143971273 apostila-materiais

3.246 visualizações

Publicada em

Materiais

Publicada em: Engenharia
0 comentários
2 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
3.246
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
7
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
85
Comentários
0
Gostaram
2
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

143971273 apostila-materiais

  1. 1. Fundamentos da Mecânica - Materiais Sumário Classificação e características de materiais 2 Obtenção do ferro gusa e ferro fundido 13 Aço 37 Comportamento das ligas em função da temperatura e composição 61 Diagrama ferro-carbono 71 Tratamento térmico dos aços 86 Metais não-ferrosos e ligas 113 Sinterização 128 Corrosão dos metais 138 Ensaio dos materiais 153 Ensaios destrutivos 159 Ensaios não-destrutivos 170 Materiais plásticos 196 SENAI - 2009 1
  2. 2. Fundamentos da Mecânica - Materiais Classificação e características de materiais Objetivos Ao final desta unidade o participante deverá: Conhecer Estar informado sobre: • Classificação dos materiais naturais, artificiais, ferrosos e não-ferrosos; • Propriedades dos materiais. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Estrutura dos metais; • Formação da estrutura na solidificação; • Componentes da estrutura: átomo, cristais, grão, contorno do grão; • Propriedades físicas dos metais. Introdução Quando da confecção de um determinado produto, deve-se, como um dos fatores prioritários, selecionar o material adequado que o constituirá. Para tanto, o material deve ser avaliado sob dois aspectos: suas qualidades mecânicas e seu custo. 2 SENAI - 2009
  3. 3. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 3 Classificação de materiais Apresentamos a seguir uma classificação dos materiais mais comumente utilizados, tendo cada um sua importância e emprego definidos em função de suas características e propriedades. materiais metálicos não metálicos ferrosos não ferrosos sintéticos naturais aço FoFo pesados leves plásticos resinóides madeira mouro etc. Conhecidas as classes dos materiais passemos agora a especificá-los por grupos e emprego a que se destinam, pois todos os materiais possuem características próprias que devemos conhecer para podermos empregá-los mais adequadamente. Materiais metálicos Ao estudarmos a classe dos materiais metálicos podemos dividi-los em dois grupos distintos: os ferrosos e os não-ferrosos. Materiais metálicos ferrosos Desde sua descoberta os materiais ferrosos tornaram-se de grande importância na construção mecânica. Os materiais ferrosos mais importantes são: • Aço – liga de Fe e C com C < 2% - material tenaz, de excelentes propriedades, de fácil trabalho, podendo também ser forjável. • Ferro fundido – liga de Fe e C com 2 < C < 5% - material amplamente empregado na construção mecânica, e que, mesmo não possuindo a resistência do aço, pode substituí-lo em diversas aplicações, muitas vezes com grande vantagem.
  4. 4. Fundamentos da Mecânica - Materiais Como esses materiais são fáceis de serem trabalhados, com eles é construída a maior parte de máquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalações que necessitam materiais de grande resistência. Materiais metálicos não-ferrosos São todos os demais materiais metálicos empregados na construção mecânica. Possuem empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrosos em várias aplicações e nem sempre podem ser substituídos pelos ferrosos. Esses materiais são geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligas metálicas, algumas delas amplamente utilizadas na construção de máquinas e equipamentos. Podemos dividir os não-ferrosos em dois tipos em função da densidade: • Metais pesados (r > 5kg/dm3) cobre, estanho, zinco, chumbo, platina, etc. • Metais leves (r < 5kg/dm3) alumínio, magnésio, titânio, etc. Normalmente, os não-ferrosos são materiais caros, logo não devemos utilizá-los em componentes que possam ser substituídos por materiais ferrosos. Esses materiais são amplamente utilizados em peças sujeitas a oxidação, dada a sua resistência, sendo muito utilizados em tratamentos galvânicos superficiais de materiais. São também bastante utilizados em componentes elétricos. Nos últimos anos, a importância dos metais leves e suas ligas têm aumentado consideravelmente, principalmente na construção de veículos, nas construções aeronáuticas e navais, bem como na mecânica de precisão, pois têm-se conseguido ligas metálicas de alta resistência e de menor peso e, com isto, tende-se a trocar o aço e o ferro fundido por esses metais. Materiais não-metálicos Existem numerosos materiais não-metálicos que podem ser divididos em: • Naturais – madeira, couro, fibras, etc. • Artificiais ou sintéticos – baquelite, celulóide, acrílico, etc. Os materiais plásticos estão sendo empregados em um número cada vez maior de casos como substitutos de metais. 4 SENAI - 2009
