tecnologia dos materiais

Departamento Regional de So Paulo

Tecnologia dos MateriaisESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

EPT - SISTEMAS INTEGRADOS DE MANUFATURA

EPT - Sistemas Flexveis de Manufatura

Tecnologia dos Materiais

SENAI-SP, 2005

Trabalho organizado pela Escola SENAI Almirante Tamandar, a partir dos contedos extrados daIntranet do Departamento Regional do SENAI-SP.

1 edio, 2005

Coordenao Geral Murilo Strazzer

Equipe Responsvel

Coordenao Celso Guimares PereiraEstruturao Ilo da Silva MoreiraReviso Carlos Gonalves da Silva

SENAI - Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de So PauloEscola SENAI Almirante TamandarAv. Pereira Barreto, 456CEP 09751-000 So Bernardo do Campo - SPTelefone: (011) 4122-5877FAX: (011) 4122-5877 (ramal 230)E-mail: [email protected]

Cd. 120.5.004

Sumrio

Pgina 4 Classificao e caractersticas de materiais

17 Obteno do ferro gusa e ferro fundido

45 Ao

81 Comportamento das ligas em funo da temperatura e composio

94 Diagrama ferro-carbono

114 Tratamentos trmicos dos aos

146 Metais no ferrosos e ligas

164 Sinterizao

175 Corroso dos metais

194 Materiais plsticos


4ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

CLASSIFICAO E CARACTERSTICAS DOS MATERIAIS

Objetivos

Ao final desta unidade o participante dever:

Conhecer

Estar informado sobre:

Classificao dos materiais naturais, artificiais, ferrosos e no-ferrosos;

Propriedades dos materiais.

Saber

Reproduzir conhecimentos sobre:

Estrutura dos metais;

Formao da estrutura na solidificao;

Componentes da estrutura: tomo, cristais, gro, contorno do gro;

Propriedades fsicas dos metais.

Introduo

Quando da confeco de um determinado produto, deve-se, como um dos fatores prioritrios,

selecionar o material adequado que o constituir.

Para tanto, o material deve ser avaliado sob dois aspectos: suas qualidades mecnicas e seu

custo.



Classificao de materiais

Apresentamos a seguir uma classificao dos materiais mais comumente utilizados, tendo

cada um sua importncia e emprego definidos em funo de suas caractersticas e propriedades.

Conhecidas as classes dos materiais passemos agora a especific-los por grupos e emprego a

que se destinam, pois todos os materiais possuem caractersticas prprias que devemos conhecer

para podermos empreg-los mais adequadamente.

Materiais metlicos

Ao estudarmos a classe dos materiais metlicos podemos dividi-los em dois grupos distintos:

os ferrosos e os no-ferrosos.

Materiais metlicos ferrosos

Desde sua descoberta os materiais ferrosos tornaram-se de grande importncia na construo

mecnica.

materiais

metlicos no metlicos

ferrosos no ferrosos sintticos naturais

ao

FoFo

pesa

dos

leve

s

pls

ticos

resi

nid

es

mad

eira

mou

roet

c.



Os materiais ferrosos mais importantes so:

Ao: liga de Fe e C com C < 2% - material tenaz, de excelentes propriedades, de fciltrabalho, podendo tambm ser forjvel.

Ferro fundido: liga de Fe e C com 2 < C < 5% - material amplamente empregado naconstruo mecnica, e que, mesmo no possuindo a resistncia do ao,

pode substitu-lo em diversas aplicaes, muitas vezes com grande

vantagem.

Como esses materiais so fceis de serem trabalhados, com eles construda a maior parte

de mquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalaes que necessitam materiais de grande

resistncia.

Materiais metlicos no-ferrosos

So todos os demais materiais metlicos empregados na construo mecnica. Possuem

empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrosos em vrias aplicaes e nem

sempre podem ser substitudos pelos ferrosos.

Esses materiais so geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligas metlicas,

algumas delas amplamente utilizadas na construo de mquinas e equipamentos.

Podemos dividir os no-ferrosos em dois tipos em funo da densidade:

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

Metais leves: ( < 5kg/dm3) alumnio, magnsio, titnio, etc.

Normalmente, os no-ferrosos so materiais caros, logo no devemos utiliz-los em

componentes que possam ser substitudos por materiais ferrosos.

Esses materiais so amplamente utilizados em peas sujeitas a oxidao, dada a sua

resistncia, sendo muito utilizados em tratamentos galvnicos superficiais de materiais.

So tambm bastante utilizados em componentes eltricos.



Nos ltimos anos, a importncia dos metais leves e suas ligas tm aumentado

consideravelmente, principalmente na construo de veculos, nas construes aeronuticas e

navais, bem como na mecnica de preciso, pois tm-se conseguido ligas metlicas de alta

resistncia e de menor peso e, com isto, tende-se a trocar o ao e o ferro fundido por esses metais.

Materiais no-metlicos

Existem numerosos materiais no-metlicos que podem ser divididos em:

Naturais: madeira, couro, fibras, etc.

Artificiais ou sintticos: baquelite, celulide, acrlico, etc.

Os materiais plsticos esto sendo empregados em um nmero cada vez maior de casos como

substitutos de metais.

Da a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vm-se tornando uma

presena constante nos campos tcnico, cientfico, domstico, etc. Deles nos ocuparemos um pouco

mais na unidade Materiais plsticos.

Estrutura cristalina dos metais

A maioria dos metais ao se solidificar experimenta uma contrao de volume, o que indica uma

menor separao entre os tomos no estado slido.

Nesse estado, os tomos animados de pequena energia cintica no conseguem deslizar

livremente uns em relao aos outros.

No estado slido, os tomos no esto em repouso, mas vibram em torno de determinadas

posies de equilbrio assumidas espontaneamente por eles ao se solidificarem.



Arranjo dos tomos

Essas posies no so assumidas ao acaso, pelo contrrio, apresentam uma ordenao

geomtrica especial caracterstica, que uma funo da natureza do metal.

Essa disposio ordenada, caracterstica dos metais slidos e de outros materiais no-

metlicos, denomina-se estrutura cristalina.

Tipos de estruturas cristalinas

Dentre as estruturas destacamos trs tipos:

1) Rede cbica de faces centradas

Metais: Ni, Cu, Pb, Al e tipo de ferro que se chama ferro .


ESCOLA SEN

2) Rede cbica de corpo centrado

Metais: V, Cr, Mo, W e tipo de ferro que se chama ferro .

3) Hexagonal compacta

Metais: Mg, Zn, Cd, Ti.

- A dimenso da rede varia de tipo para tipo.

A transfo

depende do tipo

Nas estr

transformao

No proce

pode quebrar m

ou Al.9AI ALMIRANTE TAMANDAR

rmao mecnica dos metais (tais como laminao, dobramento, estampagem)

da estrutura cristalina.

uturas do tipo (1) a transformao ocorre facilmente, enquanto na estrutura (3) a

mais difcil de ser verificada.

sso de dobramento de metais que possuem o tipo (3) exemplo: Mg e Zn, a pea

ais facilmente do que nos metais que possuem estrutura do tipo (1) exemplo: ao



Formao da estrutura na solidificao

A estrutura cristalina, formada na solidificao atravs do resfriamento, ir definir a estrutura do

material, os seus constituintes e propriedades.

No estado lquido os tomos metlicos se movem livremente. Com a queda da temperatura,

diminui a energia de movimento dos tomos e passa a predominar a fora de atrao entre eles. Por

isto os tomos vo se unindo uns aos outros, em determinadas posies, formando os cristais

(embries). Essa formao orientada segundo direes preferenciais, denominadas eixo de

cristalizao.

medida que esses cristais crescem em direes definidas, encontram-se e estabelecem uma

superfcie de contato que chamamos de limite ou contorno de gros.

Observe a seguir o processo de formao da estrutura cristalina na solidificao.

O tamanho do gro na estrutura do metal varia de acordo com o nmero de embries formados

e com o tipo de metal.

Num mesmo metal podem-se formar gros pequenos ou grandes, se modificarmos o tempo de

solidificao (velocidade de resfriamento e presso).

Se diminuirmos o tempo de solidificao, teremos uma estrutura formada por maior nmero de

gros (estrutura fina). Caso contrrio, ocorre o inverso (estrutura grossa).

As estruturas de gros muito grandes possuem baixa resistncia trao.

A figura, a seguir, apresenta no diagrama de solidificao como se processa a formao dos

metais durante o resfriamento.



Diagrama de solidificao

Propriedades dos materiais

Na construo de peas e componentes, devemos observar se os materiais empregados

possuem as diversas propriedades fsicas e mecnicas que lhe sero exigidas pelas condies e

solicitaes do trabalho a que se destinam. A seguir mostraremos algumas dessas propriedades.

Elasticidade

Uma mola deve ser elstica. Por ao de uma fora, deve se deformar e, quando cessada a

fora, deve voltar posio inicial.


ESCOLA SENAI A

Para comprovarmos a elasticidade do ao para molas, prendemos a mola na morsa por um

lado e a estiramos pelo outro lado at que se estique.

Quando a soltamos, se a mola voltar posio inicial porque o ao possui boa elasticidade.

Fragilidade

Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, no suportando choques, enquanto

que os materiais menos duros resistem melhor aos choques. Assim, os materiais que possuem baixa

resistncia aos choques so chamados frgeis. Exemplos: FoFo, vidro, etc.

Ductilidade

Pode-se dizer que a ductilidade o oposto da fragilidade. So dcteis os materiais que por

ao de fora se deformam plasticamente, conservando a sua coeso, por exemplo: cobre, alumnio,

ao com baixo teor de carbono, etc.

Na figura seguinte temos um fio de cobre de 300mm de comprimento. Se puxarmos este fio,

ele se esticar at um comprimento de 400 a 450mm sem se romper porque uma das qualidades do

cobre ser dctil.12LMIRANTE TAMANDAR


ESCOLA SENAI A

uctilidade

Tenacidade

Se um material resistente e possui boas caractersticas de alongamento para suportar um

esforo considervel de toro, trao ou flexo, sem romper-se, chamado tenaz.

