trat.s tÉr.s ligas a 2ª aula 12.2

7/31/2019 TRAT.S TR.S LIGAS A 2 AULA 12.2

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Tecnologia dos Materiais

LIGAS METALICASEEFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA

Prof. M.Sc. Antnio Fernando de Carvalho Mota

100 anos deGonzago


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Para comear....

O que so elementos de liga?

So os elementos formadores das ligas metlicas, queso materiais de propriedade semelhantes s dos metais

e que contm pelo menos um metal em sua composio.

OuroAoinoxidvelBronze


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SOLUES SLIDAS

um slido constitudo de dois ou mais elementos dispersos

atomicamente em uma nica fase.

Podem ser de dois tipos:

SUBSTITUCIONAIS: os tomos do soluto (impureza) tomam o lugardos tomos do solvente.

Exemplo: Cu + Zn.

Cobre

Zinco


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SOLUES SLIDAS

INTERSTICIAIS: os tomos de impureza ocupam os interstcios entre ostomos do solvente. O raio atmico do soluto deve ser substancialmentemenor do que o do solvente. Concentrao mxima:


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CLASSIFICAO DAS LIGAS METLICAS

LIGAS

METLICAS

FERROSAS NO-FERROSAS

AOS FERROS FUNDIDOS


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EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA

OBJETIVOS DA ADIO DE ELEMENTOS DE LIGA:

Alterar as propriedades mecnicas. Aumentar usinabilidade. aumentar temperabilidade.

Conferir resistncia ao desgaste. Conferir resistncia corroso. Conferir DUREZA A QUENTE. Modificar as caractersticas eltricas e magnticas.

DESVANTAGENS:

Custo mais alto. Maiores cuidados durante o tratamento trmico, entre outras.


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SISTEMA DE CLASSIFICAO ABNT

EXEMPLO: Ao ABNT NBR 6006 1020.

Ao ABNTNBR 6006 XXYY(Y)

No de registro da norma

Classe

Teor mdio de carbono X 100:YY: %p C < 1,0%

YYY: %p C > 1,0 %


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CLASSIFICAO DOS AOS

Ao carbono: ao que no contm elementos de liga alm dos teores

residuais admissveis e no qual os teores de mangans e silcio no

ultrapassam os limites mximos de 1,65% e 0,30% respectivamente.

Ao baixo carbono: ao carbono com teor nominal de carbono inferior ou

igual a 0,20%.

Ao mdio carbono: ao carbono com teor nominal de carbono superior a

0,20% e inferior ou igual a 0,60%.

Ao alto carbono: ao carbono com teor nominal de carbono superior a

0,60%.

Ferrita Perlita


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Aos de Baixo Carbono 0,2%C

Alta ductilidade; Bons para trabalhos mecnico e

soldagem; No so temperveis; Utilizados na construo de

prdios, pontes, navios,automveis.

T e n s o

D e f o r m a o

R u t u r a

E s c o a m e n t o

R e g i o d e d e f o r m a o p l s t i c aR e g i o d ed e f o r m a o e l s t i c a

T e n s o d e r u t u r a

T e n s o d e e s c o a m e n t o

Tenso mxima

Limite de resistncia trao = Tenso mxima


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Aos de Mdio Carbono 0,20 %C 0,6

Quando temperados erevenidos atingem boatenacidade e resistncia.

Os tratamentos trmicosso realizados com taxas

de resfriamento elevadase com sees finas. So utilizados em rodas,

equipamentos ferrovirios,e peas que necessitam

de alta resistnciamecnica.


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Aos de Alto Carbono > 0,60% C

Apresentam elevadadureza e resistncia aps atmpera.

So comumente utilizadosem trilhos,

Junta de dilatao numa estrada de ferro (folga)


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Variao das Propriedades Mecnicas com o teor de carbono

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Ensaio de trao

Mquina de TraoEMIC DL 60000

(MPa)

(%)

500

350

280

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


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AOS INOXIDVEIS

AOS INOXIDVEISou INOX so aqueles que apresentam

elevada resistncia ao ataque de ambiente corrosivo.

Essa resistncia devida principalmente presena do CROMO

de 10-11 %p e tambm de outros elementos de liga, que, ao

reagirem com a umidade do ar, formam a CAMADAPASSIVADORA, extremamente fina, invisvel e aderente.