  5. 5. Fundamentos da Mecânica - Materiais Daí a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vêm-se tornando uma presença constante nos campos técnico, científico, doméstico, etc. Deles nos ocuparemos um pouco mais na unidade Materiais plásticos. SENAI - 2009 5 Estrutura cristalina dos metais A maioria dos metais ao se solidificar experimenta uma contração de volume, o que indica uma menor separação entre os átomos no estado sólido. Nesse estado, os átomos animados de pequena energia cinética não conseguem deslizar livremente uns em relação aos outros. No estado sólido, os átomos não estão em repouso, mas vibram em torno de determinadas posições de equilíbrio assumidas espontaneamente por eles ao se solidificarem. Arranjo dos átomos Essas posições não são assumidas ao acaso, pelo contrário, apresentam uma ordenação geométrica especial característica, que é uma função da natureza do metal. Essa disposição ordenada, característica dos metais sólidos e de outros materiais não-metálicos, denomina-se estrutura cristalina. Tipos de estruturas cristalinas
  6. 6. Fundamentos da Mecânica - Materiais Dentre as estruturas destacamos três tipos: 1) Rede cúbica de faces centradas Metais: Ni, Cu, Pb, Al e tipo de ferro que se chama ferro g. 2) Rede cúbica de corpo centrado Metais: V, Cr, Mo, W e tipo de ferro que se chama ferro a. 3) Hexagonal compacta Metais: Mg, Zn, Cd, Ti. - A dimensão da rede varia de tipo para tipo. A transformação mecânica dos metais (tais como laminação, dobramento, estampagem) depende do tipo da estrutura cristalina. Nas estruturas do tipo (1) a transformação ocorre facilmente, enquanto na estrutura (3) a transformação é mais difícil de ser verificada. No processo de dobramento de metais que possuem o tipo (3) – exemplo: Mg e Zn, a peça pode quebrar mais facilmente do que nos metais que possuem estrutura do tipo (1) – exemplo: aço ou Al. Formação da estrutura na solidificação 6 SENAI - 2009
  7. 7. Fundamentos da Mecânica - Materiais A estrutura cristalina, formada na solidificação através do resfriamento, irá definir a estrutura do material, os seus constituintes e propriedades. No estado líquido os átomos metálicos se movem livremente. Com a queda da temperatura, diminui a energia de movimento dos átomos e passa a predominar a força de atração entre eles. Por isto os átomos vão se unindo uns aos outros, em determinadas posições, formando os cristais (embriões). Essa formação é orientada segundo direções preferenciais, denominadas eixo de cristalização. À medida que esses cristais crescem em direções definidas, encontram-se e estabelecem uma superfície de contato que chamamos de limite ou contorno de grãos. Observe a seguir o processo de formação da estrutura cristalina na solidificação. O tamanho do grão na estrutura do metal varia de acordo com o número de embriões formados e com o tipo de metal. Num mesmo metal podem-se formar grãos pequenos ou grandes, se modificarmos o tempo de solidificação (velocidade de resfriamento e pressão). Se diminuirmos o tempo de solidificação, teremos uma estrutura formada por maior número de grãos (estrutura fina). Caso contrário, ocorre o inverso (estrutura grossa). As estruturas de grãos muito grandes possuem baixa resistência à tração. SENAI - 2009 7
  8. 8. Fundamentos da Mecânica - Materiais A figura ao lado apresenta no diagrama de solidificação como se processa a formação dos metais durante o resfriamento. Diagrama de solidificação Propriedades dos materiais Na construção de peças e componentes, devemos observar se os materiais empregados possuem as diversas propriedades físicas e mecânicas que lhe serão exigidas pelas condições e solicitações do trabalho a que se destinam. A seguir mostraremos algumas dessas propriedades. Elasticidade Uma mola deve ser elástica. Por ação de uma força, deve se deformar e, quando cessada a força, deve voltar à posição inicial. 8 SENAI - 2009
  9. 9. Fundamentos da Mecânica - Materiais Para comprovarmos a elasticidade do aço para molas, prendemos a mola na morsa por um lado e a estiramos pelo outro lado até que se estique. Quando a soltamos, se a mola voltar à posição inicial é porque o aço possui boa elasticidade. Fragilidade Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, não suportando choques, enquanto que os materiais menos duros resistem melhor aos choques. Assim, os materiais que possuem baixa resistência aos choques são chamados frágeis. Exemplos: FoFo, vidro, etc. Ductilidade Pode-se dizer que a ductilidade é o oposto da fragilidade. São dúcteis os materiais que por ação de força se deformam plasticamente, conservando a sua coesão, por exemplo: cobre, alumínio, aço com baixo teor de carbono, etc. Na figura seguinte temos um fio de cobre de 300mm de comprimento. Se puxarmos este fio, ele se esticará até um comprimento de 400 a 450mm sem se romper porque uma das qualidades do cobre é ser dúctil. SENAI - 2009 9 Ductilidade Tenacidade Se um material é resistente e possui boas características de alongamento para suportar um esforço considerável de torção, tração ou flexão, sem romper-se, é chamado tenaz. A chave da figura seguinte pode ser tracionada e flexionada sem romper-se facilmente porque é de um material tenaz.