A chave da figura seguinte pode ser tracionada e flexionada sem romper-se facilmente porque

de um material tenaz.

enacidadeTD13LMIRANTE TAMANDAR



Dureza

As ferramentas devem ser duras para que no se desgastem e possam penetrar em um

material menos duro.

A dureza , portanto, a resistncia que um material oferece penetrao de outro corpo.

Resistncia

Resistncia de um material a sua oposio mudana de forma e ao cisalhamento. As

foras externas podem exercer sobre o material cargas de trao, compresso, flexo, cisalhamento,

toro ou flambagem.

Flexo Cisalhamento

Toro Trao



Flambagem Compresso

Toda fora externa gera no material tenses de acordo com o tipo de solicitao.

Elasticidade e plasticidade

So propriedades de mudana de forma. Denominamos deformao elstica deformao

no permanente e deformao plstica deformao permanente.

Densidade

A densidade de um material est relacionada com o grau de compactao da matria.

Fisicamente, a densidade () definida pela massa (M) dividida pelo volume (V).

=

3dm Kg

V M

Exemplo: o cobre tem maior densidade que o ao:

Cu = 8,93kg/dm3

Ao = 7,8kg/dm3



Questionrio resumo

1. Quais os materiais metlicos ferrosos mais importantes ?

2. Como so classificados os materiais metlicos no-ferrosos em funo da densidade ?

3. D exemplos de materiais no-metlicos naturais e artificiais ou sintticos.

4. Cite trs tipos de estrutura cristalina dos metais e como elas se comportam frente

transformao mecnica ?

5. Como ocorre a formao da estrutura cristalina na solidificao ?

6. Comente as seguintes propriedades dos materiais: densidade, resistncia, fragilidade,

ductilidade, tenacidade, elasticidade e dureza.



OBTENO DO FERRO GUSA E FERRO FUNDIDO

Objetivos


Conhecer


Processo de obteno do ferro gusa no alto-forno e os materiais utilizados; Reaes qumicas que ocorrem no alto-forno; Obteno, classificao e tipos de ferro fundido; Fundio em areia.

Saber


Caractersticas da estrutura do carbono nos ferros fundidos lamelar e globular; Propriedades e exemplos de aplicao do ferro fundido branco, cinzento, nodular e

malevel;

Normas ABNT, DIN e ASTM.

Ser capaz de

Aplicar conhecimentos para:

Selecionar os ferros fundidos em funo de suas propriedades.


Introduo

O elemento qumico ferro o metal mais usado para as construes mecnicas. Nesta

unidade, estudaremos como ele extrado do minrio e transformado em ferro gusa e depois em

ferro fundido. Na prxima unidade (Ao), estudaremos como o ferro gusa se transforma em ao.

Obteno do ferro gusa

Os minrios de ferro so rochas que contm xidos de ferro ou carbonatos de ferro agregados

a quartzo, argila, composto de enxofre, fsforo, mangans.

Minrio Designao qumica Frmula qumica Contedo de Fe

b

u18ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

Magnetita xido ferroso frrico Fe3O4 60...70%

Hematita roxa xido de ferro anidro Fe4O3 40...60%

Hematita parda oulimonita xido de ferro hidratado 2Fe2O3 + 3H2O 20...45%

Siderita Carbonato de ferro FeCO3 30...45%

Antes da fuso do minrio no alto-forno para a obteno do ferro gusa, o minrio deve ser

ritado (quebrado). As impurezas ptreas so separadas por flotao e, em seguida, elimina-se a

midade e parte do enxofre. Os minrios de granulometria fina so compactados formando briquetes.


ES

Transformao do minrio em metal

A transformao do minrio em metal feita no alto-forno que um forno de cuba com uma

altura de 30 a 80m e um dimetro mximo de 10 a 14m.

(Si),

enxo19COLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

Neste forno entra o minrio e sai o ferro gusa que contm 5 6% de carbono, 3% de silcio 6% de mangans (Mn) assim como altos teores de enxofre e fsforo. Um teor alto de carbono,fre e fsforo tornam o ferro gusa muito frgil, no forjvel e no soldvel.


ESCOLA SENAI A

Alto-forno (funcionamento)

A transformao do minrio em ferro gusa feita em dois movimentos: o movimento

descendente de carga (slidos) em oposio ao movimento ascendente dos gases.

Alto-forno

As cargas introd

Minrio

xido de fer20LMIRANTE TAMANDAR

uzidas na goela do alto-forno para ser obtido o ferro gusa so as seguintes:

ro (Fe2O3) quebrado e aglomerado.



Coque metalrgico

Possui grande resistncia ao esmagamento e uma excelente.

Porosidade para deixar passar a corrente gasosa.

Fundente adicional

Permite a separao do metal da ganga numa temperatura relativamente baixa. A

composio do fundente depende da natureza da ganga.

Exemplos de fundentes:

Mn

Atua como dissulfurante, desoxidante e elemento de liga, 33 a 35kg/ton de ao.

Cal

Adicionada para facilitar a fuso da escria e tambm um desfosforizante.

Fluorita CaF2

Ajuda na fluidificao da escria.

Os movimentos descendente e ascendente produzidos no alto-forno formam as seguintes

zonas:

Secagem (entre 3000C e 3500C)

A gua contida nos elementos da carga evaporada e parte do enxofre tambm eliminada.

Reduo (entre 3500C e 7500C)

O minrio (xido de ferro) combina-se com o monxido de carbono (CO) (veja equao ao

lado).



Equao qumica da reduo

3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

Carbonetao (entre 7500C e 11500C)

Com a temperatura elevada, o xido de ferro entra em combinao parcial com o monxido de

carbono, formando o dixido de carbono. Numa outra reao, o ferro (Fe) combina-se com o carbono

formando a cementita Fe3C, numa combinao muito dura.

Aps a carbonetao, o ponto de fuso da liga ferro e carbono diminui bastante (veja equao

ao lado).

Equao qumica da carbonetao

3FeO + 3CO 3Fe + 3CO23Fe + C Fe3C

Fuso (entre 11500C e 18000C)

Corresponde passagem do ferro carburado (o gusa) do estado slido ao lquido.

A transformao em lquido feita numa temperatura aproximada de 16000C. O metal lquido

escorre para o fundo do cadinho, enquanto que sobre o metal fica a escria, separada por diferena

de densidade. A escria fica na superfcie e protege o gusa contra a oxidao que o ar injetado das

ventaneiras poderia provocar.

O ferro gusa que sai do alto-forno pode ser solidificado em pequenos lingotes que serviro de

matria-prima para uma segunda fuso, de onde resultar o ferro fundido, ou o gusa poder ser

transportado lquido (carro torpedo) para a aciaria.



Ferro fundido

uma liga de ferro carbono com um teor de carbono de 2% a 4,5%. Esse material se

caracteriza frente ao ao por um ponto de fuso mais baixo e uma moldabilidade mais fcil. Portanto,

para peas de forma complicada, a fundio em ferro fundido mais econmica do que a fundio

em ao.

O ferro gusa transformado numa segunda fuso em ferro fundido (FoFo). Esta fuso feita

em fornos tipo cubil ou forno eltrico.

A carga desses fornos formada de lingotes de ferro gusa, sucata de ao e ferro fundido,

coque e fundente (calcrio), podem-se tambm adicionar elementos de liga como o cromo, nquel ou

molibdnio. Atravs desta segunda fuso, obtm-se uma estrutura mais densa com a granulao

mais fina e uniforme.

Forno cubil

O forno cubil um forno de cuba, cilndrico com um dimetro de aproximadamente um metro,

e uma altura de seis a oito metros.

Compe-se de uma camisa de chapa de ao revestida com um material refratrio. Esse forno

carregado por cima, como o alto-forno.


ESCOLA SENAI

Forno cubil

Aps o aquecimento, quando se encontra no estado lquido, o ferro fundido acumula-se em um

cadinho, na parte inferior, e, em seguida, feita a corrida. O ferro fundido vertido em uma caamba

de fundio e transportado at os moldes onde so fundidas as peas.

Tipos de ferro fundido

O carbono contido no ferro fundido pode estar combinado com o ferro formando a cementita

que dura e quebradia e apresenta uma fratura clara (ferro fundido branco).

Quando o carbono est separado do ferro formando veios de grafite, apresenta uma fratura

cinzenta (ferro fundido cinzento).

A quantidad e o tamanho dos veios de grafite que se formam dependem da composio

qumica e da veloce25 ALMIRANTE TAMANDAR

idade de resfriamento.


ESCOLA SENAI ALMIRA

Aumentando o teor de silcio e diminuindo a velocidade de resfriamento, h maior formao de

grafite. No entanto, se aumentarmos o teor de mangans e a velocidade de resfriamento, o carbono

ficar combinado com o ferro formando a cementita.

Ferro fundido cinzen

Nesse tipo de ferro fu

de grafite (lamelas) so for

devido composio qumic26NTE TAMANDAR

to (GG)

ndido, o carbono se apresenta na forma de veios de grafite. Esses veios

mados devido a um resfriamento lento no momento da fundio e/ou

a do material (alto teor de silcio).


ESCOLA SENAI ALMIR

O ferro fundido cinzento ou lamelar (GG ou GGL) , comercialmente, barato e tem as seguintes

caractersticas quanto ao processo de fabricao:

Funde-se com facilidade. Contrai-se pouco ao esfriar. Tem pouca tendncia a formar vazios internos. Apresenta boa usinabilidade.

O ferro fundido cinzento apresenta tambm as seguintes propriedades mecnicas:

Fragilidade (resis Resistncia baixa Boa capacidade Resistncia a com Grande poder de

A resistncia a com

cinzento ideal para confec

Ferro fundido nodu

Se se adicionam, na

magnsio ou ferro-silcio-m

forma de glbulos. Por ess27ANTE TAMANDAR

te pouco s solicitaes por choque).

a trao (causada pelos veios de grafite).

de deslizamento (melhor que a do ao).

presso elevada.

amortecimento interno de vibraes mecnicas.

presso e o poder de amortecimento de vibraes tornam o ferro fundido

es de carcaas de motores e corpos de mquinas.

lar (GGG)

hora do vazamento do ferro fundido na panela, ligas de magnsio (nquel-

agnsio), o grafite no se agregar sob a forma de lamelas e sim sob a

a razo esse ferro fundido chamado globular ou nodular.



