materiais i[1]

8/4/2019 Materiais I[1]

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MATERIAIS I

Departamento Regional de Rondônia



2007 SENAI/RO – Departamento RegionalNenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida sem prévia autorização escrita doSENAI/RO

Federação das Indústrias do Estado de RondôniaPresidente do Sistema FIERO/SESI/SENAI/IELEuzébio André Guareschi

Diretor Regional do SENAI/ROVivaldo Matos Filho

Diretora de Operações Adir Josefa de Oliveira

Equipe Técnica1 Ervamary Robaina

Francisco Humberto Ferreira de OliveiraSergio Alves Novo

Ficha Catalográfica

S474e

SENAI. RO. Materiais I. Porto Velho: SENAI/RO,2007.

53 p.: il.

1. Materiais I. I Título

Versão Mar . 2007

Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de Rondôniawww.fiero.org.br / www.ro.senai.br Rua Rui Barbosa, 1112 – Arigolândia.CEP 78902-240 – Porto Velho – ROFone: (69) 3216-3400Fax: (69) 3216-3424/3427

1 A relação dos participantes da equipe técnica varia de acordo com o material didático ou documento.

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UTILIZAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO.

O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos nivelados em um

contexto nacional, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de

informações e construir links entre os diversos conhecimentos e competências,

tão importantes para sua formação profissional.

Além dos esforços e dedicação de todo o grupo do SENAI DR/RO na

confecção de material didático estamos também utilizando as obras

divulgadas no site www.senai.br/recursosdidaticos desenvolvidas por outros

Departamentos Regionais, reservados os direitos patrimoniais e intelectuais de

seus autores nos termos da Lei nº. 9610, de 19/02/1998.

Tal utilização se deve ao fato de que tais obras vêm de encontro as

nossas necessidades, bem como têm a função de enriquecer a qualidade dos

recursos didáticos fornecidos aos nossos alunos como forma de aprimorar seus

conhecimentos e competências.

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Sumário

APRESENTAÇÃO ..................................... .......................................... ......................................... ......5 1. INTRODUÇÃO................................................................................................................................6

2. OBTENÇÃO DO FERRO GUSA....................................................................................................8

3. AÇO .............................................................................................................................................12 4. MATERIAIS METÁLICOS NÃO FERROSOS..............................................................................22

4.1 COBRE .................................... ......................................... ...................................... ................22

4.2 LATÃO....................................................................................................................................23

4.3 BRONZE ......................................... ...................................... .......................................... ........23

4.4 METAL ANTIFRICÇÃO..........................................................................................................23

4.5 ALUMÍNIO ............................... .......................................... ........................................ .............24

5. MATERIAIS NÃO METÁLICOS ..................................................................................................25 5.1 PLÁSTICOS............................................................................................................................25

5.2 POLÍMEROS...........................................................................................................................26

5.3 BORRACHA .................................... ....................................... ........................................ ........27

6. FUNDIÇÃO .................................... .......................................... ....................................... ..............28

7. FORJAMENTO ...................................... .......................................... ....................................... ......30

REFERÊNCIAS ............................... ................................................................................................33

ANEXO - PPRODUÇÃO E OBTENÇÃO DE BARRAS DE FIO DE AÇO PARA

CONCRETO ARMADO.



Mecânica ____________________________________________________________

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Cur so Técnico em Mecânic a

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11.. IInnttrroodduuççããoo

Quando da confecção de um determinado produto, deve-se, como um dos fatoresprioritários selecionar o material adequado que o constituirá.

Para tanto o material deve ser avaliado sob dois aspectos: suas qualidadesmecânicas e seu custo.

Classificação de materiais

Apresentamos abaixo uma classificação dos materiais mais comumenteutilizados, tendo cada um sua importância e emprego definidos em função desuas propriedades e características.

Conhecidas as classes dos materiais passemos agora a especificá-los por grupose emprego a que se destinam, pois todos os materiais possuem característicaspróprias que devemos conhecer para podermos empregá-los maisadequadamente.

Materiais metálicos

Ao estudarmos a classe dos materiais metálicos podemos dividi-los em doisgrupos distintos: os ferrosos e os não-ferrosos.

Materiais metálicos ferrososDesde sua descoberta os materiais ferrosos tornaram-se de grande importânciana construção mecânica.

Os materiais ferrosos mais importantes são:

Aço – liga de Fé e C com C<2% - material tenaz, de excelentes propriedades, defácil trabalho, podendo também ser forjável.



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Curso Técnico em Mecânica

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Ferro fundido – liga de Fé e C com 2<C<5% -material amplamente empregado naconstrução mecânica, e que, mesmo não possuindo a resistência do aço, podesubstituí-lo em diversas aplicações, muitas vezes com grande vantagem.

Como esses materiais são fáceis de serem trabalhados, com eles é construída amaior parte de máquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalações que

necessitam materiais de grande resistência.

Materiais metálicos não-ferrosos

São todos os demais materiais metálicos empregados na construção mecânica.Possuem empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrososem várias aplicações e nem sempre podem ser substituídos pelos ferrosos.

Esses materiais são geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligasmetálicas, algumas delas amplamente utilizadas na construção de máquinas eequipamentos.

Podemos dividir os não-ferrosos em dois tipos em função da densidade:

Metais pesados (ρ > 5kg/dm3) cobre, estanho, zinco, chumbo, platina, etc.

Metais leves (ρ < 5kg/dm3) alumínio, magnésio, titânio, etc.

Normalmente, os não-ferrosos são materiais caros, logo não devemos utilizá-losem componentes que possam ser substituídos por materiais ferrosos.

Esses materiais são amplamente utilizados em peças sujeitas a oxidação, dada asua resistência, sendo muito utilizados em tratamentos galvânicos superficiais demateriais. São também bastante utilizados em componentes elétricos.,

Nos últimos anos, a importância dos metais e suas ligas têm aumentadoconsideravelmente, principalmente na construção de veículos, nas construçõesaeronáuticas e navais, bem como na mecânica de precisão, pois têm-seconseguido ligas metálicas de alta resistência e de menor peso e, com isto, tende-se a trocar o aço e o ferro fundido por esses metais.

Materiais não-metálicos

Existem numerosos materiais não-metálicos que podem ser divididos em:

Naturais – madeira, couro, fibras, etc.Artificiais ou sintéticos – baquelite, celulóide, acrílico, etc.

Os materiais plásticos estão sendo empregados em um número cada vez maiorde casos como substitutos de metais.

Daí a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vêm-setornando uma presença constante nos campos: técnico, científico, doméstico, etc.



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22.. OObbtteennççããoo ddoo ffeerrrroo gguussaa

Metais ferrosos

O ferro

O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinadocom outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.

Minério de ferro

O minério de ferro é retirado do subsolo, porém muitas vezes é encontradoexposto formando verdadeiras montanhas.

Os principais minérios de ferro são a Hematita e Magnetita.

Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em pedaços menores e em

seguida levados para a usina siderúrgica.Obtenção de ferro gusa

Na usina, o minério é derretido num forno denominado ALTO FORNO.

No alto forno, já bastante aquecido, o minério é depositado em camadassucessivas, intercaladas com carvão coque (combustível) e calcário (fundente).

Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injeta-se ar emseu interior.

O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºC derrete o minério.

O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A este ferro dá-se onome de ferro-gusa ou simplesmente gusa.

As impurezas ou escórias por serem mais leves, flutuam sobre o ferro gusaderretido.

Através de duas aberturas especiais, em alturas diferentes são retiradas, primeiroa escória e em seguida o ferro-gusa, que é despejado em panelas chamadasCADINHOS.

O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em formas denominadaslingoteiras.

Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendo o nome deLINGOTE DE FERRO GUSA.



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A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo deferro, nesta forma, é usado apenas na confecção de peças que não passarão porprocessos de usinagem.

