Materiais de Construção Mecânica

• Introdução: Seleção de Materiais• Materiais Ferrosos e Não Ferrosos• Materiais Ferrosos: Ferro fundido e Aço• Não Ferrosos: Alumínio, Cobre, Ligas Metálicas• Os materiais mais utilizados são ferro fundido

e o aço• Ferro fundido tem de 2 a 4,5% de Carbono (C )• Aço tem < 2% de Carbono

Seleção de Materiais e Projeto

• Ferro gusa : Ferro fundido e Aço• Gusa é duro e quebra fácil. (qto + duro + frágil)• Ferro Fundido: Fe + C + Si (boa resistência

mecânica; utilizado para máquinas, estrutura, veículos

• A qualidade diferencia no processo: Forno Cubilot e Forno Elétrico)

• Cinzento, Branco, Maleável, Nodular

Ferro Fundido

• A aparência da FRATURA, é que determina o tipo de ferro fundido depois que ele resfria.

• Aparência ser branca ou cinzenta é a forma como o carbono se apresenta depois que o metal fica sólido.

• Cementita (branca) ou Grafita (cinzento)• Cinzento: forma de flocos ou lâminas; boa

dureza; alta resistência ao desgaste, fácil de usinar, capacidade de absorver vibrações.

Ferro Fundido Cinzento / Branco

• Aplicações:• Fabricação de Blocos e cabeçotes de motor,

tambores de freios, peças para máquinas industriais.

• Ferro Fundido Branco: se forma quando o ferro fundido se solidifica e duas condições, não formar a grafita e todo carbono formar cementita, a cor da fratura fica clara e o ferro fica duro e frágil.

Ferro Fundido Maleável

• Reúne algumas vantagens do ferro fundido cinzento e algumas do aço.

• Alta fluidez no estado liquido e resistência mecânica

• Utilizado em peças complexas e finas.• Produzido a partir do ferro fundido branco,

após horas de tratamento térmico, ficando mais resistente ao choque e as deformações.

Ferro Fundido Maleável / Nodular

• Pode ter núcleo preto ou branco, dependendo do tratamento térmico.

• Núcleo Preto é utilizado: fabricação de suporte de molas, caixas de direção, cubo de rodas, bielas, conexões para tubulações.

• Núcleo Branco: capas de mancais, barra de torção e flanges para tubo de escapamento.

• Ferro Fundido Nodular: tem na sua estrutura partículas arredondas de grafita, quando se adiciona Mg, ainda na fase líquida.

Ferro Fundido Nodular

• Recebendo tratamento térmico adequado, apresenta: boa ductibilidade, tenacidade, usinabilidade, resistência a corrosão, melhor as vezes que algum tipo de aço.

• Utilização: Mancais, Virabrequins, cubos de roda, e peças de transmissão de veículos.

Exemplos

• ImagensBloco de motor

Cx Direçãotransmissão

Conexão Tubulações

IDENTIFICAÇÃO Ferro Fundido

• Catálogo Técnico• Normalizadas (mundo inteiro)• São baseadas na, resistência a tração,

alongamento e limite de escoamento.• Exemplo: fe fundido cinzento----- tração• FC – 100 ferro cinzento, resistencia a tração em

MPA (100).• NODULAR: FE50007 (500 resistência a tração e

o 07 porcentagem de alongamento.

AÇO: Composição

Aços Especiais - Liga

São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas.

Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em:– Aços de baixa liga – quando o somatório dos teores dos

elementos de liga é inferior a 5%.– Aços de alta liga – quando o somatório dos elementos de

liga (teores) é superior a 5%.

Aços: Quanto a Aplicação•Aços de construção: são usados na manufatura de

componentes de equipamentos industriais.•Aços para ferramentas e matrizes: compreendem

os aços resistentes ao choques, para trabalho a frio e a quente e aços rápidos.

•Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos, mais aços refratários.

•Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imans permanentes, para núcleos de transformadores,...

