TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Aula 5:
� Aços e Ferros Fundidos� Produção
� Feito de Elementos de Liga
� Ferros FundidosCEPEP - Escola Técnica
Prof.: Kaio Hemerson Dutra
Aços e Ferros Fundidos
�O Ferro é o metal mais utilizado pelohomem. A abundância dos minerais, ocusto relativamente baixo de produçãocusto relativamente baixo de produçãoe as múltiplas propriedades físico-químicas que podem ser obtidas comadição de outros elementos de liga sãofatores que dão ao metal uma extensavariedade de aplicações.
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Aços e Ferros Fundidos
�O ferro no uso prático, está sempreligado ao carbono e a outros elementose, assim, no âmbito da ciência dose, assim, no âmbito da ciência dosmateriais e também na linguagem dodia-a-dia, a palavra ferro pode serentendida como uma liga doselementos químicos ferro, carbono eoutros.
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Definições Básicas
�Aço: Ligas de ferro-carbono com teoresde carbono de 0,08 a 2,11%, contendooutros elementos residuais do processooutros elementos residuais do processode produção e podendo conter outrospropositalmente adicionados(elementos de liga).
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Definições Básicas
�Aço-carbono: Aço sem adição deelementos de liga.
�Aço-liga: aço com adição de elementos�Aço-liga: aço com adição de elementosde liga.
�Ferro fundido: designação genéricapara ligas de ferro-carbono com teoresde carbono acima de 2,11%.
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Produção
�O aço é produzido a partir do ferro, queé refinado (reduzido), em umequipamento chamado de Alto-Forno.equipamento chamado de Alto-Forno.
�O Alto-Forno é um equipamento deformato cilíndrico vertical de grandealtura.
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Alto-Forno
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Alto-Forno
�Três os ingredientes são dispostos noalto-forno :�Minério de Ferro�Minério de Ferro
�Calcário (rocha à base de carbonato decálcio), cuja função básica é a remoção deimpurezas.
�Coque, que é o agente combustível eredutor.
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Produção
�O ferro que saí do alto-forno,denominado ferro gusa, contémelevados teores de carbono (até 5%) eelevados teores de carbono (até 5%) ede impurezas. Sendo muito quebradiço,frágil, não possui aplicação industrial.
�Há necessidade, portanto, de umprocesso de refino para transformá-loem aço de utilidade prática.
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Processo de Siemens-Martin
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Efeitos do Teor de Carbono
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Efeitos do Teor de Carbono
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Efeitos de Elementos de Liga
�Quando mencionado elementos de liga,deve ficar subentendido que são outroselementos além do ferro e do carbono,elementos além do ferro e do carbono,uma vez que estes últimos são osconstituintes básicos do aço.
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Efeitos de Elementos de Liga
�Segue os elementos que normalmentesão acrescentados aos aços:�Alumínio (Al) Chumbo (Pb)�Alumínio (Al) Chumbo (Pb)
�Cobre (Cu) Cromo (Cr)
�Enxofre (S) Fósforo (P)
�Manganês (Mn) Molibdênio (Mo)
�Níquel (Ni) Silício (Si)
�Tungstênio (W) Vanádio (V)CEPEP - Escola Técnica Prof.:
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Alumínio (Al)
� É usado em pequenas proporções,como desoxidante e agente de controledo crescimento dos grãos.do crescimento dos grãos.
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Chumbo (Pb)
� Não se liga ao aço mas, quandoadicionado, distribui-se na estrutura emforma de partículas microscópicas, oforma de partículas microscópicas, oque resulta em maior facilidade deusinagem. Entretanto, devido ao baixoponto de fusão (cerca de 327°C), açoscom chumbo não devem ser usados emtemperaturas acima de 250°C.
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Cobalto (Co)
�Aumenta a dureza do aço sob altas temperaturas.
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Cobre (Cu)
�Melhora a resistência à corrosão poragentes atmosféricos, se usado emteores de 0,2 a 0,5%.teores de 0,2 a 0,5%.
