Materiais 1       Tiago Cruztiagoitajai@gmail.com
Metais
Elemento, substância ou ligaElemento químico que forma aglomerados de átomos com caráter metálico.                   Defin...
Os metais são materiais sólidos* que, na temperatura   ambiente, possuem alta densidade, refletem a luz   quando polidos e...
Metal líquido:Mercúrio                 *Exceção
Elementos Químicos
1.   Condutibilidade térmica e elétrica alta2.   Maleabilidade (ser transformado em lâminas)3.   Elasticidade (voltar ao n...
Diferentes tipos de mecanismos e estruturas de   cristalização, o que também lhe altera as   características.         Estr...
FCC alumínio, níquel, prata, cobre e ouroDúcteis à temperatura ambiente, permanecem dúcteis a baixastemperaturasBCC ferro,...
O tamanho, forma e disposição das partículas   metálicas, especificados pela metalografia*, são   fundamentais para o reco...
Metais ferrososaços e ferros fundidosMetais não ferrososalumínio, cobre, ouro, titânioLigas de metais não ferrososlatão, b...
Metais Ferrosos
Metais Ferrosos
São todos aqueles que contêm ferroPodem conter pequenas quantidades deoutros elementos, como carbono ou níquel,em uma prop...
Resistência à tração
Magnetismo
Carbono
É o produto imediato da redução dominério de ferro pelo coque ou carvãoe calcário num alto fornoNormalmente contém até 5% ...
Mina de Minério de Ferro
Minério de Ferro   Ferro Gusa      AçoFe2O 3             Fe              Fe + C                                Ferro Gusa
Alto forno
minério de ferro   3Fe2 O3 + CO  2Fe3O4 +CO2gás de alto forno   carvão                    calcário                       ...
Ferros fundidosBranco: carbono inteiramente combinado com o ferroCinzento: carbono quase na totalidade em estado livreNodu...
Ferros fundidoscarbono entre 2,11 e 6,67%Açoscarbono entre 0,008 e 2,11%     Ferro Fundido x Aço
O ferro fundido é uma liga de ferro emmistura facilmente fundida com elementosà base de carbono e silício.Forma uma liga m...
Carbono inteiramente combinado com o ferroQuando quebrado, a parte fraturada é brilhante e branca;Tem baixo teor de carbon...
Ferro Fundido Branco
Carbono quase na totalidade em estado livreQuando quebrado, a parte fraturada é escura, devido à grafitaElevadas porcentag...
Ferro Fundido Cinzento
Ferro Fundido Cinzento
Carbono permanece livre, porém em forma esferoidalDuctilidade superior, conferindo ao material características que oaproxi...
Ferro Fundido Nodular
Ferro Fundido Nodular
Liga de Ferro e CarbonoO aço é o mais importante material metálico empregado   industrialmente.Com maior quantidade de car...
Baixo: < 0,25% (aço estrutural)Médio: < 0,5% (trilhos de trem)Alto Carbono: < 1,6% (piano)Ferro Fundido: < 2,11% proprieda...
Trilhos, armação de               concreto, partes               de carros, placas               metálicas, latas...Aço Ca...
Engrenagens,               manivelas, eixos,               rolamentos...Aço Carbono (médio)
Peças de engenharia             de alta             performance,             facas, patins de             gelo...Aço Carbo...
Modo prático de identificar os aços:Na parte A, um aço macio (doce) está sendo esmerilhado. Esseaço desprende fagulhas em ...
Classificação dos Aços
Normas SAE                  (Society of Automotive Engineers)   , AISI (American Iron and SteelInstitute-EUA)   e ABNT (As...
Carbono: depois do ferro, é o elemento mais importante. Aquantidade de carbono determina o tipo de aço. Influencia aresist...
Contêm quantidades específicas de elementos diferentesdaqueles normalmente utilizados nos aços comunsA introdução de outro...
A soma de todos esses elementos, inclusive carbono, silício,manganês, fósforo e enxofre não pode ultrapassar 6%. No casode...
Esferas de rolamentos, molas, virabrequins, bielas...Aços-Liga
Níquel: aumenta a resistência e a tenacidade, além de dar boaductilidade e boa resistência a corrosão. Teores entre 12 e 2...
Molibdênio: produz aços com grande resistência a esforçosrepetitivos.Vanádio: melhora a resistência à tração, sem perder a...
