Elaborador por Valter Lima

Materiais para Construção Mecânica

SENAI – FEIRA DE SANTANA

Curso Técnico de Manutenção Mecânica

Disciplina: Materiais

Professor: Valter Lima

Carga Horária: 60 horas

LÍDER EM EDUCAÇÃO LÍDER EM EDUCAÇÃO PARA O TRABALHOPARA O TRABALHO

Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem era encontrado in natura em meteoritos recolhidos pelas tribos nômades nos desertos da Ásia Menor.

Descoberta o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C.

A exploração regular de jazidas começou em 1.500 a.C., no Oriente Médio, o metal importado por assírios e fenícios.

Segundo o sistema proposto no século XIX por arqueólogos escandinavos, à Idade da Pedra se seguiu a Idade dos Metais. A Idade do Bronze - anos 4000 e 2000 a.C.

Com a possibilidade de obtenção de ferro no estado líquido, nasceu a técnica de fundição de armas de fogo, balas de canhão e sinos de igreja.

Um pouco de história

Em torno de 1444, o minério de ferro passou a ser fundido em altos-fornos, processo que é usado até hoje.

A Revolução Industrial iniciada na Inglaterra, tornaria a produção de ferro ainda mais importante para a humanidade.

Em meados do século XIX, a produção diária de um alto-forno chegava a cerca de três toneladas,

Os dez maiores produtores mundiais de aço são, em ordem decrescente, China, Japão, Estados Unidos, Rússia, Coréia do Sul, Alemanha, Ucrânia, Índia, Brasil e Itália.

A produção mundial de aço bruto, em 2003, foi de cerca de 965 milhões de toneladas anuais. Para 2004, ultrapassou um bilhão de toneladas.

Um pouco de história

Um pouco de históriaDemócrito sugere que toda matéria é composta de pequenas partículas

O Átomo1808 Jonh Dauton estabelece a teoria atômica1868 Dimitri Mendeleiev elabora a 1ª classificação dos elementos

Prótons e Nêutrons

Elétrons

Compartilham elétronsLigação Covalente

Cede elétronsLigação Iônica

Ligação Metálica: Responsável pela elevada condutividade térmica e elétrica

Um pouco de históriaForça de atração atômica=> são as forças de atração e repulsão entre partículas carregadas eletricamente.

Estrutura Cristalina=> É a repetição da organização das partículas em três dimensões

Hexagonal Compacta Berílio, Zinco e Cadmio

Cúbica de face Centrada Alumínio, níquel, cobre, prata, Ouro, Platina, Chumbo

Cúbica de Corpo Centrado Ferro, Cromo, Tungstênio, Molibdênio

A estrutura dos materiais ajuda a explicar suas propriedades

Personalidade dos MateriaisMetálicos ou não metálicos, eis a questão! Os produtos precisam ser bonitos, baratos, práticos, leves, resistentes, duráveis. Devem atender às exigências técnicas.

Propriedades dos materiaisFísicas Mecânicas Térmicas e Elétricas

Químicas Presença ou Ausência de resistência à corrosão, aos ácidos, às soluções salinas.

Materiais

Metálicos Não-metálicos

Ferrosos Não-Ferrosos Naturais Sintéticos

Ferro fundido

AçoMadeira

Couro

Vidro

Plástico

Borracha

Zinco

Chumbo

Estanho

Cerâmica

Titânio

Cobre

Magnésio

Alumínio

Personalidade dos MateriaisPropriedades dos materiais

Físicas Mecânicas Resistência Mecânica (esforços: Tração e compressão)

Elasticidade (ex: aço mola)

Plasticidade (maleabilidade x ductilidade)

Dureza

Densidade

Físicas TérmicasFusibilidade

Ebulição

Dilatação térmica

Condutividade térmica

Resistividade

QuímicasResistência à corrosão

Um pouco mais de históriaO ouro 1º metal usado pelo homem 8.000 a.C

Primeiro metal usado com matéria-prima: o bronze (7.000 a.C.)

A ligação do cobre com outros metaisCobre + Estanho = Bronze

Ferro começa ser usado por volta de 3.500 a.C. Era trabalhado por forjamento

Por volta do ano 1.000 a.C. o aço era produzido na China

Tecnologias de fundição foram aperfeiçoadas no século XIV

Desenvolvimento dos altos fornos séc. XIX

Processo de obtenção do AçoPrimeiramente precisamos fabricar o ferro-gusa

Material duro e quebradiço, formado por uma liga de ferro e carbono, co alto teor de carbono e pouco de silício, manganês, fósforo e enxofre

Os Hititas faziam um buraco no chão e aqueciam uma mistura de minério e carvão vegetal 1.700a.C.

Fornos semi-enterrado – temperaturas até 1200ºC

A evolução seguinte: Elevação das cubas acima do soloCombustão ativada foles

Na Europa: fornos altos e condições de insuflação aperfeiçoados

Descoberta do coque no séc. XVIII, na Inglaterra.

