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Apostila de materiais para Construo mecnica.Prof.Tc.mec. Rafael Hilel Mattos

Apostila de materiais para construo mecnica

SUMRIOSUMRIO ....................................................................................................................iii CAPTULO 1 Introduo ........................................................................................... 1 1.1 Consideraes iniciais ...................................................................................... 1 1.2 Disponibilidade dos Materiais ........................................................................... 3 1.3 Ligaes qumicas ............................................................................................ 5 1.4 Tipos de Materiais............................................................................................. 8 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 Materiais Metlicos................................................................................. 10 Materiais Cermicos............................................................................... 11 Materiais Polimricos............................................................................. 12 Materiais Compsitos............................................................................. 13 Competio entre os materiais............................................................... 15

1.5 Estrutura Atmica dos Materiais ..................................................................... 16 1.6 Estrutura Cristalina do Ferro Puro .................................................................. 18 1.6.1 Ferro Alfa (Fe-) ...................................................................................... 19 1.6.2 Ferro gama (Fe- .................................................................................... 20 ) 1.6.3 Ferro Delta (Fe-)..................................................................................... 21 1.6.4 Transformaes Polimrficas do Ferro.................................................... 21 1.7 Defeitos Cristalinos ......................................................................................... 22 1.7.1 Vazios ...................................................................................................... 23 1.7.2 tomo Intersticial...................................................................................... 24 1.7.3 Contornos de Gro................................................................................... 24 1.7.2 Discordncias........................................................................................... 25 1.8 Soluo Slida ................................................................................................ 26 1.9 Propriedades dos Materiais......................................................................... 28 1.9.1 Propriedades Mecnicas.......................................................................... 28 1.9.2 Propriedades Tecnolgicas...................................................................... 29 CAPTULO 2 Ligas Metlicas Ferrosas .................................................................. 30 2.1 Beneficiamento das Ligas de Ferro ................................................................ 30 2.1.1 Histrico do Beneficiamento de Ligas Metlicas Ferrosas....................... 31 2.1.2 O Processo Siderrgico ........................................................................... 32 2.1.3 Matrias-Primas da Indstria Siderrgica................................................ 34 2.1.3.1 Minrio de Ferro................................................................................ 34 2.1.3.2 Carvo Coque ................................................................................... 36 2.1.3.3 Fundentes ......................................................................................... 36 2.1.4 O Alto-forno.............................................................................................. 37 2.1.5 Aciaria ...................................................................................................... 39

iv2.2 Aos e Ferros Fundidos ..................................................................................42 2.2.1 As ligas metlicas ferrosas.......................................................................42 2.2.2 Aos..........................................................................................................43 2.2.3 Ao-carbono .............................................................................................45 2.2.4 Aos ligados.............................................................................................49 2.2.5 Ferro Fundido...........................................................................................54 CAPTULO 3 Diagramas de Fase e Diagramas TTT..............................................58 3.1 Diagrama de Fase...........................................................................................58 3.1.1 Terminologias utilizadas no estudo dos diagramas de fase.....................59 3.1.2 Diagrama de fase isomorfo ......................................................................60 3.1.3 Diagrama de fase euttico........................................................................64 3.1.4 Diagrama de fase Ferro-Carbono.............................................................66 3.1.5 Polimorfismo dos aos na zona crtica.....................................................68 3.2 Diagramas Tempo-Temperatura-Transformao (TTT)..................................72 3.2.1 Transformao isotrmica........................................................................72 3.2.2 Efeito da seo da pea...........................................................................78 3.2.3 Fatores que alteram a forma dos diagramas TTT....................................80 CAPTULO 4 Tratamentos Trmicos e Superficiais................................................82 CAPTULO 5 Ensaios Mecnicos ...........................................................................83 5.1 Consideraes iniciais sobre os ensaios mecnicos ......................................83 5.2 Ensaio de Trao ............................................................................................84 5.2.1 Tenso e deformao na Trao .............................................................84 5.2.2 Equipamento e corpos de prova de um ensaio de trao........................86 5.2.2 Conduo e anlise de um ensaio de trao...........................................88 CAPTULO X Referncias.......................................................................................90

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Apostila MCM Captulo 1 Introduo

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CAPTULO 1 Introduo

1.1 Consideraes iniciaisA evoluo da sociedade humana sempre foi influenciada pela descoberta de novos materiais. possvel correlacionar cada importante salto ocorrido no desenvolvimento da humanidade com descobertas envolvendo novos materiais. Os primeiros utenslios utilizados pelo homem foram obtidos a partir de madeira ou pedra, principalmente para a fabricao de ferramentas e armas. Outros materiais tambm foram largamente utilizados para fins especficos como ossos, fibras vegetais, conchas, pele de animais e argila. Em geral, estes materiais eram usados para fins decorativos ou para proporcionar maior conforto. Tal desenvolvimento, de certa forma, tornou mais fcil a obteno e processamento dos recursos mnimos para a sobrevivncia, fornecendo consequentemente, maior tempo livre para o nosso desenvolvimento intelectual. Nesta poca, o crebro humano no possua nada diferente do crebro do homem dos dias atuais, ou seja, a capacidade de raciocnio era equivalente nossa. No entanto, o homem possua muito menos tempo para pensar e, consequentemente, menos oportunidade para se desenvolver. A partir do momento que o homem produziu ferramentas e novas tcnicas para facilitar sua vida, passou a ter mais tempo para concatenar idias, levando-o mais rapidamente a novas solues para os problemas do dia-a-dia, como obter alimento, armazenar comida, desenvolver tcnicas de caa e assim por diante. O desenrolar deste processo funcionou como uma bola de neve. Quanto mais ele se desenvolvia mais tempo disponvel para pensar e se desenvolver ele tinha. A descoberta de novos materiais teve (e vem tendo ainda hoje!) um papel fundamental neste desenvolvimento. Os primeiros elementos que o homem modificou quimicamente foram o carbono, de materiais queimados, e uma pequena quantidade de metais. A prata, por exemplo, um dos elementos qumicos mais antigos isolados pelo homem. Outro exemplo pr-histrico o cobre, empregado na manufatura de armas e ferramentas, especialmente quando ligado com o estanho formando a conhecida liga de bronze (da a Idade do Bronze). Os primeiros utenslios fabricados com ferro foram obtidos a partir de meteoritos, j que a anlise de objetos daquela poca mostra a presena de teores relativamente elevados de nquel, tpico de ferro meteortico. O ferro advindo de minrio (que nada mais que xido de ferro misturado com materiais de rochas como slica) foi provavelmente obtido pela primeira vez quando algum fez uma grande fogueira sobre algumas rochas contendo minrio de ferro. Com a ao do carbono em altas temperaturas este minrio reduziu (ou seja, o oxignio se separou do ferro), tendo-se ento o ferro


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metlico parcialmente isolado. Bastava ento algum recolher estas estranhas pedras maleveis depois de cessado o fogo e trabalhar com elas, dando forma a vrios tipos de objetos, ainda que rudimentares. De maneira geral, o estudo de materiais foi por muito tempo levado de forma emprica. Este processo esteve principalmente na mo dos alquimistas que isolavam e transformavam os materiais. No entanto, a metodologia de estudo utilizada pelos alquimistas, possua um carter mstico e enviesado pelos preconceitos caractersticos da poca, como ocorreu em todos os ramos da cincia. A Figura 1.1 mostra a evoluo cronolgica dos elementos qumicos descobertos

Figura 1.1 Evoluo cronolgica cumulativa dos elementos qumicos descobertos no ltimo milnio (reproduzida de Padilha, 2000).

Nos dias de hoje a quantidade de materiais e tcnicas para produo so enormes. A escolha do material mais adequado para uma determinada aplicao no uma tarefa trivial, necessitando de um bom conhecimento em materiais. O tcnico ou tecnlogo deve conhecer os tipos bsicos de materiais e suas propriedades principais, saber articular estes conhecimentos e determinar, da melhor forma possvel, a escolha do material mais apropriado, levando em considerao o custo, suas caractersticas especficas e outros fatores que possam afetar o usurio/operador assim como o ambiente onde o mesmo se encontra. Neste primeiro captulo ser abordada uma viso geral da cincia dos materiais e alguns conceitos bsicos para que o aluno possa ter uma base para poder entender os principais aspectos relacionados aos diversos tipos de materiais.


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1.2 Disponibilidade dos MateriaisComo j dito, o homem, h milhares de anos, isola e transforma materiais para a produo de utenslios que facilitem sua vida. Mas de onde vm estes materiais? Onde estariam disponveis? A resposta mais bvia seria: da Terra. A Terra possui um dimetro em torno de 13.000 km e sua massa de aproximadamente 6 1024 kg (ou seja, 24 zeros atrs do nmero 6 !!!). Mas, o homem pode de fato utilizar todo este material? A resposta NO. O homem tem possibilidade de utilizar somente o que h na crosta terrestre. A crosta terrestre uma fina casquinha sobre esta grande esfera que o planeta Terra. Ela possui uma espessura de 30 a 50 km. Fazendo-se uma analogia, se tivssemos uma esfera de 100 mm (10 cm) de dimetro, a espessura equivalente da crosta terrestre seria de 0,4 mm. Seria como uma camada espessa de verniz ou tinta sobre esta esfera de 100 mm. A atmosfera da terra possui dimenses semelhantes da crosta terrestre, logo, a mesma analogia vlida. O homem, ento, extrai seus recursos do meio em que vive, ou seja, da crosta terrestre e da atmosfera. Mas, quais elementos qumicos esto disponveis na crosta terrestre e atmosfera? Sempre ouvimos falar que a terra composta principalmente por ferro, mas esta informao leva em conta toda a esfera. A Figura 1.2 abaixo mostra a distribuio da composio qumica dos elementos qumicos que compe a crosta terrestre.