A adio de elementos de liga, como TITNIO, NQUEL,

MOLIBDNIO, aumenta a resistncia do ao a outros agentes

corrosivos, alm de melhorar suas propriedades mecnicas.


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CARACTERSTICAS

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ALTA RESISTNCIA CORROSO.

RESISTNCIA MECNICA ELEVADA (superior a dos aos-carbono).

Facilidade de limpeza / baixa rugosidade superficial.

MATERIAL INERTE: no modifica cor, sabor ou aroma dos alimentos.

FACILIDADE DE CONFORMAO E DE SOLDAGEM

Mantm suas propriedades numa faixa muito ampla de temperatura,

inclusive muito baixas (criognicas).

Acabamentos superficiais variados.

FORTE APELO VISUAL (modernidade, leveza e prestgio).

RELAO CUSTO/BENEFCIO FAVORVEL.

BAIXO CUSTO DE MANUTENO.


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AOS INOXIDVEIS

A CORROSOe a OXIDAOdos metais a temperaturas acima da

ambiente uma importante causa de PERDA DE PEAS.

Corroso atmosfricaCorroso atmosfrica

industrialCorroso por alta

temperaturaIncrustao emtubos para gua


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CAMADA PASSIVADORA

AO

Fe Fe Fe

Fe FeC

C

C

+

Fe FeOO

Fe2O3(xido de ferro)

O

XIDO DEFERRO

(FERRUGEM)O

O

AO INOXIDVEL

Cr

OO

CrCrOO

O

Cr2O3 (xidode cromo)

XIDO DECROMO

1. Boa resistnciamecnica.

2. No-porosa.3. Quimicamente estvel.4. Boa aderncia.5. Auto-regenerativa.

OO

1. Baixa

resistnciamecnica.2. Porosa.


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APLICAES DOS AOS INOXIDVEIS

CUTELARIA:facas, bisturis, tesouras...

UTENSLIOS DOMSTICOS:panelas, baixelas, talheres, pias.

ELETRODOMSTICOS:geladeiras, foges,

mquinas de lavar roupas.


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A resistncia dos aos inoxidveis corroso deve-se

formao da chamada camada passiva, que protege ometal base do ataque qumico ambiental. O estado passivo conseqncia da formao de umfilme extraordinariamente fino de xido protetor CrO42-

(espessura de 30 a 50 A ) na superfcie os aos inoxidveis

Aos Inoxidveis - Passivao

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PASSIVAO


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AOS INOXIDVEIS

AISI 420 (MARTENSITICO)

AISI 409 (FERRTICO)

AISI 304 (AUSTENTICO)

MICROESTRUTURAS TPICAS

(5)


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REGIES PROBLEMTICAS TPICAS NA SOLDAGEM DE AOSINOXIDVEIS:

(1)Trinca a Quente ou por perda de ductilidadeacima de 1250C;

(2)Formao de fases intermetlicas aps

aquecimento entre cerca de 450 e 900C;

(3)Crescimento de gro na ZTA;

(4)Fragilizao e Trinca a Frio por formao demartensita.

(1) Trinca a Quente ou por perda de ductilidade acima de 1250C;

(1) Formao de fases intermetlicas aps aquecimento entre cerca de 450 e 900C;(1) Crescimento de gro na ZTA;

(1) Fragilizao e Trinca a Frio por formao de martensita.

(1) Na regio de coexistncia de ferrita e austenita, uma pequena rea triangular

que no atingida por nenhum dos problemas indicados

5(5)

Diagrama de Schaeffler


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SOLDABILIDADE DOS AOS INOXIDVEIS

Diagrama de Scheaffler utilizado para previso da susceptibilidade a fissurao e fase sigma


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SOLUO PARA EVITAR A TRINCA A QUENTE (EM AOS INOXIDVEISAUSTENTICOS)Conhecendo a composio qumica do Metal de Base, antes de soldar,

determinar pelo Diagrama de Schaeffler a microestrura do cordo de solda.

Caso a microestrutura no seja totalmente Austenita e a percentagem de

Ferrita esteja entre 4 e 10% no ocorrer trinca a quente.

A percentagem de Ferrita pode ser obtida tambm por leituras magnticas

(Nmero de Ferrita) (FN, sigla em ingls porFerrite Number).

Analisador de Medidor de Ferrite Diverse FM300

Medio do contedo de ferritade depsitos de solda

Uma verso da sonda refrigerada a ar possibilita a medio de ferrita em amostras quentes.

