Características do aço e ferro fundido

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Trabalho de ferro e aço

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Características do aço e ferro fundido

  1. 1. ELISANDRA J DE LIMA MERCIA PATRICIA R DE MOURA A DIFERENÇA ENTRE O AÇO E O FERRO FUNDIDO CIZENTO NATAL/RN 2015
  2. 2. PROPRIEDADES DOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS As propriedades desses materiais dependem dos seguintes fatores: - microestrutura, composição química e secção do matéria. Na microestrutura, a presença de carbono livre ou grafita é o fator microestrutural predominante porque a sua quantidade é maior, mais mole e menos resistente será o material. Além disso, a forma da grafita, a dimensão dos veios e a sua distribuição afetam igualmente as propriedades. Por outro lado, a matriz metálica dos ferros fundidos cinzentos contém ferrita e perlita; se a ferrita predominar, a usinabilidade do material é melhor, mas sua resistência mecânica e sua resistência ao desgaste são prejudicadas. Se a perlita for o constituinte predominante na matriz metálica, os ferros fundidos cinzentos correspondentes apresentarão melhor resistência mecânica. Uma matriz metálica contendo ferrita e perlita em proporções praticamente idênticas proporcionará ao material dureza e resistência mecânica intermediárias. A introdução de elementos de liga e ou a aplicação de tratamentos térmicos modificam a microestrutura da matriz metálica, podendo dar origem à perlita fina ou a uma matriz acicular, típica da martensita, afetando, é claro, de modo positivo as propriedades mecânicas. No que dizem respeito à composição química, os elementos básicos que influem nas propriedades mecânicas são o carbono e o silício e, em menor extensão, o fósforo. Desses três elementos, o silício é o mais importante pois, como se viu, é ele o principal responsável pela formação de grafita. O silício melhora ainda a resistência à corrosão e à oxidação a temperaturas elevadas do material. O efeito simultâneo do carbono, silício e fósforo é representado por uma fórmula já apresentada, a qual define o “carbono equivalente”. C equivalente = % Ct + % Si + % P ___________ 3 Essa equação indica que, na base de porcentagem em peso, os teores de silício e fósforo do ferro fundido cinzento afetam as propriedades
  3. 3. mecânicas, do mesmo modo que seu carbono total, porém, somente de um terço. O gráfico abaixo mostra uma relação típica entre o carbono equivalente e a resistência à tração de barras de ferro fundido cinzento de 30 mm de diâmetro. O fósforo deve ser mantido o mais baixo possível, dentro das características dessas ligas. Relação típica entre carbono equivalente e a resistência à tração de barra de 30 mm de diâmetro de ferro fundido cinzento. O enxofre deve ser controlado de modo a evitar-se a formação de FeS. Como no caso dos aços, esse controle é feito pela adição de manganês em quantidade suficiente para promover a formação de MnS, em vez de FeS. Para isso, o teor de Mn deve ser, geralmente, 1,7 vezes o teor de S, mais 0,12% Mn. O conceito de carbono equivalente também pode ser aplicado na variação dimensional. A figura abaixo relaciona a espessura da secção e a resistência à tração com o carbono equivalente, podendo-se notar que os ferros fundidos cinzentos com baixo carbono equivalente são menos sensíveis a variações dimensionais que os de carbono equivalente mais elevado.
  4. 4. Efeito do carbono equivalente na resistência à tração do ferro fundido cinzento em função da espessura da secção. A Tabela já mostrada indica o efeito da secção sobre os valores de limite de resistência à tração, dureza e resistência à flexão estática. A Tabela representa as propriedades mecânicas dos ferros fundidos cinzentos de acordo com a norma DIN (Os valores de resistência à tração apresentados correspondem a corpos de prova de 30 mm de diâmetro ou secção de peça de aproximadamente 15 mm. Para secções menores, a resistência à tração é maior, devido à maior quantidade de perlita presente. Para secções maiores, devido à maior quantidade de ferrita presente, a resistência e a dureza são menores. Como os ferros fundidos cinzentos são materiais muito pouco dúcteis, o alongamento é insignificante, geralmente menor que 1% e esse característico não é determinado). Propriedades mecânicas dos ferros fundidos cinzentos, segundo a norma DIN
  5. 5. Como se pode observar pelo exame das Tabelas acima relativa às normas brasileiras, em princípio, as propriedades fundamentais dos ferros fundidos cinzentos são a resistência à tração, resistência à compressão e dureza. A resistência à tração é a mais importante e o próprio agrupamento dos ferros fundidos em classes por diversas normas é feito com base nos valores de limite de resistência à tração. Como no caso dos aços, seria muito útil estabelecer-se uma relação entre a dureza e a resistência à tração dos ferros fundidos, visto que os ensaios de dureza são mais fáceis e rápidos, além de não serem destrutivos. Contudo, devido às variações de quantidade e forma dos veios de grafita, essa relação apresenta-se numa faixa muito extensa. MACKENZIE (307) estabeleceu relações entre dureza e resistência à tração para ferro fundido cinzento. As relações para ferro dúctil, ferro maleável e aço também estão indicados na figura a seguir.