Figura 1.2 Composio qumica da crosta terrestre (reproduzido de Losekann, 2003)


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A Figura 1.2 mostra, realmente, algo que interessante. Oxignio e silcio juntos representam quase 75% da proporo de elementos qumicos presentes na crosta terrestre. Nada mais justo! A crosta terrestre formada principalmente por rochas. A quantidade de slica presente nestas rochas muito grande. A areia do mar, nada mais do que slica moda. Se observarmos a composio qumica da slica (SiO 2 notamos que ela composta ) de um tomo de silcio e dois tomos de oxignio. Observando a Figura 1.2 percebemos que a quantidade de oxignio o dobro da de silcio. Coincidncia? Os elementos que seguem, em ordem decrescente, alumnio, ferro, clcio, sdio, magnsio e potssio juntos com oxignio e silcio representam 98% dos elementos qumicos presentes na crosta terrestre. Isto significa dizer que 98% dos recursos disponveis so compostos por estes elementos. O elemento qumico mais abundante do universo o hidrognio, a matria orgnica composta principalmente de carbono, a gua possui 2/3 de hidrognio, o carbono (elemento principal de organismos vivos) e metais importantes como nquel, chumbo, estanho, cobre, titnio, molibdnio e mais os outros noventa e tantos elementos qumicos da tabela peridica com 2% de representao na proporo da crosta. Outro ponto a ser ressaltado. Por que o alumnio to disputado entre os catadores de sucata j que se trata do terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre? Por que simplesmente no cavar e recolher o alumnio? O mesmo pode-se dizer do ferro, tambm muito abundante. Clcio, sdio, magnsio e potssio tambm so metais. Voc j os viu? Voc j viu algum objeto feito a partir de uma barra de clcio? Qual a cor do clcio? Branco? O que ocorre que, assim como o silcio, estes outros metais esto ligados ao oxignio. O alumnio est presente principalmente como alumina (Al O )2e 3 ferro como o hematita (Fe O )3 e magnetita (Fe O ).3 No possvel produzir latinhas de alumnio 2 4 diretamente com a alumina recolhida da terra. como morrer de sede na praia. A gua salgada no serve para beber! necessrio separar o alumnio do oxignio e isso muito dispendioso. O mesmo ocorre com o ferro, mas este mais fcil de separar que o alumnio. Por isso h mais objetos produzidos de ferro que de alumnio, apesar do Ferro ser menos abundante que o Alumnio. Certamente voc no encontrou por a nenhum objeto feito de uma barra de clcio metlico. O mpeto de pensar o clcio na cor branca que voc o encontra na forma de xido. A cal , basicamente, xido de clcio. O clcio (assim como o ltio, potssio, sdio, rubdio, csio, frncio, magnsio, etc.) extremamente apaixonado por oxignio e por isso a separao um tanto dolorosa. Voc precisa ceder muita energia para separar o clcio do oxignio. O inverso ocorre quando estes metais muito apaixonados por oxignio o encontram, uma quantidade grande de energia liberada. Os metais alcalinos e alcalinos terrosos possuem esta caracterstica1.

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Procure no www.youtube.com a seguinte frase braniac alkaline metals e voc ver reaes de metais alcalinos com gua (estes metais quando em contato com o oxignio da gua provocam uma forte reao)


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A maioria dos metais presentes no planeta Terra tendem a formar xidos, carbonetos, nitretos, boretos, sulfetos, entre outros. Raramente voc ir encontrar o metal isolado. Existem excees. Por exemplo, o ouro, este fantstico metal no to valioso toa. Ele no forma um xido estvel, ou seja, no oxida! Assim, os objetos produzidos a partir dele duram quase que eternamente. No por nada que arquelogos ainda encontram objetos de civilizaes antigas produzidas a partir de ouro, em excelente estado de conservao. O ouro pode ser encontrado na natureza na forma metlica. Por isso, foi um dos primeiros metais conhecidos pelo homem (Figura 1.1) e to valorizado. A prata possui um xido pouco estvel e por ser mais abundante que o ouro acabou tendo maior importncia na pr-histria que este. Materiais so substncias com propriedades que as tornam teis na construo de mquinas, estruturas, dispositivos e produtos. Os materiais slidos so frequentemente classificados em quatro grupos principais: - Materiais metlicos; - Materiais cermicos; - Materiais polimricos; - Materiais compsitos. Esta classificao baseada na estrutura atmica e nas ligaes qumicas predominantes em cada grupo. Os materiais compsitos foram incorporados recentemente nesta classificao e representa os materiais formados por aqueles pertencentes a diferentes classes ou da mesma classe desde que no haja dissoluo de um no outro. No vamos confundir esta classificao com a classificao dos elementos qumicos da tabela peridica. Os elementos qumicos so classificados como metais, no-metais, semi-metais e gases nobres. Quando falamos em materiais, queremos dizer um conjunto de elementos qumicos formando uma substncia com estrutura e ligaes entre os tomos. Para que um amontoado de tomos permanea junto necessrio que haja atrao entre eles. Esta atrao a ligao qumica.

1.3 Ligaes qumicasComo j dito, as ligaes qumicas fazem com que um amontoado de tomos permanea unido. Antes de comearmos, vamos lembrar como o tomo. O tomo constitudo de prtons, nutrons e eltrons. Os prtons possuem carga positiva, os eltrons possuem carga negativa e os nutrons no possuem carga. O tomo possui um ncleo muito pequeno e denso e uma nuvem de partculas em sua volta. Esta nuvem de partculas so os eltrons (carga negativa) que viajam em torno do ncleo cada qual em sua rbita especfica,


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a eletrosfera. J o ncleo composto de prtons e nutrons. A massa do tomo est praticamente toda no ncleo. O tomo em si eletricamente neutro, pois o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons, como ambos possuem cargas opostas estas se anulam. A natureza do tomo dada pelo nmero de prtons (ou de eltrons) e a tabela peridica os classifica todos os cento e tantos tomos um a um desta maneira. Como vimos, os tomos so eletricamente neutros, mas estes no so necessariamente estveis. Com exceo dos gases nobres, quando um tomo se aproxima do outro ocorre uma interao entre as eletrosferas de ambos. Esta interao pode ser de vrias formas, compartilhamento de eltrons, troca de eltrons ou socializao de eltrons dos tomos em contato. Esta interao produz uma fora que faz com que os tomos permaneam unidos, ou seja, produz a fora de ligao qumica (ou ligao qumica). Com esta fora atuando, os tomos ficam unidos e para separ-los necessrio ceder uma fora maior que a da ligao qumica (j experimentou quebrar uma lajota com o dedo do p?). Mas como agem as ligaes qumicas? O que ocorre que existe uma fora que faz com que os tomos se atraiam agrupando-os. Ocorre como num im. O plo negativo de um im atrado pelo plo positivo de outro. Lembrando, cargas opostas se atraem. exatamente o que ocorre no caso das ligaes qumicas. Os tomos quando prximos de outros modificam o equilbrio das suas cargas eltricas fazendo com que um tomo fique grudado em outro devido atrao de cargas. Esta fora conhecida como fora de ligao qumica, ou simplesmente ligao qumica. Existem vrios tipos de ligaes qumicas, que podem ser classificadas de vrias formas. Existem ligaes qumicas fortes e ligaes qumicas fracas. As ligaes fortes podem ser basicamente de trs tipos. - Ligao metlica; - Ligao inica; - Ligao covalente. Na ligao inica, um ou mais eltrons so transferidos de um tomo menos vido por eltrons (eletropositivo) para outro sedento por eltrons (eletronegativo). A fora de ligao existe, pois um ao ceder e o outro ao receber eltrons ficaram eletricamente desbalanceados. O que recebeu o eltron ficou negativo e o que cedeu ficou positivo. A ligao ocorre devido atrao do on negativo e do positivo.


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Figura 1.3 Formao do cloreto de sdio por meio de ligao inica (adaptado de Padilha, 2000)

Na ligao covalente, um ou mais eltrons so compartilhados entre dois tomos, gerando uma fora de atrao entre aqueles que participam da ligao. Este compartilhamento muito comum nas molculas orgnicas. A ligao metlica ocorre da seguinte forma: tomos com 1, 2 ou no mximo 3 eltrons na ltima camada (de valncia) possuem possibilidade de se movimentar livremente quando juntos com outros tomos com as mesmas caractersticas. Os eltrons que no so de valncia permanecem presos ao tomo. Estes eltrons presos mais o ncleo formam um caroo eletricamente positivo que envolvido por uma nuvem de eltrons. Os eltrons da nuvem atuam como uma cola mantendo os caroos positivos unidos (Figura 1.4). O fato dos materiais metlicos possurem este tipo de ligao determina as propriedades fsicas e mecnicas, como condutividade eltrica, trmica e capacidade de modelagem (ductilidade).