O instrumento calibrado utilizando os 16 padres secundrios universais mantidos no The Welding Institute.


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316304

Diagrama de De Long


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DILUIO Diluio a participao do metal de base na constituio da

zona fundida. A rea da seo transversal da Zona Fundida = MB + MA B rea de participao do metal de base na seo transversal da

Zona Fundida = MB d Coeficiente de Diluio

Coeficiente de Diluio, d = Metal Base = MBZona Fundida MB + MA

Solda autogna (sem metal de adio) d = 100%Brasagem (sem fuso do metal de base) d = 0%

ZF ZF


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Ex,:Temos como Metal de Base ao inoxidvel Ferrtico ABNT 430(0,003%C, 0,9%Mn, 0,4%Si e 17,0%Cr), e Metal de Adio eletrodo AWSE309 (0,06%C, 0,7%Mn, 0,7%Si, 22,1%Cr e 12,5%Ni), com uma diluiode 30%.Soluo: Metal base: Nieq = 1,4, Creq = 17,9 e

Metal adio: Nieq = 14,7, Creq = 23,2,Jogando-se esses valores no diagrama podemos notar que na zona fundidateremos 15% de Ferrita.


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Diagrama de Schaeffler


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Ao x Ferro Fundido

Ao Ligas Ferro Carbono 0,008 e 2,11% de C

Dctil Forjamento Laminao Extruso

Ferro Fundido Ligas Ferro Carbono 2,06% e 6,67% de C

Frgil, dureza varivel Fundio


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Ferros Fundidos


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FERRO FUNDIDO BRANCO

Ferro fundido branco

Quase todo o C est na forma de CEMENTITA.

Forma-se com MENORES TEORES DE SILCIO e com taxas de resfriamento

MAIS RPIDAS


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FERROS FUNDIDOS CINZENTOS Fe-C-Si

Micrografia do ferro fundido cinzento perlticocom ataque de Nital 2% a 200x


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FERRO FUNDIDO MALEVEL


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FERRO FUNDIDO NODULAR

Virabrequim K4M Fefo GS-51

Fundio TupyPeso do produto: 8,75 Kg


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AOS DE USINAGEM FCILSo aos que apresentam elevada usinabilidade, com alto teor

de enxofre, fsforo e mangans.Adio de metais moles como o Chumbo e Bismuto facilitam ausinagem (srie especial).

A importncia desses aos reside no fato de que a indstrias

modernas emprega cada vez mais processos de produoem massa, os quais exigem mquinas automticas quepossibilitem a produo de elevado numero de peas emtempo relativamente curto.


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AOS PARA FINS ESPECIAIS

Os mais famosos aos resistentes ao desgaste so osdenominados HadField do tipo mangans austentico.So aos resistentes ao desgaste Metal X Metal, muitoutilizado em componentes fundidos para aplicaes severasde desgaste metal X metal, como por exemplo na IndstriaFerroviria, construo, minerao, Dragagem, Fabricao deCimento e Produtos cermicos, alm de indstrias dePerfurao de poos de Petrleo.


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AOS CRIOGNICOS So utilizados principalmente na construo de tanques de

armazenamento de gases em baixa temperatura ou em altapresso, alm de usos em algumas cmaras frigorficas;instrumentos para laboratrios de pesquisas biolgicas queutilizam temperaturas baixas, para laboratrios defertilizao artificial, armazenamento de embriescongelados, entre outros usos na rea mdica e biolgica.


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Cromo: Forma carbonetosTungstnio (w): Forma carbonetos muito duros

Molibdnio: Influncia na estabilizao do carboneto

Vandio: Forma carbonetos

Elementos de liga

formadores de carboneto


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Elementos de liga no formadoresde carboneto

Silcio

Mangans

Nquel

Cobre

Cobalto


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Carbono


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Carbono

o principal elemento de liga no ao. Por definio , Ao a liga de Ferro-Carbono,

contendo at 2,0% de carbono. No ao o carbono encontra-se misturado no ferro ou na

forma de carbonetos de maior dureza com o ferro,formando a cementita ou Fe

3C, ou com outros elementos

tais como o vandio, cromo ou molibdnio. Portanto, pode-se dizer que a principal propriedade

conferida no ao pelo carbono a dureza. Aumenta, tambm, o limite de resistncia trao e a

temperabilidade, mais diminui a tenacidade e asoldabilidade. utilizado um diagrama para anlise do teor de carbono

no ferro.