  6. 6. Relações entre resistência à tração e dureza para ferro fundido cinzento, ferro maleável, ferro nodular e aço. Enquanto o aço apresenta uma relação fixa de resistência à tração para a dureza Brinell de aproximadamente 500 para 1 e os ferros dúcteis e maleáveis de aproximadamente 400 para 1, os ferros fundidos cinzentos mostram uma considerável variação, além de exibir amplos limites. Outra propriedade que se costuma controlar é a resistência à ruptura transversal. No ensaio correspondente, os dados obtidos são a carga no centro em kgf e a flexa correspondente no centro em mm. Geralmente, o valor dessa propriedade aumenta à medida que aumenta a resistência à tração, ao passo que a flexa diminui, sem que haja correlação exata entre essas duas propriedades. A figura abaixo mostra o caso particular do limite de fadiga, num ensaio realizado num ferro fundido cinzento ligeiramente ligado. Verifica-se a queda abrupta da propriedade a partir da temperatura de aproximadamente 420°C. Essa queda é particularmente importante quando se considerar que muitas peças de ferro fundido têm aplicações importantes em condições de tensões cíclicas e temperaturas elevadas.
  7. 7. Efeito da temperatura no comportamento à fadiga num ferro fundido com 2,84% C, 1,50% Si, 1,05% Mn, 0,07% P, 0,12% S, 0,31% Cr, 0,20% Ni e 0,37% Cu. A resistência ao choque foi considerada, durante muito tempo, uma propriedade secundária, por ser o ferro fundido cinzento comum um material frágil. Os tipos mais modernos, entretanto, mostram valores relativamente altos para essa propriedade. Assim é que ferros fundidos convenientemente ligados (com Ni e Mo, por exemplo, em baixos teores), apresentando valores para limite de resistência ao choque variando de 7 kgf a 14 kgf (68,7 a 137,3 J)(308). Uma propriedade típica dos ferros fundidos cinzentos é sua capacidade de amortecimento. Define-se “capacidade de amortecimento” como “habilidade de um metal absorver vibrações, resultantes de tensões cíclicas, por fricção interna, transformando a energia mecânica em calor”.
  8. 8. Capacidade de amortecimento do ferro fundido em comparação com a do aço, pelo método de ensaio Foeppl - Pertz. Outra propriedade característica do ferro fundido cinzento é a usinabilidade. Os ferros fundidos cinzentos mais comumente produzidos apresentam uma estrutura em que a matriz é ferrítica ou ferrítico-perlítica. Além da influência evidente dos veios de grafita – quantidade, distribuição e tamanho. Efeitos da estrutura na velocidade prática de torneamento. A resistência ao desgaste do ferro fundido cinzento é igualmente considerada uma característica importante, o que é, aliás, comprovado na
  9. 9. prática pelo seu emprego usual em peças móveis de máquinas. Um dos fatores favoráveis ao comportamento do ferro fundido cinzento quanto à resistência ao desgaste é a alta usinabilidade do material. Assim, as peças correspondentes podem ser produzidas economicamente dentro de rigorosas tolerâncias dimensionais, o que contribui para diminuir o atrito entre partes e diminuir a ação de desgaste. O fator principal, entretanto, está relacionado com a presença de grafita livre, que tende a adicionar ao material característicos lubrificantes, contribuindo igualmente para diminuir o atrito entre as partes de contato e evitar o fenômeno de engripamento, o qual, por sua vez, pode levar à possibilidade de, pelo calor desenvolvido, ocorrer uma soldagem localizada, com conseqüente arrancamento de partículas, tornando novamente a superfície áspera. Aparentemente, a melhor estrutura para o ferro fundido cinzento, sob o ponto de vista de resistência ao desgaste, é a matriz 100% perlítica e grafita do tipo A (308), ou seja, veios irregulares e desorientados. O pior ferro fundido seria o que apresenta matriz ferrítica associada com grafita dendrítica, tipo D ou E. PROPRIEDADES DO AÇO  Densidade média do aço: 7860kg/m³ (ou 7,86g/cm³)  Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Transversal: 210GPa  Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Longitudinal: 79GPa CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS Os aços são ligas metálicas de ferroe carbono, com percentagens deste último variáveis entre 0, 008 e 2,11%. Distinguem-se dos ferros fundidos, que também são ligas de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,11 e 6,67%. A diferença fundamental entre ambos é que os aços, pela sua ductibilidade, são facilmente deformáveis por forja, laminação e extrusão, enquanto que peças em ferros fundidos são fabricadas pelo processo de