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Figura 1.4 Ilustrao da nuvem eletrnica, que caracteriza a ligao metlica

Os principais tipos de ligaes qumicas fracas so: - Pontes de hidrognio; - Foras de Van der Walls; Estas ligaes so muito mais fracas que as ligaes metlicas, inicas e covalentes. A fora de Van der Walls uma fora de atrao muito fraca que tem sua origem na atrao dos ncleos positivamente carregados de cada molcula pelos eltrons de outra molcula. Este tipo de ligao tem sua importncia ressaltada nos polmeros (plsticos). Estes materiais possuem principalmente ligaes covalentes e inicas entre os tomos formando molculas. No entanto, existem ligaes fracas (do tipo velcro) entre as molculas ou entre partes diferentes de uma mesma molcula formando um emaranhado de molculas rgido (como um novelo de l cheio de ns). Isso faz com que o material polimrico tenha caractersticas plsticas quando aquecido (no caso dos termoplsticos). O outro tipo de ligao fraca, as pontes de hidrognio, forma-se quando um tomo de hidrognio se assenta sobre dois tomos de oxignio ou dois tomos de nitrognio, ou um de cada. Um exemplo importante a gua. Existem ligaes fracas entre os tomos de hidrognio de uma molcula com o oxignio de outra molcula de H O. Caso no existisse 2 esta ligao a gua seria gasosa nas condies em que vivemos, este simples fato definiu nossa existncia na Terra. Tanto a fora de Van der Walls como as pontes de hidrognio so facilmente formadas e facilmente rompidas. Poderamos fazer uma analogia: as ligaes fortes seriam como uma solda e a ligaes fracas como um velcro.

1.4 Tipos de MateriaisOs materiais de construo mecnica podem ser divididos em quatro grandes grupos. O primeiro em escala de uso e mais antigo o grupo dos materiais metlicos. Em


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seguida temos os materiais cermicos e polimricos. Por ltimo, temos os materiais compsitos que podem ser considerados combinaes estratgicas dos trs grupos de materiais anteriores para o aproveitamento racional das propriedades individuais de cada grupo. O enquadramento dos materiais dentro destes grupos arbitrrio. Geralmente, levam-se em conta trs aspectos: natureza dos elementos qumicos presentes, tipo de ligao qumica preponderante e estrutura atmica. Veremos estes detalhes mais adiante, ainda neste captulo. A Figura 1.5, mostra de forma esquemtica estes grupos de materiais. Nesta figura, possvel ver tambm, alguns exemplos de combinao de duas classes de materiais para a confeco de um material compsito especfico.

Figura 1.5 Diagrama esquemtico dos grupos tradicionais de materiais.

A disponibilidade comercial dos materiais crescente e h uma concorrncia entre eles em diversas aplicaes em engenharia. No so poucas as vezes que vemos materiais metlicos sendo substitudos por polmeros (nos automveis, por exemplo), ou alumnio, substituindo o ferro, ou vice-versa. Cabe ressaltar que a escolha de um material para uma determinada aplicao arbitrria, e deve levar em conta vrios requisitos, tanto tcnicos como econmicos e sociais. Logo, o conhecimento dos tipos de materiais auxilia na elaborao de critrios tcnicos baseados nas propriedades fsicas, mecnicas e tecnolgicas requeridas para manufatura de componentes e suas aplicaes.


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1.4.1 Materiais Metlicos

Os materiais metlicos so substncias inorgnicas formadas, geralmente, a partir da combinao de elementos metlicos da tabela peridica. Estes materiais possuem preponderantemente ligaes metlicas. Um exemplo simples, o elemento qumico Al (alumnio) quando ligado com outros tomos de alumnio (com ligaes metlicas) forma o material conhecido como alumnio. Parece bvio? Cuidado! Fique atento para o fato que elemento qumico metlico, ligao metlica e material metlico, so trs definies distintas! Existem elementos no-metlicos (semi-metais e no metais) que podem fazer parte da composio dos metais, por exemplo: carbono, nitrognio, oxignio, hidrognio, boro, entre outros. Como j dito, os materiais metlicos so classificados como um conjunto de tomos que apresentem ligaes metlicas. Os elementos que preferem formar predominantemente ligaes metlicas so os tomos metlicos (coincidncia?). Estes materiais possuem um grande nmero de eltrons no-localizados, ou seja, eltrons que no esto ligados a qualquer tomo em particular. Muitas propriedades dos metais so atribudas diretamente a estes eltrons (ou a este tipo de ligao qumica). Os metais so excelentes condutores de eletricidade e calor, so opacos, resistentes e deformveis, o que faz desta classe de materiais muito atraente para o uso em uma infinidade de aplicaes. Como vimos, os materiais metlicos so formados por um arranjo ordenado de ons (do elemento qumico metlico) positivamente carregados (Figura 1.4), cada um dos quais contribui com eltron(s) para a nuvem negativa. Sem estes eltrons, os ons metlicos (Figura 1.4) positivamente carregados iriam se repelir. So os eltrons negativamente carregados, que constituem um adesivo mvel por vezes denominado nuvem de eltrons, que os mantm unidos pelo que denominamos ligao metlica. Os materiais metlicos podem ser formados por um nico elemento qumico, ou seja, metal puro (p. ex.: Ouro, alumnio, cobre, estanho, prata), ou formado por mais de um elemento qumico, ou seja, liga metlica (p. ex.: ao-carbono Fe+C, bronze Cu+Sn, lato Cu+Zn, ao inox Fe+C+Cr, Duralumnio Al+Cu+Mg+Mn+Si, entre outros). Numa liga metlica temos a matriz, formada pelo elemento qumico em maior quantidade e o elemento de liga, presente em menor quantidade. Por exemplo, o aocarbono uma liga formada por ferro e carbono. Neste caso, a matriz o ferro e o carbono o elemento de liga, j que este ltimo est presente numa proporo de at 2,11% na liga. De maneira geral, as ligas metlicas so classificadas como ferrosas e noferrosas. Tal classificao pode ser entendida se for levado em conta a matriz da liga. Assim, uma liga que possui predominncia do elemento qumico Fe, classificada como ferrosa, caso contrrio, como no-ferrosa.


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1.4.2 Materiais Cermicos

Numa definio muito grosseira,

materiais cermicos so substncias duras,

resistentes ao ataque ambiental e constituda de uma combinao de materiais (blenda) de elementos metlicos ou semi-metlicos e um elemento no-metlico, que usualmente o oxignio. Uma cermica muito conhecida a slica, nome comum do dixido de silcio (SiO2). Aqui o silcio o semi-metal e o oxignio o no-metal. Outro exemplo comum a alumina (Al 2O 3 onde o metal o alumnio e o no-metal o oxignio. Existem, no entanto, ), uma srie de cermicas sem oxignio, formadas principalmente por nitrognio e carbono. Por exemplo, nitreto de silcio, carboneto de tungstnio, entre outros. Existem materiais cermicos compostos por um nico elemento qumico. O grafite e o diamente, por exemplo, so materiais cermicos constitudos unicamente de carbono. Uma definio mais abrangente quanto aos materiais cermicos pode ser a seguinte: Os materiais cermicos so materiais inorgnicos onde predominam o tipo de ligao qumica inica ou covalente. Os materiais que se enquadram como cermicos inclui aqueles compostos por materiais argilosos, cimento e vidro. Estes materiais so tipicamente isolantes eltricos e trmicos, em decorrncia do tipo de ligao qumica que no possui eltrons livres para a conduo de eletricidade e calor. Os cermicos so, geralmente, mais resistentes s elevadas temperaturas e abraso que os materiais metlicos e polimricos. Os cermicos so em geral duros e quebradios (lembrando que dureza anda lado a lado com a fragilidade). Alguns exemplos de materiais cermicos: - compostos simples xidos, carbonetos, nitretos, boretos com ligao predominantemente inica; - compostos mistos xidos mistos, carbonetos e nitretos mistos, carbonitretos, entre outros, com ligao qumica predominantemente inica; - diamante tetradricas - vidros cermicos formado por ligaes inicas onde no h ordenao atmica a longa distncia. Quando falamos de materiais cermicos, nos vem em mente sempre algo como tijolos, telhas, vasos, etc.. Materiais com pouca resistncia mecnica e com relativa fragilidade. Estes materiais, na verdade, fazem parte de uma classe dentro dos materiais cermicos, que so as cermicas tradicionais. Estas possuem elevada dureza, mas tambm elevada fragilidade. So fabricados a partir de ps de argilo-minerais e rochas modas (slica). Estas cermicas so utilizadas onde as solicitaes mecnicas no so formado por carbono com ligaes covalentes com estrutura


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muito severas. Geralmente, decorativos, para proteo ao calor ou intempries (construo civil e utenslios domsticos). No entanto, existe outra classe de materiais cermicos para aplicao em engenharia, as denominadas cermicas avanadas (ou de alto desempenho). Estas possuem maior resistncia ao choque e vibraes (ou seja, possuem maior tenacidade) e podem ser usadas como componentes especiais de mquinas e motores que necessitem de elevada resistncia ao desgaste e calor, alm , claro de maior tenacidade. Nesta classe, se enquadram a alumina (Al2O 3), xido de zircnia (ZrO 2 nitreto de silcio (Si 3 ), carboneto de ), N4 silcio (SiC), nitreto de alumnio (AlN), entre outros.

1.4.3 Materiais Polimricos

Uma classe particular de compostos do carbono desempenha um papel importante no mundo vivo e no ambiente material de grande parte da humanidade. Esta classe denominada polmeros. Um polmero uma cadeia, produzida pela unio (ligao covalente) de pequenas molculas, conhecida como monmeros. Os monmeros de uma cadeia podem ser idnticos, como as peas de um colar, ou similares. Monmeros so pequenas molculas contendo carbono (por ex.: etileno C2H 4). A palavra polmero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetio). Polmero = Muitos meros em cadeia por ligao covalente Por exemplo, um polmero muito comum, o polietileno. formado pela repetio de vrios meros formados a partir do monmero etileno (ou eteno), conforme a Figura 1.6.