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Cromo (Cr)
�Melhora a resistência à corrosão (açocom cerca de 12% Cr resiste à ação daágua e de vários ácidos), aumenta aágua e de vários ácidos), aumenta aresistência à tração (em média, 80 MPapara cada 1% de cromo), melhora afacilidade de têmpera, aumenta aresistência à alta temperatura e aodesgaste.
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Fósforo (P)
�É considerado um elemento prejudicial,resultante do processo de produção.Torna o aço frágil, efeito que seTorna o aço frágil, efeito que seacentua com o aumento do teor decarbono. Assim, os teores máximospermitidos devem ser controlados comrigor em aços para aplicaçõesestruturais ou críticas.
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Manganês (Mn)
�Em média, para cada 1% de manganês,a resistência à tração aumenta 100MPa. Para aços temperáveis, aumentaMPa. Para aços temperáveis, aumentaa dureza após o processo de têmpera.
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Molibdênio (Mo)
�Melhora a resistência a altastemperaturas, a resistência ao desgastee a dureza após a têmpera. Para açose a dureza após a têmpera. Para açosinoxidáveis, melhora a resistência àcorrosão.
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Níquel (Ni)
�Em média, para cada 1% de níquel, aresistência à tração aumenta 40 MPa,mas o limite de elasticidade é maismas o limite de elasticidade é maisfavorecido. Melhora significativamente acapacidade de têmpera, possibilitandoredução da velocidade de resfriamento.
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Níquel (Ni)
�Com 36% de Ni, o aço tem o menorcoeficiente de dilatação térmica e éusado em instrumentos de medição.usado em instrumentos de medição.Em conjunto com o cromo, o aço podeser austenítico com a combinação 18%Cr e 8% Ni.
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Silício (Si)
�É um agente desoxidante na produçãodo aço. Aumenta a resistência àcorrosão e a resistência à tração, mascorrosão e a resistência à tração, masprejudica a soldagem. O silício aumentasignificativamente a resistividade elétricado aço e, por isso, aços com silício sãoamplamente usados em núcleosmagnéticos (motores, transformadores,etc)
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Tungstênio (W)
� aumenta a resistência à tração em altastemperaturas. Forma carbonetosbastante duros e é usado em aços parabastante duros e é usado em aços paraferramentas (aços rápidos)
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Vanádio (V)
�Refina a estrutura do aço, impedindo ocrescimento dos grãos. Formacarbonetos duros e estáveis e é usadocarbonetos duros e estáveis e é usadoem aços para ferramentas paraaumentar a capacidade de corte edureza em altas temperaturas.
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Codificação dos Aços
�Existem várias entidades queestabelecem normas para codificaçãode aços de acordo com o teor dede aços de acordo com o teor decarbono e dos elementos de liga. Umadelas é a SAE (Society of AutomotiveEngineers).
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Ferro Fundido
�Ferros fundidos, conforme informaçõesbásicas já vistas em página anterior sãoligas de ferro e carbono, com teoresligas de ferro e carbono, com teoresdeste último acima de 2,11%. O silícioestá quase sempre presente, e contêmoutros elementos, residuais deprocesso ou propositalmenteadicionados.
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Ferro Fundido
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Ferro Fundido
�Comercialmente existem quatro tiposde ferros fundidos, a diferença entreeles é basicamente a forma deeles é basicamente a forma deresfriamento e a presença deelementos de liga.
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Tipos de Ferro Fundido
�Ferro Fundido Branco;
�Ferro Fundido Cinzento;�Ferro Fundido Cinzento;
�Ferro Fundido Dúctil ou Modular;
�Ferro Fundido Maleável.
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A Presença do Silício
�Rigorosamente, os ferros fundidosdeveriam ser estudados como ligas Fe-C-Si. Entretanto, o uso de diagramas deC-Si. Entretanto, o uso de diagramas detrês elementos é um tanto complexo e,na prática, é adotado um conceitoaproximado mais simples.