Liga de Ferro e Cromo, Níquel e mais 4 ou 5  elementosPossui no mínimo 11% de CromoNão enferruja: resiste à corrosãoCustos...
Equipamento de        cozinha, de        lavanderia,        instrumentos        cirúrgicos...Aço Inoxidável
Tipos principais de aços inoxidáveis:Austeníticos: são aços não temperáveis. Os principais aços desse gruposão o AISI 301 ...
Pintura: mecanizada com tratamento térmico (apropriada paraambiente interno) e pintura de poliuretano resinado (para ambie...
Etching: gravação de chapas metálicas com produtos químicos.Pode-se usar ou não tintas sobre a gravação.Blast (jateamento)...
Tratamentos térmicos
É um ciclo de aquecimento e resfriamentorealizado nos metais com o objetivo de alterar assuas propriedades físicas e mecân...
O tratamento térmico é normalmente associadocom o aumento da resistência do material, mastambém pode ser usado para melhor...
Os aços são especialmente adequados para otratamento térmico, uma vez que:1. respondem satisfatoriamente aostratamentos, e...
Os aços são tratados para uma das finalidades:Amolecimento (softening)Endurecimento (hardening)   Tratamentos térmicos
É feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais,melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução d...
É feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência aodesgaste e a resistência à fadigaÉ fortemente dependente do ...
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  1. 1. Materiais 1 Tiago Cruztiagoitajai@gmail.com
  2. 2. Metais
  3. 3. Elemento, substância ou ligaElemento químico que forma aglomerados de átomos com caráter metálico. Definição
  4. 4. Os metais são materiais sólidos* que, na temperatura ambiente, possuem alta densidade, refletem a luz quando polidos e apresentam uma grande resistência mecânicaSão encontrados, em sua maioria, na natureza sob a forma de óxidos, exceto os chamados metais raros, encontrados puros, como o ouro e a prata. Os óxidos dos metais são conhecidos por minérios, como por exemplo, os minérios de ferro, de alumínio (bauxita) e de magnésio (magnesita), entre outros. Definição
  5. 5. Metal líquido:Mercúrio *Exceção
  6. 6. Elementos Químicos
  7. 7. 1. Condutibilidade térmica e elétrica alta2. Maleabilidade (ser transformado em lâminas)3. Elasticidade (voltar ao normal após ser esticado)4. Plasticidade (sofrer uma mudança em sua forma mesmo depois que cessa o esforço que a causou)5. Ductilidade (deformar antes de romper)6. Alta resistência mecânica7. Alto ponto de fusão e de ebulição8. Grande diversidade de propriedades físicas e químicas, conforme a pressão, temperatura e outras variáveis9. Brilho10. Alta reciclabilidade11. Resiliência (absorver energia de ordem elástica, armazenando-a e devolvendo-a) Carac. Físicas
  8. 8. Diferentes tipos de mecanismos e estruturas de cristalização, o que também lhe altera as características. Estrutura Cristalina
  9. 9. FCC alumínio, níquel, prata, cobre e ouroDúcteis à temperatura ambiente, permanecem dúcteis a baixastemperaturasBCC ferro, crómio, vanádio e nióbiotornam-se muito quebradiços a baixas temperaturasHCP zinco, magnésio, titânio e cádmioApresentam um comportamento intermédio entre as estruturascristalinas dos tipos FCC e BCC, isto é, podem permanecer dúcteis oupodem tornar-se quebradiças. A baixas temperaturas, enquanto otitânio se mantém dúctil, o zinco torna-se quebradiço. Estrutura Cristalina
  10. 10. O tamanho, forma e disposição das partículas metálicas, especificados pela metalografia*, são fundamentais para o reconhecimento das propriedades físicas que determinam a plasticidade, resistência à tração, dureza e outras propriedades do material.Esses fatores podem ser alterados por tratamentos térmicos (ciclos de aquecimento resfriamento controlados) ou mecânicos (forjamento, trefilação, laminação, etc.). Estrutura Cristalina *Metalografia é o estudo da morfologia e estrutura dos metais.