Figura 1.6 Esquema da polimerizao do monmero etileno para formar o polietileno com grau de polimerizao n.


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2 Os polmeros , por terem este tipo de ligao qumica e estrutura e estrutura

molecular faz com que estes materiais sejam isolantes eltricos e maus condutores de calor, baixa densidade, elevada resistncia corroso e ampla variedade de formulao. Em compensao, estes materiais possuem baixa resistncia mecnica e baixa resistncia ao calor, quando comparado com as cermicas e metais. Os polmeros podem ser naturais (madeira, cabelos, pele, protenas, celulose, chifres de animais, entre outros) ou sintticos (polietileno, PVC, nylon, acrlico, teflon, etc.). O mais abundante polmero natural sobre a Terra certamente a celulose, que uma substncia tenaz que forma a cobertura externa da clula vegetal. O algodo celulose quase que pura, a madeira possui cerca de 50% de celulose. A glicose tambm um importante polmero natural. Do ponto de vista do homem, o mais importante polmero a molcula do DNA, que carrega informao gentica de uma gerao para a seguinte. O homem comeou a sintetizar polmeros de forma controlada a partir de 1900. Baekeland (em 1905) misturou formaldedo e fenol aquecendo-os. Ele obteve um material preto e duro, a que chamou de baquelite. A baquelite foi um plstico comum nos anos 1930 e 1940, mas os holofotes foram tomados pelo nilon em 1934. Nos dias da baquelite, a criao de polmeros no estava muito longe da culinria um pouco disso, um pouco daquilo, calor e mexa bem. A qumica e fsica dos polmeros so hoje disciplinas muito sofisticadas e chegamos ao estgio em que novos polmeros so fabricados por encomenda para objetivos especficos.

1.4.4 Materiais Compsitos

Os materiais compsitos so materiais formados pela mistura de dois ou mais materiais. A maioria dos materiais compsitos produzida a partir de uma mistura de um material de reforo, com caractersticas requeridas para o produto e um outro material que serve como matriz que agrega o primeiro formando um nico material (exemplo: concreto armado: ferro e concreto. Neste caso o ultimo funciona como matriz). Um outro exemplo clssico a fibra de vidro. Fibras de vidro so incorporadas no interior de um material polimrico. Estes materiais podem ser enquadrados nas outras trs classes (como no exemplo da Figura 1.4) ou podem pertencer mesma classe de material. De um modo geral, os componentes que compem o material compsito no se dissolvem um nos outros e podem ser identificados pelas interfaces que os separam.2

Na linguagem comum, os polmeros so tambm denominados plsticos. No entanto, plstico um adjetivo que define um material deformvel permanentemente. Tente usar a denominao correta sempre que possvel.


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Um compsito projetado para se ter uma combinao das melhores caractersticas de cada material que o compe. A fibra de vidro, por exemplo, adquire resistncia do vidro e flexibilidade do polmero. Algo semelhante pode-se fazer com a fibra de carbono. Algumas estruturas so construdas de fibras de carbono embebidas em resina polimrica (Figura 1.7a). A resina d sustentao e forma ao objeto. J a fibra de carbono com resistncia trao muito elevada fornece estrutura tal caracterstica.

(a)

(b)

Figura 1.7 Micrografias de materiais compsitos. (a) Fibra de carbono em resina polimrica e (b) metal duro ou widia.

Outro exemplo interessante a Widia. Este material comumente chamado desta forma tecnicamente conhecido como metal duro. Um exemplo de seu uso na ponta das brocas usadas para furar parede de alvenaria. usado somente um incerto (pastilha) na ponta da broca de ao, pois somente aquela regio estar severamente submetida abraso (lembre-se que a parede basicamente cermica, dura e com elevada resistncia a abraso, diferente da madeira que polimrica). Neste caso, se usarmos uma broca normal ele logo perder o fio. Por que no usar ento uma broca de cermica? Lembre-se que a cermica frgil (pouco tenaz), no suportaria as vibraes mecnicas. O que se fez ento foi um compsito. A matriz metlica (no to dura, mas tenaz, resiste ao impacto) com partculas de material cermico embebidos neste metal. Uma micrografia deste material mostrada na Figura 1.7b. As partculas cermicas embebidas na matriz metlica do a resistncia abraso necessria para o material, enquanto que a matriz metlica tenaz fornece capacidade de resistir aos impactos. Dificilmente ns iramos encontrar (a um bom custo) ambas as caractersticas num material pertencente a uma nica classe.


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1.4.5 Competio entre os materiais

Buscando maior competitividade nos bens de consumo, as indstrias desenvolvem produtos cada vez melhores. O objetivo final sempre a satisfao do cliente, mas, no entanto, esta satisfao algo relativo. Em geral, o cliente quer o bom e barato. O desafio ento utilizar o material que fornece a melhor relao custo/benefcio do mercado. Atualmente, pode-se notar que os aspectos sociais e ambientais vm sendo levado em considerao pelos clientes, cada vez mais exigentes. Para se conhecer estas caractersticas deve-se ter um bom entendimento sobre os materiais, seus possveis tratamentos e os custos envolvidos e impactos associados. Na histria, o uso de materiais para produzir bens de consumo estava limitado ao conhecimento da existncia destes materiais, na facilidade de se obter, e nas suas caractersticas quanto facilidade de se processar e quo durveis eram tais materiais. A Figura 1.8 mostra a importncia relativa das principais classes de materiais ao longo da histria.

Figura 1.8 A evoluo dos materiais com o tempo (adaptado de Ashby, 2000).

Os materiais pr-histricos eram, principalmente, as cermicas e os polmeros naturais. As armas (como sempre na crista da onda da tecnologia) eram produzidas com madeira e pedras (ponta de flechas, lanas, entre outros). As casas e pontes eram construdas a partir de pedras. O ouro e a prata disponveis na poca tinham menor importncia nesta tecnologia. Com a descoberta do cobre, bronze e em seguida o ferro, um enorme avano foi desencadeado, pois estes metais substituram com maior eficincia


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os artefatos armamentcios e as ferramentas produzidas de madeira e pedra. Com o desenvolvimento da metalurgia, os horizontes se abriram e um grande salto na tecnologia foi dado. Nos meados da Segunda Guerra Mundial, os materiais metlicos se sobressaiam (e com folga!) s demais classes de materiais. A partir da as cermicas avanadas comearam a se desenvolver e sua utilizao passou a ser inevitvel. Alm disso, a partir deste perodo, o homem consolidou seu domnio na sntese de materiais polimricos e, por conseguinte, os materiais compsitos se desenvolveram tambm. Com o domnio da tecnologia dos materiais, a importncia relativa dos mesmos agora mais equilibrada. Isto faz com que a gama de materiais passveis de serem utilizados seja maior o que por um lado bom. A notcia ruim que precisamos estudar mais para conhecer suas caractersticas e melhor aproveitar os recursos naturais disponveis.

1.5 Estrutura Atmica dos MateriaisComo j mencionado anteriormente, os tomos se agrupam atravs de ligaes qumicas. Mas eles se agrupam de qualquer forma? Ou a natureza reservou alguma maneira prpria para os tomos se agruparem? A resposta SIM. Na maioria dos casos os tomos no esto agrupados de qualquer jeito. Eles se agrupam segundo uma regra que a natureza imps a cada tipo de material. O modo como os tomos esto agrupados dentro do material chamado de estrutura atmica dos materiais (ou arranjo atmico). A importncia da estrutura atmica dos materiais deve-se ao fato que elas influenciam marcadamente as propriedades dos materiais, ou seja, quo resistentes, duros, moldveis, etc., so os materiais. Este agrupamento pode ser ordenado, ou aleatrio. Entende-se por agrupamento ordenado o material que possui os tomos em posies bem definidas, por exemplo, um enfileirado atrs do outro. Podemos fazer uma analogia com uma caixa de ovos. Os tomos seriam os ovos. Neste tipo de caixa cada tomo tem uma posio bem definida. Na natureza existem milhares de modelos de caixas de ovos. Ou seja, os tomos podem se arranjar (ordenadamente) de vrias maneiras. Este tipo de arranjo denominado Estrutura Cristalina (que nada de haver com transparncia). Quase todos os metais e os cermicos possuem estrutura cristalina. A Figura 1.9 mostra exemplos de diferentes tipos de estrutura cristalina. Neste caso temos diferentes estruturas para materiais que so compostos nica e exclusivamente de um mesmo tomo, o carbono.


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(a)

(b)

(c)

Figura 1.9 Exemplos de estrutura cristalina possvel para o tomo de carbono (a) hexagonal, (b) cbica diamante e (c) fulereno.

No caso a temos o tomo de carbono com a estrutura cristalina na forma hexagonal. Este material o grafite. Esta estrutura cristalina confere a propriedade de lubrificante slido ao material, j que as ligaes entre os hexgonos so mais fracas e se rompem com maior facilidade. No caso b, o carbono est agrupado na estrutura cristalina do diamante. Isto lhe confere dureza extraordinria ao material. No caso c temos o carbono arranjado na forma de bola, ou mais conhecido como fulereno. Os metais em geral apresentam estrutura cristalina. O ferro, por exemplo, apresenta estrutura cristalina cbica, assim como o alumnio, o cobre e outros.

