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Aços Especiais
Nome: Fernando Carvalho PassosKaren Silva de Melo
Maurício Silva
Aços para Cementação
Aumento da quantidade de carbono na superfície dos aços, gerando uma alta dureza
superficial e uma melhora da resistência ao desgaste e mantendo um núcleo tenaz.
“Para alcançar tais propriedades é necessário tratamento térmico complexo de Têmpera.
Com isso não se pode levar em consideração somente a aplicação final do material, e sim o
meio de esfriamento que será utilizado......”.
Meio de Esfriamento do Tratamento TérmicoÉ lógico q deve-se levar em conta a dureza pretendida”
Água e Soluções Aquosas; “Meio mais simples e de menor custo, por facilitar a
limpeza final. É utilizado qdo a probabilidade de empeno é menor”.
Óleo; “Meio mais lento. É utilizado qdo a probabilidade de empeno é maior ou mesmo
para evitar uma ruptura durante o esfriamento, em peças ou seções finas”.
Camada Cementada Hipereutetóide; “com alta resistência ao desgaste”.
Eutetóide ou ligeiramente Hipoeutetóide; “superfície endurecida e tenaz”.
Núcleo “Imaginamos que o ideal é um núcleo com alta tenacidade, mas este conceito
tem sido abandonado, pois mesmo q o núcleo seja altamente tenaz, se ocorrer uma fissura na
camada cementada esta se propagará através do núcleo” e Zona de Transição “Esta deve
ser gradual, não tendo uma área claramente definida, o que poderia causar o lascamento da
superfície”.
Tipos de Aços Aço-Carbono: 0,08 a 0,25% de carbono “Pode ser usado, mas não apresenta uma
resistência e uma tenacidade tão boa como os liga”.
Aço-Liga baixo teor: 1 a 2% de elementos de liga “São os mais utilizados, possui boa
temperabilidade”.
Aço-Liga alto teor: > 2% de elementos de liga “Temperabilidade elevada, o teor de
carbono deve ser limitado a 0,25%. Apresentam propriedades melhores q os de baixo teor,
porem o seu custo maior, devido a maior dificuldade de fabricação e tratamento térmico limita
o seu uso a casos especiais”.
Aços para Nitretação
Formação de Nitretos de natureza complexa na superfície de certos aços, criando uma
camada de alta dureza resistente a elevadas temperaturas (500°C) e ainda resistente a certos
tipos de corrosão.
Seqüência de Oper. de peças a serem NitretadasRecozimento ou Normalização Têmpera Revenido Usinagem Nitretação;
“A Nitretação pode ser feita na etapa final de fabricação de uma peça, pois é feita entre
500 a 550°C, o que minimiza a possibilidade de empeno”.
Teores de liga de aços para Nitretação: Carbono; “em teores elevados”.
Alumínio e Cromo; “foram nitretos, quanto maior a quantidade, maior a camada
nitretada”.
Molibdênio; “evita a fragilidade de revenido”.
Níquel; “Normalmente ausente, é adicionado para se obter uma dureza mais
elevada”.
Tipos de Aços para Nitretação: Aços Grafítico; “Alto carbono e alto silício, possuem também Cromo, Alumínio e
Molibdênio. Superfície dura e resistente ao desgaste, com depressões originalmente cheias
de grafite, de modo q pelo menos inicialmente, o aço será alto lubrificável. Exemplo de
utilização são mancais operando a altas temperaturas”.
Aços Nitraloy; “contendo como base de liga cromo e Alumínio. São os q após a
nitretação apresentam a camada superficial mais dura e o núcleo com resistência mecânica
mais adequada”.
Aços AISI 4140 e 4340; “contem cromo e molibdênio, sem Alumínio. Usado qdo
admite-se uma dureza superficial menor”.
Nitretação em banho de Sal “processo mais demorado e utilizado para aços de baixo
teor de carbono”.
Aços p/ Ferramentas e Matrizes
Características: Dureza à Temperatura ambiente; “A dureza da ferramenta ou matriz deve ser maior
do q da peça a ser trabalhada”.
