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

Conexão Tubulações

Bloco de motor

transmissão

Cx Direção

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.

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 doselementos de liga é inferior a

5%.

- Aços de alta liga – quando o somatório

doselementos 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

Aplicações do Aço

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

magnéticas.

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;

Aços Liga

Efeito 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.

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.

Identificação quanto ao 1º numero