Ferro fundido

É uma liga de ferro – carbono que contém de 2 a 4,5% de carbono. O ferrofundido é obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. Éportanto, um ferro de segunda fusão.

A fusão de ferro gusa, para a obtenção do ferro fundido, é feita em fornosapropriados sendo o mais comum o forno “CUBILÔ”.

O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem de ferro, pequenaporcentagem de carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo.



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Tipos de ferro fundido

Os tipos mais comuns de ferro fundido são o ferro fundido cinzento e o ferrofundido branco.

Ferro fundido cinzento

Características:

Fácil de ser fundido e moldado em peças.

Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte.

Absorve muito bem as vibrações, condição que torna ideal para corpos demáquinas.

Quando quebrado, sua face apresenta uma cor cinza escura, devido o carbono se

encontrar combinado com o ferro, em forma de palhetas de grafite.

Porcentagem de carbono variável entre 3,5% a 4,5%.

Ferro fundido branco

Características:

• Difícil de ser fundido.• Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo ser trabalho com ferramenta

de corte especial.• É usado apenas em peças que exijam muito resistência ao desgaste.• Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhante, pois o carbono

apresenta-se totalmente combinado com o ferro.• Porcentagem de carbono variável entre 2% e 3%.• O ferro fundido cinzento, devido as suas características, tem grande

aplicação na indústria. O ferro fundido branco é utilizado apenas em peças,que requerem elevada dureza e resistência ao desgaste.



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Desenho esquemático do Forno Cubilô



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33.. AAççoo

O aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústriamecânica. É usado na fabricação de peças em geral.

Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa, atravésde fornos apropriados, denominados Bíssemer, Siemens Martin e Elétricos.

A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%.

Principais características do aço:

Há duas classes gerais de aços: os aços ao carbono e os aços especiais ou ligas.



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Curso Mantenedor Mecânico - Mina 13/33

Aço ao Carbono

São os que contêm além do ferro, pequenas porcentagens de carbono,manganês, silício, enxofre e fósforo.

Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o carbono. O

manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enquanto que o enxofre e ofósforo são elementos prejudiciais.

Ferro – É o elemento básico da liga.

Carbono – Depois do ferro, é o elemento mais importante do aço.A quantidade de carbono define a resistência do aço.

Exemplo: Um aço com 0,5% é mais resistente que um aço com 0,20% decarbono. podem ser endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamentorápido denominado têmpera.

A porcentagem aproximada de carbono de um aço pode ser reconhecida naprática pelas fagulhas que desprendem ao ser esmerilhado.

O aço com até 0,35% de carbono, desprendem fagulhas em forma de riscos,(Aços de baixa porcentagem de carbono).

Classificação segundo a ABNT

A fim de facilitar as interpretações técnicas e comerciais, a ABNT, (AssociaçãoBrasileira de Normas Técnicas) achou por bem dar números para a designaçãodos aços de acordo com a porcentagem de carbono.

Principais designações:

Designação Porcentagem de carbonoAço 1006 0,08%C

1010 0,08% a 0,13% C1020 0,18% a 0,23% C1030 0,28% a 0,34% C1040 0,37% a 0,44% C1050 0,48% a 0,55% C1060 0,55% a 0,65% C



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Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe do aço. Osdois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado.

Exemplo: Aço 10 20

10 – significa que é 20 – significaaço ao carbono que a porcentagemmédia de carbono

Então, o aço 1020, é um aço ao carbono, cuja porcentagem de carbono variaentre 0,18% a 0,23%.

Formas comerciais do aço

Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma devergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios.

1) Vergalhões – são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamentoposterior á laminação.

Quando se necessita de barras com formas e medidas precisas recorre-se aosaços trefilados, que são barras que após laminadas passam por um processo deacabamento denominado trefilação.



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2) Perfilados – São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.

Chapas – São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos:

• Chapas pretas – sem acabamento após a laminação, sendo muitoutilizadas nas indústrias.

• Chapas galvanizadas – recebem após a laminação um fina camada de

zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas econdutores, etc.• Chapas estanhadas – também conhecidas como Folhas de Flandres ou

latas. São revestidas com uma fina camada de estanho.

São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido suaresistência á umidade e corrosão.

Tubos – Dois tipos de tubos são encontrados no comércio:

• Com costura – Obtidas por meio de curvatura de uma chapa. Usados emtubulações de baixa pressão, eletrodos, etc.

• Sem costura – Obtidos por perfuração a quente. São usados emtubulações de alta pressão.

Os tubos podem ser pretos ou galvanizados.

Fios – (arames) – São encontrados em rolos podendo ser galvanizados oucomuns.

Alguns exemplos de especificação

1º) Aço laminado 1020 - 2” x 100



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interpretação: É uma barra de aço de baixa porcentagem de carbono (0,20%) com2” de diâmetro e 100mm de comprimento.

2º) Aço laminado 10501 - 1” x 2” x 150

interpretação: É uma barra de aço de médio teor de carbono (0,50%) laminadaem forma retangular (chata) com as seguintes dimensões:

Resistência à ruptura

Algumas tabelas apresentam os aços classificados pela resistência à ruptura,indicada em quilogramas por milímetro quadrado (kg/mm2).

Exemplo: Aço 60kg/mm2



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• Aço 1040 a 1060 – (Meio duro)

Resistência à ruptura – 65 a 75 kg/mm2 Teor de carbono – 0,40% a 0,60%Adquire boa têmpera

Muito difícil para soldar-seUsos: peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas, trilhos, etc.

• Aço acima de 1060 – (Duro a extra-duro)

Resistência à ruptura – 75 a 100 kg/mm2 Teor de carbono – 0,60% a 1,50%Tempera-se facilmenteNão soldaUsos: peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria, etc.

Aços especiais ou aços-ligas

Devido as necessidades industriais, a pesquisa e a experiência levaram àdescoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certoselementos no aço ao carbono.

Conseguiram-se assim aços-liga com características tais como resistência àtração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc., bem melhores que a dos aços aocarbono comuns.

Conforme as finalidades desejadas, adiciona-se ao aço-carbono um ou mais dosseguintes elementos: níquel, cromo, manganês, tungstênio, cobalto, vanádio,silício, molibdênio e alumínio.

Dessa forma, são obtidos aços de grande emprego nas indústrias, tais como:



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Os tipos de aços especiais, bem como composição, características e usosindustriais são encontrados em tabelas.

Tipos de aços especiais, características e usos.

1) Aços Níquel

1 a 10% de Níquel – Resistem bem a ruptura e ao choque, quando temperados erevenidos.

Usos – peças de automóveis, máquinas, ferramentas, etc.

10 a 20% de Níquel – Resistem bem a tração, muito duros – temperáveis em jatode ar.

20 a 50% de Níquel – Resistentes aos choques, boa resistência elétrica, etc.

Usos – Válvulas de motores térmicos, resistências elétricas, cutelaria,

instrumentos de medida, etc.

2) Aços Cromo

até 6% Cromo – Resistem bem a ruptura, são duros, não resistem aos choques.

Usos – Esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens, etc.

11 a 17% de Cromo – Inoxidáveis.

Usos – Aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc.

20 a 30% de Cromo - Resistem a oxidação, mesmo a altas temperaturas.

Usos – Válvulas de motores a explosão, fieiras, matrizes, etc.

3) Aços Cromo-Níquel

8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Níquel – Inoxidáveis, resistentes à ação do calor,resistentes à corrosão de elementos químicos.

Usos – Portas de fornos, retortas, tubulações de água salinas e gases, eixos debombas, válvulas e turbinas, etc.

4) Aços Manganês

7 a 20% de Manganês – Extrema dureza, grande resistência aos choques e aodesgaste.

Usos – Mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas,cruzamentos e curvas de trilhos, peças de dragas, etc.



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5) Aços Silício

1 a 3% de Silício – Resistências á ruptura, elevado limite de elasticidade epropriedades de anular o magnetismo.