Aplicações: Ductibilidade e Maleabilidade

O aço-carbono pode ser:

- Soldado - Curvado

- Forjado - Torcido

- Dobrado - Trabalho com ferramentas de corte

- Trefilados - Laminados

Imagens de Aplicação

Aplicações do AçoAplicações

1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce)Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria

2) 0,15% a 0,30% (doce)Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas.

3) 0,30% a 0,40% (meio doce)Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura

4) 0,40% a 0,60% (meio duro)Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos

5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc

Aços LIGA

• A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos:– aumentar a dureza e a resistência mecânica;– conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças de

grandes dimensões;– diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de modo a

reduzir a inércia de uma parte móvel;– conferir resistência à corrosão;– aumentar a resistência ao calor;– aumentar a resistência ao desgaste;– aumentar a capacidade de corte;– melhorar as propriedades elétricas e magnética

ElementoDe ligas

Influência na estrutura Influência nas propriedades

Aplicações Produtos

Níquel Refina o grão.Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço.

Aumenta a LRT.Boa ductilidade.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis.Utensílios domésticos.Caixa para tratamento térmico.

Manganês. Estabiliza os carbonetos.Aumenta temperabilidade.Diminui a velocidade de transformações.

Aumento da resistência mecânica e temperabilidade.Resistência ao choque.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis e peças para usos gerais em engenharia mecânica

Cromo. Forma carbonetos.Acelera o crescimento dos grãos.

Aumenta a resistência a corrosão e a oxidação.Aumento da resistência a altas temperaturas.

Aços para a construção mecânica. Aços-ferramentas.Aços inoxidáveis.

Indústria química; talheres; válvulas e peças para fornos.Ferramentas de cortes.

Molibdênio Influência na estabilidade do carboneto.

Alta dureza ao rubro.Aumento da LRT.Aumento da temperabilidade.

Aços-ferramentas, Aço cromo-níquel, substitui W em aços rápidos.

Ferramentas de cortes.

Vanádio Inibe o crescimento grãos.Forma carbonetos.

Maior resistência mecânica, tenacidade e temperab.Resistência a fadiga e abrasão.

Aços cromo-vanádio. Ferramentas de cortes.

Tungstênio Forma carbonetos duros.Diminui a velocidade das transformações.Inibe crescimento dos grãos.

Aumento da dureza.Resistência da resistência a altas temperaturas.

Aços rápidos.Aços-ferramentas.

Ferramentas de corte.

Cobalto. Forma carboneto.(fracamente).

Aumento da dureza.Resistência à tração.Resistência à corrosão.Resistência à erosão.

Aços rápidos.Aços ferramenta.

Ferramentas de cortes.

Silício. Auxilia na desoxidação.Auxilia na grafitização.Aumenta a fluidez.

Resistência a temperaturas elevadas.Melhora temperab./ LRT.

Aços alto carbono.Aços para a fundição em areia.

Peças fundidas.

Identificação de Aço

• SAE 1 0 4 0

• Quatro algarismos para designar os aços;• Os dois últimos algarismos teor de carbono• Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a

quantidade aproximada dos elementos da liga;• Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são

simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero;

Identificação dos Aços

IDENTIFICAÇÃO: Quanto ao 1º Número

1 Aço Carbono

2 Ni

3 Ni - Cr

4 Mo

5 Cr

6 Cr - Va

7 W

8 Ni – Cr - Mo

9 Si - Mn

Exemplos

• Exemplos– SAE 2350

• Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C;

– SAE 5130• Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C;

– SAE 9220• Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C.

Aços LigaEfeito dos elementos de adição (liga):- Vanádio (V): Tenacidade e excelente desoxidante;- Cromo (Cr): Aumento a resistência ao desgaste;- Boro (B): Resistência a fadiga;- Níquel (Ni): Boa ductilidade e resistência à corrosão;- Tungstênio (W): Alta resistência mesmo em altas TºC;- Manganês (Mn): Ductilidade, resistência ao desgaste/choque;- Silício (Si): Aumenta a elasticidade e resistência;- Alumínio (Al): Desoxidante; - Molibdênio (Mo): alta resistência ao amolecimento;

Condições de Aplicação : Aço Liga

– Altas temperaturas: fluência, oxidação;– Baixa temperaturas: fratura frágil;– Meio corrosivo: corrosão acelerada;– Produtos especiais: contaminação;– Segurança: materiais tóxicos, explosivos, inflamáveis;– Alta resistência: grandes esforços.