O grafite estando na forma globular proporciona ao ferro fundido maior resistncia a trao,

flexo e alongamento.

Outra caracterstica do ferro fundido nodular que ele resiste bem a agentes qumicos e ao

calor. Por isso muito usado em tubos e fornos de indstrias qumicas, em mquinas agrcolas, na

construo de tratores e automveis, na construo de bombas e turbinas.

Ferro fundido branco ou duro (GH)

Nesse tipo de ferro fundido, o carbono est sempre combinado com o ferro, formando um

componente duro na estrutura a cementita (Fe3C).

Composio tpica de ferro fundido duro

C...................................2,8 a 4,0%

Si..................................0,2 a 1,0%

Mn................................0,6 a 1,5%

S..................................0,2 a 0,45%

P...................................0,15 mx.

A cementita formada devido a um resfriamento rpido do ferro fundido e devido influncia

de elementos qumicos: um teor de silcio baixo e de mangans elevado.

Pela escolha adequada da composio qumica do ferro fundido e pelo controle da velocidade

de resfriamento do metal no molde, possvel fazer uma pea onde a superfcie seja de ferro fundido

duro e o ncleo de ferro fundido cinzento.

Essas caractersticas so interessantes para alguns tipos de peas como, por exemplo, a roda

de trem que deve ter resistncia ao desgaste e, ao mesmo tempo, resistncia a impactos.

Ferro fundido malevel (GT)

O ferro fundido malevel obtido a partir do ferro fundido branco que submetido

maleabilizao (tratamento trmico posterior fundio) tornando-se, assim, bem tenaz, algodeformvel e facilmente usinvel.



Composio tpica de um ferro fundido branco destinado aser maleabilizado.

Carbono combinado...................3,0 a 3,50%

Si................................................0,50 a 0,80%

Mn..............................................0,10 a 0,40%

S................................................0,20 a 0,05%

F.................................................0,15% mx.

Distinguem-se dois tipos de ferro fundido malevel:

Ferro fundido malevel branco Ferro fundido malevel preto

Ferro fundido malevel branco (GTW)

prprio para a fabricao de peas pequenas de pequena espessura de parede.

Essas peas so fundidas em ferro fundido branco e depois, por um longo tratamento trmico

de descarbonetao, reduz-se o teor de carbono da superfcie da pea de 2 a 4% para 1 a 1,5% (com

isso conseguimos um material menos frgil).

O tratamento de descarbonetao consiste em colocar as peas fundidas em ferro fundido

branco em caixas contendo xidos de ferro finamente granulado. Depois, colocamos essas caixas em

fornos a temperatura de 900 a 10500C durante dois a cinco dias. Ou segundo procedimentos mais

modernos, a pea aquecida em fornos eltricos ou a gs com uma atmosfera oxidante.

Atravs do aquecimento, o xido de ferro se decompe, liberando o oxignio que ir reagir com

o carbono contido na pea. Com isso se reduz o teor de carbono na superfcie da pea de 2,5 a 3,5%

para 0,5 a 1,8% C.

A profundidade de descarbonetao limitada e por isso se emprega esse tratamento em

peas de paredes delgadas de at 12mm.



Ferro fundido malevel preto (GTS)

Para a obteno de ferro fundido malevel preto, faz-se um tratamento trmico de recozimento

no ferro fundido branco (800 a 9000C durante vrios dias) em uma atmosfera neutra, por exemplo,

envolvendo a pea em areia.

Diagrama do tratamento trmico

Nesse caso, a cementita do ferro fundido branco se decompe em grafite em forma de ndulos

e ferrita. Esse tipo de tratamento no depende da espessura da parede da pea.

Observao

Na figura seguinte, observamos um resumo de como so obtidos os vrios tipos de ferros

fundidos.



Obteno dos vrios tipos de ferro fundido


ESCOLA SENAI ALMIRAN

O processo de fundio

Para fundir uma pea, confecciona-se primeiro um modelo em madeira, ao, alumnio ou

plstico, de acordo com os planos tcnicos.

Esse modelo deve ser um pouco maior do que a pea, devido contrao do metal ao se

solidificar e esfriar conforme tabela seguinte.

Material Contrao do metal (%)

Ao

FoFo

Alumnio

Liga CuZnSn

2

1

1,25

1,50

As figuras a seguir mostram a sequncia da fundio de uma pea.32TE TAMANDAR

Desenho da pea


ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

Modelo fabricado em madeira, levando-se em conta a contrao do metal. Este modelo

dividido em duas partes. Coloca-se o modelo sob a caixa de fundio e compacta-se a areia.

Macho construdo em areia com Colocao do macho no molderesina para ter maior resistncia

Vazamento do metal no molde 33

Pea fundida com o canal de vazamento emassalote


ESCOLA SENAI A

importante notar que as propriedades mecnicas das peas fundidas variam dentro de uma

mesma pea em funo da espessura da parede, da forma da seco, da maior ou menor velocidade

de resfriamento em cada ponto.

As figuras a seguir mostram os defeitos mais comuns que aparecem nas peas fundidas.

Incluses de escrias

Escrias e xidos metlicos que se misturaram no metal durante o vazamento.

Poros

O material fund

dentro. Nos lugares

cavidades.

Para evitar ess

brusca de espessura

ltimo e que iro con

sero eliminadas depo34LMIRANTE TAMANDAR

ido no se solidifica uniformemente. A solidificao se produz de fora para

mais grossos da pea, formam-se vazios que so denominados poros ou

e problema, conveniente que as peas fundidas no tenham uma variao

das paredes, ou que se acrescentem partes na pea que se solidifiquem por

ter os poros, bolhas e incluses. Essas partes so chamadas de massalote e

is.


ESCOLA SENAI ALMIRAN

Trincas

A variao de seco provoca tambm diferentes velocidades de resfriamentos o que pode

ocasionar diferentes estruturas e tenses internas na pea, provocando trincas. Para uniformizar a

velocidade de resfriamento, podem-se alojar no molde placas de resfriamento.

Bolhas

A umidade da areia do

vazamento do metal e esses g35TE TAMANDAR

molde se decompe em hidrognio e oxignio com a temperatura de

ases penetram na estrutura do material.



Desigualdade na espessura das paredes

provocada pelo deslocamento do macho durante o vazamento.

Paredes mais grossas e irregulares

So provocadas pela compactao insuficiente da areia, que se desprende com a presso do

material durante a fundio.

Como descobrir defeitos de fundio

Antes da usinagem, interessante examinar as peas fundidas com a ajuda de raios X ou de

ultra-som para detectar defeitos (bolhas ou incluses internas). Caso contrrio esses defeitos s

sero percebidos durante a usinagem o que acarretar uma perda de tempo e elevao dos custos.

Classificao e nomenclatura dos ferros fundidos

As normas especificam os ferros fundidos com letras e nmeros onde cada um possui um

significado.

Nos exemplos, a seguir, temos especificaes segundo a norma DIN e ABNT.



DIN GG 40Resistncia a trao 400N/mm2

Ferro fundido cinzento

GGG 60Resistncia a trao 600N/mm2

Ferro fundido nodular

ABNT FC 40Resistncia a trao 400N/mm2

Ferro fundido cinzento

Caractersticas segundo DIN

Smbolo GG

Densidade: 7,25kg/dm3

Ponto de fuso: 1150 12500C

Temperatura de fundio: 13500C

Resistncia a trao: 10 40kp/mm2

Alongamento: insignificante

Contrao: 1%

Composio: 2,6 - 3,6% C

1,8 - 2,5% Si

0,4 - 1,0% Mn

0,2 - 0,9% P

0,08 - 0,12% S

Classificao do ferro fundido cinzento

O ferro fundido classificado por suas classes de qualidade. Essas classes so especificadas

por vrios sistemas de normas tais como DIN, ASTM, etc. Por exemplo, a ABNT especifica as

classificaes da seguinte forma:

As classes FC10 e FC15 possuem excelentes fusibilidade e usinabilidade e so indicadas,principalmente a FC15, para bases de mquinas e carcaas metlicas.



As classes FC20 e FC25 aplicam-se em elementos estruturais de mquinas, barramentos,cabeotes, mesas, etc.

As classes FC30 e FC35 possuem maior dureza e resistncia mecnica e aplicam-se emengrenagens, buchas, blocos de motor, etc.

A classe FC40 de maior resistncia que as outras possui elementos de liga, como cromo,nquel e molibdnio, sendo empregada em peas de espessuras mdias e grandes.

Classes de ferros fundidos cinzentos segundo ABNT

ClasseLimite de resistncia a

trao (min.)X 10 [N/mm2]

Dureza brinell(valores

mximos)

Resistncia flexo esttica(valores mdios)

X 10 [N/mm2]

FC10 10 201 -

FC15 23

18

15

11

241

223

212

201

34

32

30

27

FC20 28

23

20

16

255

235

223

217

41

39

36

33

FC25 33

28

25

21

269

248

241

229

-

46

42

39

FC30 33 269 -

30 262 48

26 248 45

FC35 38

35

31

-

277

269

-

54

51

FC40 40

36

-

-

60

57



A ASTM agrupa os ferros fundidos cinzentos em sete classes. Os nmeros das classes ASTM

representam valores de resistncia a trao em l b/pol2, os valores mtricos para o limite deresistncia a trao so aproximados.

Classes Resistncia a trao Resistncia a trao

20 20.000 l b/pol2 140N/mm2

25 25.000 l b/pol2 175N/mm2

30 30.000 l b/pol2 210 N/mm2

35 35.000 l b/pol2 245N/mm2

40 40.000 l b/pol2 280N/mm2

50 50.000 l b/pol2 350N/mm2

60 60.000 l b/pol2 420N/mm2

Classificao de ferro fundido nodular segundo ABNT especificao P-EB-585.

A ttulo informativo

Classe

Limite deresistncia

a trao,min.