Usos – Molas, chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de bobinas

elétricas, etc.

6) Aços Silício-Manganês

1 silício, 1% de Manganês – Grande resistências à ruptura e elevado limite deelasticidade.

Usos – Molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc.

7) Aços Tungstênio

1 a 9% de tungstênio – Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da

abrasão (fricção) e propriedades magnéticas.

Usos – Ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação deímãs, etc.

8) Aços Cobalto

Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência àabrasão, (fricção).

Usos – Ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc.

Não é igual o aço cobalto simples.

9) Aços Rápidos

8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8% de molibdênio, 3 a 4% decromo – Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência decorte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade. Aferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue usinar até o aço-manganêsde grande dureza.

Usos – Ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindrosde laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc.

10) Aços Alumínio-Cromo

0,85 a 1,20% de alumínio, 0,9 a 1,80% de cromo – Possibilita grande durezasuperficial por tratamento de nitrelação – (termo-químico).

Usos – Camisas de cilindro removíveis de motores a explosão e de combustãointerna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimensões fixas, etc.



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Em função da composição química, os aços são classificados por meio de umnúmero, de quatro ou cinco dígitos, no qual cada dígito tem a função de indicaruma coisa. Veja a tabela da próxima página, que é baseada nas normasestabelecidas pela ABNT (NBR 6006).

Na ilustração abaixo, apresentamos o esquema do processo siderúrgico paraobtenção do aço e do ferro fundido.



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44.. MMaatteerriiaaiiss MMeettáálliiccooss nnããoo ffeerrrroossooss

4.1. Cobre

A palavra cobre é derivada de “cuprum”, que significa metal da ilha de Chipre,

onde foi descoberto em estado natural na antigüidade.Atualmente, é obtido a partir de minérios, sendo os mais divulgados; os minériossulfurados.

O cobre possui uma cor avermelhada, peso específico de 8,9 g/cm3, funde a 1084º C, ferve a 2.300 º C, é maleável, dúctil, bom condutor de calor e eletricidade.

Não se oxida ao ar seco. Ao ar úmido e rico em anidrido carbônica cobre-se deuma pátina de carboneto adquirindo uma cor esverdeada. Em ambientes comácido sukfídrico fica preto. É corroído pela água salgada e pelos ácidos. Nãoserve para fundição porque é pouco fluido.

As propriedades do Cu são fortemente influenciadas pelas impurezas quecontém.O Cu é encontrado comercialmente sob as seguintes formas:

Cobre eletrolítico

Cobre fosforizado

Cobre com prata

Cobre arsenical (0,04 a 0,45 % de As)

Além das propriedades anteriormente citadas, destacamos:Trabalhável a quente ou a frio

Soldável

Antimagnético

É empregado em instalações elétricas, enrolamentos de máquinas e motoreselétricos, encanamentos, condensadores, destiladores, filtros, reatores,evaporadores, tanques, alambiques, serpentinas, bombas.O cobre forma ligas com muitos metais. As ligas mais importantes são:

Bronzes alpacas

metais patentes

metais resistentes ao calor



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4.2. Latão

É uma liga de cobre e zinco com a quantidade mínima de 50% de cobre. A suacor é amarela e se aproxima do cobre, quando a quantidade de cobre aumenta.

Aplicação:

É usado em dobradiças, material elétrico, radiadores, parafusos, buchas e etc.

Propriedades:Pode ser laminado ou trefilado (em forma de fio) a frio e a quente, isto é,transforma-se em chapas, fios barras e perfilados. Quando laminado ou trefilado afrio, aumentam 1,8 a sua resistência e a dureza.

O latão pode ser fabricado em diversas durezas:

Macio

Semiduro

Duro

4.3. Bronze

É uma liga de cobre, estanho e outros metais como chumbo e zinco, sendo 60% aquantidade mínima de cobre

Aplicação:É usado na fabricação de válvulas de alta pressão, porcas dos fusos dasmáquinas, rodas dentadas, parafusos sem-fim, buchas e outras peças.

Propriedades:

Possuem segundo sua liga, boas características de deslizamento e decondutibilidade elétrica. São resistentes à corrosão e ao desgaste.

Classificação:

Bronze de estanho

Bronze de alumínio

Bronze de manganês

Bronze de chumbo

Bronze de zinco

Bronze fosforoso

4.4. Metal Antifricção

É uma liga de estanho, antimônio e cobre. As quantidades são: 5% de cobre, 85%de estanho e 10% de antimônio.



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Propriedades:

É um metal antifricção e resistente ao desgaste

Aplicação:

É empregado em casquilhos para bielas de motores de automóvel e em buchaspara mancais deslizantes.

4.5. Alumínio

É o metal não ferroso mais consumido na industria. As principais razões dogrande emprego do AL são a sua leveza e a sua resistência.

O AL quimicamente puro, além de não encontrar aplicações na construção deelementos de máquinas ou de estruturas, é difícil de se obter. Considera-setecnicamente puro, o metal com 99/99,5% AL e o restante de impurezas, entre as

quais se destacam o Fe e Si.

Fazem parte do grupo de ligas de AL de grandes aplicações, as ligas de Al-Mns(aluman) e Al-Mg(peraluman) que constituem uma numerosa série de ligaspara fundição e para semi-acabados ( laminados, trefilados, extrudidos...),amplamente usados na indústria automobilística e aeronáutica.



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55.. MMaatteerriiaaiiss nnããoo mmeettáálliiccooss

55..11.. PPlláássttiiccooss

Os materiais pláticos são compostos de resinas naturais ou resinas sintéticas.Quase todas as resinas plásticas são de natureza orgânicas, tendo sua

composição H,C,O,N. As matérias-primas para fabricação dos matérias plásticosprovêm do carvão mineral, do petróleo ou de produtos vegetais.

Há duas categorias:

TermoplásticosComeçam a amolecer a partir de 60º C podendo ser então moldados semqualquer alteração de sua estrutura química.

Exemplos: acrílicos, celulósicaos, fluocarbonos, nylon, polietileno, poliestirenos,polivinis e proteínicos.

TermofixosSofrem alteração química de sua estrutura quando moldados e não podem seramolecidos novamente pelo calor para uma operação de reforma. Suastemperaturas de moldagem são muito mais altas que a dos termoplásticos. Poroutro lado, o produto acabado resiste a temperaturas muito altas, semdeformação.

Exemplos: alkyds, epoxides, furan, inorgânicos, melaminos, fenólicos,poliésteres, silicones e formaldeínos de uréia.

Os componentes dos materiais plásticos são:Resinas

Massas

Plasticizantes

Corantes

Endurecedores

Estabilizadores.

As propriedades principais comuns a maioria dos materiais plásticos são:

Leveza

Resistência à deterioração pela umidade

Baixa condutibilidade térmica e elétrica



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55..22.. PPoollí í mmeerrooss

Os principais termoplásticos obtidos por polimerização são: os cloretos depolivinil, os poliestirenos, os poliolefinos e os poliacetatos.

Os monômeros ativados se ligam a outros monômeros ou a moléculas jáencadeadas.

Esta polimerização intervém pelos seguintes meios:

Absorção de calor

Elevação de pressão

Irradiação

Emprego de um catalisador

Podemos citar então:

Policloreto de Vinil

Possue as seguinte qualidades e desvantagens:

Resistência química particularmente elevada

Boas qualidades mecânicas e elétricas

Mau comportamento ao calor

Poliestirenos OS

Faz igualmente parte dos vinílicos, principalmente utilizado para a moldagem,apresenta-se sob forma de granulados, utilizáveis diretamente na prensa de

injetar ou nas máquinas de extrusão

Poliolefino

Aplica-se à moldagens industriais com ou sem núcelo metálico, tubagens eacessórios, material de laboratório, juntas, acessórios eletrônicos, embalagens.