Dureza à quente; “Necessário pelo calor gerado na própria execução do serviço.
Elementos mais importantes por essa propriedade são o Tungstênio e o Molibdênio”.
Resistência ao desgaste; “Requisito importante, visto q o desgaste pode vir a inutilizar
a ferramenta, por alterar suas dimensões”.
Temperabilidade; “Uma maior penetração da dureza garante uniformidade a
ferramenta ou matriz. Aço ligas tem a vantagem de possuir um ranger menor de dureza entre
a superfície e o centro”.
Tenacidade; “Característica desejável, mas difícil de se obter juntamente com a alta
dureza”.
Resistência Mecânica e a Compressão; “Visto q muitas vezes os aços ferramentas e
matrizes devem suportar esforços estáticos”.
Tamanho do grão; “Desejável um tamanho pequeno, pois isto está associado a
características mecânicas superiores”.
Usinabilidade; “É impossível associar alta dureza e resistência ao desgaste a uma
boa usinabilidade, mas as vezes é necessário usinar estes aços para confecção de
ferramentas ou matrizes, sendo necessário por isso não utilizar a dureza e resistência máxima
na ferramenta ou matriz e sim somente a necessária de acordo com o trabalho q irá executar,
sendo necessário até diminuir a vida útil e o rendimento desta ferramenta para possibilitar sua
fabricação”.
Classificação dos Aços p/ Ferramentas e Matrizes:
Aços Temperáveis em Água; “Carbono como principal elemento”. Exemplos:
o 0,5% - Simplesmente tenaz;
o 1,0% - Dureza e tenacidade proporcionais;
o 1,4% - Alta Dureza e tenacidade secundária;
Aços para Trabalho a Frio; “São os menos sujeitos a deformações no formato e
dimensões durante o tratamento Térmico”.
Aços Resistentes ao Choque; “Possuem tenacidade muito boa, com regular
resistência ao desgaste, sua aplicação é ferramentas como punção, ferramentas
pneumáticas, talhadeiras, etc...”.
Aços Rápidos; “Principais aços utilizados em ferramentas. Tem característica de alta
dureza no estado temperado e não perde a dureza qdo está trabalhando em temperaturas
altas, podendo operar em velocidades superiores, isto é chamado de dureza a quente.
Basicamente é composto alem do carbono com, tungstênio, molibdênio, vanádio, cromo e
cobalto”.
A escolha do aço apropriado para uma determinada aplicação de ferramenta deve ser
feita levando em conta não só os característicos realmente imprescindíveis para o caso, mas
sim o tratamento térmico, o modo de esfriamento, o projeto da ferramenta e os cuidados na
confecção.
Tipo de Serviço Caract. Principais Car. SecundáriasUsinagem Resist. ao desgaste e
ao amolecimento pelo calor
Tenacidade e
Facilidade de Retificação
Corte Resist. ao desgaste e
tenacidade
Segurança e pequeno
empenamento na Têmpera
Conformação Resist. ao desgaste Usinabilidade e
Tenacidade
Estiramento Resist. ao desgaste Pequeno
empenamento na Têmpera
Extrusão Resist. ao
amolecimento pelo calor,
tenacidade e resist. ao
-
desgaste
Laminação Resist. ao desgaste -
Percussão Tenacidade Resist. ao desgaste
AÇOS RESISTENTES AO DESGASTES
MECANISMO:
A dureza é o fator mais importante na resistência do aço ao inicio do desgaste. Por sua
vez o desgaste nos aços pode ocorrer de acordo com 3 tipos diferente que já o desgaste de
metal contra metal ou desgaste metálico ou desgaste entre uma substancia não metálica que
é o desgaste abrasivo ou também o desgaste contra líquidos ao vapor também conhecidos
como erosão.