Kg/mm2

Limite deescoamento(0,2%) min.

Kg/min2

Alongamento(5d), min. %

Faixa dedureza

aproximadabrinell

Estruturaspredominantes

FE 3817

FE 4212

FE 5007

FE 6002

FE 7002

FE 3817

RI*

38,0

42,0

50,0

80,0

70,0

38,0

24,0

28,0

35,0

40,0

45,0

24,0

17

12

7

2

2

17

140-180

150-200

170-240

210-280

230-300

140-180

Ferrtica

Ferrtica-perltica

Perltica-ferrtica

Perltica

Perltica

Ferrtica

*Classe com requisito de resistncia a choque.



Aplicaes dos ferros fundidos cinzentos, segundo as classes ASTM

Classe Espessura das peas Aplicaes

20

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm

Grossa: acima de 25mm

Utenslios domsticos, anis de pisto, produtossanitrios, etc.

Bases de mquinas, fundidos ornamentais, carcaasmetlicas, tampas de poos de inspeo, etc.

Certos tipos de tubos, conexes, bases de mquinaspesadas, etc.

25

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


Aplicaes idnticas s da classe 20, quando se necessitade maior resistncia mecnica.

30

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


Elementos construtivos: pequenos tambores de freio,placas de embreagem, crters, blocos de motor,cabeotes, buchas, grades de filtro, rotores, carcaas decompressor, tubos, conexes, pistes hidrulicos,barramentos e componentes diversos usados emconjuntos eltricos, mecnicos e automotivos.

35

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


Aplicaes idnticas s da classe 30.

40

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


Aplicaes de maior responsabilidade, de maioresdurezas e resistncia a trao, para o que se pode usarinoculao ou elementos de liga em baixos teores:engrenagens, eixo de comando de vlvulas, pequenosvirabrequins, grandes blocos de motor, cabeotes,buchas, bombas, compressores, rotores, vlvulas,munhes, cilindros e anis de locomotivas, bigornas,pistes hidrulicos, etc.

50

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


Aplicaes idnticas s da classe 40.

60

Fina: at 13mm

Mdia: de 13 a 25mm


a classe de maior resistncia mecnica, usando-senormalmente pequenos teores de Ni, Cr e Mo.

Tambores de freio especiais, virabrequins, bielas,cabeotes, corpos de mquina diesel, peas de bombasde alta presso, carcaas de britadores, matrizes paraforjar a quente, cilindros hidrulicos, etc.



Especificaes ASTM de ferro fundido nodular

ClasseLimite de resist.

a trao min.Kg/mm2

Limite deescoamento

min.Kg/mm2

Alongamentomin. Em 2

%Condio Aplicaes

ASTM-A 339-5580-60-03 56 42 3 Fundido Uso geral

60-45-10 42 31,5 10 Geralmenterecozido Uso geral

ASTM-A 396-58

120-90-02 84 63 2 TratadotermicamentePara elevada

resistncia mecnica

100-70-03 70 49 3 Idem Idem

ASTM-A 395-56T

60-45-15

60-40-18

42

42

31,5

28

15

18

Recozido

Recozido

Equipamentopressurizado atemperaturas

elevadas

Os nmeros indicativos das classes referem-se aos valores:

do limite de resistncia a trao (em milhares de libras por polegada quadrada);

do limite de escoamento (em milhares de libras por polegada quadrada);

do alongamento em porcentagem de um corpo de prova de 2.

Denominao de ferro fundido segundo norma DIN 17006

GG Ferro fundido cinzento

Exemplo:

GG-18 Ferro fundido cinzento com resistncia a trao de 180N/mm2

GGK Ferro fundido cinzento em coquilhaGGZ Ferro fundido cinzento centrifugado



GH Ferro fundido duro

Exemplo:

GH-25 Ferro fundido com uma camada de ferro fundido branco de 25mm e o ncleo comferro fundido cinzento

GH-95 Dureza shore de 95

Observao

Numerao at 50 especifica a profundidade da camada dura em milmetros. Numerao

acima de 50 especifica a dureza shore.

GT Ferro fundido malevel

Exemplo:

GTW-35 Ferro fundido malevel branco com resistncia a trao de 340N/mm2

GTS-35 Ferro fundido malevel preto com resistncia a trao de 330N/mm2



Ferro fundido com grafite lamelarSmbolo Resist. atraoN/mm2

Resist. atrao N/mm2

Densidadekg/dm3 Propriedades

GG-10

GG-20

100

200

-

350

7.2 Ferro fundido comum sem qualidadeespecial para uso geral.

GG-25

GG-35

GG-40

250

340

390

420

530

590

7.35 Ferro fundido de alta qualidade parapeas altamente solicitadas como porexemplo cilindros, mbolos.

Ferro fundido nodularLimite dealongamento

0,2%*N/mm2

Alongamen-tode ruptura( l o = 5do)

%

Usinabilidade Propriedades

GGG-40

GGG-50

GGG-60

GGG-70

400

500

600

700

250

320

380

440

15

7

3

2

Boa

Muito boa

Muito boa

boa

GGG tempropriedadessemelhantes ao aodevido ao carbonoem forma de grafiteesferoidal.

Ferro fundido malevelAlongamentode ruptura

( l o = 3do)Aplicao

GTW-40

GTW-55

GTS-45

390

540

440

215

355

295

5

5

7

Peas de parede fina de fundiotenaz por exemplo rodas, chaves,conexes.

*O alongamento de 0,2% de comprimento inicial l o o usado para limite de elasticidade demateriais no dcteis.



Questionrio Resumo

1. Quais as substncias que normalmente vm agrupadas com os minrios de ferro ?

2. Defina ferro fundido ?

3. Quais so os tipos de ferro fundido? Cite as suas propriedades gerais.

4. Especifique FC-40 GG-30 GTS-40 GGG-60 FE4212.

5. Como feita a fundio em areia ?

6. Quais os defeitos mais comuns em peas fundidas ?



AO

Objetivos


Conhecer


Processos de obteno do ao.

Saber


Influncia dos elementos de liga nas propriedades dos aos;

Processo de refinao e enriquecimento do ao;

Normalizao conforme ABNT, SAE, AISI e DIN.

Ser capaz de


Selecionar os aos em funo de suas propriedades mecnicas;

Interpretar normas de identificao dos aos.



Definio de ao

uma liga de ferro e carbono que contm no mximo 2,0% de carbono, alm de certos

elementos residuais resultantes dos processos de fabricao.

Obteno do ao

O ferro gusa que sai do alto-forno tem alto teor de carbono (3 a 5%) e elevado teor de

impurezas como enxofre, fsforo, mangans e silcio.

Para transformar o ferro gusa em ao, necessrio reduzir o seu teor de carbono (0 2,0%),

mangans, silcio e eliminar, ao mximo, o seu teor de fsforo e enxofre. Para tanto, existem vrios

processos.

Processo Bessemer e Thomas-Bessemer

O conversor Bessemer tem um revestimento de tijolos de slica que no pode ser utilizado com

ferro gusa rico em fsforo.

O conversor Thomas-Bessemer, por sua vez, tem um revestimento de tijolos de dolomita rica

em cal adequada para trabalhar com ferro gusa rico em fsforo.

Em ambos os processos, Bessemer ou Thomas-Bessemer, reduz-se o teor de carbono do

ferro gusa pela injeo de ar por orifcios que existem no fundo do conversor.

O ferro gusa lquido procedente do misturador vertido no conversor em posio horizontal,

adicionando-se cal ou dolomita.


ESCOLA SENAI AL 47MIRANTE TAMANDAR

Processo Bessemer e Thomas-Bessemer



Colocando-se o conversor na posio vertical, o ar enriquecido com oxignio soprado

durante dez a vinte minutos. Durante esse tempo o oxignio reage com o carbono, e o silcio, o

mangans e a cal reagem com o fsforo formando a escria.

A escria do conversor Thomas-Bessemer moda e utilizada como adubo por possuir alto

teor de fsforo.

Produtos do conversor Bessemer e Thomas-Bessemer

Ao ao carbono no-ligados.

Conversor a oxignio (LD)

Nos conversores a oxignio, fabricada mais de 50% da produo mundial de ao. No Brasil,

eles so tambm amplamente utilizados.

A carga desse conversor constituda de ferro gusa lquido, sucata de ferro, minrio de ferro e

aditivos (fundentes).

Com uma lana refrigerada com gua, injeta-se oxignio puro a uma presso de 4 a 12 bar no

conversor.


ESCOLA SENAI ALM 49IRANTE TAMANDAR

Processo conversor a oxignio (LD)



A oxidao do carbono e dos acompanhantes do ferro libera grande quantidade de calor. Para

neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratrio, adiciona-se sucata ou minrio de

ferro.

Pela adio de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o mangans, silcio,

fsforo e enxofre unem-se formando a escria.

Para aumentar a qualidade do ao, adicionam-se os elementos de liga no final ou quando o

ao est sendo vertido na panela.

Os aos produzidos no LD no contm nitrognio pois no se injeta ar, da a alta qualidade

obtida. Esse conversor oferece vantagens econmicas sobre os conversores Thomas-Bessemer e

Siemens-Martin.

Produtos do conversor a oxignio (LD)

Aos no-ligados

Aos para cementao

Aos de baixa liga

Conversor Siemens-Martin

O forno Siemens-Martin um forno de cmara fixo. A carga do forno pode ser constituda de

70% de sucata de ao e o resto de ferro gusa e fundentes (cal) para formar a escria.



Representao esquemtica de um forno Siemens-Martin

A temperatura de fuso de 18000C, que se consegue pela queima de gs ou leo.

Os gases produzidos pela combusto saem do forno e passam, atravs de um empilhamento

de tijolos, pela parte inferior do forno (recuperador) onde cedem calor dirigindo-se depois para a

chamin. A cada vinte minutos mais ou menos, o sentido dos gases invertido de modo que o ar

passe pelo recuperador que est aquecido.

Produtos do conversor Siemens-Martin

Aos carbono no-ligados

Aos de baixa liga

Aos-ferramenta que no exigem alta qualidade

Forno eltrico

Os aos finos, em particular os altamente ligados, so obtidos em fornos eltricos.