Desvantagens:

Permeáveis ao oxigênio

Não Possuem nenhum solvente

Não se deixam soldar Poliacetatos

Apresentam um coeficiente de cristalinidade elevado, que determina em grandemedida suas características físicas. Distinguem-se por uma grande dureza,grande rigidez, assim como uma excelente estabilidade dimensional em umavasta zona de temperatura.



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5.3. Borracha

A preparação da borracha natural é feita a partir do látex vegetal, materialextraído sobretudo da seringueira. O látex, que se obtém por incisão efetuadasobre o tronco da árvore, sofre uma retificação que o livra de sua água e de suasimpurezas. A borracha é constituída de cadeias lineares (macromoléculas,

hidrocarbonetos) apresentando duplas ligações; por vulcanização a quente, pormeio do enxofre, criam-se ligações transversais entre as cadeias lineares, o queconfere a este material uma certa rigidez.

Se aumentar a porcentagem de enxofre, obtém-se uma vulcanização maispotente, por isso, um produto cada vez mais rígido, mas também mais frágil; aebonite.A situação especial das plantações seringueiras obrigou os fabricantes deborracha, durante as últimas décadas, a criar produtos de substituição , que serevelaram em vários pontos superiores à borracha natural.

Os polímeros e copolímeros sintéticos mais comuns são: o policloropreno

(neopreno), a borracha butila, a borracha estireno butadieno e a borrachabutadieno acrilonitrilo.



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66.. FFuunnddiiççããoo

Os processos de transformações dos metais e ligas metálicas em peças parautilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: você pode fundir,conformar mecanicamente, soldar, utilizar a metalurgia do pó e usinar o

metal e, assim, obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem serconsiderados quando se escolhe o processo de fabricação. Como exemplo,podemos lembrar: o formato da peça, as exigências de uso, o material a serempregado, a quantidade de peças que devem ser produzidas, o tipo deacabamento desejado, e assim por diante.

Dentre essas várias maneiras de trabalhar o material metálico, a fundição sedestaca, não só por ser um dos processos mais antigos, mas também porque éum dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentesformatos e tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo.

Mas, afinal, o que é fundição? É processo de fabricação de peças metálicas, que

consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde,com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção depeças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de tamanho,formato e complexidade, e também é o processo pelo qual se fabricam oslingotes. É a partir do lingote que se realizam os processos de conformaçãomecânica para a obtenção de chapas, placas, perfis, etc.

Sempre que se fala em fundição, as pessoas logo pensam em ferro. Mas, esseprocesso não se restringe só ao ferro, não. Ele pode ser empregado com os maisvariados tipos de ligas metálicas, desde, que elas apresentem as propriedades

adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez.

A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000 a.C.Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais recentemente, o ferro, porcausa da dificuldade em alcançar as temperaturas necessárias para a realizaçãodo processo. A arte cerâmica contribuiu bastante para isso, pois gerou as técnicasbásicas para a execução dos moldes e para o uso controlado do calor já queforneceu os materiais refratários para a construção de fornos e cadinhos.

Sem dúvida, as descobertas da Revolução Industrial, como os fornos Cubilô, osfornos elétricos, e a mecanização do processo, muito contribuíram para odesenvolvimento da fundição do ferro e, conseqüentemente, do aço. A maioriados equipamentos de fundição foi concebida basicamente nesse período, quandosurgiram também os vários métodos de fundição centrífuga. Ao século XX coubea tarefa de aperfeiçoar tudo isso.

Para entender melhor a importância disso, basta lembrar que a produção demáquinas em geral e de máquinas-ferramentas, máquinas operatrizes e agrícolasé impensável sem a fundição.



Mecânica ____________________________________________________________

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Levando vantagem em tudo

Estudando este módulo sobre processos de fabricação mecânica, você vaiperceber que esses utilizam sempre produtos semi-acabados, ou seja, chapas,barras, perfis, tubos, fios e arames, como matéria-prima. Quer dizer, existemvárias etapas de fabricação que devem ser realizadas antes que o material

metálico se transforme em uma peça.

Por outro lado, a fundição parte diretamente do metal líquido e, no mínimo,economiza etapas dentro do processo de fabricação. Vamos, então, ver maisalgumas vantagens desse processo.

a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as maissimples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos poroutros processos.b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelasrestrições das instalações onde são produzidas. Isso, quer dizer que, é possívelproduzir peças de poucos gramas de peso e com espessura de parede de apenas

alguns milímetros ou pesando muitas toneladas.c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produçãorápida e em série de grandes quantidades de peças.d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados deacabamento (mais liso ou mais ásperos) e tolerância dimensional (entre ± 0,2mm e 6 mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso, háuma grande economia em operações de usinagem.e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite aobtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Essas vantagens demonstram a grande diversidade de peças que podem serproduzidas e que os outros não conseguem alcançar. Para você ter uma idéia, um

automóvel não poderia sair do lugar, se não fosse o motor. Nele, a maioria daspeças é feita por meio de processo de fundição.

Fundição passo-a-passo

A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelasligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosas (ligas de cobre,alumínio, zinco e magnésio)



Mecânica ____________________________________________________________

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77.. FFoorrjjaammeennttoo

O forjamento, um processo de conformação mecânica em que o material édeformado por martelamento ou prensagem, é empregado para a fabricação deprodutos acabados ou semi-acabados de alta resistência mecânica, destinados a

sofrer grandes esforços e solicitações em sua utilização.Embora, hoje em dia, o forjamento seja feito por meio de equipamentos, oprincípio do processo continua o mesmo: aplicação individual e intermitente depressão, quer dizer, o velho martelamento, ou então, a prensagem.

O forjamento por martelamento é feito aplicando-se golpes rápidos e sucessivosno metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando o martelo toca ometal, decrescendo rapidamente de intensidade, à medida que, a energia dogolpe é absorvida na deformação do material. Ô resultado é que o martelamentoproduz deformação principalmente nas camadas superficiais da peça, o que dáuma deformação irregular nas fibras do material. Pontas de eixo, virabrequins,

discos de turbinas são exemplos de produtos forjados fabricados pormartelamento.

No forjamento por martelamento, são usados martelos de forja que aplicamgolpes rápidos e sucessivos ao metal, por meio de uma massa de 200 a 3.000kg,que cai livremente ou é impulsionada de uma certa altura que varia entre 1 e3,5m.



Mecânica ____________________________________________________________

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31/33

Na prensagem, o metal fica sujeito à ação da força de compressão em baixavelocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de ser retirada, demodo que, as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas noprocesso de conformação. A deformação resultante é, então, mais regular do quea produzida pela ação dinâmica do martelamento. Palhetas de turbinas e forjadosde liga leve são produtos fabricados por prensagem.

O forjamento por prensagem é realizado por apenas mecânicas ou hidráulicas. Asprensas mecânicas, de curso limitado, são acionadas por eixos excêntricos epodem, aplicar cargas entre 100 e 8.000 toneladas. As prensas hidráulicas podemter um grande curso e são acionadas por pistões hidráulicos. Sua capacidade deaplicação de carga fica entre 300 e 50.000 toneladas. Elas são bem mais carasque as prensas mecânicas.

As operações de forjamento são realizadas a quente, em temperaturas superioresás de recristalização do metal. É importante que a peça seja aquecidauniformemente e em temperatura adequada. Esse aquecimento é feito em fornosde tamanhos e formatos variados, relacionados ao tipo de metal usado e de

peças a serem produzidas e vão desde os fornos de câmara simples até os fornoscom controle específico de atmosfera e temperatura. Alguns metais não-ferrosospodem ser forjados a frio.



Mecânica ____________________________________________________________

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Matriz aberta ou fechada?

Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que ajuda a fornecero formato final da peça forjada. E ajuda a classificar os processos de forjamento,podem ser:

• Forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;• Forjamento em matrizes fechadas.