  11. 11. Metais ferrososaços e ferros fundidosMetais não ferrososalumínio, cobre, ouro, titânioLigas de metais não ferrososlatão, bronze, alpacaOutro grupo de metais são os sinterizados, obtidosatravés da metalurgia do pó, que são classificados comocerâmicas avançadas.Classificação de Metais
  12. 12. Metais Ferrosos
  13. 13. Metais Ferrosos
  14. 14. São todos aqueles que contêm ferroPodem conter pequenas quantidades deoutros elementos, como carbono ou níquel,em uma proporção específica, que sãoadicionados para alcançar as propriedadesdesejadasSão geralmente magnéticos e têm altaresistência à tração Metais Ferrosos
  15. 15. Resistência à tração
  16. 16. Magnetismo
  17. 17. Carbono
  18. 18. É o produto imediato da redução dominério de ferro pelo coque ou carvãoe calcário num alto fornoNormalmente contém até 5% decarbono, o que faz com que seja ummaterial quebradiço e sem grande usodireto Ferro Gusa
  19. 19. Mina de Minério de Ferro
  20. 20. Minério de Ferro Ferro Gusa AçoFe2O 3 Fe Fe + C Ferro Gusa
  21. 21. Alto forno
  22. 22. minério de ferro 3Fe2 O3 + CO  2Fe3O4 +CO2gás de alto forno carvão calcário Fe3O4 + CO  3FeO +CO2 FeO + CO  Fe +CO2 ferro gusa ar escória Fe (gusa) Alto forno
  23. 23. Ferros fundidosBranco: carbono inteiramente combinado com o ferroCinzento: carbono quase na totalidade em estado livreNodular: carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém emforma esferoidalAçosAço carbono: constituído basicamente por ferro e carbonoAço-liga: apresentam elementos de ligação adicionados propositadamente paramelhorar as propriedades do aço carbono comum Metais Ferrosos
  24. 24. Ferros fundidoscarbono entre 2,11 e 6,67%Açoscarbono entre 0,008 e 2,11% Ferro Fundido x Aço
  25. 25. O ferro fundido é uma liga de ferro emmistura facilmente fundida com elementosà base de carbono e silício.Forma uma liga metálica de ferro, carbono(entre 2,11 e 6,67%), silício (entre 1 e3%), podendo conter outros elementosquímicos. Ferro Fundido
  26. 26. Carbono inteiramente combinado com o ferroQuando quebrado, a parte fraturada é brilhante e branca;Tem baixo teor de carbono (2,5 a 3%) e de silício (menos de 1%)Muito duro, quebradiço e difícil de ser usinadoFunde-se a 11600oC, mas não é bom para a moldagem, poispermanece pouco tempo no estado líquidoSó pode ser trabalhado com ferramentas especiaisÉ usado apenas quando se deseja dureza e resistência aodesgaste muito elevadas como cilindros de laminação, matrizes deestampagem, etc. Ferro Fundido Branco
  27. 27. Ferro Fundido Branco
  28. 28. Carbono quase na totalidade em estado livreQuando quebrado, a parte fraturada é escura, devido à grafitaElevadas porcentagens de carbono (3,5 a 5%) e de silício(2,5%)Muito resistente a compressão; não resiste bem a traçãoÉ menos duro e menos frágil do que o branco e pode sertrabalhado com ferramentas comuns de oficina.Apresenta uma boa resistência a corrosão e capacidade superiorao do aço de absorver vibraçõesÉ o mais utilizado em produtos de uso cotidiano Ferro Fundido Cinzento
  29. 29. Ferro Fundido Cinzento
  30. 30. Ferro Fundido Cinzento
  31. 31. Carbono permanece livre, porém em forma esferoidalDuctilidade superior, conferindo ao material características que oaproximam do açoBoa usinabilidade e razoável estabilidade dimensionalCusto é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundidocinzentoÉ utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitemde maior resistência a impactoMaior resistência à tração e à compressão e resistência aoescoamento, característica que os ferros fundidos cinzentoscomuns não possuem à temperatura ambiente. Ferro Fundido Nodular
  32. 32. Ferro Fundido Nodular
  33. 33. Ferro Fundido Nodular
  34. 34. Liga de Ferro e CarbonoO aço é o mais importante material metálico empregado industrialmente.Com maior quantidade de carbono são mais duros e podem ser temperados. Já os aços que possuem pequena quantidade de carbono não adquirem têmpera e são chamados de aços doces.Têm suas propriedades enriquecidas pela adição de elementos de liga (como manganês, níquel, cromo e molibdênio) dando origem aos chamados aços ligas e melhoram as características do aço, deixando-o adequado a usos específicos. Aço