Com o ao vindo do conversor a oxignio ou Siemens-Martin e mais sucata selecionada

alimenta-se o forno eltrico. Nesse forno, o ao purificado e adicionam-se os elementos de liga

desejados. Como a gerao de calor se d por uma corrente eltrica, no existe nenhuma chama de

gs que desprenda enxofre.

Existem dois tipos de fornos eltricos para a produo de ao:

Forno de arco voltaico

Forno de induo

O forno de arco voltaico tem dois ou trs eletrodos de carvo. Ao ligar, a corrente eltricasalta em arco voltaico das barras de carvo passando pelo material a fundir. A temperatura obtida

neste processo da ordem de 36000C, o que torna possvel fundir elementos de liga como o

tungstnio (temperatura de fuso 33700C) ou molibdnio (temperatura de fuso 26000C).

Forno de arco voltaico

No forno de induo a corrente alternada passa por uma bobina situada ao redor de umcadinho, com isto se induzem correntes parasitas no material a fundir que aquecem o banho. Esse

forno empregado para fabricao de aos altamente ligados e de ferro fundido nodular.


ESCOLA SENAI ALMIRANT

Forno de induo

Solidificao do ao

Os aos produzidos nos conversores so colocados em panelas e destas panelas so vertidos

em moldes de fundio ou em lingoteiras onde se solidificam em forma de lingotes quadrados ou

redondos.

Esses lingotes sero transformados em produtos semi-acabados por meio de prensagem,

forjamento ou laminao em chapas, barras de perfil L, U, redondas, sextavadas, etc.53E TAMANDAR



O ao lquido dentro do molde comea a se solidificar das paredes para o centro da pea. Com

o processo de solidificao, h a formao de gases devido a reaes qumicas, tais como

decomposio da gua em hidrognio e oxignio, reao do carbono com o xido de ferro gerando

ferro e gs carbnico.

As bolhas de gs ascendentes originam um forte movimento do ao que ainda est lquido,

com isto os gases, o fsforo, o enxofre, o silcio so deslocados para o interior do bloco que ir se

resfriar por ltimo. A esse processo chamamos segregao.

Lingote com massalote

As acumulaes de fsforo no ao produzem fragilidade (perigo de ruptura na conformao a

frio). As acumulaes de enxofre no ao ocasionam fragilidade a quente (perigo de ruptura na

laminao ou no forjamento). Altos teores localizados de W, Ti, Mo produzem pontos duros que

podem ocasionar a ruptura das peas.

Aos fundidos acalmados

Para evitar o acmulo de gases no interior do ao, so adicionados alumnio, silcio ou

mangans ao se fundir ou vazar o ao. O oxignio se une a esses elementos formando xidos

metlicos que no podem ser reduzidos pelo carbono (equao 2FeO + Si + 2Fe + SiO2). Obtm-se por meio desse processo um ao acalmado.



O ao solidificado acalmado possui uma boa homogeneidade e , desta forma, diminui-se a

segregao. Os aos de qualidade so sempre acalmados, pois caso contrrio o oxignio oxidaria os

componentes da ligao.

Bolhas e cavidades em lingotes de ao

Tratamento a vcuo

Os gases absorvidos pelo ao lquido so prejudiciais, por isso aos ligados de alta qualidade

devem ser desgaseificados.

Os xidos (de ferro ou elementos de liga) tornam o ao quebradio; o nitrognio produz

envelhecimento; o hidrognio produz fortes tenses e pequenas trincas entre os cristais.

Para desgaseificar o ao lquido se emprega o tratamento a vcuo. A figura seguinte mostra

dois tipos desse tratamento.



Tratamento a vcuo

Os aos que passam por esse processo apresentam maior grau de pureza, o que resulta em

maior tenacidade e melhor resistncia fadiga.

Refuso eltrica sob escria

Por esse processo, um bloco de ao ligado fundido em forno eltrico se torna um eletrodo e

goteja atravs de uma escria, desembocando em uma coquilha de cobre refrigerada por gua. A

escria faz a vez de uma resistncia eltrica, gerando calor necessrio para a fuso, ao ser

percorrida pela corrente eltrica.


ESCOLA SENAI A

Nessa escria, so retidas ao mesmo tempo as substncias no desejadas e os gases

dissolvidos no ao.

Por esse processo, obtm-se blocos (tarugos) de ao altamente ligados com uma textura

uniforme sem segregao ou incluses.

Influncia dos elementos de liga nos aos

Devido s necessidades industriais, a pesquisa e a experincia possibilitaram descoberta de

aos especiais, mediante a adio e a dosagem de certos elementos no ao carbono.

Conseguiram-se assim aos-liga com caractersticas como resistncia a trao e a corroso,

elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as dos aos ao carbono comuns.57LMIRANTE TAMANDAR



Influncia dos elementos de liga nas propriedades do ao

Elemento Eleva Abaixa

Carbono C Resistncia, dureza, temperabilidade Ponto de fuso, tenacidade,alongamento, soldabilidade eforjabilidade

Silcio Si Elasticidade, resistncia a trao,profundidade de tmpera, dureza aquente, resistncia a corroso, separaoda grafite no ferro fundido

Soldabilidade

Fsforo P Fluidez, fragilidade a frio, resistncia aquente

Alongamento, resistncia achoque

No

-met

ais

Enxofre S Quebra de cavaco, viscosidade Resistncia a choque

Mangans Mn Profundidade de tmpera, resistncia atrao, resistncia a choque, resistncia adesgaste

Facilidade de sertransformado (laminado,trefilado); separao dagrafite no ferro fundido

Nquel Ni Tenacidade, resistncia a trao,resistncia a corroso, resistnciaeltrica, resistncia a quente,profundidade de tmpera

Dilatao trmica

Cromo Cr Dureza, resistncia a trao, resistncia aquente, temperatura de tmpera,resistncia a frio, resistncia a desgaste,resistncia a corroso

Alongamento (em graureduzido)

Vandio V Resistncia a fadiga, dureza, tenacidade,resistncia a quente

Sensibilidade aoaparecimento de trincas poraquecimentos sucessivos

Molibdnio Mo Dureza, resistncia a quente, resistnciaa fadiga

Alongamento, forjabilidade

Cobalto Co Dureza, capacidade de corte, resistnciaa quente

Tenacidade, sensibilidade aoaparecimento de trincas poraquecimentos sucessivos

Met

ais

Tungstnio W Dureza, resistncia a trao, resistncia acorroso, temperatura de tmpera,resistncia a quente, resistncia adesgaste

Alongamento (em graureduzido)



Classificao dos aos

Podemos classificar os aos segundo a sua aplicao em:

Aos de construo em geral

Aos para tornos automticos

Aos para cementao

Aos para beneficiamento

Aos para nitretao

Aos inoxidveis

Aos para ferramentas- para trabalho a frio

- para trabalho a quente

- aos rpidos

Aos de construo em geral

Os aos de construo em geral so aos bsicos no-ligados que so selecionados pela sua

resistncia a trao e pelo seu limite de elasticidade, ou so aos no-ligados de qualidade que

devem satisfazer a exigncias tais como forjabilidade e soldabilidade. Nesse ltimo caso, so

controlados os teores de carbono, fsforo e enxofre.

As aplicaes comuns desses aos so em construo de edifcios, pontes, depsitos,automveis e mquinas.



Norma DIN

Aos para torno automtico

So aos de qualidade no-ligados ou de baixa liga utilizados na fabricao de peas em

tornos automticos e devem desprender cavacos quebradios e curtos.

Esta propriedade (cavaco curto) obtm-se mediante um teor conveniente de enxofre. Os aos

para tornos automticos contm: 0,07 a 0,65% de carbono, 0,18 a 0,4% de enxofre, 0,6 a 1,5% de

mangans, 0,05 a 0,4% de silcio e, quando se pede uma melhor fragilidade do cavaco e superfcies

lisas, o ao deve conter, alm dos elementos j citados, 0,15 a 0,3% de chumbo.

Exemplos:

10 S 20

11 S Mn 28

11 S Mn Pb 28

35 S 20



Aos para cementao

So aos com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) que, por meio de um tratamento

termoqumico, sofrem uma elevao de seu teor de carbono na superfcie da pea a fim de aumentar

a dureza superficial conservando o ncleo tenaz para resistir a choques.

Trata-se de aos de qualidade no-ligados, aos finos ou aos finos ligados.

Na superfcie da pea endurecida por cementao alcana-se uma dureza de 59 HRC.

Exemplos:

C 10

CK 10

16 Mn Cr 5

17 Cr Ni Mo 6

Aos para beneficiamento

So aos que, por meio de um tratamento trmico de beneficiamento (tmpera mais

revenimento), consegue-se um aumento de resistncia, dureza e tenacidade.

Os aos para beneficiamento no-ligados possuem um teor de carbono acima de 0,3% e s se

pode beneficiar uma camada delgada. Quando se deseja beneficiar uma camada mais espessa,

empregam-se aos para beneficiamento ligados.

As aplicaes comuns desses aos so em: eixos, parafusos, engrenagens, molas.

Exemplos:

C 30

CK 60

42 Cr Mo 4

Aos para nitretao

So aos que, pela introduo de nitrognio por meio de tratamento termoqumico, aumenta-se

a dureza superficial das peas (at 67 HRC).



Esses aos contm cromo, molibdnio e alumnio que favorecem a absoro do nitrognio.

As aplicaes comuns desses aos so em: engrenagens, matrizes de trabalho a quente.

Exemplos:

31 Cr Mo 12

34 Cr A l Ni 7

Aos inoxidveis

So aos que possuem um teor mnimo de 12% de cromo e se caracterizam pela sua grande

estabilidade frente a substncias agressivas (gua, ar, gases, cidos e bases).

As aplicaes comuns desses aos so na indstria qumica e na de alimentos e emaparelhos cirrgicos, talheres, etc.

Exemplos:

X 3 Cr Ni 18 10

X 10 Cr Ni Mo Ti 18 12

X 5 Cr Ni 18 9

Aos para ferramentas

So os que se empregam para trabalhar outros materiais com ou sem a remoo de cavacos.