As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de compressão, altassolicitações térmicas e, ainda, a choques mecânicos. Devido a essas condiçõesde trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem alta dureza, elevadatenacidade, resistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e altaresistência ao desgaste. Por isso, elas são feitas, em sua maioria, de blocos deaços-liga, forjados e tratadas termicamente. Quando as solicitações são aindamaiores, as matrizes são fabricadas com metal duro.

No forjamento livre, as matrizes têm geometria ou formatos bastantes simples.

Esse tipo de forjamento é usado quando o número de peças que se desejaproduzir é pequeno e seu tamanho é grande. É o caso de eixos de navios,turbinas, virabrequins e anéis de grande porte.

A operação de forjamento livre é realizada em várias etapas. Como exemplo, ailustração mostra o estiramento de uma parte de uma barra. Observe a peçainicial (a) e o resultado final (e). A operação é iniciada com uma matriz depequena largura. O estiramento acontece por meio da barra (b,c,d,e). A barra égirada 90º e o processo repetido (f). Para obter o acabamento mostrado em g, asmatrizes são colocadas por outras de maior largura.



Mecânica ____________________________________________________________

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RReeffeerrêênncciiaass BBiibblliiooggrrááffiiccaass SENAI. MG. Coleção Básica SENAI - Mecânico de Manutenção. 3ª Edição. 1978.

PROVENZA, Francesco. Materiais para construção mecânicas. São Paulo. Ed.

Pro-tec.MALISHEV, A. , NIKOLAIEV, G. , SHUVALOV, Y. Tecnologia dos metais . 2ªEdição. São Paulo. Ed. Mestre Jou. 1970.

REMY, A., GAY, M. GONTHIER, R. Materiais . São Paulo. Ed. Hemus



ANEXO

ISSN 0103-9830

BT/PCC/256

Oswaldo CascudoPaulo Roberto do Lago Helene

São Paulo – 2000

PRODUÇÃO E OBTENÇÃO DE BARRAS EFIOS DE AÇO PARA CONCRETO ARMADO



Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Construção CivilBoletim Técnico - Série BT/PCC

Diretor: Prof. Dr. Antônio Marcos de Aguirra Massola

Vice-Diretor: Prof. Dr. Vahan Agopyan

Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya AbikoSuplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. João da Rocha Lima Junior

Conselho EditorialProf. Dr. Alex AbikoProf. Dr. Francisco CardosoProf. Dr. João da Rocha Lima Jr.Prof. Dr. Orestes Marraccini GonçalvesProf. Dr. Antônio Domingues de FigueiredoProf. Dr. Cheng Liang Yee

Coordenador TécnicoProf. Dr. Alex Abiko

O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/Departamento de Engenharia deConstrução Civil, fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade.

FICHA CATALOGRÁFICA

Cascudo, OswaldoProdução e obtenção de barras e fios de aço para concreto

armado / O. Cascudo, P.R.L. Helene. -- São Paulo : EPUSP,2000.

17 p. – (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, De-partamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/256)

1. Concreto armado 2. Aço carbono 3. Armaduras (Estrutu-ras) I. Helene, Paulo Roberto do Lago II. Universidade de SãoPaulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia deConstrução Civil III. Título IV. Série

ISSN 0103-9830 CDU 693.55669.14624.012.454



352'8d 2(2%7(1d 2'(%$55$6(),26'($d23$5$

&21&5(72$50$'2

352'8&7,212)67((/%$56$1':,5(6)255(,1)25&('

&21&5(7(

2VZDOGR&DVFXGRProfessor Doutor da Escola de Engenharia Civil daUniversidade Federal de Goiás

3DXOR+HOHQHProfessor Doutor da Escola Politécnica da UniversidadeUniversidade de São Paulo

5(6802

Os objetivos deste boletim técnico são apresentar e discutir as principais etapas

envolvidas na produção e obtenção das barras e fios de aço carbono para concreto

armado, quais sejam: preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização), produçãodo ferro-gusa (alto-forno), produção do aço (aciaria), refinamento e lingotamento, e

conformação mecânica (laminação e trefilação). Em cada item do trabalho, apresenta-

se uma descrição sumária da etapa em questão, comentando-se os aspectos mais

relevantes relativos ao processo produtivo.

$%675$&7

The purposes of this technical report are to present and discuss the main steps existing

in the production of carbon steel bars and wires for reinforced concrete. These steps

are: prepare of the raw materials, production of pig iron (blast furnace), production of

steel (by melting), refining and casting in ingots, and mechanical working operations

(hot-rolling and cold-drawing). In each section of the work, it is presented a brief

description of the considered steps, as well as comments are made with regard to the

productive process.

3DODYUDVFKDYHconcreto armado, aço carbono, armadura, barra, fio, produção.



2

,1752'8d 2

A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação

metalúrgica e de conformação mecânica. Em síntese, pode-se dividir sua

produção em cinco grandes etapas, a saber (DIAS, 1998): preparo das

matérias-primas (coqueria e sinterização), produção do ferro-gusa (alto-forno),

produção do aço (aciaria), refinamento e lingotamento, e conformação

mecânica (laminação e trefilação). A Figura 1 ilustra esquematicamente osprocessos para produção do aço e, nos itens a seguir, apresenta-se uma

descrição sumária de cada etapa.

Figura 1 – Etapas básicas para produção do aço. (DIAS, 1998)



3

35(3$52,1,&,$/'$60$7e5,$635,0$6±&248(5,$(6,17(5,

=$d 2

Para a obtenção do aço são necessárias duas matérias-primas principais: o

minério de ferro1 e o carvão mineral. O carvão mineral destina-se a fornecer

energia térmica e química necessárias à redução do minério de ferro; este, por

sua vez, constitui a matéria-prima fundamental para a obtenção do aço.

Em relação ao carvão mineral, anteriormente à sua entrada no alto-forno,

realiza-se nesta matéria-prima uma operação de eliminação de impurezasconhecida como FRTXHLILFDomR. Na coqueria, local onde se processa a

coqueificação (constituído por uma série de fornos específicos), o carvão sofre

destilação em ausência de ar, com liberação de substâncias voláteis, o que se

dá a uma temperatura em torno de 1300oC, em média durante 18 horas. O

produto resultante, o FRTXH PHWDO~UJLFR, é um resíduo poroso composto

basicamente de carbono, com elevada resistência mecânica e alto ponto de

fusão. Desta feita, o coque é encaminhado ao alto-forno, enquanto finos de

coque são enviados à sinterização e aciaria. Segundo DIAS (1998), a matéria-

prima mais importante na composição do custo de um alto-forno é o coque,

participando com 60% do custo total dessa operação.

Similarmente ao caso do carvão, uma operação prévia é feita com o minério

bruto, antes de sua entrada no alto-forno. Esta operação chama-se

VLQWHUL]DomR, que nada mais é do que uma aglutinação de finos de minério,

tendo em vista teores elevados destes finos dificultarem a entrada de ar e

diminuírem a velocidade com que o ar pode entrar para executar a combustão.

O processo de sinterização em si consiste na adição de um fundente (finos de

calcário ou areia silicosa, além dos finos de coque) aos finos de minério,

levando o conjunto a um forno para fundir a mistura. Após o resfriamento e

britagem, obtém-se como resultado do processo, o VtQWHU , isto é, partículas

sólidas de dimensão média superior a 5 mm. (DIAS, 1998)

1 MINÉRIO DE FERRO representa o ferro presente na natureza sob a forma de óxidos e

hidróxidos de ferro.



4

Com a obtenção do coque e do sínter, parte-se então para a produção do ferro-

gusa, no alto-forno.