Figura 1.10 Desenho esquemtico de uma estrutura amorfa (Callister, 2002).

No agrupamento aleatrio os tomos no tm posies definidas. Seria como levar ovos em uma sacola plstica. Cada tomo se acomoda da maneira que lhe convm. Esta estrutura chamada de Estrutura Amorfa (ou seja, sem forma, ou aleatria). Em geral, os materiais cermicos na forma de vidro possuem estrutura amorfa. A Figura 1.10 mostra exemplo de uma estrutura amorfa. Neste caso, apesar de ter uma organizao a curta distncia, o SiO2, a longa distncia, os tomos se encontram desorganizados.


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Figura 1.11 Desenho esquemtico de uma estrutura atmica molecular (Callister, 2002).

Existe, ainda, outro grupo intermedirio chamado de estrutura molecular. Nesta estrutura os tomos possuem posies definidas, mas a estrutura no rgida. Os polmeros possuem estrutura molecular. A Figura 1.11 mostra um exemplo de estrutura atmica molecular

1.6 Estrutura Cristalina do Ferro PuroNeste curso veremos fundamentalmente os materiais ferrosos. Deste ponto em diante, veremos ento as caractersticas metalrgicas relacionadas ao ferro e suas ligas. As propriedades mecnicas dos materiais ferrosos so definidas principalmente por sua estrutura cristalina. Por um capricho da natureza e muita sorte a nossa, o ferro puro apresenta mais de um tipo de estrutura cristalina, mudando conforme a temperatura. O ferro no estado lquido (a uma temperatura acima de 1534 ) no apresenta uma disposio C regular de tomos (seria amorfo). Isto ir ocorrer somente na solidificao, quando os tomos formam a estrutura cristalina (rede especial regular, repetitiva a longo alcance). O ferro cristaliza-se sob a forma cbica e, dependendo da disposio dos tomos dentro do cubo (isto depende da temperatura), pode-se design-las pelas letras do alfabeto grego, alfa (), gama ( e delta ()3 )

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Isto pode parecer irrelevante agora, mas ser utilizado durante todo o curso, portanto, no passe esta parte sem ter entendido bem! Isto tem que estar no sangue do tcnico em mecnica.


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1.6.1 Ferro Alfa (Fe- )

Como j dito, o ferro pode se apresentar na natureza (no estado slido) com trs estruturas cristalinas (alfa, gama e delta), dependendo da temperatura em que se encontra. O ferro se apresenta com a estrutura alfa (FeCCC ou Ferrita. A forma desta estrutura a cbica de corpo centrado (CCC). Isto porque os tomos se arranjam na forma de um cubo. Na estrutura CCC tomos de ferro se posicionam nos vrtices do cubo (num total de 8) tendo um tomo adicional no centro do cubo. A Figura 1.12 mostra como o arranjo atmico da estrutura cristalina alfa do ferro. ) desde temperaturas criognicas at , Ferro temperatura de 912 C. O ferro alfa tambm frequentemente denominado: Fe-

(a)

(b)

(c)

Figura 1.12 Estrutura cristalina CCC - Clula unitria real (a), clula unitria esquemtica (b) e rede cristalina (c) (Callister, 2002).

A rede cristalina (Figura 1.12c) pode ser definida como constituda de muitas clulas cbicas (Figura 1.12c em destaque), ou clulas unitrias, representada pela Figura 1.12a e 1.12b. A dimenso caracterstica desta rede espacial o comprimento da aresta do cubo, tambm chamado de parmetro de rede (a). Observando a clula unitria real da estrutura CCC podemos contar quantos tomos estariam dentro desta clula. Cada tomo do vrtice corresponde a um oitavo (1/8) de tomo, pois temos que levar em considerao que, numa rede cristalina (Figura 1.12c) temos uma clula unitria ao lado, na frente acima e nas diagonais, assim, os tomos dos vrtices so compartilhados entre oito clulas unitrias. Temos tambm o tomo do centro. Como temos oito vrtices, ento teremos oito oitavos de tomos 8*(1/8) (que igual a um) mais um tomo no centro, fazendo um total de 2 tomos dentro de uma clula unitria. Observe com ateno que os tomos no ocupam todos os espaos possveis (Figura 1.12a). Seria como empilhar bolinhas de pingue-pongue numa caixa. Restaria ainda espao vazio entre as bolinhas. Nos materiais a mesma coisa. Numa rede cristalina


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perfeita, os tomos (idealizados como esfricos) no ocupam todo o espao possvel, logo h espao disponvel. Este espao ocupado de qu? Boa pergunta! Ar? Lembre-se que o ar formado por molculas (N , O , etc.) que talvez sejam maiores que estes espaos 2 2 entre os tomos do ferro. Ser que o ar consegue entrar nestes espaos? A resposta NO. Para ocupar este espao necessrio que o tomo seja do tamanho destes espaos entre os tomos de ferro. Existem tomos que podem ocupar estes espaos, mas isto um assunto para ser visto mais adiante, por enquanto guarde esta informao, pois ela importante! Caso no seja ocupado por nenhum tomo ento este espao vcuo absoluto! Fazendo-se o clculo do volume do cubo ocupado pelos tomos chegaramos num valor que se chama FEA (Fator de Empacotamento Atmico). No caso da estrutura CCC do ferro o FEA igual a 0,68, ou seja, 68% do cubo ocupado por tomos e 32% vazio.

1.6.2 Ferro gama (Fe- )

O Ferro gama possui uma estrutura cristalina diferente da do ferro alfa. A estrutura do ferro gama a Cbica de Face Centrada (CFC). O ferro gama, para o ferro puro, existe entre as temperaturas de 912 C e 1394 C. Esta estrutura pode ser visualizada na Figura 1.13.

(a)

(b)

(c)

Figura 1.13 Estrutura cristalina CFC - Clula unitria real (a), clula unitria esquemtica (b) e rede cristalina (c) (Callister, 2002).

O ferro gama tambm conhecido como Fe-

ferro CFC ou Austenita. Como o ,

prprio nome diz esta estrutura formada por um cubo. No entanto, a disposio dos tomos dentro deste cubo um pouco diferente daquela do ferro CCC. Neste caso, os tomos dos vrtices no mudam, continuam onde estavam. Porm, na estrutura CFC no h mais um tomo no centro do cubo e sim um tomo localizado no meio de cada face do cubo, como mostra mais claramente a Figura 1.13a.

Apostila ITM Captulo 1 Introduo

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A clula unitria CFC possui ento em cada vrtice um oitavo (1/8) de tomo, da mesma forma que a estrutura CCC. No entanto, esta clula possui meio tomo nas faces, pois esta clula compartilha um tomo com o seu vizinho. Para se saber quantos tomos teremos numa clula unitria CFC basta contar: oito oitavos de tomos dos vrtices (8*(1/8)=1) que igual a 1, mais seis metades de tomos nas faces (6*(1/2)=3) que fica igual a 3. Logo, na soma total temos o equivalente a quatro (4) tomos numa clula unitria CFC (a clula unitria CFC maior que a CCC). O fator de empacotamento atmico (FEA) da estrutura CFC igual a 0,74, ou seja, 74% da clula ocupada por tomos e 26% vazio. Isso quer dizer que o ferro gama (CFC) mais denso que o ferro alfa (CCC)? A resposta SIM. Nesta estrutura os tomos esto melhor arranjados, ou seja, mais empacotados. Se voc for guardar bolinhas de pingue-pongue numa caixa melhor usar a disposio CFC que a CCC.

1.6.3 Ferro Delta (Fe- )

O Ferro delta idntico ao ferro alfa, exceto quanto faixa de temperatura na qual existe. Ele possui estrutura cbica de corpo centrado (CCC), e tambm chamada de Ferrita, porm, mais especificamente de ferrita delta. Logo, esta estrutura pode ser visualizada na Figura 1.12. A faixa de temperatura que ocorre a ferrita delta (Fe- ) para ferro puro de 1394 C at a fuso do ferro que ocorre a 1536 C.

1.6.4 Transformaes Polimrficas do Ferro

Vimos que o ferro possui trs tipos de estrutura cristalina no estado slido. Podemos cham-las tambm de fases. Logo, se aquecermos o ferro a partir da temperatura ambiente at a da ebulio do mesmo, teremos cinco fases. Cinco? SIM, so 3 fases slidas (FeFe-e Fe-), a fase lquida (ferro derretido) e a fase gasosa (acima de 2860 C). Podemos seguir o grfico esquemtico da Figura 1.14, que mostra a dilatao e mudana de fase (estrutura cristalina) de uma barra de ferro puro sendo aquecida. A temperatura ambiente tem-se ento o ferro alfa (CCC). Conforme a temperatura vai aumentando, a barra vai se dilatando (devido dilatao trmica). Em temperaturas em torno de 912 C ocorre uma leve contrao na barra. Isso quer dizer que ocorreu alguma coisa. O ferro mudou de fase, porm continua slido! Ele mudou de ferro alfa (CCC) para ferro gama (CFC). ,


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Figura 1.14 Representao esquemtica da variao da estrutura cristalina com a temperatura levando-se em considerao a dilatao trmica (adaptado de Costa e Silva, 1988).