  10. 10. Fundamentos da Mecânica - Materiais Tenacidade Dureza As ferramentas devem ser duras para que não se desgastem e possam penetrar em um material menos duro. A dureza é, portanto, a resistência que um material oferece à penetração de outro corpo. Resistência Resistência de um material é a sua oposição à mudança de forma e ao cisalhamento. As forças externas podem exercer sobre o material cargas de tração, compressão, flexão, cisalhamento, torção ou flambagem. Flexão Cisalhamento Torção Tração 10 SENAI - 2009
  11. 11. Fundamentos da Mecânica - Materiais Flambagem Compressão Toda força externa gera no material tensões de acordo com o tipo de solicitação. Elasticidade e plasticidade São propriedades de mudança de forma. Denominamos deformação elástica à deformação não permanente e deformação plástica à deformação permanente. Densidade A densidade de um material está relacionada com o grau de compactação da matéria. Fisicamente, a densidade (r) é definida pela massa (M) dividida pelo volume (V). SENAI - 2009 11 dm3 M r = Kg V Exemplo: o cobre tem maior densidade que o aço: r Cu = 8,93kg/dm3 rAço = 7,8kg/dm3
  12. 12. Fundamentos da Mecânica - Materiais Questionário – resumo 1. Quais os materiais metálicos ferrosos mais importantes? 2. Como são classificados os materiais metálicos não-ferrosos em função da densidade? 3. Dê exemplos de materiais não-metálicos naturais e artificiais ou sintéticos. 4. Cite três tipos de estrutura cristalina dos metais e como elas se comportam frente à transformação mecânica? 5. Como ocorre a formação da estrutura cristalina na solidificação? 6. Comente as seguintes propriedades dos materiais: densidade, resistência, fragilidade, ductilidade, tenacidade, elasticidade e dureza. 12 SENAI - 2009
  13. 13. Fundamentos da Mecânica - Materiais Obtenção do ferro gusa e ferro fundido Objetivos Ao final desta unidade o participante deverá: Conhecer Estar informado sobre: • Processo de obtenção do ferro gusa no alto-forno e os materiais utilizados; • Reações químicas que ocorrem no alto-forno; • Obtenção, classificação e tipos de ferro fundido; • Fundição em areia. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Características da estrutura do carbono nos ferros fundidos lamelar e globular; • Propriedades e exemplos de aplicação do ferro fundido branco, cinzento, nodular e maleável; • Normas ABNT, DIN e ASTM. Ser capaz de Aplicar conhecimentos para: • Selecionar os ferros fundidos em função de suas propriedades. SENAI - 2009 13 Introdução O elemento químico ferro é o metal mais usado para as construções mecânicas. Nesta unidade, estudaremos como ele é extraído do minério e transformado em ferro gusa e depois em ferro fundido. Na próxima unidade (Aço), estudaremos como o ferro gusa se transforma em aço. Obtenção do ferro gusa
  14. 14. Fundamentos da Mecânica - Materiais Os minérios de ferro são rochas que contêm óxidos de ferro ou carbonatos de ferro agregados a quartzo, argila, composto de enxofre, fósforo, manganês. Minério Designação química Fórmula química Conteúdo de Fe Magnetita Óxido ferroso férrico Fe3O4 60...70% Hematita roxa Óxido de ferro anidro Fe4O3 40...60% Hematita parda ou limonita Óxido de ferro hidratado 2Fe2O3 + 3H2O 20...45% Siderita Carbonato de ferro FeCO3 30...45% Antes da fusão do minério no alto-forno para a obtenção do ferro gusa, o minério deve ser britado (quebrado). As impurezas pétreas são separadas por flotação e, em seguida, elimina-se a umidade e parte do enxofre. Os minérios de granulometria fina são compactados formando briquetes. Transformação do minério em metal 14 SENAI - 2009
  15. 15. Fundamentos da Mecânica - Materiais A transformação do minério em metal é feita no alto-forno que é um forno de cuba com uma altura de 30 a 80m e um diâmetro máximo de 10 a 14m. Neste forno entra o minério e sai o ferro gusa que contém 5 – 6% de carbono, ± 3% de silício (Si), ± 6% de manganês (Mn) assim como altos teores de enxofre e fósforo. Um teor alto de carbono, enxofre e fósforo tornam o ferro gusa muito frágil, não forjável e não soldável. SENAI - 2009 15
  16. 16. Fundamentos da Mecânica - Materiais Alto-forno (funcionamento) A transformação do minério em ferro gusa é feita em dois movimentos: o movimento descendente de carga (sólidos) em oposição ao movimento ascendente dos gases. Alto-forno As cargas introduzidas na goela do alto-forno para ser obtido o ferro gusa são as seguintes: • Minério Óxido de ferro (Fe2O3) quebrado e aglomerado. • Coque metalúrgico Possui grande resistência ao esmagamento e uma excelente Porosidade para deixar passar a corrente gasosa. • Fundente adicional Permite a separação do metal da ganga numa temperatura relativamente baixa. A composição do fundente depende da natureza da ganga. Exemplos de fundentes: 16 SENAI - 2009
  17. 17. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 17 • Mn Atua como dissulfurante, desoxidante e elemento de liga, 33 a 35kg/ton de aço. • Cal Adicionada para facilitar a fusão da escória e é também um desfosforizante. • Fluorita CaF2 Ajuda na fluidificação da escória. Os movimentos descendente e ascendente produzidos no alto-forno formam as seguintes zonas: Secagem (entre 3000C e 3500C) A água contida nos elementos da carga é evaporada e parte do enxofre também é eliminada. Redução (entre 3500C e 7500C) O minério (óxido de ferro) combina-se com o monóxido de carbono (CO) (veja equação ao lado). Equação química da redução 3Fe2O3 + CO ® 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO ® 3FeO + CO2 Equação química da carbonetação 3FeO + 3CO ® 3Fe + 3CO2 3Fe + C ® Fe3C Carbonetação (entre 7500C e 11500C) Com a temperatura elevada, o óxido de ferro entra em combinação parcial com o monóxido de carbono, formando o dióxido de carbono. Numa outra reação, o ferro (Fe) combina-se com o carbono formando a cementita Fe3C, numa combinação muito dura. Após a carbonetação, o ponto de fusão da liga ferro e carbono diminui bastante (veja equação ao lado). Fusão (entre 11500C e 18000C) Corresponde à passagem do ferro carburado (o gusa) do estado sólido ao líquido. A transformação em líquido é feita numa temperatura aproximada de 16000C. O metal líquido escorre para o fundo do cadinho, enquanto que sobre o metal fica a escória, separada por diferença de densidade. A escória fica na superfície e protege o gusa contra a oxidação que o ar injetado das ventaneiras poderia provocar.
