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MATERIAIS METÁLICOS – AULA 4

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANACURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAMATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – E (TEC 156)

Profª. Cintia Maria Ariani Fontes

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METAIS FERROSOS� Contêm uma percentagem elevada de ferro em sua

composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte

� Vantagens� São facilmente adaptáveis a qualquer situação de uso devido a � São facilmente adaptáveis a qualquer situação de uso devido a

sua variedade de propriedades físicas e mecânicas

� Desvantagens� Susceptíveis à corrosão

� Exemplos: Aço e o ferro fundido

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MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Matérias primas da industria siderúrgica

� Minério de ferro� Carvão� Calcário

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� Minério de ferro� Óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos são minerais que contêm ferro em

quantidade apreciável

MATERIAIS METÁLICOS – Produção do aço� Produção em alto-fornos

� Minério de ferro� Tipos mais importantes para a indústria siderúrgica

� Magnetita (óxido ferroso-férrico) → Fe3O4 (72,4% Fe).

� Hematita (óxido férrico) → Fe2O3 (69,9% Fe) -

→� Limonita (óxido hidratado de ferro) → 2FeO3.3H2O (48,3% Fe) � O Brasil possui grandes reservas de minério de ferro com alto teor de

ferro

� Composição

� Parte útil → parte que contém o ferro

� Ganga → impurezas sem valor direto

� Estéril → rocha onde o minério é encontrado

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� Carvão� Função

� Fornecedor de calor para a combustão

� Fornecedor do carbono para a redução de óxido de ferro

� Fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro gusa

� Tipos � carvão coque ou carvão vegetal� Coque - consiste no aquecimento de carvão mineral a altas

temperaturas, em câmaras hermeticamente fechadas, libera gases de sua estrutura

� Vegetal - Ou de “madeira” é fabricado mediante pirólise da madeira

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� Calcário (CaCO3)� Usado como fundente

� Tem a função de combinar-se com as impurezas (ganga) do minério e com as cinzas do carvão, formando as chamadas “escórias”

� Outras matérias primas� Minério de manganês

� As “ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio, níquel, tungstênio, titânio, etc.

� A sucata de aço, ou seja, subprodutos da fabricação de aço e itens ou componentes de aço desgastados, quebrados ou descartados

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Processo de produção do aço� Usinas siderúrgicas classificam-se em: integradas e semi-

integradas� Etapas de redução, refino e laminação: integradas� Refino e laminação: semi-integradas

� Etapa de redução: � Ocorre nos alto-fornos. � Redução do oxigênio e outras impurezas existentes no minério

de ferro. Para isso utiliza-se como combustível o coque ou carvão vegetal

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Processo de produção do aço� Etapa de redução:

� Utiliza-se calcário para captar impurezas no minério� Forma-se a escória de alto-forno, muito utilizada pelas

indústrias cimenteiras� Resulta desse processo o ferro-gusa etapa de refino� Resulta desse processo o ferro-gusa etapa de refino

� Etapa de refino:� Ocorre na Aciaria� Ferro-gusa recebe adições de ligas metálicas específicas e injeção

de oxigênio, transformando-se em aço� A quantidade desses materiais varia conforme composição

química desejada8

Processo de produção do aço� Etapa de laminação

� Processo de deformação mecânica� Responsável pela redução da seção do tarugo� Produção de barras de aço, chapas, perfis, cantoneiras, etc.

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Processo de produção do aço

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CLASSIFICAÇÃOMetais Ferrosos

Aços Ferro-fundido

• Ligas de natureza

complexa• Ligas de Fe-C-Si, com

teor de carbono > 2,14% �

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complexa• Contém entre 0,008 e 2,11% de carbono

