Tecnologia dos Materiais - Aços

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Tecnologia dos Materiais - Aços

  1. 1. Índice• Características do aço – (Brenner e José Victor)• Fabricação do aço – (Lucas e Ney)• O aço e suas ligas - (José Rodrigo e Mike)• O aço e sua obtenção - (Renato Nascimento”)• O aço e sua simbologia – (Luiz Felipe)
  2. 2. Características do aço• Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono, compercentagens deste último variáveis entre 0,008 e 2,11%.Distinguem-se dos ferros fundidos, que também são ligasde ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,11 e6,67%. A diferença fundamental entre ambos é que osaços, pela sua ductibilidade, são facilmente deformáveispor forja, laminação e extrusão, enquanto que peças emferros fundidos são fabricadas pelo processo de fundição.Além dos componentes principais indicados, os açosincorporam outros elementos quimícos, alguns prejudiciais,provenientes da sucata, do mineral ou do combustívelempregue no processo de fabricação, como o enxofre e ofósforo. Outros são adicionados intencionalmente paramelhorar algumas características do aço para aumentar asua resistência, ductibilidade, dureza ou outra, ou parafacilitar algum processo de fabrico, como usinabilidade, éo caso de elementos de liga como o níquel, o cromo, omolibdênio e outros.
  3. 3. Características do aço•O aço é atualmente a mais importante liga metálica, sendo empreguede forma intensiva em numerosas aplicações tais como máquinas,ferramentas, em construção, etc . Entretanto, a sua utilização estácondicionada a determinadas aplicações devido a vantagens técnicasque oferecem outros materiais como o Alumínio no transporte por suamaior leveza e na construção por sua maior resistência a corrosão, ocimento(mesmo combinado com o aço) pela sua maior resistência aofogo, e os materiais cerâmicos em aplicações que necessitem deelevadas temperaturas.
  4. 4. Características do açoOs seguintes tipos de ligas de aço:• Aços ferramenta;• Aços para construção mecânica; Aços ferramentasOs aços ferramenta representam um importante segmento da produçãosiderúrgica de aços especiais. Estes aços são produzidos e processados paraatingir um elevado padrão de qualidade e são utilizados principalmente em:matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e contínuo,ferramentas de conformação de chapas, corte a frio, componentes demáquina, etc. Apesar de existirem mais de 100 tipos de aços ferramentanormalizados internacionalmente, procurando atingir as mais diversasaplicações e solicitações, a indústria de ferramentaria trabalha com umagama reduzida de aços que possuem suas propriedades e desempenhoconsagrados ao longo do tempo, como por exemplo, os aços AISI H13, AISID2 e AISI M2, entre outros.
  5. 5. Características do açoDevido às diversas utilizações dos aços-ferramenta, eles sãodivididos em diferentes tipos de acordo com a sua aplicação ecaracterísticas. São eles:• Aços-rápidos• Aços para trabalho a quente• Aços para deformação a frio• Aços resistentes ao choque• Aços baixa-liga para aplicações especiais• Aços para moldagem• Aços temperáveis em águaNome Símbolo:Aços Ferramenta Temperáveis em Água (W) / Aços Ferramenta Resistentes aoChoque (S) / Aços Ferramenta para Trabalho a Frio Temperáveis em Óleo (O) /Aços Ferramenta para Trabalho a Frio (D) / Aços Ferramenta para Trabalho aQuente (H) / Aços Ferramenta para Moldes (P) / Aços Rápido ao Molibdênio
  6. 6. Características do açoA tabela abaixo mostra as Designações, Composições e Aplicações para seis Aços Ferramenta: Estes aços são essencialmente aços carbono e encontram-se entre os aços ferramenta de menor custo do mercado. Estes aços precisam ser temperados em água para atingir a dureza necessária. Por sua baixa temperabilidade, apenas em Ferramentas de pequeno porte é possível conseguir o endurecimento total da seção transversal. Em peças maiores, a superfície endurece na têmpera, mas o núcleo se mantém com baixa dureza.