2%7(1d 2'2)(552*86$

O ferro-gusa é um produto primário no ciclo da produção do aço, sendo oriundo

da redução inicial do minério de ferro em um alto-forno. Esta redução é

resultante da combinação do carbono presente no coque com o oxigênio do

minério, em uma reação exotérmica. Em proporções adequadas, conforme sevê na Figura 2, são adicionadas quantidades de minério (na forma de sínter),

coque ou carvão vegetal e um fundente, em geral o calcário. Como o fundente

tem ponto de fusão mais baixo, ele corresponde inicialmente à fase líquida da

mistura e se destina, portanto, a fluidificar as impurezas e formar uma escória

mais fusível (COLPAERT, 1974).

Figura 2 – Proporção em massa do que entra e sai de um alto-forno.(COLPAERT, 1974)

A carga das matérias-primas sólidas em questão no alto-forno (que se trata de

um forno vertical) dá-se pela sua parte superior, em geral por meio de carrinhos

de um elevador inclinado, podendo também ocorrer mediante ponte rolante. Na

0DWpULDV3ULPDV

3URGXWRV

calcário

coque

minério

ar

gases

gusa

escória



5

verdade, a carga ocorre em uma ante-câmara, que reduz ao máximo a perda

de gases durante essa operação.

A queima contínua do coque ou carvão vegetal, ativada pela insuflação de ar,

fornece calor necessário à fusão do material. Calor e óxido de carbono vão

reduzindo o minério de ferro, sendo que o excesso de carbono carbonata o

ferro resultante. Tem-se, então, no estado de fusão, o gotejamento do ferro no

cadinho, na parte inferior do alto-forno. A escória, por ser mais leve que o ferro

(sua densidade é da ordem de 2,7 em comparação com cerca de 7 para o

ferro), flutua no material líquido, sendo facilmente separável através de orifíciosexistentes a certa altura do cadinho. O ferro, por sua vez, é retirado por

escoamento do líquido através de aberturas no fundo do cadinho.

Dessa forma, obtem-se três produtos básicos: o material líquido, o então

chamado ferro-gusa; a escória de alto-forno e os gases.

O ferro gusa é, portanto, um produto bruto, com teores de carbono entre 3,5 e

4,5%, que em geral esfria até se tornar sólido, sendo comercializado em

blocos. Tal produto representa uma das matérias-primas à obtenção posterior

do aço. De acordo com COLPAERT (1974), a produção de gusa em cada 24

horas é de 50 a 1000 toneladas, conforme o tamanho do alto-forno.

A escória é um sub-produto inevitável nos processos siderúrgicos, sendo

constituída em sua maior parte de aluminossilicatos de cálcio sob a forma

vítrea. Ela resulta da combinação dos minerais da ganga do minério de ferro,

das cinzas do coque e o calcário ou dolomito utilizados como fundentes, tendo

atualmente uma importante atuação no indústria cimenteira, especificamente

na obtenção do cimento Portland de alto-forno, o CP III. Sua estrutura vítrea e

alta reatividade, requisitos essenciais ao seu uso no cimento, são obtidos

mediante resfriamento rápido, quando a escória é vertida em tanques com

água, os chamados tanques de granulação. O produto final é então

denominado HVFyULDJUDQXODGDGHDOWRIRUQR. (BATTAGIN; ESPER, s. n. t.)



6

Finalmente, os gases, ricos em monóxido de carbono, saem pela parte superior

do alto-forno e são recolhidos para sua utilização como combustível. Antes,

porém, eles são purificados, de maneira a se retirar poeira. A Figura 3 ilustraesquematicamente um alto-forno.

Figura 3 – Representação esquemática de um alto-forno. (DIAS, 1998)

352'8d 2'2$d2$&,$5,$

Constitui-se matéria-prima à produção do aço o ferro-gusa e, de maneira nãoexcludente, sucatas de aço ou ferro fundido. Os ferro-ligas, ou seja, ligas de

ferro com outros metais em teores relativamente elevados, também são

matéria-prima à produção do aço, sendo, em especial, destinados a servir

como adição para ajuste da composição química.

A partir de um pátio de sucata, este tipo de matéria-prima se junta ao ferro-

gusa e, em proporções adequadas, ambos são adicionados ao forno. Cabe

salientar que em função do tipo de forno empregado e da disponibilidade de

matéria-prima, às vezes só o gusa é empregado e outras vezes apenas é



7

refinada a sucata de aço, cabendo ao ferro-liga um uso mais restrito, mormente

quando se requer ajuste na proporção especificada.

A retirada do material do pátio da sucata se dá muitas vezes através de

transportador dotado de eletroimã, o qual, dadas as características

ferromagnéticas dos aços, atrai para si a matéria-prima e a conduz para

grandes recipientes conhecidos como “cestões”. Determinado número de

“cestões” definem uma corrida de aço sólido.

A etapa seguinte é então a condução dos “cestões” até o forno e a descarga damatéria-prima para queima ou calcinação. Com esta operação, cumpre-se a

finalidade da aciaria, qual seja, transformar ferro-gusa em aço.

Diversos são os tipos de fornos existentes, dentre os quais pode-se citar o

conversor Bessemer, o Siemens-Martin, o forno elétrico etc. A seguir tem-se

algumas considerações sobre os citados fornos.

&RQYHUVRU%HVVHPHU

Este forno somente refina o ferro gusa, o qual sempre é introduzido no estado

de fusão. O seu princípio é o da passagem de ar comprimido ou oxigênio

através da massa líquida, a qual oxida e elimina as impurezas e o carbono,

mantendo elevada a temperatura do material em fusão, que gira em torno de

de 1700oC (DIAS, 1998).

)RUQR6LHPHQV0DUWLQ

Trata-se de um forno horizontal longo, com diversas aberturas laterais por onde

se processa a carga, sendo o escoamento do aço líquido feito por intermédio

de canalículos que vêm do fundo do “leito” do forno e saem em sentido oposto

às aberturas de carga.



8

O calor no interior do forno é conseguido mediante a queima de um

combustível gasoso ou a óleo que é insuflado em uma das extremidades do

forno. Os gases por sua vez são exalados pela extremidade oposta, não semantes passarem por um recuperador, que nada mais é do que um

empilhamento de tijolos na parte inferior do forno. Isto é necessário para que

tais gases, de elevada temperatura, possam ceder calor antes de se dirigirem

às chaminés.

Informações de COLPAERT (1974) salientam que a produção diária dos fornos

Siemens-Martin varia de 60 a 350 toneladas, conforme o tamanho do forno; eque a duração de uma corrida de 100 toneladas, por exemplo (desde o

carregamento até o vazamento), é da ordem de 12 horas. A Figura 4 destaca

de forma esquemática um forno Siemens-Martin.

Figura 4 – Representação esquemática de um forno Siemens-Martin.

(COLPAERT, 1974)



9

)RUQR(OpWULFR

O forno elétrico ou forno elétrico a arco na realidade é um grande recipiente,basculante, com duas aberturas diametralmente opostas; sendo uma para

carga do material sólido e a outra por onde é vertida a massa líquida, conforme

se vê na Figura 5.

O calor é fornecido pelo arco voltaico que se forma entre os três eletrodos

verticais, geralmente de grafite, e o banho; o qual funde a matéria-prima e

produz o “aço líquido”. A temperatura neste estado varia de 1590o

C a 1700o

C2

aproximadamente.

Durante a queima do material é comum a injeção de oxigênio, que ajuda a

esquentar a corrida, fundir mais rapidamente o material sólido e queimar

carbono; a partir deste procedimento fica nítida a separação da escória do aço

líquido.

Há uma grande variação no tamanho dos fornos elétricos, cuja produção em

toneladas de aço por corrida se estende desde ½ até 100 toneladas

(COLPAERT, 1974). Dados fornecidos pela Belgo-Mineira informam que uma

corrida de 100 toneladas de matéria-prima (correspondente a dois “cestões” de

50 t), o que representa cerca de 86 toneladas de aço pronto, dura 40 minutos

aproximadamente. Isto significa uma produção de 2000 t/dia e 57 000 t/mês.