  10. 10. fundição. Além dos componentes principais indicados, os aços incorporam outros elementos químicos, alguns prejudiciais, provenientes da sucata, do mineral ou do combustível empregue no processo de fabricação, como o enxofre e o fósforo. Outros são adicionados intencionalmente para melhorar algumas características do aço para aumentar a sua resistência, ductibilidade, dureza ou outra, ou para facilitar algum processo de fabrico, como usinabilidade, é o caso de elementos de liga como o níquel, o cromo, o molibdênio e outros. No aço comum o teor de impurezas (elementos além do Ferro e do Carbono) estará sempre abaixo dos 2%. Acima dos 2 até 5% de outros elementos já pode considerado aço de baixa-liga, acima de 5% é considerado de alta-liga. O Enxofre e o Fósforo são elementos prejudicais ao aço pois acaba por intervir nas suas propriedades físicas deixando o aço quebradiço. Dependendo das exigências cobradas, o controle sobre as impurezas pode ser menos rigoroso ou então podem pedir o uso de um antisulfurante como o Magnésio e outros elementos de liga benéficos. O aço inoxidável é um aço de alta-liga com teores de Cromo e de Níquel em altas doses (ultrapassam 20%) O aço é atualmente a mais importante liga metálica, sendo empregue de forma intensiva em numerosas aplicações tais como máquinas, ferramentas, em construção, etc . Entretanto, a sua utilização está condicionada a determinadas aplicações devido a vantagens técnicas que oferecem outros materiais como o Alumínio no transporte por sua maior leveza e na construção por sua maior resistência a corrosão, o cimento (mesmo combinado com o aço) pela sua maior resistência ao fogo, e os materiais cerâmicos em aplicações que necessitem de elevadas temperaturas. Ainda assim atualmente emprega-se o aço devido a sua nítida superioridade frente às demais ligas considerando-se o seu preço. Já que:  Existem numerosas jazidas de minerais de ferro suficientemente ricas, puras e fáceis de explorar, além da possibilidade de reciclar a sucata.  Os procedimentos de fabricação são relativamente simples e econômicos, e são chamados de aciaria. Os aços podem ser fabricados por processo de aciaria elétrica, onde se utiliza eletrodos e processo de
  11. 11. aciaria LD, onde se utiliza sopro de oxigénio no metal líquido por meio de uma lança.  Apresentam uma interessante combinação de propriedades mecânicas que podem ser modificados dentro de uma ampla faixa variando-se os componentes da liga e as suas quantidades, mediante a aplicação de tratamentos.  A sua plasticidade permite obter peças de formas geométricas complexas com relativa facilidade.  A experiência acumulada na sua utilização permite realizar previsões de seu comportamento, reduzindo custos de projetos e prazos de colocação no mercado. Qual a diferença entre ferro e aço?
  12. 12. Algumas vezes você já não se pegou perguntando qual a diferença entre ferro e aço? Porque, aparentemente, eles não parecem quase iguais? Então o que muda? É isso que vamos descobrir agora para você nunca mais ter esta dúvida e ainda poder ajudar os amigos que possuem esta dúvida. Por mais que a pergunta pareça cientificamente complicada, não é difícil entender o que diferencia o ferro do aço tanto no momento de utilizá-los como matéria-prima ou de comprar algum material feito com eles. São diversas características que tornam os dois elementos diferentes, mas existem sempre as principais. A primeira delas é que, enquanto o ferro, conhecido como “fe” na tabela periódica, é um metal puro, o aço é a “mistura” do ferro (fe) com o carbono (c). Desta forma, é possível dizer que o aço é uma mistura que utiliza o ferro em sua composição e por isso estão relacionados.

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