  18. 18. Fundamentos da Mecânica - Materiais O ferro gusa que sai do alto-forno pode ser solidificado em pequenos lingotes que servirão de matéria-prima para uma segunda fusão, de onde resultará o ferro fundido, ou o gusa poderá ser transportado líquido (carro torpedo) para a aciaria. 18 SENAI - 2009
  19. 19. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 19 Ferro fundido É uma liga de ferro carbono com um teor de carbono de 2% a 4,5%. Esse material se caracteriza frente ao aço por um ponto de fusão mais baixo e uma moldabilidade mais fácil. Portanto, para peças de forma complicada, a fundição em ferro fundido é mais econômica do que a fundição em aço. O ferro gusa é transformado numa segunda fusão em ferro fundido (FoFo). Esta fusão é feita em fornos tipo cubilô ou forno elétrico. A carga desses fornos é formada de lingotes de ferro gusa, sucata de aço e ferro fundido, coque e fundente (calcário), podem-se também adicionar elementos de liga como o cromo, níquel ou molibdênio. Através desta segunda fusão, obtém-se uma estrutura mais densa com a granulação mais fina e uniforme. Forno cubilô O forno cubilô é um forno de cuba, cilíndrico com um diâmetro de aproximadamente um metro, e uma altura de seis a oito metros. Compõe-se de uma camisa de chapa de aço revestida com um material refratário. Esse forno é carregado por cima, como o alto-forno. Forno cubilô
  20. 20. Fundamentos da Mecânica - Materiais Após o aquecimento, quando se encontra no estado líquido, o ferro fundido acumula-se em um cadinho, na parte inferior, e, em seguida, é feita a corrida. O ferro fundido é vertido em uma caçamba de fundição e transportado até os moldes onde são fundidas as peças. Tipos de ferro fundido O carbono contido no ferro fundido pode estar combinado com o ferro formando a cementita que é dura e quebradiça e apresenta uma fratura clara (ferro fundido branco). Quando o carbono está separado do ferro formando veios de grafite, apresenta uma fratura cinzenta (ferro fundido cinzento). A quantidade e o tamanho dos veios de grafite que se formam dependem da composição química e da velocidade de resfriamento. Aumentando o teor de silício e diminuindo a velocidade de resfriamento, há maior formação de grafite. No entanto, se aumentarmos o teor de manganês e a velocidade de resfriamento, o carbono ficará combinado com o ferro formando a cementita. Ferro fundido cinzento (GG) 20 SENAI - 2009
  21. 21. Fundamentos da Mecânica - Materiais Nesse tipo de ferro fundido, o carbono se apresenta na forma de veios de grafite. Esses veios de grafite (lamelas) são formados devido a um resfriamento lento no momento da fundição e/ou devido à composição química do material (alto teor de silício). O ferro fundido cinzento ou lamelar (GG ou GGL) é, comercialmente, barato e tem as seguintes características quanto ao processo de fabricação: • Funde-se com facilidade • Contrai-se pouco ao esfriar • Tem pouca tendência a formar vazios internos • Apresenta boa usinabilidade O ferro fundido cinzento apresenta também as seguintes propriedades mecânicas: • Fragilidade (resiste pouco às solicitações por choque) • Resistência baixa a tração (causada pelos veios de grafite) • Boa capacidade de deslizamento (melhor que a do aço) • Resistência a compressão elevada • Grande poder de amortecimento interno de vibrações mecânicas A resistência a compressão e o poder de amortecimento de vibrações tornam o ferro fundido cinzento ideal para confecções de carcaças de motores e corpos de máquinas. SENAI - 2009 21
  22. 22. Fundamentos da Mecânica - Materiais Ferro fundido nodular (GGG) Se se adicionam, na hora do vazamento do ferro fundido na panela, ligas de magnésio (níquel-magnésio ou ferro-silício-magnésio), o grafite não se agregará sob a forma de lamelas e sim sob a forma de glóbulos. Por essa razão esse ferro fundido é chamado globular ou nodular. O grafite estando na forma globular proporciona ao ferro fundido maior resistência a tração, flexão e alongamento. Outra característica do ferro fundido nodular é que ele resiste bem a agentes químicos e ao calor. Por isso é muito usado em tubos e fornos de indústrias químicas, em máquinas agrícolas, na construção de tratores e automóveis, na construção de bombas e turbinas. Ferro fundido branco ou duro (GH) Nesse tipo de ferro fundido, o carbono está sempre combinado com o ferro, formando um componente duro na estrutura – a cementita (Fe3C). Composição típica 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 máx. A cementita é formada devido a um resfriamento rápido do ferro fundido e devido à influência de elementos químicos: um teor de silício baixo e de manganês elevado. 22 SENAI - 2009