J foi dito que a estrutura CFC possui um fator de empacotamento maior (0,74 contra os 0,68 da estrutura CCC), ou seja, os tomos se arranjam de uma forma mais densa. isso que ocorre, como os tomos se arranjam melhor o volume da pea diminui, ento a densidade aumenta (densidade massa de um corpo dividido pelo volume deste corpo, se a massa no muda e o volume diminui ento a densidade aumenta). Depois de transformado, continuando o aquecimento, o volume continua a aumentar devido a dilatao linear. Quando se atinge a temperatura de 1392 C ocorre desta vez, uma expanso. Isto quer dizer que houve novamente uma transformao de fase. Neste caso, do ferro gama (CFC) para ferro delta (CCC). Como o ferro delta (idntico ao ferro alfa) possui menor fator de empacotamento, ocorre uma dilatao quando da transformao de fase. Com o aquecimento tem-se ento uma nova transformao de fase, para o estado lquido (a 1536 C). Neste ponto a barra de ferro sua forma e no mais possvel medir esta dilatao trmica.

1.7 Defeitos CristalinosVimos que a organizao atmica nos cristais segue uma determinada ordem a longa distncia. Imagine uma estrada feita de caixa de ovos. Cada ovo teria seu lugar na estrada. Com os tomos na rede cristalina ocorre da mesma forma. A estrutura cristalina, como mostrado na seo anterior, isenta de defeitos. No entanto, sabe-se que na natureza


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nem tudo perfeito, ento seria razovel esperar certa quantidade de defeitos na rede na rede cristalina. J foi mencionado que a estrutura cristalina define as propriedades dos materiais. No entanto, no foi dito que nesta estrutura cristalina existem defeitos. Sim, estes defeitos so inevitveis e inclusive existe um certo valor mnimo de defeitos presentes num material cristalino em equilbrio, para uma determinada temperatura. Na verdade, o tipo de rede cristalina, os tipos de defeitos cristalinos e a quantidade destes defeitos que determinam o comportamento mecnico de um material. Ns veremos isso durante todo o curso. Ser sempre mencionado algo relacionado rede cristalina e a um tipo de defeito especfico (as discordncias). Mas primeiro vamos apresentar os principais tipos de defeitos cristalinos e como eles so.

1.7.1 Vazios

Os vazios (ou lacunas) ocorrem quando a posio de um tomo na rede cristalina no est ocupada. No caso da analogia com a caixa de ovos, seria o mesmo que se estivesse faltando um ovo na caixa. A quantidade de vazios (lacunas) presente na rede cristalina aumenta com a temperatura, pois os tomos oscilam mais violentamente e provvel que saltem para outro local ou em direo superfcie. Por exemplo, a 700 C, de cada 100.000 pontos da rede cristalina, um est vazio. A Figura 1.15 mostra um exemplo de um vazio na rede cristalina.

(a) (b)Figura 1.15 Representao esquemtica de um vazio na rede cristalina (a) e uma analogia com os gros de milho em uma espiga(b).

Este tipo de defeito considerado um defeito de ponto, pois unidimensional, diferentemente de outros tipos de defeitos como em linha, superficiais ou volumtricos.


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1.7.2 tomo Intersticial

Os tomos intersticiais ocorrem quando um tomo no est em sua posio correta, havendo um tomo a mais na rede cristalina. Este tomo acaba empurrando os tomos vizinhos produzindo uma certa distoro na rede. A Figura 1.16 mostra um exemplo de tomos intersticiais

(a) (b)Figura 1.16 Representao esquemtica de um tomo intersticial na rede cristalina (a) e uma analogia com os gros de milho em uma espiga(b).

Este defeito tambm considerado um defeito pontual. Este tipo de defeito interfere muito pouco nas propriedades mecnicas dos materiais.

1.7.3 Contornos de Gro

Os contornos de gro so defeitos importantes nos materiais. Eles so na verdade uma falha na orientao dos cristais. mais fcil entender o que o contorno de gro quando explicamos de onde ele vem. A Figura 1.17 ajuda a exemplificar o fenmeno.

Figura 1.17 Representao esquemtica da solidificao do material e a formao dos contornos de gro a partir de vrios ncleos (Callister, 2002).


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Durante a solidificao do ferro (por exemplo), comeam a surgir ncleos de cristalizao (Figura 1.16a). Isto , tomos comeam a se aglomerar (sempre seguindo a estrutura cristalina). No entanto, numa panela onde se tem o metal derretido (fundido) comeam a aparecer milhes de ncleos de solidificao ao mesmo tempo. Um ncleo no sabe, no entanto, a orientao dos outros ncleos, e assim, cada um deles se forma numa orientao diferente. Dentro do ncleo que se tem a mesma orientao cristalogrfica Conforme os ncleos vo crescendo (Figura 1.17b) os tomos se agregam no ncleo formado seguindo a orientao cristalogrfica deste ncleo. Quando todo o material se solidificou os ncleos se encontram, porm, com orientaes cristalogrficas diferentes (Figura 1.17c). Assim, nesta regio de encontro dos ncleos no h uma unio completa e perfeita como dentro do ncleo. Estes ncleos, ou seja, regio cristalina com a mesma orientao cristalogrfica chamada de gro. Os contornos de gros ento so as fronteiras onde regies com diferentes orientaes cristalinas se encontram. Estas regies so possveis de se visualizar em um microscpio e aparecem como linhas de separao como mostrado na Figura 1.17d. Os contornos de gro influenciam marcadamente nas propriedades dos materiais. Quanto menor o tamanho dos gros mais resistente tende a ser o material. Existem tratamentos trmicos que podem alterar o tamanho de gro. Veremos isso mais adiante do curso. Por hora basta entender o que so os contornos de gro.

1.7.2 Discordncias

As discordncias podem ser consideradas como os defeitos mais importantes nos materiais metlicos cristalinos. Um tipo de discordncia mostrado na Figura 1.18.

(a) (b)Figura 1.18 Representao esquemtica de uma discordncia em forma de cunha (a) e sua analogia numa espiga de milho (b).


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Esta caracterizada pela presena de uma fileira extra de tomos na rede cristalina. A este tipo de discordncia damos o nome de discordncia em cunha. Existem outros tipos de discordncias (em hlice e mista), mas iremos nos fixar nesta para fins didticos. Este tipo de defeito chamado defeito em linha, pois o defeito seria uma linha perpendicular ao plano da pgina. A discordncia um defeito to importante, pois ela comanda o mecanismo de deformao plstica do material. Quando um material cristalino se deforma permanentemente ele o faz atravs de movimentao de discordncias. Como assim? A Figura 1.19 abaixo exemplifica este raciocnio.

Figura 1.19 Representao esquemtica da movimentao de discordncia em cunha (Callister, 2002).

Se eu aplico uma fora (como aquela representada pelas flechas na Figura 1.19) para deformar o material. Tudo nos levaria a pensar que a fora necessria para movimentar uma coluna de tomos seria a somatria das foras de ligao entre os tomos do plano, certo? No entanto, a fora necessria muito menor. Isto ocorre porque os tomos adjacentes discordncia quebram suas ligaes e se ligam com os sucessivos tomos mais prximos, assim a discordncia se movimenta.

1.8 Soluo SlidaA maioria das pessoas gosta de caf doce. Para adoar o caf necessrio misturar acar numa certa quantidade. Se voc faz parte das pessoas que adoam o caf j deve ter notado que voc adicional algo slido em um lquido (acar e caf, respectivamente). Para que voc sinta o caf doce necessrio que o acar slido se dissolva no caf. Quando isso ocorre voc no consegue mais diferenciar o acar do caf, no mesmo? Isto porque temos uma soluo monofsica. Neste caso, para se ter uma soluo monofsica necessrio que todo o acar se dissolva no caf. Caso voc coloque acar demais, parte dele se dissolve e parte fica no fundo da xcara. Isto seria uma soluo


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bifsica. Dizemos que o acar atingiu o limite de solubilidade e este precipitou no fundo da xcara. Tudo bem. Mas, o que isso tem haver com o nosso curso? No caso do exemplo anterior, estamos falando de soluo no estado lquido. Depois de dissolvido, o acar e o caf ficaram no estado lquido. Na metalurgia, o conceito muito similar, porm, trabalhamos geralmente, com soluo slida. O bronze uma liga cobre e estanho. Mas como dois materiais slidos podem se dissolver um no outro? Na verdade no bem assim que ocorre. O que se faz geralmente fundir os materiais e aps a solidificao temos ento um dissolvido no outro, formando uma liga metlica. Mas, como ocorre essa dissoluo? Existem, basicamente, duas maneiras: - Soluo Slida Intersticial; - Soluo Slida Substitucional. A Figura 1.20 mostra a representao destes dois tipos de soluo slida.

(a)

(b)

Figura 1.20 Representao esquemtica da soluo slida intersticial (a) e soluo slida substitucional (b).

Na soluo slida intersticial (Figura 1.20a) o soluto entra nos espaos vazios (interstcios) da rede cristalina (p.ex. o ferro CCC possui 32% de espao vazio na clula unitria). No entanto, para isso o tomo que entra nestes interstcios deve ter um tamanho pequeno o suficiente para poder entrar neste. No ferro, os tomos que podem entrar em soluo intersticial so, principalmente o H, B, C, N e O. No caso do tomo de soluto no ser suficientemente pequeno para caber nos interstcios da estrutura cristalina do solvente ele pode entrar em soluo slida substitucional. Por exemplo, o ao inox uma liga de ferro, cromo e uma pitada de carbono. Para que o ao seja realmente inox necessrio que haja, pelo menos, 12% em soluo slida. No entanto, o tomo de cromo tem o tamanho parecido com o tomo de


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ferro, logo ele entra em soluo slida substitucional. J o carbono que pequeno, entra em soluo slida intersticial.