  7. 7. Características do aço Aços para construção mecânica:Os aços para construção mecânica são obtidos atravésde processos especiais de elaboração, lingotamento,conformação mecânica a quente e a frio, tratamentostérmicos e acabamento, rigoroso controle de processose verificação através de linha de inspeções, queasseguram um conjunto de propriedades ecaracterísticas, objetivando-se a garantia da qualidadedos produtos.
  8. 8. Características do açoA tabela abaixo mostra as Designações, Composições para os Aços para Construção Mecânica.
  9. 9. Fabricação do açoBasicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em todacrosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro éum óxido de ferro, misturado com areia fina. O carbono é também relativamenteabundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia,usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal. O carvão exerceduplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altastemperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério. Carvão mineral Carvão vegetal
  10. 10. Fabricação do aço ClassificaçõesAs usinas de aço do mundo inteiro classificam-se segundo o seu processo produtivo:• Integradas –que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação;participam de todo o processoprodutivo e produzem aço.• Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas partem de ferro gusa, ferroesponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros para transformá-los em aço em aciarias elétricas e suaposterior laminação.Além disso, em função dos produtos que preponderam em suas linhas de produção, as usinas também podemser assim classificadas:De semi-acabados (placas, blocos e tarugos)De planos aços carbono (chapas e bobinas)De planos aços especiais / ligados (chapas e bobinas)De longos aços carbono (barras, perfis, fio máquina, vergalhões, arames e tubos sem costura)De longos aços especiais / ligados (barras, fio-máquina, arames e tubos sem costura)
  11. 11. Fabricação do aço Etapas de fabricaçãoO aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do açopode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação. 1- Preparação da carga • Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. • O produto resultante é chamado de sinter. • O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque.
  12. 12. Fabricação do aço2- Redução• Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno.1• Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno.• O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início aoprocesso de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa.• O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado. 3- Refino • Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido. • Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas. • A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.
  13. 13. Fabricação do aço4- LaminaçãoOs semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentoschamados laminadores e transformados em uma grande variedade deprodutos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/oucomposição química.  A tabela ao lado mostra o Fluxo da Produção do aço, da Preparação de Carga até a Laminação.
  14. 14. O aço e suas ligasAços-ligas, são aços que possuem elementos de ligas presentes nos aços carbonos emproporções mais altas, ou aços que possuam elementos de ligas que normalmente não entramna composição dos aços carbonos. Estas quantidades são determinadas com o objetivo depromover mudanças nas propriedades físicas e mecânicas que permitam ao materialdesempenhar funções específicas.Os aços ligas costumam ser designados de acordo com seuelemento predominante. Vantagens em adicionar elementos de ligas no aço: Aumenta a Altera as propriedades Aumenta a usinabilidade mecânicas temperabilidade
  15. 15. O aço e suas ligasConferi a resistência Conferi resistência ao à corrosão desgaste Aço baixa liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga não ultrapassa 5%. Aço média liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga está entre 5% e 12%. Aço alta liga: Aço em que a soma dos teores dos elementos de liga é no mínimo 12%. Aço baixa liga de alta resistência: Aço com teor de carbono inferior a 0,25%, com teor total de elementos de liga inferior a 2,0%.
  16. 16. O aço e suas ligas Elementos de ligas mais comuns:• Cr – Cromo: Aumenta a resistência à corrosão e ao calor / Aumenta a resistência ao desgaste / Em açosbaixa-liga aumenta a resistência e a dureza• Mo – Molibdênio: Em teores < 0,3% aumenta a dureza e a resistência, especialmente sob condiçõesdinâmicas e a altas temperaturas / Atua como refinador de grão / Melhora a resistência á corrosão / Formapartículas resistentes à abrasão / Contrabalança a tendência à fragilidade de revenido.• Mn – Manganês: Agente dessulfurante e dexodidante / Aumenta a dureza e a resitência / Baixa atemperatura de transformação da martensinita / Alcança-se alta dureza, alta ductilidade e excelente resistênciaao desgaste.• Ni – Níquel: Aumenta resistência ao impacto / Aumenta consideravelmente a resistência à corrosão emaços baixo carbono / Com 36% de Ni tem-se coeficiente de expansão térmica próxima de zero.• Si – Silício: Melhora as propriedades de resistência com pouca perda de ductilidade / Melhora a resistência àoxidação / Com 2% de Si é usado para confecção de molas / Aumenta o tamanho de grão ( necessário paraaplicações magnéticas / Agente desoxidante.• P – Fósforo : Aumenta a resistência dos aços baixo carbono / Aumenta a resistência à corrosão / Facilita ausinagem / Gera fragilidade à frio.• V – Vanádio: Forma carbetos que são estáveis a altas temperaturas / Inibe o crescimento de grão (0,03-0,25%) e melhora todas as propriedades de resistência sem afetar a ductilidade.