Esses desgastes são reduzidos pelo melhor acabamento superficial das superfícies que
estão em contato, aumento de dureza e de resistência mecânica
O desgaste ocorre pelo arrancamento de material (Partículas metálicas) da superfície
metálica
O desgaste abrasivo é causado pela penetração na superfície do metal da partículas
não- metálicas de caractere abrasivo que ocasiona o arrancamento de material (partículas
metálicas)
O desgaste metálico é ocasionado pelo atrito das superfícies que estão em movimento
entre si e pode ser explicado pela interferência mecânica de pequenos projeções ou
asperezas das superfícies que estão em contato e em movimento. Ao se deslocarem, admite-
se que as saliências de uma possa coincidir com a da outra de maneira que cause uma
oposição ao movimento. Se a força causadora do movimento for tal que possa mante-lo, as
saliências das superfícies serão deformadas ou arrancadas se o metal for pouco dúctil.
O desgaste metálico é reduzido pela melhora do acabamento das superfícies que estão
em movimento e, contato entre si ou seja tornando-as planas e macias de maneira a diminuir
o numero de saliências que coincidem com as depressões
Outra coisa que elabora para a diminuição deste desgaste é a introdução entre essas
superfícies de um meio lubrificante que tendo uma determinada espessura e viscosidade
possa separar fisicamente essas superfícies
Pode ocorrer também o desgaste abrasivo pela penetração de partículas estranhas e
abrasiva no lubrificante, então podemos chegar a conclusão que: o desgaste dos metais
depende :
1º) Acabamento superficial (elimina as depressões e saliências superficiais
consequentemente o atrito e o desgaste)
2º) Dureza (deve ser elevada para que o material resista a penetração inicial)
3º) Resistência mecânica e a tenacidade (quanto mais altas dificultarão o arrancamento
de partículas metálicas)
Outro detalhe é que o calor produzido pelo atrito entre essas superfícies podem
ocasionar microsoldas no material que depois são arrancados por forças e pressões deixando
buracos na superfície e também por reduzir a resistência mecânica e a dureza do metal
facilitando a oxidação e aos ataques químicos. Como exemplos de aços resistentes ao
desgaste temos o aços-manganês austeníticos ou aços Hadfield em homenagem ao seu
inventor. Os tipos comercialmente encontrados possuem um teor de carbono entre 1 % a
1.4% e manganês entre 10% a 14%.e outros elementos de liga tais como o silício que
confere a esse aço uma melhor desoxidação, aumento do limite de escoamento e certa
resistência a deformação plástica sob choques repetidos ,fósforo para uma boa solvabilidade,
até 0.10%..Quanto a sua dureza geralmente os golpes que recebe quando em serviço eleva
bastante a sua dureza por encruamento. A adição de cromo aos Hadfield melhora bastante a
resistência ao desgaste de natureza principalmente abrasiva, exemplos são as peças desse
aço usadas em maquinas de britamento, moagem, etc. Entre outras aplicações deste aço
podemos mencionar as industrias de construção, mineração, estradas de ferro, dragagem,
fabricação de cimento e produtos cerâmicos e as de perfuração de poços de petróleo. Outro
aço resistente ao desgaste podemos citar o aço carbono ao cromo cujos tipos SAE
52100,SAE 51100,SAE 50100 resistentes ao desgaste são empregados em mancais de
rolamentos de esferas e de rolete.
A usinabilidade dos aços Hadfield é complicada devido sua alta tenacidade. Emprega-se
ferramenta de corte de metal duro como por exemplo aço rápido ao cobalto ou carboneto de
tungsténio sinterizados. Esses aços não podem ser usados a temperaturas superiores a 260
graus celsius porque tornam-se frágeis.
AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO
MECANISMO DA CORROSÃO
A corrosão é um fantasma que assusta não só a engenheiros e metalurgistas mas a
todos nós. Ela pode ser considerada como um ataque gradual e continuo do metal pelo meio
que o cerca e no qual está inserido que pode ser a atmosfera, contaminada das cidades,
meios químicos, líquidos e gasosos.