Alto forno 35 m de altura. Produz 8.000 toneladas

Processo de obtenção do Aço

Para transformar o gusa em aço – processo de oxidação (combinação do ferro e das impurezas com oxigênio)

Henry Bessemer – inglês e William Kelly 1847 – injeção de oxigênio sob alta pressão

Fornos conversores

Bessemer

Thomas

Linz Donawitz

Aplicações do AçoAço Carbono

Soldado

Curvado

Forjado

Torcido

Dobrado

Trabalhado por ferramentas de corte

Estirados em fio

Laminado

Aço LigaAltas temperaturas

Baixas temperaturas

Segurança

Alta resistência

Principais elementos

Alumínio, Manganês,

Níquel, Cromo

Molibdênio, Vanádio

Silício, Cobalto, Cobre,

Tungstênio

Classificação do AçoPadronizado pela NBR 6006 da ABNT

São classificados por um número, de quatro ou cinco dígitos.

Os dois primeiros representam grupo ao qual o aço pertence

Os dois últimos indicam o percentual de carbono

O ferro fundidoTipos

Ferro fundido branco

Ferro fundido cinzento

Ferro fundidos especiais

O CobreCaracterísticas

Cor avermelhada

Funde-se a 1084º

É maleável e dúctil

Bom condutor

O AlumínioCaracterísticas

Metal de maior consumo

Funde-se a 660º

Emprega-se por sua leveza e resistência à corrosão

O NíquelCaracterísticas

Metal Branco e brilhante

Maleável, soldável,

Boa fusibilidade

Resistência mecânica

- Temperatura de fusão: 1.528 C- Peso específico: 7,866 kg/dm3- Resistência elétrica: 0,099 ohm.mm2/m- Condutibilidade elétrica: (Cu = 100) 12,5 %- Alongamento em porcentagem: 28 %- Dureza Brinell: 60 a 80 kg/mm2- Resistência à tração: 20 - 30 kg/mm2

As principais características do ferro são:

O ferro é um material maleável e dúctil.

As elevadas temperaturas do ferro se distinguem pelas cores do mesmo.

O ferro após a usinagem mecânica perde a sua maleabilidade

Características do Ferro:

As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes:- Minério de ferro- Carvão- Calcáreo

Características do Ferro:

Os minérios de ferro são compostos naturais que contém óxido de ferro e a chamada ganga.A ganga se compõe basicamente de sílica (Si O2), alumina (Al2 O3), óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO)Os minerais que contém ferro em quantidade apreciável são os óxidos, os carbonatos, os sulfetos e os e silicatos.

O Minério de Ferro

Os óxidos de ferro são os mais importantes sob o ponto de vista siderúrgico. Os principais óxidos são:

Magnetita (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe3O4, contendo 72,4 % de Fe.

Hematita: (óxido férrico), de formula Fe2O3, contendo 69,9 % de Fe.

Limonita (óxido hidratado de ferro), de fórmula 2 Fe2O3 3H2O, contendo, em média, 48,3 % de Fe.

Características do Ferro:

São aparelhos siderúrgicos com alturas superiores a 30 metros, construídos basicamente por dois cones truncados unidos pela base.

O tronco inferior prolonga-se por uma parte cilíndrica de 8 metros ou mais de diâmetro chamado “cadinho” no qual se acumulam os produtos obtidos: a gusa e a escória.

Pelos tubos cônicos colocados no alto do cadinho, insufla-se um enorme volume de ar quente, cuja temperatura varia de 800 a 1200ºC destinado a provocar a combustão do coque.

Alto forno

As cargas de minério, carvão e fundentes, são introduzidos no Alto Forno por meio de carrinho ou monta carga, que podem ser verticais ou em rampa ( plano inclinado).

Na boca de carga do Alto Forno temos uma temperatura entre 150ºC e 400ºC e permite esta secar o minério. Na parte sucessiva formada pela cuba e pelo ventre, o minério encontra uma corrente de óxido de carbono (CO) deixando neste gás o próprio oxigênio (O2) e transformando-se em ferro espumoso

O ferro fundido segundo o método de transformação, chama-se fundição branca de Martin (M), Bessemer (B) ou Thomas (T).

Alto forno

O aço é uma liga de ferro e carbono com uma porcentagem média de carbono entre 0,1 % e 1,2 %,

Definição de Aço

São obtidos através dos seguintes processos:

- Cadinho;- Conversor (Bessemer, Thomas, LD);- Siemens-Martin;- Forno Elétrico.

Fusão da matéria prima (ferro gusa, sucata); Oxidação da fusão e redução do carbono; Formação de escórias onde se acumulam as impurezas; Adição de elementos especiais; Saída da fusão.