So subdivididos em:

Aos para trabalho a frio

Aos para trabalho a quente

Aos rpidos

Aos para trabalho a frio

Destinam-se fabricao de ferramentas utilizadas no processamento a frio de ao, ferro

fundido e metais no-ferrosos.



As principais propriedades destes aos so:

Alta resistncia a abraso

Elevada resistncia de corte

Alta tenacidade

Alta resistncia a choque

Grande estabilidade dimensional

As aplicaes comuns desses aos so em facas e punes de corte, estampos dedobramento, estampagem, cunhagem, matrizes, trefilao, etc.

Exemplos:

X 210 Cr 12

X 210 Cr W 12

X 155 Cr V Mo 12 1

Aos para trabalho a quente

So aos que se destinam fabricao de ferramentas utilizadas no processamento a quente

de materiais.

Suas principais caractersticas so alta resistncia a revenimento, elevada resistncia

mecnica a quente, boa tenacidade, grande resistncia a abraso em temperaturas elevadas, boa

condutividade trmica, elevada resistncia a fadiga e boa resistncia formao de trincas

provocadas por aquecimento e resfriamentos sucessivos.

As aplicaes comuns desses aos so em matrizes de forjamento, matrizes para fundio delato ou alumnio sob presso, matrizes para extruso a quente, etc.

Exemplos:

X 37 Cr Mo W 5 1

X 40 Cr Mo V 5 1

50 Ni Cr 13



Aos rpidos

So aos onde os elementos de liga formam carbonetos complexos que so duros e

resistentes ao desgaste e a altas temperaturas.

Norma DIN

A seqncia dos componentes sempre a mesma: W Mo V Co

Exemplo:

S - 6 - 5 - 2 - 5

ao rpido 6% W 5% Mo 2% V 5% Co

So assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores

do que as possveis com aos ferramenta ao carbono.

As aplicaes comuns desses aos so em: bits, fresas, brocas especiais, machos, brochas.

Normas

ABNT SAE AISI

A ABNT se baseou nos sistemas americanos SAE e AISI, resultando a norma NBR 6006.

Ao a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contm, ainda, pequenas porcentagens demangans (Mn), silcio (Si), enxofre (S) e fsforo (P), que so considerados elementos residuais do

processo de obteno.

O elemento que exerce maior influncia o carbono e o seu teor nos aos ao carbono varia de

0,008 a 2% C aproximadamente.

O ao representado por um nmero como nos exemplos abaixo.



Exemplos:

Os aos mais usados industrialmente possuem teores de carbono que variam entre 0,1 a

0,95%C, ou seja, ao 1010 a 1095. Acima de 0,95%C so considerados como aos ao carbono

especiais.

Para fins de aplicaes industriais e de tratamentos trmicos, os aos ao carbono classificam-

se em:

Aos de baixo teor de carbono 1010 a 1035

Aos de mdio teor de carbono 1040 a 1065

Aos de alto teor de carbono 1070 a 1095

A tabela seguinte apresenta aos ao carbono para construo mecnica.



Classificao ABNT dos aos ao carbono

Designao Carbono % Mangans %

1006 A

1008 A

1010 A

1015 A

1020 A

1025 A

1026 A

1030 A

1035 A

1038 A

1040 A

1041 A

1043 A

1045 A

1050 A

1060 A

1070 A

1080 A

1090 A

1095 A

0,08 max

0,10max

0,08 0,13

0,13 0,18

0,18 0,23

0,22 0,28

0,22 0,28

0,28 0,34

0,32 0,38

0,35 0,42

0,37 0,44

0,36 0,44

0,40 0,47

0,43 0,50

0,47 0,55

0,55 0,66

0,65 0,76

0,75 0,88

0,85 0,98

0,90 1,03

0,25 0,40

0,25 0,50

0,30 0,60

0,30 0,60

0,30 0,60

0,30 0,60

0,60 0,90

0,60 0,90

0,60 0,90

0,60 0,90

0,60 0,90

1,35 1,65

0,70 1,00

0,60 0,90

0,70 1,00

0,60 0,90

0,60 0,90

0,60 0,90

0,60 0,90

0,30 0,50

A tabela seguinte apresenta a classificao dos aos-liga, segundo ABNT.



Classificao ABNT dos aos-liga

Designao C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo %

1340

4130

4135

4140

4320

4340

5115

5120

5130

5135

5140

5160

E52100

6150

8615

8620

8630

8640

8645

8650

8660

E9315

0,38 0,43

0,28 0,33

0,33 0,38

0,38 0,43

0,17 0,22

0,38 0,43

0,13 0,18

0,17 0,22

0,28 0,33

0,33 0,38

0,38 0,43

0,55 0,65

0,95 1,00

0,48 0,53

0,13 0,18

0,18 0,23

0,28 0,33

0,38 0,43

0,43 0,48

0,40 0,53

0,55 0,65

0,13 0,18

1,60 1,90

0,40 0,60

0,70 0,90

0,75 1,00

0,45 0,65

0,60 0,80

0,70 0,90

0,70 0,90

0,70 0,90

0,60 0,80

0,70 0,90

0,75 1,00

0,25 0,45

0,70 0,90

0,70 0,90

0,70 0,90

0,70 0,90

0,75 1,00

0,75 1,00

0,75 1,00

0,75 1,00

0,45 0,65

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,20 0,35

0,80 1,10

0,80 1,10

0,80 1,10

0,40 0,60

0,70 0,90

0,70 0,90

0,70 0,90

0,80 1,10

0,80 1,05

0,70 0,90

0,70 0,90

1,30 1,60

0,80 1,10

0,40 0,60

0,40 0,60

0,40 0,60

0,40 0,60

0,40 0,60

0,40 0,60

0,40 0,60

1,00 1,40

-

-

-

1,65 2,00

1,65 2,00

-

-

-

-

-

-

-

-

0,40 0,70

0,40 0,70

0,40 0,70

0,40 0,70

0,40 0,70

0,40 0,70

0,40 0,70

3,00 3,50

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,20 0,30

0,20 0,30

-

-

-

-

-

-

-

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,15 0,25

0,08 0,15

O tipo 6150 tem 0,15% de vandio

A tabela seguinte apresenta as classes de aos com suas respectivas composies segundo

normas SAE AISI ABNT:



Sistema SAE e AISI de classificao dos aos

DesignaoSAE AISI Tipo de ao

10XX11XX13XX23XX25XX31XX33XX303XX40XX41XX

43XX

46XX47XX

48XX50XX51XX501XX511XX521XX514XX515XX61XX

86XX

87XX

92XX

93XX

98XX

950XXBXXXXLXX

C 10XXC 11XX13XX23XX25XX31XX

E 33XX-

40XX41XX

43XX

46XX47XX

48XX50XX51XX

-E511XXE521XX

--

61XX

86XX

87XX

92XX

93XX

98XX

-XXBXX

CXXLXX

Aos-carbono comunsAos de usinagem (ou corte) fcil, com alto SAos-mangans com 1,75% de MnAos-nquel com 3,5% de NiAos-nquel com 5,0% de NiAos-nquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de CrAos-nquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de CrAos resistentes corroso e ao calor ao Ni-CrAos-molibdnio com 0,25% de MoAos-cromo-molibdnio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20% ou0,25% de MoAos-nquel-cromo-molibdnio, com 1,82% de Ni, 0,50% ou 0,80% de Cr e0,25% de MoAos-nquel-molibdnio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20 ou 0,25 de MoAos-nquel-cromo-molibdnio com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% deMoAos-nquel-molibdnio com 3,50% de Ni e 0,25% de MoAos-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de CrAos-cromo com 0,80% a 1,05% de CrAos de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de CrAos de mdio cromo para rolamentos, com 1,02% de CrAos de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de CrAos resistentes corroso e ao calor ao CrAos resistentes corroso e ao calor ao CrAos-cromo-vandio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V(min.)Aos-nquel-cromo-molibdnio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de Cr e0,20% de MoAos-nquel-cromo-molibdnio com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,25% deMoAos-silcio-mangans com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn, 1,40 ou2,00% de Si e 0%, 0,17%, 0,32% ou 0,65% de CrAos-nquel-cromo-molibdnio com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% deMoAos-nquel-cromo-molibdnio com 1,00% de Ni, 0,80% de Cr e 0,25% deMoAos de baixo teor em liga e alta resistnciaAos-boro com 0,0005% de B min.Aos-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb

Exemplo de utilizao da tabela:



Observaes:

Letras adicionais na nomenclatura do ao tm os seguintes significados:

B... Ao obtido pelo processo Bessemer.

C... Ao obtido em forno Siemens-Martin.

E... Ao obtido em forno eltrico.

X... Anlise fora da norma.

TS... Norma estabelecida para prova.

..B.. Ao contendo, no mnimo, 0,0005% boro.

LC.. Ao com baixo teor de carbono C mx de 0,03%C.

F... Ao de cavaco curto para tornos automticos.

..L.. Indica presena de chumbo (0,15% a 0,35% Pb).

Exemplos:

B 1 1 1 3

C 1 1 4 5

E 3 3 1 0

46 B 12

12 L 14

Normalizao dos aos conforme norma DIN 17006

A norma DIN 17006 divide os aos em trs tipos:

Ao sem ligas Ao com baixa liga (elementos de ligas 5%) Ao com alta liga (elementos de ligas 5%)



Designao e normalizao dos aos sem ligas

Aos de baixa qualidade: so tipos de aos de baixa pureza, sem ligas e que no podem sertratados termicamente. So designados atravs das letras St (ao)

e da resistncia mnima a ruptura.

Aos ao carbono: tm melhor pureza, podem ser tratados termicamente.

So designados atravs da letra C (carbono) e da porcentagem do carbono.

Para caracterizar a diferena dos aos finos no-ligados, alm da letra C colocam-se letras

com os seguintes significados:

K-Ao fino com teor de enxofre mais fsforo menor do que 0,01%

f -Ao para tmpera a chama e por induo

q -Ao para cementao e beneficiamento, adequado para deformao a frio.