Admite-se que a corrosão não passa de uma forma de actividade química ou mais
precisamente eletroquímica. A velocidade do ataque e sua extensão dependem não só da
natureza do meio circunvizinho, como igualmente do tipo do metal ou liga sofrendo a acção
corrosiva
A teoria mais simples é aceita para explicar a corrosão do ferro é a teoria eletrolítica. O
ferro esta colocado acima do hidrogénio na tabela de potenciais eletroquímico, dando a isto
pode deslocar o hidrogénio da agua nas imediações do ferro.
Como consequência de reações eletroquímicas temos a formação de ferrugem pela
precipitação do Fe(OH)
A proteção é feita criando-se sobre a superfície do metal uma película protetora que
separa o metal- base do meio corrosivo
A passividade pode ser definida como a propriedade típica de certos metais e ligas
metálicas de permanecerem inalterados no meio circunvizinhos.
Além do mecanismo da formação da película de óxido outros surgiram para explicar a
resistência à corrosão.
Porem o mecanismo da formação da película de oxido continua mais aceito
O cromo confere proteção à corrosão aos aços
O cromo é o mais importante elemento de liga e o mais eficiente de todos na maioria das
condições para a proteção e resistência a corrosão que confere ao aço principalmente se
como elemento de liga estiver acima de 10%.O cromo é capaz de manter uma camada
impermeável de óxido que é extremamente estável. Esta camada ,embora invisível contínua
em meio oxidante. Esta película de cromo ,entretanto,é removida pelo ácido clorídrico e deixa
o aço desprotegido. Por sua vez a passividade desses aços depende da sua composição
química,das condições de oxidação do meio,da susceptibilidade a corrosão localizada
(pitting),da suscetibilidade a corrosão intergranular e outros.
O cromo é o elemento mais importante. Um teor de cromo de 10%(mínimo) é suficiente
para atingir a necessária passividade que fica completa com 20% a 30% de cromo. O níquel é
o segundo elemento de liga dos aços inoxidável ao cromo melhora a resistência à corrosão e
as propriedades mecânicas do aço inox ao cromo em soluções neutras de cloreto e em ácido
de baixa capacidade de oxidação. Esta influência é melhor na faixa de 6 a 7% de níquel. Os
aços inox austeníticos contendo cromo e níquel são os melhores tipos de aço resistente à
corrosão. O molibdênio aumenta a passividade e a resistência à corrosão nos ácidos
sulfúricos e sulfurosos a altas temperaturas e pressão. Em soluções neutras de cloretos (água
do mar).O titânio e o nióbio são adicionados ao aços inox para evitar a corrosão intergranular.
A outra influencia é sem dúvida nenhuma o meio que pode ser de carater oxidante ou de
carater redutor. Os de carater oxidante tendem a tornar passiva a liga e os redutores a
diminuí-la.Verifica-se que entre os ácidos fortes que alinha que os divide entre ácidos
oxidantes e ácidos redutores é o ácido sulfúrico. Quer dizer que o ácido inox trabalha
perfeitamente sem sofrer agressão no lado oxidante porem sofre agressão no lado redutor.É o
caso por exemplo dos ácidos nítricos e clorídricos que são respectivamente oxidantes e
redutores.
A suscetibilidade a corrosão localizada ou pitting, no idioma inglês é outra forma de
corrosão que aparece nesses aços inox e se caracteriza por ser localizada e de progredir
rapidamente e furando inclusive,o material a ponto de atravessá-lo.O principal causador desta
corrosão é o íon cloreto (Cl) e as soluções nas quais se encontra. Este fator deve ser levado
em consideração quando se deseja fazer uso desses em qualquer concentração não Os de
ácido clorídrico como soluções de cloreto de ferro,de cobre,cloretos alcalinos e terrosos. O
molibidênio tem sido utilizado para evitá-la.Um outro meio para se evitá-la é pelo acabamento
superficial da superfície metálica.