  23. 23. Fundamentos da Mecânica - Materiais Pela escolha adequada da composição química do ferro fundido e pelo controle da velocidade de resfriamento do metal no molde, é possível fazer uma peça onde a superfície seja de ferro fundido duro e o núcleo de ferro fundido cinzento. Essas características são interessantes para alguns tipos de peças como, por exemplo, a roda de trem que deve ter resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, resistência a impactos. Ferro fundido maleável (GT) O ferro fundido maleável é obtido a partir do ferro fundido branco que é submetido à maleabilização (tratamento térmico posterior à fundição) tornando-se, assim, bem tenaz, algo deformável e facilmente usinável. Composição típica de um ferro fundido branco destinado a ser 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% máx. Distinguem-se dois tipos de ferro fundido maleável: • Ferro fundido maleável branco • Ferro fundido maleável preto Ferro fundido maleável branco (GTW) É próprio para a fabricação de peças pequenas de pequena espessura de parede. Essas peças são fundidas em ferro fundido branco e depois, por um longo tratamento térmico de descarbonetação, reduz-se o teor de carbono da superfície da peça de 2 a 4% para 1 a 1,5% (com isso conseguimos um material menos frágil). O tratamento de descarbonetação consiste em colocar as peças fundidas em ferro fundido branco em caixas contendo óxidos 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 peça é aquecida em fornos elétricos ou a gás com uma atmosfera oxidante. SENAI - 2009 23
  24. 24. Fundamentos da Mecânica - Materiais Através do aquecimento, o óxido de ferro se decompõe, liberando o oxigênio que irá reagir com o carbono contido na peça. Com isso se reduz o teor de carbono na superfície da peça de 2,5 a 3,5% para 0,5 a 1,8% C. A profundidade de descarbonetação é limitada e por isso se emprega esse tratamento em peças de paredes delgadas de até 12mm. Ferro fundido maleável preto (GTS) Para a obtenção de ferro fundido maleável preto, faz-se um tratamento térmico de recozimento no ferro fundido branco (800 a 9000C durante vários dias) em uma atmosfera neutra, por exemplo, envolvendo a peça em areia. Diagrama do tratamento térmico Nesse caso, a cementita do ferro fundido branco se decompõe em grafite em forma de nódulos e ferrita. Esse tipo de tratamento não depende da espessura da parede da peça. Observação Na figura seguinte, observamos um resumo de como são obtidos os vários tipos de ferros fundidos. 24 SENAI - 2009
  25. 25. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 25 Obtenção dos vários tipos de ferro fundido O processo de fundição Para fundir uma peça, confecciona-se primeiro um modelo em madeira, aço, alumínio ou plástico, de acordo com os planos técnicos.
  26. 26. Fundamentos da Mecânica - Materiais Esse modelo deve ser um pouco maior do que a peça, devido à contração do metal ao se solidificar e esfriar conforme tabela seguinte. Material Contração do metal (%) Aço 2 FoFo 1 Alumínio 1,25 Liga CuZnSn 1,50 As figuras a seguir mostram a sequência da fundição de uma peça. Desenho da peça Modelo fabricado em madeira, levando-se em conta a contração do metal. Este modelo é dividido em duas partes. Coloca-se o modelo sob a caixa de fundição e compacta-se a areia. 26 SENAI - 2009
  27. 27. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 27 Macho fabricado de areia com resina para ter maior resistência Colocação do macho no molde Vazamento do metal no molde Peça fundida com o canal de vazamento e massalote É importante notar que as propriedades mecânicas das peças fundidas variam dentro de uma mesma peça em função da espessura da parede, da forma da secção, da maior ou menor velocidade de resfriamento em cada ponto. As figuras a seguir mostram os defeitos mais comuns que aparecem nas peças fundidas. Inclusões de escórias Escórias e óxidos metálicos que se misturaram no metal durante o vazamento.
  28. 28. Fundamentos da Mecânica - Materiais Poros O material fundido não se solidifica uniformemente. A solidificação se produz de fora para dentro. Nos lugares mais grossos da peça, formam-se vazios que são denominados poros ou cavidades. Para evitar esse problema, é conveniente que as peças fundidas não tenham uma variação brusca de espessura das paredes, ou que se acrescentem partes na peça que se solidifiquem por último e que irão conter os poros, bolhas e inclusões. Essas partes são chamadas de massalote e serão eliminadas depois. Trincas A variação de secção provoca também diferentes velocidades de resfriamentos o que pode ocasionar diferentes estruturas e tensões internas na peça, provocando trincas. Para uniformizar a velocidade de resfriamento, podem-se alojar no molde placas de resfriamento. 28 SENAI - 2009
  29. 29. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 29 Bolhas A umidade da areia do molde se decompõe em hidrogênio e oxigênio com a temperatura de vazamento do metal e esses gases penetram na estrutura do material. Desigualdade na espessura das paredes É provocada pelo deslocamento do macho durante o vazamento. Paredes mais grossas e irregulares São provocadas pela compactação insuficiente da areia, que se desprende com a pressão do material durante a fundição. Como descobrir defeitos de fundição Antes da usinagem, é interessante examinar as peças fundidas com a ajuda de raios X ou de ultra-som para detectar defeitos (bolhas ou inclusões internas). Caso contrário esses defeitos só serão percebidos durante a usinagem o que acarretará uma perda de tempo e elevação dos custos. Classificação e nomenclatura dos ferros fundidos As normas especificam os ferros fundidos com letras e números onde cada um possui um significado.