1.9 Propriedades dos Materiais

Os materiais muitas vezes so identificados pelos seus atributos ou qualidades. Por exemplo, materiais refratrios, aos mola, materiais com boa condutibilidade eltrica. Estes atributos so chamados de propriedades dos materiais e so essenciais para a escolha de um material para uma determinada aplicao. As propriedades dos materiais dependem da natureza do material, composio qumica, estrutura cristalina, dos defeitos na estrutura cristalina. Podemos citar como propriedades dos materiais, as propriedades fsicas, qumicas, mecnicas e tecnolgicas. Todas as propriedades tm importncia, no entanto, para a rea tecnolgica as mais importantes e as quais brevemente explanaremos sero as propriedades mecnicas e tecnolgicas.

1.9.1 Propriedades Mecnicas

As propriedades mecnicas constituem uma das caractersticas mais importantes das ligas metlicas ferrosas em suas vrias aplicaes, visto que o projeto e a construo de componentes mecnicos estruturais so baseados nestas propriedades. Elas definem o comportamento do material quando sujeito a esforos de natureza mecnica e correspondem as propriedades que, num determinado material, indicam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforos que lhe so aplicados, sem romper ou sem que produzam deformaes permanentes. As propriedades mecnicas podem ser obtidas a partir de ensaios mecnicos, seguindo as suas respectivas normas. Estes procedimentos sero abordados mais adiante. As propriedades mecnicas mais importantes so: a) Resistncia mecnica pode-se conceituar resistncia mecnica como sendo a capacidade do material de resistir a esforos de natureza mecnica, como trao, compresso, cisalhamento, toro, flexo entre outros, sem romper e/ou se deformar. O termo resistncia mecnica, porm abrange na prtica um conjunto de propriedades que o material deve apresentar, dependendo da aplicao ao qual se destina. muito comum para efeito de projeto relacionar diretamente a resistncia mecnica com resistncia trao do material;


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b) Elasticidade a capacidade que o material apresenta de deformar-se elasticamente. A deformao elstica de um material ocorre quando o material submetido a um esforo mecnico e o mesmo tem suas dimenses alteradas, e quando o esforo cessado o material volta s suas dimenses iniciais; c) Ductilidade e/ou plasticidade a capacidade que o material apresenta de deformar-se plasticamente (ou permanentemente) antes de sua ruptura. Nota-se que houve deformao plstica de um material quando este submetido a um esforo mecnico e o mesmo tem suas dimenses alteradas, e quando o esforo cessado o material no retorna sua dimenso inicial. d) Dureza A dureza possui vrias definies. Talvez a que mais se adapte ao nosso curso seja: dureza a medida da resistncia que o material possui a deformao plstica localizada. e) Tenacidade a capacidade que o material possui em absorver energia antes de sua ruptura. Dentro deste mesmo conceito pode-se associar a tenacidade com a resistncia ao impacto.

1.9.2 Propriedades Tecnolgicas

Na produo de certos componentes mecnicos, algumas propriedades tecnolgicas podem ser consideradas, para que o material a ser processado tenha um comportamento que no comprometa seu desempenho tanto durante o processamento, como em sua utilizao. Vamos citar as mais importantes: a) Usinabilidade expressa a facilidade de um material ser usinado, ou seja, fabricao de uma pea, a partir da remoo de maior dimenso, atravs da remoo de material. Esta propriedade tecnolgica pode expressa por meio de um valor numrico comparativo com um outro material padro; b) Conformabilidade a capacidade do material de ser deformado plasticamente atravs de processos de conformao mecnica. Esta propriedade est associada ductilidade do material; c) Temperabilidade est diretamente relacionada com a profundidade (da superfcie em direo ao ncleo) com a qual o material pode ser endurecido num tratamento trmico de tmpera. d) Soldabilidade a capacidade de um material ser unido pelo processo de soldagem, tendo por objetivo a continuidade das propriedades fsicas, qumicas e mecnicas dos mesmos.

Apostila ITM Captulo 2 Ligas Metlicas Ferrosas

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CAPTULO 2 Ligas Metlicas FerrosasMuitos dos utenslios e equipamentos que so utilizados pelo homem foram produzidos a partir do ferro. No entanto, raramente estes objetos so fabricados a partir do ferro puro. Ento, afirmar que um prdio utiliza barras de ferro para a confeco de concreto armado estaria tecnicamente errado. Na realidade o homem utiliza ligas ferrosas e as principais delas so o ao e o ferro fundido4que so ligas formadas por ferro e carbono. Comearemos, no entanto, do incio, ou seja, como so produzidas estas ligas, como feito o beneficiamento do minrio de ferro at se produzir o ao.

2.1 Beneficiamento das Ligas de FerroNa natureza o ferro no se apresenta na forma de metal e sim na forma de compostos qumicos. A exceo a esta regra o ferro meteortico, mas, no entanto, este est presente somente em pequena quantidade na natureza. Os compostos qumicos que apresentam uma grande concentrao de ferro so conhecidos como minrio de ferro. Alguns dos principais minrios de ferro encontrados na natureza podem ser observados na Tabela 2.1.Tabela 2.1 Principais minrios de Ferro.

Minrio de Ferro Hematita Fe O Magnetita Fe O Limonita Fe O . H O 59,9 Siderita FeCO

Frmula2 3 2 3 3 4 2 3

Quandidade mdia de ferro (%) 70,0 72,4 48,3

Assim sendo, os principais minrios de ferro so xidos (Hematita e Magnetita). Como vimos, os metais tendem a formar xidos, pois eles preferem se ligar ao oxignio a permanecer ligado a outros tomos de ferro (possuem menor energia livre como xido de ferro que como ferro puro). Como mostrado na Tabela 2.1, por exemplo, a Hematita, possui dois tomos de ferro ligados a trs tomos de oxignio. Este composto no metlico e sim cermico, isto porque possui ligaes preponderantemente inicas entre ferro e oxignio (metal e no-metal).

4

Veremos que Ferro Fundido uma denominao dada a uma liga ferrosa. No confunda esta denominao com o estado fsico de uma liga ferrosa (ao-carbono derretido no Ferro Fundido!).


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Sabemos da experincia do dia-a-dia que os materiais cermicos (cermica tradicional) so frgeis, ou seja, quebradios. Se tentarmos moldar o minrio de ferro para fazermos uma espada, este se fragmentar em vrias partes at formar um p (p de Hematita). Se a natureza prefere que ele seja xido, como fazer ento para transform-lo em metal (ligaes qumicas metlicas entre tomos metlicos, Fe-Fe)? Necessitamos transformar o xido em metal. Partimos do minrio de ferro, pois ele possui uma elevada concentrao de tomos de Ferro (Tabela 2.1). Quanto mais ferro no minrio, teoricamente, maior o aproveitamento. Podemos comear a estudar o beneficiamento com um histrico, e veremos que tudo no passou de acidente.

2.1.1 Histrico do Beneficiamento de Ligas Metlicas Ferrosas

Os primeiros contatos do homem com o metal ferro foram a partir de ferro meteortico. No a toa que em diversas lnguas a palavra que designa o metal ferro tem significado equivalente a metal que veio do cu. Nos seus 3000 anos oficiais de existncia, o processo de transformao de minrio de ferro em produtos de ao (siderurgia) evoluiu junto com a civilizao, mas sua essncia a mesma at hoje: - Usa-se uma fonte de carbono (carvo vegetal ou mineral); - Faz-se uma reao deste carbono com o oxignio do ar para extrair o ferro do minrio; - O material obtido tratado termicamente e mecanicamente at o produto final. Para se reduzir (separar o oxignio do metal) um xido de ferro a partir do carbono, so necessrias altas temperaturas e ambiente com pouco oxignio. Eu entendi bem, ou se adiciona oxignio para remover o oxignio do ferro? Isso mesmo, porm tem que haver carbono nesta histria. O sopro de ar em uma mistura de minrio de ferro e carvo situados em local isolado da atmosfera, (que pode ser um buraco no cho) em presena de calor pode resultar na reduo do minrio (liga ferro e carbono mais escria, ou ganga). Bastaria algum fazer uma fogueira num buraco cavado na terra, onde houvesse minrio de ferro (ou outro mineral rico deste elemento) para que pedras maleveis fossem recolhidas do fundo do mesmo. Frequentemente, grandes descobertas so realizadas acidentalmente. Este processo j era dominado pelos Hititas (aprox. 3.000 a.C.), que o mantiveram em segredo por muito tempo. Com a queda do imprio Hitita (aprox. 1.200 a.C.), os ferreiros dispersaram-se e j entre os gregos a produo de ferro favoreceu o desenvolvimento de novas tcnicas e ferramentas. O ferro bom como era conhecido a liga ferrosa da poca possua um elevado teor de impurezas. Ele possua relativa facilidade de se moldar e podia


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ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Na realidade, os processos eram de reduo direta, sem que se formasse ferro inteiramente lquido; de fato, as temperaturas alcanadas no eram suficientes para liquefazer (fundir) o metal, o qual se apresentava no estado pastoso, misturado com as impurezas do minrio. O arteso (operador) recolhia o material no fundo do forno com auxlio de uma vara e formando-se uma bola que, depois de atingido certo peso, era retirado e, em seguida, martelado para eliminar as impurezas, que se apresentavam na forma de escria. Pequenas variaes na forma de se obter e trabalhar as ligas ferrosas foram realizadas at o sc. XVI, onde se desenvolveu o alto-forno, exatamente em 1450. No fim da Idade Mdia, o comrcio de ferro e ao estava plenamente difundido, e diferentes tecnologias coexistiam, tanto para a extrao como para a obteno de ferro gusa que usado como matria base para a produo de ao. A partir do desenvolvimento do alto-forno e da utilizao de carvo mineral para a reduo do minrio, a metalurgia ferrosa se desenvolveu rapidamente. Nos dias atuais, um alto-forno pode produzir 13.000 toneladas de ferro gusa por dia, tem vida til, em mdia, prxima a 15 anos, alta produtividade e baixo consumo de combustvel. No Brasil, o grande passo para a consolidao da indstria siderrgica nacional, baseada em carvo coque, foi dado durante o governo Getlio Vargas, com a instituio em 4 de maro de 1940 da Comisso Executiva do Plano Siderrgico Nacional, resultando na fundao da CSN (Companhia Siderrgica Nacional) em janeiro de 1941. A usina foi construda em Volta Redonda (RJ) e inaugurada em outubro de 1946.