2 A capacidade do transformador nestes casos é da ordem de 48 000 V, de modo a se atingir onível de temperatura em questão.



10

Figura 5 – Representação esquemática de um forno elétrico, tipo Heroult.(COLPAERT, 1974)

5(),1$0(172(/,1*27$0(172

Após a passagem pelo forno principal, o aço líquido é vertido em um balde devazamento ou panela e levado a fornos menores para refino e ajuste de sua

composição final. Esses fornos podem ser do tipo elétrico, também com três

eletrodos de grafite, sendo conhecidos como IRUQRVSDQHOD, nos quais o aço

permanece por cerca de quarenta minutos a uma temperatura da ordem de

1600oC.

Em geral, ao final do período no forno de refino, amostras de cada corrida sãoretiradas e enviadas a laboratório para fins de controle de qualidade. Por meio



11

de técnicas como a espectrometria ótica, por exemplo, elementos químicos são

determinados e a composição química avaliada. Em função dos resultados, o

aço líquido pode receber ferros-ligas, de maneira que o produto final seenquadre dentro dos limites requeridos.

Cessada a etapa de refino, o aço é submetido ao processo de lingotamento

contínuo. Através de uma única abertura no fundo da panela, o aço líquido é

escoado para um distribuidor, que então distribui o volume de material líquido

de modo a escoá-lo simultaneamente através de vários furos existentes no

fundo do distribuidor, conforme pode-se ver na Figura 6. Abaixo de cada furodo distribuidor existe um molde de seção quadrada que recebe o aço líquido e

dá forma ao material. A este molde dá-se o nome de lingoteira, a qual, por ser

refrigerada com água, é conhecida como lingoteira refrigerada. O aço líquido é,

portanto, vazado para as lingoteiras ainda em estado rubro, com temperatura

ao redor de 1200oC, sendo consequentemente resfriado ao ar, ao mesmo

tempo em que vai se solidificando na forma de barras de seção quadrada.

Estas barras são cortadas em tamanhos adequados para a etapa seguinte do

processo que é a laminação, em torno de 15 metros.

Figura 6 – Representação esquemática do processo de lingotamento do aço.

(DIAS, 1998)



12

&21)250$d 20(&Æ1,&$

A seguir são descritas as etapas de conformação mecânica aplicadas aos açospara concreto armado, a saber, laminação a quente e trefilação, esta aplicada

apenas aos fios de aço CA-60.

/DPLQDomRD4XHQWH

A etapa de laminação a quente, por que passam todos os aços destinados ao

uso como armaduras para concreto armado, basicamente consiste de umreaquecimento das barras e submissão a um esforço de compressão lateral e

posteriormente diametral (quando os paralelepípedos se transformam em

cilindros), de maneira a haver redução de seção transversal, conforme salienta

o esquema da Figura 7.

Inicialmente leva-se as barras a um forno de reaquecimento, elevando-se a

temperatura do aço até 1200oC aproximadamente, que é a temperatura dita de

laminação. Neste nível de temperatura o aço já adquire a coloração rubra.

A partir daí, os aços são forçados a passar pelos trens de laminação, que em

geral são divididos em três categorias: trens desbastadores, trens

intermediários e trens acabadores. Cada um destes trens é composto de vários

segmentos ou “gaiolas” (em torno de 7 ou 8), os quais contém jogos de

cilindros que exercem a compressão lateral da barra, de modo que a passagem

por cada “gaiola” implica em reduções paulatinas da seção transversal. Nos

trens acabadores, discos de laminação especiais exercem a compressão,

propiciando assim o acabamento final em forma de barras cilíndricas e a

gravação da marca do fabricante. No caso das barras de aço CA-50, é nesta

etapa que é dado o aspecto corrugado, caracterizado pelas nervuras em alto

relevo.



13

Figura 7 – Esquema do processo de laminação a quente para os açosdestinados a armaduras para concreto armado. (DIAS, 1998)

O processo de laminação a quente implica então em elevação da temperatura

do aço, aplicação de esforço mecânico de compressão lateral ou diametral e

posterior resfriamento dos produtos finais. Neste resfriamento, o contato do

metal quente que sai dos trens de laminação com o meio ambiente provocauma oxidação superficial na barra, criando-se uma camada superficial de

óxidos sobre o metal, a chamada “carepa de laminação”. Esta carepa é tanto

mais espessa e definida quanto mais brusco é o resfriamento. No caso dos

aços CA-50, há um tratamento térmico de têmpera, que propicia ao aço, pelo

menos em uma certa espessura periférica da seção transversal, a adoção de

uma microestrutura martensítica3. Isto se dá com um brusco resfriamento em

água dos vergalhões, à saída dos trens de laminação, cuja conseqüência

inevitável é a consolidação de uma consistente carepa de óxidos de coloração

cinza ou azulada, considerada por muitos como protetora da corrosão

atmosférica e até mesmo da corrosão no interior do concreto.

3 MICORESTRUTURA MARTENSÍTICA: é considerada uma solução sólida supersaturada ametaestável de carbono em ferro α (ferrita), apresentando uma estrutura tetragonal de corpocentrado, isto é, uma célula unitária correspondendo a um prisma reto de base quadrada, com

as arestas laterais diferentes das arestas da base. Esta microstrutura contém grandes tensõesinternas, haja vista ser obtida mediante processo de têmpera, estando o carbono forçosamentedistribuído na rede cristalina da ferrita. No exame de superfície polida, a martensita é vista sobforma de "agulhas".



14

7UHILODomR

A trefilação é o processo industrial final da produção do aço, aplicado apenasàs armaduras CA-60. Consiste em submeter os rolos de fio-máquina a uma

deformação a frio, através de um procedimento de “estiramento” do aço, como

se refere a NBR 7480 (ABNT, 1996). Dessa forma, os fios de aço são forçados

a passar através de vários anéis ou fieiras, cujo diâmetro de entrada (em cada

anel) é maior que o diâmetro de saída. O resultado é uma deformação

microestrutural, com alongamento dos grãos paralelamente ao esforço de

tração, conforme se vê na Figura 8.

Figura 8 – Ilustração do processo de trefilação, destacando a redução de seçãodo aço e uma orientação preferencial dos grãos, segundo a direçãoparalela ao esforço de tração. (SHACKELFORD, 1996)

Cada conjunto de anéis ou fieira reduz em cerca de 20% a seção transversal

do aço, de maneira que a passagem total pelo trefilador implica em quatro ou

cinco reduções.

Informações operacionais ressaltam a necessidade de se promover,

anteriormente à trefilação, uma decapagem dos fios que vêm dos laminadores.

Esta decapagem visa basicamente remover a carepa de laminação e é feita

mediante banhos de ácido clorídrico, por exemplo, seguidos de banhos com

água e, no final, banhos com cal para neutralizar. Durante a passagem pelas

primeiras fieiras, é comum usar-se sabão seco, para lubrificar e melhorar o

trabalho de trefilação. Na última fieira é dado um entalhe na superfície metálica,

geralmente em baixo relevo, com o objetivo de tornar mais áspera a superfície,

melhorando assim a posterior aderência com o concreto. Ao final de todo o



15

processo pode-se passar óleo na superfície dos fios de aço, dando-lhes uma

proteção adicional contra a corrosão pelo ambiente, haja vista o produto em

questão não conter mais carepa de laminação.

O aço trefilado, sob o ponto de vista estrutural, sofre escorregamento de

cristais, de forma que deformações permanentes ou plásticas resultam após

todo o processo (JASTRZEBSKI, 1959). Diz-se então que o aço sofreu

encruamento. Desta feita, escorregamentos posteriores tornam-se mais difíceis

e a conseqüência imediata é um aumento na dureza (VAN VLACK, 1970).