  17. 17. O aço e suas ligas Especificações:• Baixas temperaturas: Uso de aços-ligas para temperaturas inferiores à -45°C (limitedo aço-carbono) .•Alta corrosão: Serviços onde o fluído é corrosivo, mesmo quando em temperaturasdentro da faixa usual de trabalho do aço carbono. Os aços-ligas,têm, geralmente, maiorresistência a corrosão que o aço carbono.• Sem contaminação: Serviços onde não pode haver contaminação dos produtos, taisquais os produtos farmacêuticos e alimentícios. Nestes casos, mesmo as corrosõesmoderadas, sempre geram resíduos que vão contaminar o fluido contido noequipamento.• Segurança: Serviços com fluidos perigosos (temperaturas elevadas, tóxicos,inflamáveis, explosivos, etc) ou equipamentos de importância, para os quais qualquerinterrupções causa grandes prejuízos.
  18. 18. O aço e suas ligas Classificação:Os aços-liga seguem as mesmas classificações do aço-carbono, ou seja, são divididos emGrau, Tipo e Classe. Os sistemas de designação também são os mesmos, destacando-se o:SAE (Sociedade de Engenheiros Automotivos) /AISI (Instituto Americano de Ferro eAço) ASTM (Sociedade Americana de Testes e Materiais). Sistema de classificaçãoA designação SAE-AISI considera como aço-liga aqueles que ultrapassam os limites de1,65% de Manganês, 0,60% de Silício ou 0,60% de Cobre. Além disso, são consideradosaços-liga todo e qualquer aço que possua quantidades mínimas especificadas deAlumínio, Boro, Cromo (até 3,99%), Cobalto, Nióbio, Molibdênio, Níquel, Titânio,Tungstênio, Vanádio, Zircônio ou qualquer outro elemento de liga adicionado com ointuito de melhorar as propriedades mecânicas e a tenacidade, após a realização detratamentos térmicos.
  19. 19. O aço e suas ligas Qualidade Os grupos de descrição de qualidade para os aços-ligas são os seguintes: Placas Barras laminadas a quente Arames Barras acabadas a frio Tubos para oleodutos Produtos tubulares para campos petrolíferos Produtos tubulares especiais
  20. 20. O aço e suas ligas AplicaçõesOs aços-liga, por apresentarem propriedades distintas e vastas, possuem diversas aplicações.Podem ser encontrados em praticamente todos os segmentos industriais, desde a construção civilaté a construção naval, passando pela indústria petrolífera, automobilística e aeronáutica. Exemplos de algumas aplicações dos aços-ligas Área da Construção Área automobilística Área petrolífera Civil
  21. 21. O aço e sua obtençãoO aço é um produto siderúrgico definido como liga metálica compostaprincipalmente de ferro e pequenas quantidades de carbono. Para a obtençãodas chapas de aço é necessário extrair da natureza o minério de ferro,denominado hematita, e a partir de sua redução com carvão vegetal, produz-seuma chapa com alto grau de pureza. As latas de aço produzidas com chapasmetálicas, conhecidas como folhas de flandres... O processo siderúrgico pode ser dividido em 4 grandes partes: a) Preparo das Matérias-Primas (Coqueira e Sintetização) b) Produção de Gusa (Alto-forno) c) Produção de Aço (Aciaria) d) Conformação Mecânica (Laminação)
  22. 22. O aço e sua obtenção1.1-Preparo das Matérias-Primas As matérias-primas necessárias para a obtenção do aço são: o minério de ferro, principalmente a hematita, e o carvão mineral. Ambos não são encontrados puros na natureza, sendo necessário então um preparo nas matérias primas de modo a reduzir o consumo de energia e aumentar a eficiência do processo. 1.2-Coqueira e sintetização A coqueificação ocorre a uma temperatura de 1300oC em ausência de ar durante um período de 18 horas, onde ocorre a liberação de substâncias voláteis. O produto resultante desta etapa, o coque, é um material poroso com elevada resistência mecânica, alto ponto de fusão e grande quantidade de carbono. "O coque, nas especificações físicas e químicas requeridas, é encaminhado ao alto-forno e os finos de coque são enviados à sinterização e à aciaria. O coque é a matéria prima mais importante na composição do custo de um alto-forno (60%)".