2.1.2 O Processo Siderrgico

As usinas siderrgicas atuais podem ser divididas em dois grandes grupos: integradas e semi-integradas. A usina integrada aquela cujo ao obtido a partir do minrio de ferro, que transformado em ferro gusa e em seguida em ao. A usina semiintegrada aquela cujo ao obtido a partir da sucata de ao, no havendo a necessidade da etapa de reduo do minrio de ferro. A sucata transformada novamente em ao comercial, por meio do emprego de fornos eltricos de fuso (so as recicladoras de ao). Neste captulo veremos somente a parte referente usina integrada5. Em uma usina integrada, o processo (que vai das matrias-primas ao produto final) constitudo pelas seguintes etapas principais: a) Extrao do ferro de seu minrio (reduo qumica) nos alto-fornos; b) Converso do ferro gusa em ao;

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Cabe ao leitor no esquecer da existncia do segundo importante grupo de siderurgia (o semi-integrado).


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c) Lingotamento do ao lquido de modo a solidificar em forma conveniente s operaes seguintes. d) Conformao do metal na forma de produto. A Figura 2.1 mostra um fluxograma simplificado do processo siderrgico.

Figura 2.1 Fluxograma simplificado do processo siderrgico (adaptado de Mouro et al., 2007)

De maneira simplificada, podemos descrever as seqncias (referentes s usinas integradas) conforme o fluxograma da Figura 2.1. As matrias-primas bsicas do processo so o minrio de ferro, carvo mineral e calcrio (fundente), mas muitos outros insumos e utilidades podem ser empregados. Estas matrias-primas so processadas e levadas ao alto-forno onde so dispostas alternadamente e, em seguida, aquecidas pelo sopro de ar quente realizado pelas ventaneiras. O oxignio do ar reage com o coque formando calor e gases que reduzem o minrio de ferro. Depois de completado o processo, faz-se o vazamento do ferro gusa e da escria. O ferro gusa levado aciaria atravs de carros torpedos onde so depositados no conversor para que o ferro gusa seja refinado num conversor a oxignio (processo LD). Do conversor temos o ao praticamente pronto, bastando apenas fazer correes de composio ou adicionar outros elementos de liga em um equipamento chamado forno panela (no aparece na Figura 2.1). Aps a correo da composio qumica, o ao derretido vazado no equipamento que efetua o lingotamento contnuo. Neste local, o ao adquire forma (tarugo, bloco ou placa). Os lingotes obtidos


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nestes processos so considerados produtos intermedirios, podendo ser vendidos nesta forma ou ainda processados pela prpria usina (laminao) tendo-se ento diversos tipos de produtos acabados, conforme a Figura 2.1.

2.1.3 Matrias-Primas da Indstria Siderrgica

O processo siderrgico tem incio na aquisio da matria-prima (proveniente da minerao, beneficiamento da matria-prima, etc.). Como j dito, as matrias-primas bsicas da indstria siderrgica so: minrio de ferro, carvo e fundente. Outras matriasprimas so igualmente importantes, como o minrio de mangans, desoxidantes, sucatas, entre outros.

2.1.3.1 Minrio de Ferro

O minrio de ferro, como bvio, constitui a matria-prima essencial, pois dele se extrai o ferro. Como j mencionado na seo anterior, os minrios de ferro mais importantes so os magnetticos (Fe 3 ) e hematticos (Fe O ).3 Este ltimo o mais importante devido O4 2 aos altos teores de Fe e baixos teores de impurezas (ganga). A grande ocorrncia de ferro na crosta terrestre (Brasil, frica do Sul, Austrlia, China, ndia, entre outros) permite a sua explorao sem receios de exausto. A minerao produz minrios de ferro de diversos tamanhos. Uma classificao, separao e aglomerao so necessrias. Eles podem ser na forma granulada, pelotas, ou sinter. Apenas os granulados podem ser utilizados diretamente os demais necessitam de um processo de aglomerao. O minrio de ferro deve ser adicionado ao alto-forno com uma granulometria (tamanho do minrio granulado) adequada para se tenha uma tima eficincia no processo de reduo do minrio no alto-forno. A seguir so listados os aspectos importantes da granulometria do minrio de ferro: a) Permeabilidade No alto-forno h a necessidade do fluxo de gases resultantes da queima do coque passe livremente atravs da matria-prima presente no mesmo. A granulometria da matria-prima no pode ser muito pequena, caso contrrio o gs redutor passar com dificuldade, diminuindo a eficincia do processo. b) Velocidade de reao As reaes que ocorrem entre o gs redutor e o minrio (assim como a da queima do coque) dependem da rea especfica (rea/volume). Ento quanto menor o tamanho da partcula mais fcil ocorrerem as reaes


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(queima e reduo). No entanto, deve-se levar em considerao a questo permeabilidade discutida anteriormente. c) Fluidizao a propriedade de uma dada partcula slida de se manter em suspenso num fluido. funo do tamanho de partcula e deve ser considerada para a determinao da faixa de tamanhos ideais a serem inseridas no alto-forno d) Transmisso trmica Quanto maior a partcula mais difcil equilibrar a temperatura entre superfcie e ncleo desta. Como no alto-forno tem-se processos exotrmicos e endotrmicos existe a necessidade de ajustar o tamanho de partcula s necessidades. Da moagem e peneiramento do minrio adquirem-se os granulados com a granulometria adequada para a utilizao (tipicamente de 6 a 40 mm). No entanto, os finos de minrio (partculas com tamanho inferior quela adequada) podem ser reaproveitados no processo de aglomerao. Os processos de algomerao (sinterizao, pelotizao, nodulizao e briquetagem) objetivam transformar os finos de minrios em aglomerados que viabilizem a sua utilizao no processo siderrgico. Eles podem ser obtidos dos processos de minerao, granulao ou ainda, deliberadamente modos para que seja possvel sua aglomerao. Os processos mais largamente utilizados na siderurgia so o de sinterizao e pelotizao. a) Sinterizao de minrio consiste em aglomerar, por fuso incipiente, uma mistura de finos, porm no to finos, de minrios, de coque ou carvo vegetal, de fundentes, de snter de retorno e gua. A carga colocada em grelhas que se movem a uma determinada velocidade e aquecida ao fim por intermdio de queimadores de gs. O calor necessrio (1300 a 1500 C) fornecido pela combusto do carvo (coque ou carvo vegetal) contido na carga com o oxignio do ar. A combusto localizada provoca uma fuso parcial da carga na regio mais quente. O resultado um material uniforme e poroso, denominado sinter. Este bolo de sinter ento granulado com o tamanho desejado. Os finos desta granulao retornam para o incio do processo e servem como matria-prima para a sinterizao. O sinter possui tipicamente tamanho entre 5 e 50 mm. b) Pelotizao consiste na aglomerao de finos da ordem de 5 a 18 mm de dimetro. Esta operao realizada pelo rolamento em discos ou tambores rotativos. O princpio est em gerar continuamente uma quantidade de ncleos que devem crescer (como ocorre com a bola de neve) at o tamanho desejado. A coeso das partculas se d pela fora capilar do conjunto material-gua, onde esta ultima age como agente de ligao entre as partculas. As pelotas assim obtidas so denominadas verdes ou cruas e necessitam apresentar


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resistncia suficiente para o manuseio. A resistncia mecnica necessria para alimentar o alto-forno conferida atravs de um tratamento trmico realizado em temperaturas elevadas (acima de 1300 C), conhecido como queima.

2.1.3.2 Carvo Coque

O carvo que adicionado ao alto-forno tambm deve ser beneficiado. Isto porque, o carvo mineral possui uma significativa quantidade de material voltil. O que isso quer dizer? Material voltil aquele que se evapora facilmente, a temperatura ambiente ou em temperaturas mais elevadas. O material voltil presente no carvo mineral constitudo principalmente de restos de matria vegetal que se decomps com o tempo, na presena de umidade, ausncia de ar e variaes de temperatura e presso, por ao geolgica, transformando-se, atravs de milnios, progressivamente em turfa, linhito e antracito. A extrao do material voltil do carvo (chamada de destilao) deve ser realizada para que estes materiais volteis no interfiram no processo siderrgico, fazendo com que se tenha uma matria-prima de maior qualidade. O resultado da destilao do carvo mineral denominado de coque. O processo de destilao realizado em temperaturas de, aproximadamente, 1000 C na ausncia de ar. O coque deve apresentar alta resistncia mecnica para evitar a degradao dentro do forno, assim como conter alto teor de carbono (carbono fixo), apresentar baixa reatividade e baixo teor de enxofre (

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