Já a suscetibilidade a corrosão intergranular provocada pela precipitação de um
constituinte de contorno de grão pode provocar um dos mais danosos tipos de corrosão que é
a corrosão propriamente dita intergranular. Se o aço for aquecido na faixa crítica de 400 a 900
graus celsius ainda que pôr poucos minutos ou segundos o mesmo poderá se desintregar
após algumas horas de exposição em uma solução corrosiva.
AÇOS RESISTENTE AO CALORSão os chamados aços refratários.
Quando expostos de modo contínuo, em meios gasosos, líquidos, etc, a ação de
temperaturas elevadas, conseguem resistir e suportarem aquelas condições de serviços
químicas e mecânicas.
Acima de 400 graus Celsius e a temperaturas superiores os materiais começam a perder
suas propriedades normais,condições essas tais como corrosão,oxidação,queda da
rigidez,deformação plástica acentuada sob o esforço mecânico. A resistência à fluência a
corrosão e a oxidação a altas temperaturas acrescentando a expansão térmica, a estabilidade
estrutural e a fadiga são requisitos que se exigem dos aços refratários. Acredita-se que hoje
que a propriedade que dá certos metais e ligas de resistirem à corrosão e a oxidação a altas
temperaturas é a formação de uma camada de óxido sobre a superfície do metal que o
protege das agruras do meio circunvizinho. Essa camada de óxido deve ser compacta e sem
descontinuidade para dar uma boa proteção ao metal. Nos aços resistentes ao calor, é muito
importante a seleção adequada do tratamento térmico,do meio e da velocidade de
resfriamento,tendo em vista sobretudo a estrutura final que resultará em função da seção e da
forma da peça. A fluência é um do característico mais importante porque em certas aplicações
nessas condições uma estrutura ou peça metálica fica inutilizada se alongar às vezes
de .01%.
A estabilidade estrutural também é uma condição essencial nessas ligas porque ainda
que apresentem boa resistência mecânica à temperatura ambiente pode falhar quando em
serviço a altas temperaturas sob a ação de cargas menores devidos ocorrência de alguma
modificação na sua estrutura interna ou a precipitação de constituintes frágeis nos contornos
do grão. Como exemplo de desestabilização estrutural a altas temperaturas de aços perlíticos
de baixo teor de liga tende a diminuir a resistência a fadiga dos aços. A precipitação de
carbonetos nos contornos dos grãos de aços austeníticos não só prejudica sua ductilidade
como também diminui sua resistência a corrosão. Dentre os aços os mais indicados para
serviço a altas temperaturas são os de alto teor em liga,contendo principalmente cromo e
níquel, juntas e às vezes o alumínio e o silício. Porém em relação à oxidação o elemento
básico é o cromo a partir de 5%.
O níquel como elemento de liga tende a tornar os aços cromo austeníticos que sob o
ponto de vista da rigidez e ductilidade é vantajoso alem de melhorar a sua resistência à
oxidação.
E m relação à fluência podemos citar o molibdênio o vanádio,o tungstênio,o titânio e o
nióbio. O molibdênio é o mais empregado nesse sentido. Em aços contendo ,por
exemplo,0.1% a 0.2% de carbono, a adição de apenas 0.5% de molibdênio consegue-se
dobrar a carga que provoca a 500 graus Celsius uma fluência de 0.1% em relação em 100000
horas.
O vanádio introduzido em teores de 0.2% em aços cromo molibidênio com baixos teores
destes elementos torna os utilizáveis satisfatoriamente a temperaturas de 550 a 600 graus
Celsius.
