguidas pelo alto teor decarbono ou pela adio de elementos de ligas que aumentam tambm as outraspropriedades. Ex: ao ABNT O1 (Oil leo), ao ABNT A2(Air Ar).

f) Aos resistentes corroso esses aos tambm chamados aos inoxidveis,caracterizam-se por uma resistncia a corroso superior a dos outros aos. Suadenominao no totalmente correta, porque na realidade os prprios aos ditos

inoxidveis so passveis de oxidao em determinadas circunstncias. A expresso mantida por tradio. Quanto a composio qumica, os aos inoxidveis caracterizam-sepor um teor mnimo de cromo da ordem de 12%.

A resistncia a corroso destes aos explicada por vrias teorias. Uma das maisbem aceitas a teoria da camada protetora constituda de xidos. Segundo essa teoria, aproteo dada por uma fina camada de xidos, aderente e impermevel, que envolvetoda superfcie metlica e impede o acesso de agentes agressivos. Outra teoria, surgidaposteriormente, julga que a camada seja formada por oxignio adsorvido. O assunto controverso e continua sendo objeto de estudos e pesquisas. Entretanto, o que pareceestar fora de dvida que, para apresentarem suas caractersticas de resistncia acorroso, os aos inoxidveis devem manter-se permanentemente em presena de

oxignio ou de uma substncia oxidante.Dependendo da aplicao, estes aos devem possuir boa resistncia mecnica eao calor, alm da resistncia a corroso.

Classificao - costuma-se agrupar os aos inoxidveis, segundo sua estruturacristalina, nas seguintes classes:

Aos inoxidveis ferrticos apresenta estrutura ferrtica em qualquertemperatura. ferromagntico e no endurecvel por tmpera. Ex: ao AISI430.

Aos inoxidveis martensticos apresenta como caracterstica predominante acapacidade de adquirir estrutura martenstica por tmpera. Este ao ferromagntico. Ex: ao AISI 410 e 420.

Aos inoxidveis austenticos apresenta estrutura austentica em qualquertemperatura. paramagntico e no endurecvel por tmpera. Mediantedeformao a frio, pode adquirir estrutura parcialmente martenstica,apresentando ento leve ferromagnetismo. Ex: ao AISI 302, 303, 304, 316L.

Podendo existir tambm as estruturas mistas, os chamados aos inoxidviesduplex.

Influncia do teor de carbono

o teor de carbono influncia nas caractersticasdos aos inoxidveis de diferentes modos.

A partir de um certo teor, o carbono torna temperveis determinados aos, que poreste motivo so classificados como martensticos; com teores mais baixos de carbono, o




mesmo ao no tempervel, enquadrando-se portanto entre os aos ferrticos. Esse ocaso tpico dos aos cromo com 13% a 18% de Cr.

Quanto as caractersticas de resistncia a corroso, o carbono tem uma influnciadesfavorvel nos aos austenticos: os de teor mais elevado so normalmente maispropensos a sofrer corroso intercristalina do que os de teor mais baixo.

Influncia dos elementos de liga Examinaremos rapidamente a funo e ainfluncia dos principais elementos de liga comumente adicionados aos aos inoxidveis.

CROMO o elemento de liga fundamental dos aos inoxidveis, adicionado emteores mnimos da ordem de 12%, sua funo bsica est relacionada com a formao deuma pelcula impermevel, que protege o ao contra o ataque de agentes agressivos.

NQUEL depois do cromo o elemento de liga mais importante e maiscaracterstico dos aos inoxidveis. O nquel favorece a formao de austenita, tendendoa aumentar o campo de existncia desta fase, que se estende at a temperatura ambienteno caso dos aos inoxidveis austenticos. Alm disso, o nquel aumenta

consideravelmente a resistncia ao calor e a corroso.MOLIBDNIO geralmente adicionado em teores da ordem de 2 a 4%, melhorasensivelmente a resistncia a corroso e ao calor.

TITNIO, NIBIO, TNTALO possuem grande afinidade pelo carbono e soadicionados aos aos inoxidveis como estabilizadores de estrutura, formando carbonetosmuito estveis. Sua presen

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