  35. 35. Baixo: < 0,25% (aço estrutural)Médio: < 0,5% (trilhos de trem)Alto Carbono: < 1,6% (piano)Ferro Fundido: < 2,11% propriedades piores que o ferro Tipos de Aço
  36. 36. Trilhos, armação de concreto, partes de carros, placas metálicas, latas...Aço Carbono (baixo)
  37. 37. Engrenagens, manivelas, eixos, rolamentos...Aço Carbono (médio)
  38. 38. Peças de engenharia de alta performance, facas, patins de gelo...Aço Carbono (alto)
  39. 39. Modo prático de identificar os aços:Na parte A, um aço macio (doce) está sendo esmerilhado. Esseaço desprende fagulhas em forma de riscos. Na parte B, está-se esmerilhando um aço duro, que desprende fagulhas emforma de estrelas. aço doce aço duro Identificação de Aços
  40. 40. Classificação dos Aços
  41. 41. Normas SAE (Society of Automotive Engineers) , AISI (American Iron and SteelInstitute-EUA) e ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)Exemplo:SAE 1045: os dois primeiros algarismos representam o tipo de composiçãoquímica do aço, os dois algarismos seguintes representam a porcentagem decarbono multiplicada por 100). Ou seja, o aço do exemplo possui 0,45% de Carbono(C).Tabela para os dois primeiros algarismos:10: aço comum11: aço de usinagem fácil13: aço ao manganês20, 21, 23 e 25: aço ao níquel30, 31, 32, 33 e 34: aço ao níquel-cromo (inoxidáveis)40, 41, 43, 46 e 48: aço ao molibdênio Classificação dos Aços
  42. 42. Carbono: depois do ferro, é o elemento mais importante. Aquantidade de carbono determina o tipo de aço. Influencia aresistência do aço.Manganês: no aço doce, em pequena quantidade, torna-o dúctile maleável. Nos aços ricos em carbono, endurece o aço e aumentasua resistência.Silício: faz com que o aço se torne mais duro e tenaz. É elementopurificador que evita a porosidade e ajuda na remoção de gases eóxidos.Fósforo: em teor elevado, torna o aço frágil e quebradiço.Enxofre: torna o aço granuloso e áspero, enfraquece a resistênciado aço. Elementos de Liga
  43. 43. Contêm quantidades específicas de elementos diferentesdaqueles normalmente utilizados nos aços comunsA introdução de outros elementos se dá quando é desejado alcançarefeitos específicos dos aços como aumentar a dureza e aresistência mecânica; conferir resistência uniforme atravésde toda a secção em peças de grandes dimensões; diminuiro peso; conferir resistência à corrosão; aumentar a resistênciaao calor; aumentar a resistência ao desgaste; aumentar acapacidade de corte e melhorar as propriedades elétricas emagnéticas Aços-Liga
  44. 44. A soma de todos esses elementos, inclusive carbono, silício,manganês, fósforo e enxofre não pode ultrapassar 6%. No casode elementos como silício, manganês e alumínio, semprepresentes nos aços carbono, os aços são considerados ligadosquando seus teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e 0,1%,respectivamente.Costumam ser designados de acordo com o elemento predominante,por exemplo: aço-níquel, aço-cromo, aço-cromo-vanádioPodem ser encontrados em praticamente todos os segmentosindustriais, desde a construção civil e naval, passando pelaindústria petrolífera, automobilística e aeronáutica. Aços-Liga
  45. 45. Esferas de rolamentos, molas, virabrequins, bielas...Aços-Liga
  46. 46. Níquel: aumenta a resistência e a tenacidade, além de dar boaductilidade e boa resistência a corrosão. Teores entre 12 e 21%produzem os aços inoxidáveis.Manganês: quando adicionado em quantidade conveniente,aumenta a resistência ao desgaste e aos choques, sem perder aductilidade.Tungstênio: aumenta a resistência ao calor, a dureza e aresistência a ruptura. Elementos de Liga
  47. 47. Molibdênio: produz aços com grande resistência a esforçosrepetitivos.Vanádio: melhora a resistência à tração, sem perder aductilidade, e eleva os limites de elasticidade e de fadiga.Cobalto: melhora as propriedades magnéticas do aço.Alumínio: desoxida o aço, forma uma camada superficialdura,que protege o açoCromo: fornece ao aço alta resistência, dureza, elevado limite deelasticidade e boa resistência à corrosão. Entre 11 e 17% produz oaço cromo inoxidável. Elementos de Liga