  30. 30. Fundamentos da Mecânica - Materiais Nos exemplos abaixo temos especificações segundo a norma DIN e ABNT. DIN GG 40 Resistência a tração 400N/mm2 Ferro fundido cinzento GGG 60 Resistência a tração 600N/mm2 Ferro fundido nodular ABNT FC 40 Resistência a tração 400N/mm2 Ferro fundido cinzento Características segundo DIN Símbolo GG – Densidade: 7,25kg/dm3 Ponto de fusão: 1150 – 12500C Temperatura de fundição: 13500C Resistência a tração: 10 – 40kp/mm2 Alongamento: insignificante Contração: 1% Composição: 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 Classificação do ferro fundido cinzento O ferro fundido é classificado por suas classes de qualidade. Essas classes são especificadas por vários sistemas de normas tais como DIN, ASTM, etc. Por exemplo, a ABNT especifica as classificações da seguinte forma: • As classes FC10 e FC15 possuem excelentes fusibilidade e usinabilidade e são indicadas, principalmente a FC15, para bases de máquinas e carcaças metálicas. • As classes FC20 e FC25 aplicam-se em elementos estruturais de máquinas, barramentos, cabeçotes, mesas, etc. 30 SENAI - 2009
  31. 31. Fundamentos da Mecânica - Materiais • As classes FC30 e FC35 possuem maior dureza e resistência mecânica e aplicam-se em engrenagens, buchas, blocos de motor, etc. • A classe FC40 de maior resistência que as outras possui elementos de liga, como cromo, níquel e molibdênio, sendo empregada em peças de espessuras médias e grandes. Classes de ferros fundidos cinzentos segundo ABNT SENAI - 2009 31 Classe Limite de resistência a tração (min.) X 10 [N/mm2] Dureza brinell (valores máximos) Resistência à flexão estática (valores médios) 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
  32. 32. Fundamentos da Mecânica - Materiais A ASTM agrupa os ferros fundidos cinzentos em sete classes. Os números das classes ASTM representam valores de resistência a tração em l b/pol2, os valores métricos para o limite de resistência a tração são aproximados. Classes Resistência a tração Resistência a tração 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 Classificação de ferro fundido nodular segundo ABNT especificação P-EB-585. 32 SENAI - 2009 A título informativo Classe Limite de resistência a tração, min. Kg/mm2 Limite de escoamento (0,2%) min. Kg/min2 Alongamento (5d), min. % Faixa de dureza aproximada brinell Estruturas predominantes 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 Ferrítica Ferrítica-perlítica Perlítica-ferrítica Perlítica Perlítica Ferrítica *Classe com requisito de resistência a choque.
  33. 33. Fundamentos da Mecânica - Materiais Aplicações dos ferros fundidos cinzentos, segundo as classes ASTM Classe Espessura das peças Aplicações SENAI - 2009 33 20 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Utensílios domésticos, anéis de pistão, produtos sanitários, etc. Bases de máquinas, fundidos ornamentais, carcaças metálicas, tampas de poços de inspeção, etc. Certos tipos de tubos, conexões, bases de máquinas pesadas, etc. 25 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Aplicações idênticas às da classe 20, quando se necessita de maior resistência mecânica. 30 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Elementos construtivos: pequenos tambores de freio, placas de embreagem, cárters, blocos de motor, cabeçotes, buchas, grades de filtro, rotores, carcaças de compressor, tubos, conexões, pistões hidráulicos, barramentos e componentes diversos usados em conjuntos elétricos, mecânicos e automotivos. 35 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Aplicações idênticas às da classe 30. 40 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Aplicações de maior responsabilidade, de maiores durezas e resistência a tração, para o que se pode usar inoculação ou elementos de liga em baixos teores: engrenagens, eixo de comando de válvulas, pequenos virabrequins, grandes blocos de motor, cabeçotes, buchas, bombas, compressores, rotores, válvulas, munhões, cilindros e anéis de locomotivas, bigornas, pistões hidráulicos, etc. 50 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm Aplicações idênticas às da classe 40. 60 Fina: até 13mm Média: de 13 a 25mm Grossa: acima de 25mm É a classe de maior resistência mecânica, usando-se normalmente pequenos teores de Ni, Cr e Mo. Tambores de freio especiais, virabrequins, bielas, cabeçotes, corpos de máquina diesel, peças de bombas de alta pressão, carcaças de britadores, matrizes para forjar a quente, cilindros hidráulicos, etc.
  34. 34. Fundamentos da Mecânica - Materiais Especificações ASTM de ferro fundido nodular Classe Limite de resist. a tração min. Kg/mm2 Limite de escoamento min. Kg/mm2 Alongamento min. Em 2” % 34 SENAI - 2009 Condição Aplicações ASTM-A 339-55 80-60-03 56 42 3 Fundido Uso geral 60-45-10 42 31,5 10 Geralmente recozido Uso geral ASTM-A 396-58 120-90-02 84 63 2 Tratado termicamente Para elevada resistência mecânica 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 Equipamento pressurizado a temperaturas elevadas Os números indicativos das classes referem-se aos valores: • Do limite de resistência a tração (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”. Denominação de ferro fundido segundo norma DIN 17006 GG – Ferro fundido cinzento Exemplo: GG-18 Ferro fundido cinzento com resistência a tração de 180N/mm2 GGK Ferro fundido cinzento em coquilha GGZ Ferro fundido cinzento centrifugado GH – Ferro fundido duro Exemplo: GH-25 Ferro fundido com uma camada de ferro fundido branco de 25mm e o núcleo com ferro fundido cinzento GH-95 Dureza shore de 95
  35. 35. Fundamentos da Mecânica - Materiais Observação: numeração até 50 especifica a profundidade da camada dura em milímetros. Numeração acima de 50 especifica a dureza shore. GT – Ferro fundido maleável Exemplo: GTW-35 Ferro fundido maleável branco com resistência a tração de 340N/mm2 GTS-35 Ferro fundido maleável preto com resistência a tração de 330N/mm2 Ferro fundido com Símbolo Resist. a grafite lamelar SENAI - 2009 35 tração N/mm2 Resist. a tração N/mm2 Densidade kg/dm3 Propriedades GG-10 GG-20 100 200 - 350 7.2 Ferro fundido comum sem qualidade especial para uso geral. GG-25 GG-35 GG-40 250 340 390 420 530 590 7.35 Ferro fundido de alta qualidade para peças altamente solicitadas como por exemplo cilindros, êmbolos. Limite de Ferro fundido nodular alongamento 0,2%* N/mm2 Alongamen-to de 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 tem propriedades semelhantes ao aço devido ao carbono em forma de grafite esferoidal. Alongament Ferro fundido maleável o de ruptura ( l o = 3do) Aplicação GTW-40 GTW-55 GTS-45 390 540 440 215 355 295 5 5 7 Peças de parede fina de fundição tenaz por exemplo rodas, chaves, conexões. *O alongamento de 0,2% de comprimento inicial l o é o usado para limite de elasticidade de materiais não dúcteis.