Normalizao

Aos de baixa qualidade

Exerccio:



Aos ao carbono

Exerccios:

Designao e normalizao dos aos com baixa liga

So aos que possuem no mximo at 5% de teor de ligas.

Para designar o teor dos elementos de liga, os nmeros na norma devem ser divididos pelos

fatores correspondentes ao elemento qumico. Os fatores so apresentados na tabela a seguir.


ESCOLA SENAI ALM

Fatores para elementos de liga

Fator 4 Fator 10 Fator 100

Cobalto Co

Cr

Mn

Ni

Si

Tungstnio W

Alumnio Al

Mo

Ti

Vandio V

Carbono C

P

S

N

A norma se compe dos seguintes elementos:

No se coloca a

As outras letras

Os nmeros dmesma seqn

Aos com baixa l72IRANTE TAMANDAR

letra C para o carbono.

definem os elementos de liga.

ivididos pelos fatores definem o teor dos elementos e so colocados na

cia, como as letras.

iga



Exerccio:

16 Mn Cr 5

17 Cr Ni Mo 6

Designao e normalizao dos aos com alta liga

So aos com um teor de liga acima de 5%.

Para design-los, coloca-se um X em frente do teor de carbono.

Todos os elementos, exceto o carbono, tm o fator 1, ou seja, os nmeros apresentam o valor

de teor real.

Aos rpidos para ferramentas so designados da seguinte forma:

S 6 5 2 5

Coloca-se S (ao rpido) no incio e os teores das ligas.

O teor de carbono s pode ser determinado atravs da especificao do produtor.

Aos com alta liga


ESCOLA SENAI ALM 74IRANTE TAMANDAR



Designao completa segundo a norma DIN

A normalizao compe-se de trs partes:

Obteno Composio Tratamento

Exemplo:

E C35 V70Forno eltrico Ao de carbono

de 0,35% de C

Beneficiado at

uma resistncia

de 700N/mm2

Significado das letras

Da obteno Da composio Do tratamento

A resistente aoenvelhecimento

Ag prataAl alumnioAs arsnico

A recozido

B forno Bessemer B boroBe berlioBi bismuto

B no se pode melhorar ascaractersticas mecnicas

por trabalho a frio

C C carbonoCe crioCo cobaltoCr cromoCu cobre

E forno eltricoEB forno eltrico bsico

E E endurecido porcementao

F forno de reverbero Fe ferroF temperado com chama ou

por induo

F resistncia a trao em kp/mm2



Significado das letras (continua)


G fundidoGG ferro fundido com

grafite em lminas

GGG ferro fundido com grafite em bolas

(nodular)

GH ferro fundido duroGS ao fundidoGTW fundido malevel

branco

GTS fundido malevel pretoGTP fundido malevel perlticoGGK fundido em coquilhaGSZ ao fundido

centrifugado

G G recozidog liso

H fundido semi-acalmado H chapas sem liga para caldeiras

H temperadoHF temperado por chamaHJ temperado por induo

J forno eltrico de induo J J

K K baixo teor de fsforo e enxofre

K deformado a frio

L metal para solda ou resistente a formao de

trincas em soluo

alcalina

LE forno eltrico de arco

Li ltio L

M forno Siemens-MartinMB forno Siemens-Martin

bsico

MY forno Siemens-Martin cido

Mg magnsio

Mn mangansMo - molibdnio

M superfcie fosca



Significado das letras (continua)


N N nitrognioNb nibioNi nquel

N normalizadoNT nitretato

P soldvel por presso P fsforoPb chumbo

P

Q deformado a frio Q indicada para deformaoa frio

Q

R acalmadoRR especialmente acalmado

R R superfcie spera

S soldvel por fuso S enxofreSb antimnioSi silcioSn estanhoSt ao sem dados qumicos

S recozidoSH descascado

T forno Thomas Ta tntaloTi titnio

T

U fundido sem acalmar U U superfcie laminada ou forjada

V V vandio V beneficiada

W ao afinado com ar W tungstnio W ao para ferramentas semliga

X X em aos de alta ligamultiplicar por 1

X

Y ao soprado com oxignioforno LD

Y Y

Z trefilado em barras Zn zincoZr - zircnio

Z


ESC

A figura seguinte ilustra os principais meios de obter ferro fundido e ao:78OLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR



Questionrio-Resumo

1. Qual a definio de ao ?

2. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga do ao ABNT 1045 ?

3. Quais os efeitos conseguidos com os aos-liga ou especiais?

4. Qual a identificao numrica dos aos ao molibdnio?

5. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga e porcentagem de carbono do ao AISI -

2515 ?



6. Quais os elementos de liga e suas respectivas porcentagens do ao ABNT 8615 ?

7. Qual o tipo de ao segundo as normas SAE521XX e AISI E521XX ?

8. O que especifica a norma DIN 17006 ?

9. Qual o teor dos elementos de liga dos aos 17CrNiMo6, X5CrNiMo1813 e S12-1-4-5 ?

10. Na designao GTS70, qual o material e de quanto sua resistncia a ruptura ?

11. Qual a forma de obteno, composio e tratamento posterior do ao GS17CrMoV 5 11 N

segundo a norma DIN 17006 ?



COMPORTAMENTO DAS LIGAS EM FUNO DA TEMPERATURA E COMPOSIO

Objetivos

Ao final desta unidade, o participante dever:

Conhecer


Tipos das ligas metlicas com cristais mistos, mistura de cristais e combinaesintercristalinas.

Saber


Curvas caractersticas da liquefao e solidificao de metais puros;

Pontos crticos de transformao (slido, lquido , ponto de parada);

Curvas caractersticas de liquefao e solidificao de ligas tpicas em funo dacomposio no diagrama Cu-Ni e Sn-Pb;

Influncia dos elementos de liga no tempo de transformao.

Ser capaz de


Interpretar diagramas para ligas com dois componentes;

Transferir conhecimentos na interpretao do diagrama ferro-carbono.



Introduo liquefao e solidificao dos metais

Toda matria possui trs estados fsicos: slido, lquido e gasoso. Fundamentalmente o que

diferencia um estado do outro o grau de agregao dos tomos. O slido um estado no qual os

tomos esto fortemente ligados, j no estado lquido essa ligao no to forte e, no estado

gasoso, essa ligao no existe.

A mudana de estados da matria ocorre com ganho ou perda de energia (calor).

Para o estudo dos metais, o estado gasoso pouco importante, portanto, trataremos apenas

das fases slida e lquida.

Ao fornecermos calor a um material slido, sua fuso ocorre em duas fases bem distintas:

Ao receber energia, os tomos aumentam sua vibrao. Isso se traduz fisicamente em umaumento de temperatura do corpo, at o ponto de sua temperatura de fuso. Nesta altura os

tomos ainda esto fortemente ligados.

Uma vez atingido o ponto de fuso, inicia-se o enfraquecimento das ligaes entre ostomos. Isso ocorre atravs do calor fornecido ao material.

O calor no mais servir para aumentar as vibraes dos tomos, mas sim para enfraquecer

as suas ligaes, no haver aumento em sua temperatura at que todas as ligaes sejamenfraquecidas, tornando-se lquido o material.


ESCOLA SENAI A

Ao calor necessrio para aumentar o estado de vibrao dos tomos (aumentar a temperatura)

chamamos de calor sensvel.

J o calor necessrio para enfraquecer (ou destruir completamente, no caso de vaporizao)

as ligaes atmicas chamado calor latente.

Vamos usar o zinco para exemplificar esse processo.

No diagrama seguinte, coloca-se na coordenada vertical a temperatura (em 0C) e na

coordenada horizontal, o tempo (em segundos).

No aqueciment

ponto de slido (419

recebida, a temperatu

estado de agregao.

A temperatura v

Embaixo do po

ser lquido.83LMIRANTE TAMANDAR

Liquefao e solidificao do Zn

o contnuo, a temperatura aumenta em funo do tempo. Quando chegar ao0C), o metal comea a se liquefazer. Apesar da mesma quantidade de calor

ra permanece constante, isso porque todo o calor gasto pela mudana do

Esta zona horizontal chamada ponto de parada.

oltar a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito.

nto slido, o estado de agregao slido, acima do ponto de lquido, passa a



Na zona dos pontos de parada, o estado de agregao lquido ou slido.

No processo de resfriamento a seqncia ocorre na ordem inversa.

Ligas metlicas

Antes de falarmos sobre ligas metlicas, importante definir o que vem a ser uma soluo

slida.

D-se o nome de soluo a uma mistura na qual no se consegue distinguir os seus diversos

componentes.

Cada um dos componentes possveis de serem distinguidos ser chamado fase.

Uma soluo que se encontra em estado slido chamada soluo slida.

Esquema de estrutura bifsica. Uma fase

ferro puro (ferrita) e a outra cementita.



Exemplo: nos aos temos uma soluo slida de Fe e C. Essa soluo chamada cementita.

- Ligas metlicas so misturas, em soluo, de dois ou mais metais:

Exemplo:

Cu Ni

Cu Zn (lato)

Cu Sn (bronze)

Fe C (ao)

Praticamente, todos os metais utilizados na indstria no so puros, mas sim ligas de uma ou

mais fases.

Composio de ligas metlicas

Os diferentes elementos que compem uma liga metlica so chamados componentes.

Observe os exemplos seguintes.


ES

Liquefao e solidificao da ligas

Soluo slida ou cristal misto

No processo de solidificao de uma liga de dois metais, que formam cristais mistos, a

transformao do estado lquido para o estado slido no se faz no ponto de parada, mas durante um

intervalo de solidificao.

No ponto lquido comeam a se formar os primeiros cristais mistos. A formao e o

cres

liga 86COLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR

cimento desses cristais continuam at o ponto slido. Em temperaturas abaixo do ponto slido, a

est totalmente no estado slido.


ESCOLA SENAI

Os componentes de uma liga tm diferentes pontos lquidos e necessitam de diferentes

quantidades de calor para a sua solidificao, portanto se variarmos as porcentagens dos elementos

de ligas, variaro as temperaturas dos pontos lquidos e dos pontos slidos.