SHACKELFORD (1996) destaca que o mecanismo que explica esse aumentona dureza está baseado na resistência à deformação plástica devida à alta

densidade de discordâncias produzidas no trabalho a frio, entendendo-se essa

densidade como o comprimento das linhas de discordâncias por unidade de

volume. A estrutura encruada, portanto, apresenta grãos severamente

distorcidos, sendo bastante instável; os cristais neste caso têm mais energia

em comparação com os cristais não deformados, já que estão cheios de

discordâncias e outras imperfeições. Havendo oportunidade, os átomos desses

cristais se reacomodarão de forma a se ter um arranjo perfeito e não

deformado (JASTRZEBSKI, 1959); isto é passível de ocorrer mediante

tratamentos térmicos, como o recozimento por exemplo.

Um dos resultados que parece de fato existir a partir do nível energético mais

elevado e maiores imperfeições de uma estrutura encruada é a diminuição da

resistência à corrosão, conforme salientam diversos autores de destaque na

área de ciência e tecnologia de materiais (JASTRZEBSKI, 1959; VAN VLACK,

1970; GUY, 1980; ASKELAND, 1990; SHACKELFORD, 1996). Outras

propriedades são significativamente alteradas com a trefilação, a saber, tem-se

aumentados o limite de escoamento e a resistência à tração, reduzindo-se em

contrapartida a ductilidade (estricção e alongamento), tendo em vista parte da

elongação ser “consumida” durante a deformação a frio (VAN VLACK, 1984).

A Figura 9 mostra diagramas de tensão-deformação para um aço encruado e

outro recozido. Pode-se observar evidente os comentários do parágrafo



16

anterior, além do comportamento muito menos tenaz ou mais frágil do aço

encruado.

Figura 9 – Comparação entre o aspecto do diagrama tensão-deformação deum aço recozido e outro encruado.

A Tabela 1 destaca as variações em algumas propriedades quando do

encruamento do aço.

Tabela 1 - Variação da resistência à tração, dureza, alongamento e resistênciaao choque, com a passagem de um aço recozido para encruado.(COLPAERT, 1974)

$oRV

3URSULHGDGHV 5HFR]LGR (QFUXDGR

Resistência à tração 400 MPa 700 MPa

Dureza Brinell 100 200

Alongamento em 10φ 35% 5%Resistência ao choque 18 kgm 2 kgm

Limite deescoamento

recozido

Limite deescoamento

encruado

Deformações

Cargas



17

5()(5Ç1&,$6%,%/,2*5È),&$6

ASKELAND, D. R. 7KH VFLHQFH DQG HQJLQHHULQJ RI PDWHULDOV. 2. SI ed.London, Chapman & Hall, 1990.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. %DUUDVHILRVGHDoRGHVWLQDGRV D DUPDGXUDV SDUD FRQFUHWR DUPDGR; especificação; NBR7480. Rio de Janeiro, 1996.

BATTAGIN, A. F.; ESPER, M. W. &RQWULEXLomR DR FRQKHFLPHQWR GDVSURSULHGDGHVGRFLPHQWR3RUWODQGGHDOWRIRUQR . São Paulo, ABCP, s.n. t.

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GUY, A.G. &LrQFLDGRV0DWHULDLV. Rio de Janeiro, LTC/EDUSP, 1980.

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VAN VLACK, L. H. 3ULQFtSLRVGHFLrQFLDHWHFQRORJLDGRVPDWHULDLV; trad.MONTEIRO, E. 4. ed. Rio de Janeiro, Campus, 1984. 567 p.



BOLETINS TÉCNICOS PUBLICADOS

BT/PCC/237 Dosagem de Argamassas através de Curvas Granulométricas. ARNALDO MANOELPEREIRA CARNEIRO, MARIA ALBA CINCOTTO. 37p.

BT/PCC/238 Estudo da Difusão do Oxigênio no Concreto. PAULO FANCINETE JÚNIOR, ENIO J. P.

FIGUEIREDO. 23p.BT/PCC/239 Fissuração por Retração em Concretos Reforçados com Fibras de Polipropileno (CRFP).

JUSSARA TANESI, ANTONIO DOMINGUES FIGUEIREDO. 24p.

BT/PCC/240 Análise em Project Finance. A escolha da moeda de referência. JOÃO R. LIMA JR 42P.

BT/PCC/241 Tempo em Aberto da Argamassa Colante: Influência dos Aditivos HEC e PVAc. YÊDAVIEIRA PÓVOAS, VANDERLEY MOACYR JOHN. 13p.

BT/PCC/242 Metodologia para Coleta e Análise de Informações sobre Consumo e Perdas de Materiais eComponentes nos Canteiros de Obras de Edifícios. JOSÉ CARLOS PALIARI, UBIRACIESPINELLI LEMES DE SOUZA. 20p.

BT/PCC/243 Rendimentos Obtidos na Locação e Sublocação de Cortiços – Estudo de casos na área centralda cidade de São Paulo. LUIZ TOKUZI KOHARA, ANDREA PICCINI. 14p.

BT/PCC/244 Avaliação do Uso de Válvulas de Admissão de Ar em Substituição ao Sistema de VentilaçãoConvencional em Sistemas Prediais de Esgotos Sanitários. HELCIO MASINI, ORESTESMARRACCINI GONÇALVES. 12p.

BT/PCC/245 Programações por Recursos: O Desenvolvimento de um Método de Nivelamento e Alocaçãocom Números Nebulosos para o Setor da Construção Civil. SÉRGIO ALFREDO ROSA DASILVA, JOÃO DA ROCHA LIMA JR. 26p.

BT/PCC/246 Tecnologia e Projeto de Revestimentos Cerâmicos de Fachadas de Edifícios. JONASSILVESTRE MEDEIROS, FERNANDO HENRIQUE SABBATINI. 28p.

BT/PCC/247 Metodologia para a Implantação de Programa de Uso Racional da Água em Edifícios.LÚCIA HELENA DE OLIVEIRA, ORESTES MARRACCINI GONÇALVES. 14p.

BT/PCC/248 Vedação Vertical Interna de Chapas de Gesso Acartonado: Método Construtivo. ELIANAKIMIE TANIGUTI, MERCIA MARIA BOTTURA DE BARROS. 26p.

BT/PCC/249 Metodologia de Avaliação de Custos de Inovações Tecnológicas na Produção de Habitaçõesde Interesse Social. LUIZ REYNALDO DE AZEVEDO CARDOSO, ALEX KENYAABIKO. 22p

BT/PCC/250 Método para Quantificação de Perdas de Materiais nos Canteiros de Obra em Obras deConstrução de Edifícios: Superestrutura e Alvenaria. ARTEMÁRIA COÊLHO DEANDRADE, UBIRACI ESPINELLI LEMES DE SOUZA. 23p.

BT/PCC/251 Emprego de Dispositivos Automáticos em Aparelhos Sanitários para Uso Racional da Água.CYNTHIA DO CARMO ARANHA FREIRE, RACINE TADEU ARAÚJO PRADO. 14p.

BT/PCC/252 Qualidade no Projeto e na Execução de Alvenaria Estrutural e de Alvenarias de Vedação emEdifícios. ERCIO THOMAZ, , PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 31 p.

BT/PCC/253 Avaliação de Áreas Urbanas através dos Usuários: O Caso do Centro de Guaratiguetá.MAURICIO MONTEIRO VIEIRA, WITOLD ZMITROWICZ. 20p.

BT/PCC/254 O Conceito de Tempo Útil das Pastas de Gesso. RUBIANE PAZ DO NASCIMENTOANTUNES, VANDERLEY MOACYR JOHN.15p.

BT/PCC/255 Impactos Ambientais Causados por Resíduos Sólidos Urbanos: O Caso de Maringá/PR.GENEROSO DE ANGELIS NETO, WITOLD ZMITROWICZ. 24p.

BT/PCC/256 Produção e Obtenção de Barras de Fios de Aço para Concreto Armado. OSWALDOCASCUDO, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 17p.



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