O tungstênio,que como o molibdênio e o vanádio é principalmente elemento formador de
carbonetos,aumenta também a resistência à fluência. Idem para o titânio. Cerca de 0.5% de
titânio melhora muito essa característica entre 550 e 700 graus Celsius. O nióbio atua similar
ao titânio. O cobalto é um elemento importante de resistência à fluência principalmente nos
aços austeníticos tipo 18-8 e contribuem para aumentar o valor de resistência a fluência entre
600 e 700 graus Celsius com teores em torno de 2%.A introdução simultânea de molibidenio e
cromo em teores baixos menor que 3% embora não afete o valor da resistência à tração a
temperatura superior a ambiente aumenta mais o valor da resistência à fluência e
ligeiramente a resistência à oxidação e a corrosão. Seu uso limita-se a tubos geradores de
vapor em caldeiras, a tubos de superaquecedores de vapor. Esses aços não são refratários
devido ao seu baixo teor de liga. A partir de 5 a 6% de cromo sozinho ou junto com níquel
esses aços tornam-se refratários. Se ao aço-cromo com o cromo na faixa de 5 a 6%
adicionarmos 0.5% de molibdênio sua resistência à fluência fica bastante melhorada e seu
emprego na faixa de 450 a 550 graus Celsius. Usados nas industrias químicas, caldeiras a
vapor,industria de petróleo principalmente em forma de tubos. Nos aços-cromo com teores de
cromo de 7 a 10%, teor de carbono com 0.4 a 0.6%,silício com 1 a 3.5% e molibdênio com
0.5% torna o aço resistente à corrosão a gases de combustão a temperatura até 750 graus
Celsius principalmente nos motores a combustão interna e válvula de diversos tipos. Aços
com teor de cromo de 12 a 15% resiste à oxidação até 800 graus Celsius e com teor de
0.15% de C .indicado para palheta de rotores de turbinas a vapor.Com teor de cromo entre 25
a 30% com adição de alumínio resiste até 1325 graus Celsius (emprego em resistência
elétrica).
AÇOS SINTERIZADOS
-Metalurgia do pó
Matéria-prima apresenta-se de forma pulvurenta
- Produção de peças sinterizadas de ferro e aço –
∙ Seleção da matéria-prima;
Pó de ferro, na forma pura ou pré-ligada dos tipos : reduzido, atomizado e eletrolítico
Propriedades típicas de ferro sinterizado, em função do tipo de pó
∙Compressão do pó ou pós metálicos, em matrizes apropriadas;
Determina a forma e as dimensões praticamente finais das peças sinterizadas
Compressibilidade do pó varia de 1 a 10 t/cm
Tendência do aumento da densidade de compactados de ferro, em função da pressão de
compressão
∙ Sinterização dos compactados obtidos na compressão;
Ligação final entre as partículas de pó.
Aquecimento da ordem de 2/3 a ¾ da temperatura de fusão do metal considerado.
Atmosferas protetoras : Hidrogênio, amônia dissociada, gás de gasogênio ou, finalmente,
gás proveniente da combustão incompleta de gás natural, propana etc.
∙Recompressão ou calibragem das peças;
Esta operação é frequentemente levada a efeito após a sinterização, geralmente em
matrizes diferentes das que foram usadas na compressão.
Variação de característicos físicos de compactados de ferro em função da temperatura
de sinterização
∙ Acabamento, compreendendo eventualmente usinagem, tratamento térmico ou tratamento superficial.
Operações de usinagem , tratamentos térmicos e tratamentos superficiais.
Variação da dureza da camada cementada em ferro sinterizado, em função da
densidade. Cementação em caixa a 910ºC, seguida de resfriamento em óleo.
Forjado sinterizado
Setor automobilístico e aço de precisão
Pré-moldado- matriz de forjamento
Vantagens:
- bom acabamento superficial;
- possibilidade de obter componentes complexos em uma única operação de
conformação;
-obtenção de estrutura fina, orientada a esmo;
- orientação equiaxial de característicos físicos;
- carga de forjamento e custos de forjamento menores que no forjamento convencional;
- propriedades mecânicas comparáveis às obtidas pelo forjamento convencional.
Projetos de peças sinterizadas de aço
Tipos de ferro e aços sinterizados, suas propriedades e aplicações
Resistência mecânica baixa
Cargas de trabalho pequenas e que podem ser lubrificadas
Materiais de densidade média (6,2 a 6,6 g/cm3)
Ferro-carbono, ferro-cobre-carbono, ferro-carbono-níquel
Materiais de alta densidade (acima de 6,8 g/cm3)
Aço ao níquel, ferro e aço infiltrados