  48. 48. Liga de Ferro e Cromo, Níquel e mais 4 ou 5 elementosPossui no mínimo 11% de CromoNão enferruja: resiste à corrosãoCustos muito altosSuperfície pode sofrer tratamento Aço Inoxidável
  49. 49. Equipamento de cozinha, de lavanderia, instrumentos cirúrgicos...Aço Inoxidável
  50. 50. Tipos principais de aços inoxidáveis:Austeníticos: são aços não temperáveis. Os principais aços desse gruposão o AISI 301 (0,15% C, 16-18% Cr, 6-8% Ni) e AISI 304 (0,8% C, 18-20% Cr, 8-10,5% Ni)Ferríticos: são aços não temperáveis. Os principais tipos são o AISI 409(0,03% C, 10,5-11,7% Cr, 0,5% Ni) e AISI 430 (0,12% C, 16-18% Cr, 0,75% Ni). O AISI 430é o mais utilizado do grupo, sendo aplicado em utensíliosdomésticos (baixelas, pias e talheres) e eletrodomésticosMartensíticos: são aços de resfriamento rápido e adquiremtêmpera em torno de 930 a 1070oC. O principal representante do grupo é oaço AISI 420 (0,15% C, 12-14% Cr, 0,75% Ni) Aços Inoxidáveis
  51. 51. Pintura: mecanizada com tratamento térmico (apropriada paraambiente interno) e pintura de poliuretano resinado (para ambienteexterno). Atualmente também emprega-se a tinta de resinafluoretizada, que resiste ao tempo acima de 20 anos.Impressão em Silk-screen: permite a pintura em váriascores sem ter que escolher o material de base. Tratamentos superficiais
  52. 52. Etching: gravação de chapas metálicas com produtos químicos.Pode-se usar ou não tintas sobre a gravação.Blast (jateamento): jateamento de alta pressão, utilizapartículas de alumina processada à quente. Obtém texturas comdesenhos irregulares.Cromalim: semelhante ao off-set, emprega cores distintas paraimpressão (azul, vermelho, amarelo e preto), obtendo figurascoloridas. Usa na composição resinas de policarbonato e resinasacrílicas. Tratamentos superficiais
  53. 53. Tratamentos térmicos
  54. 54. É um ciclo de aquecimento e resfriamentorealizado nos metais com o objetivo de alterar assuas propriedades físicas e mecânicas, semmudar a forma do produto. O tratamento térmicoàs vezes acontece inadvertidamente, como“efeito colateral” de um processo de fabricação quecause aquecimento ou resfriamento no metal,como nos casos de soldagem e de forjamento Tratamentos térmicos
  55. 55. O tratamento térmico é normalmente associadocom o aumento da resistência do material, mastambém pode ser usado para melhorar ausinabilidade, a conformabilidade e restaurara ductilidade depois de uma operação a frioÉ uma operação que pode auxiliar outrosprocessos de manufatura e/ou melhorar odesempenho de produtos, alterando outrascaracterísticas desejáveis Tratamentos térmicos
  56. 56. Os aços são especialmente adequados para otratamento térmico, uma vez que:1. respondem satisfatoriamente aostratamentos, em termos das característicasdesejadas2. seu uso comercial supera o de todos os demaismateriais Tratamentos térmicos
  57. 57. Os aços são tratados para uma das finalidades:Amolecimento (softening)Endurecimento (hardening) Tratamentos térmicos
  58. 58. É feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais,melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução dotamanho do grão ou alteração das propriedadeseletromagnéticas do aço.Restaurar a ductilidade ou remover as tensões residuais é umaoperação necessária quando uma grande quantidade de trabalhoa frio tenha sido executada (como laminação a frio outrefilação).As principais formas de amolecimento do aço são: recozimento derecristalização, recozimento pleno, recozimento deesferoidização e normalização. Amolecimento (softening)
  59. 59. É feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência aodesgaste e a resistência à fadigaÉ fortemente dependente do teor de carbono do açoA presença de elementos de liga possibilita o endurecimento depeças de grandes dimensões, o que não seria possível quando douso de aços comuns ao carbono.Os tratamentos de endurecimento do aço são têmpera,austêmpera e martêmpera.Para aumentar a resistência ao desgaste é suficiente arealização de um endurecimento superficial, que também levaao aumento da resistência a fadigaEndurecimento (hardening)
  60. 60. Vídeo

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