• Contém outros

elementos secundários (Si, Mn, P, S) devido ao

processo de fabricação

• As propriedades variam

com o teor de carbono

teor de carbono > 2,14% �

geralmente contém entre 3,0 e 4,5%

• Deve resultar teor de

carbono parcialmente livre, na forma de veios ou

lamelas de grafita

• Fase líquida obtida entre

1150 e 1300ºC � facilidade de fusão da liga

CLASSIFICAÇÃOMetais Ferrosos

Aços Ferro-fundido

Baixa Liga Alta Liga Cinzento Branco

Dúctil Baixo teor Comum

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Dúctil

(nodular)MaleávelBaixo teor

de carbono

C<0,25%

Comum

Alta

resistência

Médio teor de carbono

0,25<C<0,60%

Comum

Tratável

termicamente

Alto teor de

carbono 0,60<C<1,40%

FerramentaComum Inoxidável

Sistema Ferro – Carbono ou Carbeto de ferro

� Ferro puro antes de fundir� Ferrita ou ferro α

� T ambiente a 912ºC

� Estrutura CCC

� Austenita ou ferro γ� Austenita ou ferro γ� 912ºC a 1394ºC

� Estrutura CFC

� Ferrita δ� 1394ºC a 1538ºC

� Estrutura CCC

Cementita (Fe3C)


� Diagrama de fases� Aços hipoeutetóides

� Aços com menos de 0,76% de carbono

� Constitiuidos de perlita e ferrita à temperatura ambienteferrita à temperatura ambiente

� Aços hipereutetóides� Aços com mais de 0,76% de

carbono

� Constitiuidos de perlita e cementita à temperatura ambiente

� Diagrama de fases� Carbono é uma impureza intersticial no ferro solução sólida com a ferrita

α e δ e austenita

� Ferrita α� Solubilidade máxima de C 0,022% (727ºC)


Solubilidade máxima de C 0,022% (727ºC)

o Forma e tamanho das posições intersticiais na estrutura CCC

o Influência significativa nas propriedades mecânicas da ferrita• Mole, magnética (T < 768ºC) e densidade de 7,88g/cm3

� Austenita� Instável para T < 727ºC

� Solubilidade do C de 2,14%p (T = 1147ºC)

� Posições intersticiais maiores (CFC), deformações nos átomos de ferro são menores

� Não magnéticas

� Diagrama de fases

� Ferrita δ� Não tem importância tecnológica

� Cementita


� Cementita� Limite de solubilidade é excedido na ferrita α e austenita� Dura e frágil

� Quando presente, aumenta a resistência de alguns aços

� Microestrutura� Depende do teor de carbono e do tratamento térmico

� Exemplo: liga com composição eutetóide (0,76%C)� Fase austenita (acima de S)

� Mudanças ocorrem abaixo da temperatura eutetóide (727ºC)


Mudanças ocorrem abaixo da temperatura eutetóide (727ºC)

� Camadas alternadas de ferrita α + Fe3C (perlita)� Perlita: propriedades entre a ferrita mole e dúctil e a

cementita dura e frágil

� Microestrutura� Perlita


Perlita

cementita

dura frágil

ferrita

mole dúctil

Resistência à tração e

de escoamento e

dureza de Brinell

Ductilidade e

tenacidade

� Microestrutura� São produtos da transformação austenítica

� Bainita (ferrita e cementita): agulhas ou placas

o Mais resistentes e duros que os aços perlíticos

o Apresentam resistência e ductilidade desejável


o Apresentam resistência e ductilidade desejável

� Cementita globulizada: microestrutura perlita ou bainita aquecida a temperatura inferior a eutetóide, permanecendo por até 24h

o Menor área de contornos deformação plástica sem restrição (material mole e fraco)

o Extremamente dúcteis e tenazes

� Microestrutura� Martensita: resfriamento rápido de ligas austenizadas de forma a impedir a

difusão do carbono. Caso contrário, formação das fases ferrita e cementita

o Mais dura e mais resistente e mais frágil. Ductilidade desprezível

o Característica não estejam associadas a sua microestrutura. Restrição dos


o Característica não estejam associadas a sua microestrutura. Restrição dos movimentos de discordâncias pelos átomos de carbono intersticiais

o Recuperação da ductilidade e tenacidade: tratamento térmico conhecido por revenido

o Aquecimento do aço martensítico abaixo da temperatura eutetóide por tempo definido. Alívio de tensões e processo de difusão do carbono formando a cementita e a ferrita. MARTENSITA REVENIDA

MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com baixo teor de carbono - COMUM

� Aços mais produzidos no mundo� Contêm teores de carbono inferiores a 0,25%� Sua microestrutura é composta de ferrita e perlita� São ligas relativamente moles e fracas, porém possuem elevados � São ligas relativamente moles e fracas, porém possuem elevados

valores de ductilidade e tenacidade� Em geral possuem:

� Limite de escoamento: 275MPa

� Limite de resistência à tração entre 415 e 550MPa

� Ductilidade de 25% (alongamento)

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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com baixo teor de carbono – COMUM

� São usináveis, soldáveis, além de serem os mais baratos para serem produzidos

� Aplicações: carcaças de automóveis, formas estruturais (perfis I e H e cantoneiras) e chapas (tubulações, edificações, pontes, e H e cantoneiras) e chapas (tubulações, edificações, pontes, etc.)