Fases do processos de produção do aço

Aço CadinhoEste processo não é muito usado por ter um elevado custo. Embora o produto seja de ótima qualidade porque resulta numa homogeneidade, por efeitos dos gases que separam-se facilmente da fusão e também, porque a fusão não tem contato com o ar e nem com os gases de combustão.

ConversoresO método de Conversores para produzir aço, proposto pelo metalúrgico inglês Bessemer em 1855, consiste em soprar ar comprimido ao ferro fundido derramado em uma retorta especial chamada Conversor.

Processo ThomasO método Thomas, proposto pelo inglês Thomas em 1878, é utilizado para os ferros riscos em fósforo. O revestimento básico do Conversor Thomas consta, principalmente, de dolomita, que é um material refratário composto MgCO3.CaCO3.

Processo LD (LINZ-DONAWITZ)Também neste caso usa-se um Conversor semelhante aos precedentes, a diferença está no uso exclusivo de oxigênio injetado no Conversor a uma pressão de 8 atm por meio de um furo posto a um metro acima da fusão; a reação do oxigênio com a fusão eleva a temperatura a 200 C. O revestimento é constituído por tijolos refratários.

Processo SIEMENS-MARTINO forno Siemens-Martin é um forno a gás constituído por uma câmara de planta retangular chamada de laboratório onde temos as reações para a produção do aço e de outras quatro câmaras, todas elas revestidas por material refratário.

Fornos elétricosPossibilita obter no espaço de fusão uma temperatura alta, o que permite ter escórias muito calcárias que asseguram a eliminação quase completa do fósforo e do enxofre.Diminui a queima do metal e dos elementos especiais (adições) devido ao fato de não existir chamas oxidantes.

Os aços podem ser divididos em duas grandes categorias:-Aços ao carbono-Aços especiais

Aços Extra-Doces ( < 0,15 % C ) (SAE ou ABNT 1010 e 1015)

Aços Doces (0,15 –0,30 % C (SAE ou ABNT 1020)

Aços Meio-Doces (0,30 –0,40 % C (SAE ou ABNT 1030 a 1040)

Aços Semi-Duro (0,40 –0,60 % C (SAE ou ABNT 1040 a 1060)

Aços Duro (0,60 –0,70 % C (SAE ou ABNT 1060 a 1070)

Aços Extra-Duro (0,70 – 1,20%C (SAE ou ABNT 1070 a 1095)

Categorias dos aços :

O sistema numérico das normas SAE compõem-se de 4 ou 5 algarismos significam o seguinte:

O 1.º (primeiro) algarismo indica a classe do aço, da seguinte forma:

O 2.º (segundo) algarismo indica a porcentagem aproximada do elemento predominante na liga.

Os últimos algarismos indicam a média do conteúdo de carbono em centésimos de porcentagem.

Uso geral do aço carbono

Influência dos elementos nos aços-liga

importante desoxidante na fabricação do aço. Elemento de liga muito importante para os aços que serão submetidos à nitretação, pois facilita a penetração do nitrogênio.Quando adicionado aos aços, em quantidade variável de (0,001 a 0,003 %) melhora a temperabilidade, a penetração de têmpera, a endurecibilidade, a resistência à fadiga, as características de laminação, o forjamento e a usinagem.Espalha-se uniformemente na sua massa em partículas finíssimas. Uma adição de (0,2 a 0,25 %) melhora consideravelmente a usinabilidade dos aços sem prejudicar qualquer uma de suas propriedades mecânicas.

Cobalto (Co):

Chumbo (Pb):

Boro (B):

Alumínio (Al):

Cobre (Cu):

Aumenta o limite de escoamento e a resistência do aço, mas diminui o alongamento. O principal efeito do cobre é o aumento da resistência à corrosão atmosférica. A presença de 0,25 % no aço é suficiente para dobrar esta resistência em relação aos aços carbono comuns.É sempre utilizado em liga com outros metais, como o cromo, molibdênio, vanádio e tungstênio. Confere aos aços uma granulação finíssima, com grande capacidade de corte e resistência ao calor, como nos aços rápidos. Influi nas propriedades magnéticas.

O cromo aumenta a resistência ao desgaste, a dureza emoderadamente a capacidade de corte. Aumenta ainda a penetração de têmpera. O teor deste elemento é geralmente inferior a 1,5 %.

Cromo (Cr):

O AlumínioO processo de obtenção do alumínio tem três etapas:

Obtenção do minério (bauxita)

Obtenção da alumina

Obtenção do alumínio

Categorias:Termoplásticos

Amolece a partir de 60ºC

Pode ser moldado

TermofixosSofrem alterações quando moldados

Materiais PlásticosCompostos de resinas naturais ou sintéticas

A matéria-prima origina-se do carvão mineral, petróleo

Categorias:Termoplásticos

Amolece a partir de 60ºC

Pode ser moldado

TermofixosSofrem alterações quando moldados