Unindo todas as temperaturas de ponto lquido e todas as temperaturas de ponto slido,

obtemos o diagrama de fases.

Desenvolvimento d87ALMIRANTE TAMANDAR

e um diagrama de fases para uma liga Cu Ni (cristais mistos)



Interpretao do diagrama de fases

Exemplo: para uma liga de 20% Ni e 80% Cu.

A linha horizontal mostra a composio (em %). Quando temos 20% Ni, automaticamenteteremos 80% Cu.

Para cada composio temos uma temperatura inicial e uma final de solidificao.

Para a liga com 80% Cu 20% Ni, a solidificao inicia-se no ponto B e termina no ponto D,abaixo do qual a liga est totalmente slida.

Acima do ponto B a liga est totalmente lquida.

Para cada composio, temos ento dois pontos que geram duas linhas, dividindo odiagrama em trs partes.

Para resfriamento, a linha chamada lquidus indica, para cada composio, a temperaturaem que se inicia a solidificao e a slidus, onde termina.


ESCOLA SENAI

Cada regio do diagrama indica fases. Acima da linha lquidus, fase totalmente lquida,abaixo da linha slidus fase totalmente slida, e, entre as duas, temos o intervalo de

solidificao, onde esto presentes duas fases, slida e lquida.

Seguindo a linha ABCDE (figura anterior), traada no diagrama, teremos para a liga 80 Cu 20 Ni o que est descrito na tabela a seguir.

Ponto No de fasespresentes

Tipo da fase Interpretaoda liga

A 1 lquida totalmente lquido

B 1 lquida inicia-se solidificao

C 2 lquida e slida lquido slido

D

E

Mistura de cr

No processo

cristais, temos uma

curva de resfriament89ALMIRANTE TAMANDAR

1 slida final de solidificao

1 slida totalmente slido

istais

de solidificao de uma liga de dois elementos que formam uma mistura de

concentrao definida, onde a curva de resfriamento dessa mistura igual

o de um metal puro.

Curva de resfriamento do euttico



A liga com essa concentrao tem o ponto lquido mais baixo que todas as outras

concentraes e chamada de liga euttica.

Componentes Temperatura defusoTemperatura de fuso do

euttico

Ferro fundido Ferro 96%

Carbono 4%

15350C

38400C

12000C

Solda prata Cobre 55%

Prata 45%

10830C

9610C

6200C

Alumnio

fundido por

presso

Alumnio 88%

Silcio 12%

6600C

14140C

5770C

Chumbo duro Chumbo 87%

Antimnio 13%

3270C

6300C

2510C

Na solidificao de uma liga que tem composio diferente da composio euttica, o elemento

que est em maior proporo que a liga euttica comea a se solidificar at que a fase lquida atinja a

composio euttica, ocorre ento a solidificao da fase euttica em uma nica temperatura.

Curva de resfriamento de concentrao diferente

do euttico



Diagrama de fases de um sistema que forma mistura de cristais

Na figura abaixo vemos o diagrama de fases Pb Sn que forma uma mistura de cristais.

A forma de obter este diagrama anloga do diagrama de fases de cristais mistos vista na

figura Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu-Ni (cristais mistos).

Combinaes intermetlicas

A curva de resfriamento de uma combinao intermetlica corresponde curva de um metal

puro e ser estudada no diagrama Fe-C, na unidade 5.



Questionrio Resumo

1. Comente o diagrama de liquefao e solidificao do Zn, considerando: T(C), t(s), ponto de

slido, ponto de parada, ponto de lquido, curvas (resfriar e aquecer).

2. Explique por que no ponto de parada a temperatura constante em um intervalo de tempo

definido.

3. Descreva um processo de solidificao de uma liga de dois metais que formam cristais

mistos.

4. Consulte o diagrama de fases para uma liga Cu Ni (cristais mistos) e diga em quais

porcentagens de Cu Ni o intervalo de solidificao maior.

5. O que uma liga ?



6. Explique os tipos de ligas e cite exemplos.

7. Defina o que significa euttico, usando o diagrama de fases para o sistema Sn Pb.

8. Consulte a tabela de ligas eutticas e cite os componentes, a temperatura de fuso e a

temperatura euttica.



DIAGRAMA FERRO-CARBONO

Objetivos

Ao final desta unidade, o participante dever:

Conhecer


Diagrama de resfriamento do ferro puro;

Pontos caractersticos de temperatura, transformaes e estrutura das fases.

Saber


Transformaes estruturais das ligas ferro-carbono na solidificao;

Diagrama ferro-carbono para ao com as variveis: carbono, temperatura, linhas e zonas;

Componentes estruturais nas zonas do diagrama ferro-carbono para ao;

Classificao dos aos em funo da porcentagem de carbono (eutetide, hipo ehipereutetide).

Ser capaz de

Descrever e interpretar o diagrama ferro-carbono simplificado;

Determinar as zonas e temperaturas de transformao, sistemas estruturais e constituintespara aos com diferentes teores de carbono.



Liquefao e solidificao do ferro puro

Da mesma forma como foram apresentados os metais na unidade anterior, podemos

apresentar a curva de solidificao (liquefao) do ferro puro, como mostra o grfico seguinte.

Solidificao do ferro puro



Existem quatro pontos de parada:

A 1536 0C o ferro puro se solidifica em rede cbica de corpo centrado (c.c.c.), chamadaferro (delta) e assim permanece at 1 3920C.

A 1 3920C o ferro muda de estrutura para a estrutura cbica de face centrada (c.f.c.)chamada ferro (gama) ou austenita.

Abaixo de 9110C o ferro muda de estrutura novamente para a cbica de corpo centrado(c.c.c.) chamada ferro (alfa).

Abaixo de 7690C o ferro magntico. Isso ocorre devido a um rearranjo dos eltrons decada tomo.

A distncia entre os tomos na estrutura c.f.c. maior do que na estrutura de c.c.c., portanto

nesse estado mais fcil aceitar tomos estranhos, como por exemplo, tomos de carbono.

A esse fenmeno damos o nome de solubilidade no estado slido.

O ferro puro raramente usado, o mais comum estar ligado com o carbono. Em funo da

adio de carbono no ferro puro, as temperaturas de transformao iro se alterar conforme veremos

a seguir.

Diagrama ferro-carbono

O diagrama ferro-carbono pode ser dividido em trs partes:

de 0 a 0,05%C - ferro puro de 0,05 a 2,06%C - ao de 2,06 a 6,7%C - ferro fundido

Construo do diagrama ferro-carbono

O diagrama ferro-carbono fundamental para facilitar a compreenso sobre o que ocorre na

tmpera, no recozimento e nos demais tratamentos trmicos.


ESCOLA SENAI ALMIR

Para melhor entendermos o diagrama completo, que ser visto no fim da unidade, faamos

uma srie de experincias com seis corpos de provas conforme tabela seguinte.

Corpo de prova Teor de carbono (%)1 0,2

2 0,4

3 0,6

4 0,86

5 1,2

6 1,4

Aquecemos os corpos de prova com aplicao constante de calor e medimos em intervalos

regulares (cada cinco minutos) a temperatura dos corpos de prova. J sabemos que a caracterstica

da curva semelhante das outras ligas.

No corpo de prova

elevao da temperatura a

Determinando as tem

abaixo, poderemos cons

temperaturas Ac1 e todas a97ANTE TAMANDAR

no 1 com 0,2% de C, observamos que h uma variao na velocidade da

7230C (Ac1) e a 8600C (Ac3) - que chamamos de ponto de parada.

peraturas Ac1 e Ac3 ou Accm dos outros corpos de prova, conforme figuras

truir parte do diagrama ferro-carbono simplificado, unindo todas as

s temperaturas Ac3, conforme veremos no exerccio a seguir.


ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR 98



Exerccio

1. Com base na tabela abaixo, construa o diagrama Fe C simplificado (figura abaixo):a) Coloque no grfico todos os pontos de parada.

b) Trace uma linha ligando todos os pontos Ac1.

c) Trace outra linha ligando todos os pontos Ac3 e Accm.

Observao:

O diagrama Fe - C completo pode ser visto na figura Diagrama ferro-carbono completo.

TemperaturaCorpo de prova Ac1

0CAc3 ou Accm

0C1 723 AC3 = 860

2 723 AC3 = 820

3 723 AC3 = 775

4 723 ..........

5 723 ACcm = 890

6 723 ACcm = 990

Pontos de parada dos corpos de prova


Diagrama ferro-carbono (simplificado)

Estrutura do ao no resfriamento lento

O diagrama de fases encontrado na figura anterior corresponde ao diagrama de uma mistura

de cristais como j foi visto na unidade Comportamento das ligas em funo da temperatura e

composio (diagrama de fases Pb - Sn) com a diferena que para o sistema Pb - Sn a

transformao era lquido-slido e neste diagrama (Fe - C) ocorre uma transformao de estrutura

dentro do estado slido.

A presena do carbono faz com que o ferro mude de estrutura cbica de face centrada

(austenita) para cbica de corpo centrado (ferrita) a uma temperatura diferente de 9110C.

Essa temperatura varia em funo do teor de carbono no ferro e representada no grfico, a

seguir, pela linha G - S - E .100ESCOLA SENAI ALMIRANTE TAMANDAR


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Acima da linha G - S - E h uma soluo com uma nica fase: o ferro + C = austenita.

Estrutura austentica

Abaixo da linha G - S - E o ferro comea a mudar de estrutura, de cbica de face centrada

(ferro ) para cbica de corpo centrado (ferro ).

Como o ferro no consegue dissolver todo o carbono, forma-se uma segunda fase que acementita (Fe3C) que contm 6,67% de C.AI 101ALMIRANTE TAMANDAR


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Estrutura da cementita Fe3C

Abaixo da linha P - K, vamos ter uma soluo slida com duas fases - ferro + cementita.

Agora vamos estudar novamente os corpos de prova.

Comeamos com o corpo de prova n 4 com 0,86% de carbono.

Ao eutetide 0,86% de C

Ao eutetide

Este ao quando est acima de 7230C tem uma estrutura cbic

tecnologia dos materiais

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