  23. 23. O aço e sua obtenção1.3-Alto-Forno Esta parte do processo de fabricação do aço consiste na redução do minério de ferro, utilizando o coque metalúrgico e outros fundentes, que misturados com o minério de ferro são transformados em ferro gusa. A reação ocorre no equipamento denominado Alto Forno, e constitui uma reação exotérmica. O resíduo formado pela reação, a escória, é vendida para a indústria de cimento. Após a reação, o ferro gusa na forma líquida é transportado nos carros-torpedos (vagões revestidos com elemento refratário) para uma estação de dessulfuração, onde são reduzidos os teores de enxofre a níveis aceitáveis. Também são feitas análises da composição química da liga (carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre) e a seguir o carro torpedo transporta o ferro gusa para a aciaria, onde será transformado em aço. 1.4-Aciaria Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da injeção de oxigênio puro sob pressão no banho de gusa líquido, dentro de um conversor. A reação, constitui na redução da gusa através da combinação dos elementos de liga existentes (silício, manganês) com o oxigênio soprado, o que provoca uma grande elevação na temperatura, atingindo aproximadamente 1700oC. Os gases resultantes do processo são queimados logo na saída do equipamento e a os demais resíduos indesejáveis são eliminados pela escória, que fica a superfície do metal. Após outros ajustes finos na composição do aço, este é transferido para a próxima etapa que constitui o lingotamento contínuo.
  24. 24. O aço e sua obtenção1.5-Lingotamento Contínuo No processo de lingotamento contínuo o aço líquido é transferido para moldes onde se solidificará. O veio metálico é continuamente extraído por rolos e após resfriado, é transformado em placas rústicas através do corte com maçarico. Posteriormente, os lingotes devem passar pelo processo de laminação, podendo ser a quente ou a frio, onde se transformarão em chapas 1.6-Laminação a quente através da diminuição da área da seção transversal. Na laminação a quente, a peça com aproximados 250 mm é aquecida e submetida à deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada. Os produtos laminados a quente podem ser: Chapas Grossas    espessura: 6 a 200 mm    largura: 1000 a 3800 mm    comprimento: 5000 a 18000 mm Tiras    espessura: 1,2 a 12,50 mm    largura: 800 a 1800 mm    comprimento-padrão: 2000, 3000 e 6000 mm 
  25. 25. O aço e sua obtenção Tensões ResiduaisDevido ao resfriamento desigual das peças, chapas e perfis laminados a quente apresentamtensões que permanecem após o completo resfriamento. Em chapas, por exemplo, as bordas sesolidificam mais rapidamente que o centro, servindo como um quadro que impedirá a retração dapeça como um todo, fazendo com que o centro da peça permaneça tracionado. A norma NBR8800 fixa essa tensão em 115 MPa. 1.7-Laminação a frio Ao contrário do processo de laminação a quente as peças laminadas a frio são normalmente mais finas, com melhor acabamento e sem a presença de tensões residuais.