  36. 36. Fundamentos da Mecânica - Materiais Questionário – Resumo 1. Quais as substâncias que normalmente vêm agrupadas com os minérios de ferro? 2. Defina ferro fundido? 3. Quais são os tipos de ferro fundido? Cite as suas propriedades gerais. 4. Especifique FC-40 – GG-30 – GTS-40 – GGG-60 – FE4212. 5. Como é feita a fundição em areia? 6. Quais os defeitos mais comuns em peças fundidas? 36 SENAI - 2009
  37. 37. Fundamentos da Mecânica - Materiais Aço Objetivos Ao final desta unidade o participante deverá: SENAI - 2009 37 Conhecer Estar informado sobre: • Processos de obtenção do aço. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Influência dos elementos de liga nas propriedades dos aços; • Processo de refinação e enriquecimento do aço; • Normalização conforme ABNT, SAE, AISI e DIN. Ser capaz de Aplicar conhecimentos para: • Selecionar os aços em função de suas propriedades mecânicas; • Interpretar normas de identificação dos aços. Definição de aço É uma liga de ferro e carbono que contém no máximo 2,0% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação. Obtenção do aço O ferro gusa que sai do alto-forno tem alto teor de carbono (3 a 5%) e elevado teor de impurezas como enxofre, fósforo, manganês e silício.
  38. 38. Fundamentos da Mecânica - Materiais Para transformar o ferro gusa em aço, é necessário reduzir o seu teor de carbono (0 – 2,0%), manganês, silício e eliminar, ao máximo, o seu teor de fósforo e enxofre. Para tanto, existem vários processos. Processo Bessemer e Thomas- Bessemer O conversor Bessemer tem um revestimento de tijolos de sílica que não pode ser utilizado com ferro gusa rico em fósforo. 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 fósforo. Em ambos os processos, Bessemer ou Thomas-Bessemer, reduz-se o teor de carbono do ferro gusa pela injeção de ar por orifícios que existem no fundo do conversor. O ferro gusa líquido procedente do misturador é vertido no conversor em posição horizontal, adicionando-se cal ou dolomita. Processo Bessemer e Thomas-Bessemer 38 SENAI - 2009
  39. 39. Fundamentos da Mecânica - Materiais Colocando-se o conversor na posição vertical, o ar enriquecido com oxigênio é soprado durante dez a vinte minutos. Durante esse tempo o oxigênio reage com o carbono, e o silício, o manganês e a cal reagem com o fósforo formando a escória. A escória do conversor Thomas-Bessemer é moída e utilizada como adubo por possuir alto teor de fósforo. Produtos do conversor Bessemer e Thomas-Bessemer • Aço ao carbono não-ligados. SENAI - 2009 39 Conversor a oxigênio (LD) Nos conversores a oxigênio, é fabricada mais de 50% da produção mundial de aço. No Brasil, eles são também amplamente utilizados. A carga desse conversor é constituída de ferro gusa líquido, sucata de ferro, minério de ferro e aditivos (fundentes). Com uma lança refrigerada com água, injeta-se oxigênio puro a uma pressão de 4 a 12bar no conversor. Processo conversor a oxigênio (LD)
  40. 40. Fundamentos da Mecânica - Materiais A oxidação do carbono e dos acompanhantes do ferro libera grande quantidade de calor. Para neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-se sucata ou minério de ferro. Pela adição de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o manganês, silício, fósforo e enxofre unem-se formando a escória. Para aumentar a qualidade do aço, adicionam-se os elementos de liga no final ou quando o aço está sendo vertido na panela. Os aços produzidos no LD não contêm nitrogênio pois não se injeta ar, daí a alta qualidade obtida. Esse conversor oferece vantagens econômicas sobre os conversores Thomas-Bessemer e Siemens-Martin. Produtos do conversor a oxigênio (LD) • Aços não-ligados • Aços para cementação • Aços de baixa liga Conversor Siemens-Martin O forno Siemens-Martin é um forno de câmara fixo. A carga do forno pode ser constituída de 70% de sucata de aço e o resto de ferro gusa e fundentes (cal) para formar a escória. Representação esquemática de um forno Siemens-Martin A temperatura de fusão é de 18000C, que se consegue pela queima de gás ou óleo. 40 SENAI - 2009
  41. 41. Fundamentos da Mecânica - Materiais Os gases produzidos pela combustão saem do forno e passam, através de um empilhamento de tijolos, pela parte inferior do forno (recuperador) onde cedem calor dirigindo-se depois para a chaminé. A cada vinte minutos mais ou menos, o sentido dos gases é invertido de modo que o ar passe pelo recuperador que está aquecido. Produtos do conversor Siemens-Martin • Aços carbono não-ligados • Aços de baixa liga • Aços-ferramenta que não exigem alta qualidade SENAI - 2009 41 Forno elétrico Os aços finos, em particular os altamente ligados, são obtidos em fornos elétricos. Com o aço vindo do conversor a oxigênio ou Siemens-Martin e mais sucata selecionada alimenta-se o forno elétrico. Nesse forno, o aço é purificado e adicionam-se os elementos de liga desejados. Como a geração de calor se dá por uma corrente elétrica, não existe nenhuma chama de gás que desprenda enxofre. Existem dois tipos de fornos elétricos para a produção de aço: • Forno de arco voltaico • Forno de indução O forno de arco voltaico tem dois ou três eletrodos de carvão. Ao ligar, a corrente elétrica salta em arco voltaico das barras de carvão passando pelo material a fundir. A temperatura obtida neste processo é da ordem de 36000C, o que torna possível fundir elementos de liga como o tungstênio (temperatura de fusão 33700C) ou molibdênio (temperatura de fusão 26000C). Forno de arco voltaico No forno de indução a corrente alternada passa por uma bobina situada