Aço Inoxidável

• Liga de Ferro e Cromo, podendo ter Ni e Mo.• Min. 12% Cr• Normalmente são classificados em:• Austeníticos (liga Fe/Cr/Ni) não temperáveis• Ferríticos (liga Fe/Cr) não temperáveis• Martensíticos (liga Fe/Cr) temperáveis

AÇO INOXIDÁVEL: Famílias

Austeníticos: Fe+ C+ Cr + Ni (não magnéticos) Aço tipo 304 (panelas, baixelas, revestimentos, tanques, pias, equipamentos industriais).Ferríticos: Fe + C + Cr (magnéticos), aço tipo 430 (moedas, fogões, Sistema de exaustão, revestimento de elevadores.Martensíticos: Fe + C alto + Cr (magnéticos), temperáveis, aço tipo 420 (facas, instrumentos cirúrgicos, lâminas, instrumento de medição.

Aço Inoxidável

• Sobre a superfície do aço inox forma-se uma película invisível (camada passiva), que protege contra a oxidação, resultado da reação entre o cromo e o oxigênio do ar.

• Caso haja algum corte (guilhotina), a camada passiva se refaz.

• Cuidados com a camada passiva: proteger de ganchos, correntes, guinchos, não pisar, colocar sobre estrados, bancas revestidas com borracha, etc.

Aço Inoxidável: Família 300 Austeníticos

Aust

304C< = 0,08Cr 18/20Ni 8/10,5

304 HC 0,04 /0,10

Cr 18/20Ni 8/10,5

Propriedades mecânicas em alta temperatura

316C <= 0,08 Cr 16/18Ni 10/14Mo 2/3

Resistência a corrosão por PITES

304 LC <= 0,03Cr 18/20Ni 8/12

316 LC <= 0,03 Cr 16/18Ni 10/14Mo 2/3

- C

Resist. intergranular

321C <= 0,08Cr 17/19Ni 9/12

Ti >5

+ Ti

Mo

- C

301C< = 0,15Cr 16/18

Ni 6/8

- Ni / Cr

EstruturasAlta resistênciamecânica

Resistência Intragranular

• Corrosão que existe ao lado da solda, devido a fenômeno de precipitação de Carboneto de cromo.

• O aço 321 é mais barato que o 304L; ficando mais barato na siderurgica, acrescentar titânio do retirar carbono.

Aço Inoxidável: Familia 400 Ferríticos

• Ferríticos

434C <= 0,12Cr 16/18

Mo 0,75/1,25Res. Pite

Escapamento carro

430C <= 0,12Cr 16/18

Moedas, fogões, pias

444C <= 0,025

Cr 17,5/19,5Mo 1,75/2,50Ti + Nb > 0,20

Tubos evaporadores, caixas d’agua

439C <= 0,07Cr 17/19Ti 0,20

Escapamento carro, micro onda, maqu. lavar

409C <= 0,08

Cr 10,5/11,75Ti > 6xC

Escapamentos

410 DC <= 0,08

Cr 11,5/13,5Recheios de coluna de

destilação

Aço Inoxidável Família 400 Martensíticos

• Martensíticos

430C <= 0,15Cr 12/14

Facas e disco de freio

Din 1.4110(ACE 498)

C 0,42/0,47Cr 13/13,5

Mo 0,50 / 0,55Maior dureza, resistência ao desgaste

Facas p

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO• O que é PITES?• Quais metais melhora a resistência do aço inox contra a corrosão (pites)?• O que é a corrosão intragranular?• Quais as principais familias do aço inoxidável?• Tem se o aço 304 H, o que significa o H, pode o mesmo trabalhar a alta

temperatura?• É o aço da família austeníco magnético?• Qual família de aço inox é temperável?• O que significa FC 100?