� Aços com baixo teor de carbono - AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL)

� Contêm outros elementos em sua liga � Cobre, vanádio, níquel e molibdênio em teores que podem chegar a 10% � geralmente < 3%

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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)

� Aços com baixo teor de carbono - AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL)� Limite de resistência à tração superior devido a tratamento

térmico � > 480 MPa� São dúcteis, conformáveis e podem ser soldados com facilidade� São dúcteis, conformáveis e podem ser soldados com facilidade� Quando apresentam elevada resistência à corrosão atmosférica

são conhecidos como aços patináveis (camada de óxido compacta e aderente)

� Aços com médio teor de carbono� Teor de carbono em torno de 0,25 e 0,60%� São mais resistentes que os aços com baixo teor de C, porém

comprometem um pouco a ductilidade e tenacidade do material23

MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com médio teor de carbono

� Podem ser tratados termicamente para melhorar suas propriedades mecânicas� Produção de peças com seções delgadas e com taxas de resfriamento

rápido

� Uso de elementos de liga como, cromo, níquel e molibidênio melhoram a � Uso de elementos de liga como, cromo, níquel e molibidênio melhoram a capacidade do aço ser tratado termicamente

� Aplicações� Rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e outras peças de

máquinas e componentes estruturais de alta resistência

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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Baixa liga)� Aços com elevado teor de carbono

� Teor de carbono entre 0,6 e 1,4%� São duros e mais resistentes, porém menos dúcteis� São resistentes à abrasão� Os aços para ferramentas são aços contendo outros elementos, � Os aços para ferramentas são aços contendo outros elementos,

como, cromo, vanádio, tungstênio e molibidênio� Esses elementos combinam com o carbono formando carbetos muito

duros e resistentes à abrasão

� Aplicações� Ferramentas de corte, molas, arames de alta resistência, componentes

agrícolas de alta resistência

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MATERIAIS METÁLICOS – Aços (Alta liga)� Aço inoxidável

� Resistentes a corrosão� Esta característica pode ser melhorada com a adição de Ni e Mb

� Elemento de liga predominante é o cromo� Teor acima 10,5%

� Confere a formação de camada passiva (Cromo III)

� Camada que protege o aço contra a corrosão atmosférica

� Impermeável ao ar e à água

� Película com capacidade regenerativa

� O níquel, molibidênio e o vanádio também contribuem para a passivação

� Existem mais de 150 tipos de aços inoxidáveis, dos quais 15 tipos são mais comuns

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� Microestrtura apresenta três classes� Austenítica (CFC)

� Possuem 0,15% de carbono e no mínimo 16% de cromo e níquel e/ou manganês

o Retém a estrutura austenítica até o ponto de fusão da ligao Retém a estrutura austenítica até o ponto de fusão da liga

o Composição típica � 18%Cr e 10%Ni � Inox 18/10 � Aço de maior resistência à corrosão e não magnético

� Não pode ser tratado termicamente

� Martensítica

� Possui alta resistência mecânica e pode ser tratado termicamente

� Ligas de cromo (12 a 14%), molibidênio (0,2 a 1%), níquel (0 a 2%) e carbono (0,2 a 1%)

� Quanto maior o teor de carbono, maior a fragilidade do aço27


� Microestrtura apresenta três classes� Ferrítica (CCC)

� São compostos da fase ferrita-α� Ligas de cromo (10,5 a 27%) e muito pouco níquel

� Grande parte das ligas incluem molibidênio, alumínio ou titânio

� Não podem ser tratados termicamente

� Ferríticos e austeníticos são endurecidos e tem sua resistência mecânica aumentada por deformação plástica à frio

� Aplicações� Cutelaria, utensílios domésticos, instrumentos cirúrgicos, equipamentos

industriais, industria aeroespacial e automotiva e em edificações

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Site Gerdau

http://www.gerdau.com/produtos-e-servicos/processo-de-producao-do-

aco.aspx?language=pt-BR

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