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Mangans


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Diagrama de fases Fe Fe3C


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MangansEm mdia, para cada 1% de mangans, a resistncia traoaumenta 100 MPa. Para aos temperveis, aumenta a durezaaps o processo de tmpera.


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Mangans

Influncia na estrutura : Estabiliza os carbonetos, ajudaa criar microestrutura dura por meio de tmpera e Diminuia velocidade de resfriamento

Influncia nas Propriedades :Aumento da resistncia

mecnica e temperabilidade da pea e auxilia naresistncia ao choque Aplicaes :Ao para construo mecnica Produtos : Peas para automveis e peas para uso

geral em engenharia mecnica


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Mangans

Peas elevadas do triturador docone do ao de mangans

Jacar ,utilizada para desvio de trens


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Mangans

- Estabiliza os carbonetos. Ajuda a criar microestrutura dura por meiode tmpera. Diminui a velocidade de resfriamento.

- Aumenta a resistncia mecnica, a temperabilidade da pea e a

resistncia ao choque.

Aplicaes: Ao para construo mecnica. Produtos: Peas para automveis e peas para uso geral em

engenharia mecnica.


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Mangans


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Silcio

Sil i


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Silcio

O silcio um elemento qumico de smbolo Si de n atmico14 com massa atmica igual a 28 u. temperatura ambiente, o silcio encontra-se no estado slido. Foi descoberto por Jns Jacob Berzelius, em 1823. O silcio o segundo elemento mais abundante na Terra,

perfazendo 25.7% do seu peso. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia,

normalmente na forma de dixido de silcio (tambm conhecidocomo slica) e silicatos.

Pertence ao grupo 14 ( IVA ) da Classificao Peridica dosElementos.

Se apresenta na forma amorfa e cristalina; o primeiro na formade um p pardo mais reativo que a variante cristalina, que seapresenta na forma octadrica de colorao azul


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Sil i


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Silcio

- Auxilia na desoxidao e na grafitizao.- Aumenta a fluidez.

- Aumento da resistncia oxidao em temperaturaselevadas.

melhora da temperabilidade e da resistncia trao. Aplicaes: Aos com alto teor de carbono. Aos parafundio em areia.

Produtos: Peas fundidas.

Vlvula redutora de presso com ao silcioChapas de ao silcio

Sil i


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Silcio um agente desoxidante na produo do ao.

Aumenta a resistncia corroso e a resistncia trao,mas prejudica a soldagem.

O silcio aumenta significativamente a resistividade eltricado ao e, por isso, aos com silcio so amplamente usados

em ncleos magnticos (motores, transformadores, etc)devido s menores perdas com as correntes parasitas quese formam.

Sil i


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Silcio

Influncia nas Propriedades : Auxilia nadesoxidao na grafitizao e Aumenta afluidez.

Influncia na estrutura : Aumento da

resistncia oxidao em temperaturaselevadas. Melhora da temperabilidade e daresistncia trao.

Aplicaes :Aos com alto teor de carbono.Aos para fundio em areia. Produtos : Peas fundidas.

Sil i


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Silcio

O Br-800 tinha um motor fundido em liga de alumnio-silcio

Fabricada com material de liga leve e silcio tambm endurecida com tratamento de nquel

Silcio


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Silcio

Estruturalmente:

Auxilia na desoxidao e na grafitizao;Aumenta a fluidez.Mudana nas Propriedades do Ao:

Aumenta a resistncia oxidao em temperaturas

elevadas;Melhora a temperabilidade e a resistncia traoAplicaes:Aos com alto teor de carbono;Aos para fundio em areia.

Cromo


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Cromo

Cromo


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Cromo

O cromo , smbolo Cr, nmero atmico 24 emassa atmica 52 u, Slido em temperaturaambiente.

um metal encontrado no grupo 6 (6B),empregado especialmente em metalurgia emprocessos denominados eletrodeposio.

Alguns de seus xidos e cromatos so usadoscomo corantes.

Foi descoberto em 1797 por Louis NicolasVauquelin no mineral crocota encontrado naRssia.

Cromo


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Cromo

mineral crocota

Cromo


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Cromo

Cromo


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Cromo

Escape de moto cromado.