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A Presença do Silício
�Considera-se que o silício produz efeitosimilar a um teor de carbonoequivalente Ce de carbono dado pelaequivalente Ce de carbono dado pelafórmula:
Ce = %C + (1/3) %Si
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A Presença do Silício
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A Presença do Silício
�Exemplo: um ferro com 3,6%C e2,3%Si pode ser consideradoequivalente a um com 3,2%C e 3,5%Si.equivalente a um com 3,2%C e 3,5%Si.Em geral, pode-se dizer que o silíciofavorece a formação de grafita no ferrofundido.
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Ferro Fundido Branco
�Elevada velocidade de resfriamento.
�Possui teores de carbono e silício.
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Ferro Fundido Branco
�A superfície recém-cortada temaparência clara devido à ausência degrafite, uma vez que quase todo ografite, uma vez que quase todo ocarbono está na forma de carboneto. Éextremamente duro e resistente aodesgaste, mas é quebradiço e de difícilusinagem, mesmo com as melhoresferramentas.
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Ferro Fundido Branco
�Aplicações:� cilindros de laminação
�matrizes de estampagem�matrizes de estampagem
�É geralmente acrescentado algunselementos de liga, como níquel, cromoe molibdênio
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Ferro Fundido Cinzento
�Ferro Fundido Cinzento Perlítico�Mediana velocidade de resfriamento
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Ferro Fundido Cinzento
�Ferro Fundido Cinzento Ferrítico�Velocidade de resfriamento muito baixa
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Ferro Fundido Cinzento - Vantagens
� Dispõe de um elevado fator deamortecimento de vibrações, característicaimportante no caso de máquinas operatrizes.
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Ferro Fundido Cinzento - Vantagens
� Usinagem facilitada pelos veios de grafita,que favorecem a quebra de cavacos e adurabilidade das ferramentas.
Razoavelmente resistente à corrosão de� Razoavelmente resistente à corrosão devários ambientes comuns (superior aos aços-carbono).
� Boa fluidez, facilitando a fundição de peçascomplexas.
� Baixo custo de produção.CEPEP - Escola Técnica Prof.:
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Ferro Fundido Cinzento -
Desvantagens
�Estruturalmente, os veios de grafitaatuam como espaços vazios, reduzindoa resistência mecânica.a resistência mecânica.
�É quebradiço, pouco resistente aimpactos.
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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular
�Ferro Fundido Dúctil Perlítico�Mediana velocidade de resfriamento
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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular
�Ferro Fundido Dúctil Ferrítico�Velocidade de resfriamento muito baixa.
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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular
�Amplamente empregado porapresentar boas propriedadesmecânicas. A ductilidade é claramentemecânicas. A ductilidade é claramentevista pelos valores de alongamento,que podem chegar a 18%. Outracaracterística importante é a baixacontração na solidificação, o que facilitaa produção e reduz o custo de peçasfundidas.
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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular
�Elementos de liga como níquel,molibdênio ou cromo podem ser usadospara aumentar dureza e outraspara aumentar dureza e outraspropriedades.
�Algumas aplicações: válvulas paravapor e produtos químicos, cilindrospara papel, virabrequins, engrenagens,etc.
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Ferro Fundido Maleável
�Ferro Fundido Maleável Perlítico�Rápida velocidade de resfriamento
�Ferro Fundido Maleável Ferrítico�Ferro Fundido Maleável Ferrítico�Baixa velocidade de resfriamento
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Ferro Fundido Maleável
�Algumas vantagens são a facilidade deusinagem e a boa resistência aochoque. Mas apresenta certa contraçãochoque. Mas apresenta certa contraçãona solidificação, o que exige cuidadosna fundição para evitar falhas.
�Algumas aplicações: conexões paratubulações, sapatas de freios, caixas deengrenagens, cubos de rodas, bielas,etc. CEPEP - Escola Técnica Prof.:
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