  26. 26. O aço e sua obtenção 1.8-Produtos LaminadosChapas Chapas grossas Bobinas
  27. 27. O aço e sua simbologiaO aço figura entre os materiais mais recicláveis e reciclados do mundo. O setorestimula a coleta e recicla o aço contido nos produtos no final da vida útil,empregando-o na fabricação de novos produtos siderúrgicos, sem qualquer perda dequalidade.Dessa forma, a produção de aço a partir de sucata reduz o consumo de matérias-primas não renováveis, economiza energia e evita a necessidade de ocupação deáreas para o descarte de produtos em obsolescência.Confira no fluxograma abaixo o processo de reciclagem do aço:
  28. 28. O aço e sua simbologiaA reciclagem do aço é tão antiga quanto a própria história da utilização do metal. A lata que vocêjoga no lixo pode voltar infinitas vezes à sua casa, em forma de tesoura, maçaneta, arame,automóvel ou uma nova lata. O aço se funde à temperatura de 1.300 graus centígrados e assumeum novo formato sem perder nenhuma de suas características: dureza, resistência e versatilidade.Ele é infinitamente reciclado. A caneca dágua ou o vaso de plantas feito de lata produzem amesma economia de material, energia e coleta de lixo que a reciclagem, mas não exigem nenhumprocesso industrial. A ferrugem (oxidação) que vai consumindo a lata posta em contato com anatureza é o que faz do aço o único material de embalagem degradável num prazo médio de 3anos. Em 2002, cinco milhões de toneladas de sucatas de aço foram usadas no Brasil, sendo que3,3 milhões de toneladas se destinaram à produção de novo aço. A fabricação de folhas metálicaspara embalagens de aço consumiu 1 bilhão de toneladas. Esses números indicam que o Brasil jádispõe de capacidade instalada para absorver 100% da sucata de embalagens de aço. As latas defolhas de flandres correspondem a 21% do mercado nacional de embalagens, 6% ficam com aslatas para bebidas carbonatadas (como refrigerantes e cervejas) e o restante está nas mãos dasaciarias que derretem a sucata para novos produtos ou novas chapas de aço.
  29. 29. O aço e sua simbologia Economias de matérias primas por meio da reciclagem do açoO aço reciclado representa 40% dos recursos ferrosos da indústria do aço no mundo. - O aço reciclado é principalmente usado em fornos elétricos a arco (31,7% da produção mundial de aço), mas também no outro processo de produção de aço (conversor a oxigênio). - O bom nível de desempenho alcançado pela indústria do aço está muito próximo de seu limite teórico (50%).Devido ao longo ciclo de vida útil dos produtos de aço eníveis anteriores de produção, a atual disponibilidade de sucata não atende à elevada demanda por aço
  30. 30. O aço e sua simbologia Exportação equilibra cadeia da reciclagemA sucata metálica brasileira já abastece siderúrgicas no exterior e quer conquistar novos territórios.Segundo o Sindicato das Empresas de Sucata de Ferro e Aço (Sindinesfa), em 2005 apenas 12 miltoneladas foram embarcadas. Em 2010, foram 81 mil toneladas e a estimativa é que 2011 tenhafechado com 258 mil toneladas embarcadas. Países asiáticos como Coreia do Sul, Vietnã, Índia ePaquistão estão entre os principais destinos.O movimento exportador ganhou impulso com a crise de 2008. O consumo brasileiro de sucata deaço caiu de 9,4 milhões de toneladas em 2008 para 7,45 milhões no ano seguinte. Os preços tambémdespencaram. A sucata de ferro com pouco processamento, chamada de mista, caiu de R$ 0,50 porquilo para R$ 0,22 no auge da crise. Hoje, as siderúrgicas nacionais pagam por volta de R$ 0,45 oquilo, enquanto os preços internacionais estão em R$ 0,56 para o mesmo tipo de material.
  31. 31. Momento reflexãoDeterminação, coragem e autoconfiança são fatores decisivospara o sucesso. Não importa quais sejam os obstáculos e asdificuldades. Se estamos possuídos de uma inabaláveldeterminação, conseguiremos superá-los independentemente dascircunstâncias, devemos ser sempre humildes, recatados edespidos de orgulho.                                                                            Dalai Lama Fim!!!

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