Aumenta a resistncia corroso e ao calor

Aumenta a resistncia aodesgaste (devido

formao de carbetos decromo) Em aos baixa liga

aumenta a resistncia e adureza

normalmenteadicionado com Ni (1:2)

Cromo


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Cromo

Os Aos Ino id eis tambm sofrem corroso?Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?


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Quando aos austensticos (como 304 ou 316) so aquecidos nafaixa de 450 a 850 C, ou resfriados lentamente nesta faixa

ocorre uma descromizao, precipitao de carbonetos de cromoCr23C6, ao longo dos contornos de gro.Este fenmeno denominado SENSITIZAO responsvel pelaCORROSO INTERGRANULAR.

Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?

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Micrografia de um ao inox.com corroso intergranular

O t d t ld d i id i ?


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O que acontece durante a soldagem dos aos inoxidveis?

Sensitizao iniciando a Corroso Intergranular.

Obs.: A SENSITIZAO ocorre mais freqentemente nometal de base do que no metal de solda.

Cordo de Solda

Regies Sensitizadas

Localizao de regies Sensitizadas por Soldagem

Nquel


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Nquel

- Refina o gro e diminui a velocidade de transformao naestrutura do ao

-Aumenta da resistncia trao. Aplicaes: Ao para construo mecnica. Ao

inoxidvel, Ao resistente a altas temperaturas. Produtos: Peas para automveis, utenslios domsticos

e caixas para tratamento trmico

Tubulaes em ao inxidvel com nquel

Nquel
http://var/www/apps/conversion/current/tmp/scratch20793///upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/Nickel_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg


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Nquel Aumenta a resistncia ao impacto (2-5% Ni)

Aumenta consideravelmente a resistncia corrosoem aos baixo carbono (12-20% Ni) Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de

expanso trmica prximo de zero.

Moeda de nquel.

Ao austenitico (CFC))

Ao ferrtico (CCC)ADctil

Frgil

Temperatura CResist.ao

choque(N.m

)

HC

ENSAIO CHARPY

Nquel


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Nquel


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SOLDAGEM DOS AOS INOXIDVEIS

ELEMENTOS ALFGENOS COMO O CROMO:Mo, Si, Nb, Ti e V

ELEMENTOS GAMGENOS COMO O NQUEL:Mn e N

TIG

MIG/MAG/ARAME TUBULAR

ELETRODO REVESTIDO

Tungstnio


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Tungstnio


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Tungstnio


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Tungstnio

O tungstnio forma carbonetos WC e W2C, mas na

presena de ferro forma Fe3W3C ou Fe4W2C. Quando em soluo o tungstnio retarda a transformao

austenita / ferrita. Ele refina o tamanho de gro e produz menor tendncia a

descarbonetao em servio

Tungstnio


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TungstnioAumenta a resistncia trao em altas temperaturas.

Forma carbonetos bastante duros e usado em aos paraferramentas (aos rpidos).

Tungstnio


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Tungstnio

Filamento de lmpadaincandescente

Mantm a dureza a altastemperaturas

Forma partculas duras e resistentesao desgaste altas temperaturas

Tungstnio


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Tungstnio

Molibdnio


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Molibdnio

Molibdnio


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Molibdnio

O molibdnio ou molibdnio , smbolo Mo de nmeroatmico 42 e de massa atmica igual a 96 u.

Na temperatura ambiente o molibdnio encontra-se noestado slido. um metal de transio encontrado no grupo 6 (6B) .Foi

descoberto em 1782 pelo sueco Peter Jacob Hjelm.

um elemento qumico essencial sob o ponto de vistabiolgico, e na industria muito usado na forma de ligasmetlicas, principalmente no ao.

Molibdnio


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MolibdnioMelhora a resistncia a altas temperaturas, a resistncia aodesgaste e a dureza aps a tmpera. Para aos inoxidveis,melhora a resistncia corroso.

Molibdnio


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Molibdnio

Molibdnio


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Molibdnio

O Kalinin K-7 apresentava umaestrutura em ao-molibdnio

soldado e revestida em alumnio

Pratinho de mola em ao cromo-molibdnioEMPI

Molibdnio


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Molibdnio

Molibdnio eletrolticoe cubo de 1 cm

Em teores < 0,3% aumenta a dureza e a resistncia,especialmente sob condies dinmica e a altastemperaturas

Atua como refinador de gro Melhora a resistncia `a corroso

Forma partculas resistentes abraso Contrabalana a tendncia fragilidade de revenido

Molibdnio


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Molibdnio

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