  42. 42. Fundamentos da Mecânica - Materiais ao redor de um cadinho, com isto se induzem correntes parasitas no material a fundir que aquecem o banho. Esse forno é empregado para fabricação de aços altamente ligados e de ferro fundido nodular. Forno de indução Solidificação do aço Os aços produzidos nos conversores são colocados em panelas e destas panelas são vertidos em moldes de fundição ou em lingoteiras onde se solidificam em forma de lingotes quadrados ou redondos. Esses lingotes serão transformados em produtos semi-acabados por meio de prensagem, forjamento ou laminação em chapas, barras de perfil L, U, redondas, sextavadas, etc. O aço líquido dentro do molde começa a se solidificar das paredes para o centro da peça. Com o processo de solidificação, há a formação de gases devido a reações químicas, tais como 42 SENAI - 2009
  43. 43. Fundamentos da Mecânica - Materiais decomposição da água em hidrogênio e oxigênio, reação do carbono com o óxido de ferro gerando ferro e gás carbônico. SENAI - 2009 43 As bolhas de gás ascendentes originam um forte movimento do aço que ainda está líquido, com isto os gases, o fósforo, o enxofre, o silício são deslocados para o interior do bloco que irá se resfriar por último. A esse processo chamamos segregação. Lingote com massalote As acumulações de fósforo no aço produzem fragilidade (perigo de ruptura na conformação a frio). As acumulações de enxofre no aço ocasionam fragilidade a quente (perigo de ruptura na laminação ou no forjamento). Altos teores localizados de W, Ti, Mo produzem pontos duros que podem ocasionar a ruptura das peças. Aços fundidos acalmados Para evitar o acúmulo de gases no interior do aço, são adicionados alumínio, silício ou manganês ao se fundir ou vazar o aço. O oxigênio se une a esses elementos formando óxidos metálicos que não podem ser reduzidos pelo carbono (equação ® 2FeO + Si + 2Fe + SiO2). Obtém-se por meio desse processo um aço acalmado. O aço solidificado acalmado possui uma boa homogeneidade e , desta forma, diminui-se a segregação. Os aços de qualidade são sempre acalmados, pois caso contrário o oxigênio oxidaria os componentes da ligação. Bolhas e cavidades em lingotes de aço Tratamento a vácuo
  44. 44. Fundamentos da Mecânica - Materiais Os gases absorvidos pelo aço líquido são prejudiciais, por isso aços ligados de alta qualidade devem ser desgaseificados. Os óxidos (de ferro ou elementos de liga) tornam o aço quebradiço; o nitrogênio produz envelhecimento; o hidrogênio produz fortes tensões e pequenas trincas entre os cristais. Para desgaseificar o aço líquido se emprega o tratamento a vácuo. A figura seguinte mostra dois tipos desse tratamento. Tratamento a vácuo Os aços que passam por esse processo apresentam maior grau de pureza, o que resulta em maior tenacidade e melhor resistência à fadiga. Refusão elétrica sob escória 44 SENAI - 2009
  45. 45. Fundamentos da Mecânica - Materiais Por esse processo, um bloco de aço ligado fundido em forno elétrico se torna um eletrodo e goteja através de uma escória, desembocando em uma coquilha de cobre refrigerada por água. A escória faz a vez de uma resistência elétrica, gerando calor necessário para a fusão, ao ser percorrida pela corrente elétrica. Nessa escória, são retidas ao mesmo tempo as substâncias não desejadas e os gases dissolvidos no aço. Por esse processo, obtêm-se blocos (tarugos) de aço altamente ligados com uma textura uniforme sem segregação ou inclusões. Influência dos elementos de liga nos aços Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência possibilitaram à descoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos no aço carbono. Conseguiram-se assim aços-liga com características como resistência a tração e a corrosão, elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as dos aços ao carbono comuns. Influência dos elementos de liga nas propriedades do aço Elemento Eleva Abaixa SENAI - 2009 45 Não-metais Carbono C Resistência, dureza, temperabilidade Ponto de fusão, tenacidade, alongamento, soldabilidade e forjabilidade
  46. 46. Fundamentos da Mecânica - Materiais Silício Si Elasticidade, resistência a tração, profundidade de têmpera, dureza a quente, resistência a corrosão, separação da grafite no ferro fundido 46 SENAI - 2009 Soldabilidade Fósforo P Fluidez, fragilidade a frio, resistência a quente Alongamento, resistência a choque Enxofre S Quebra de cavaco, viscosidade Resistência a choque Manganês Mn Profundidade de têmpera, resistência a tração, resistência a choque, resistência a desgaste Facilidade de ser transformado (laminado, trefilado); separação da grafite no ferro fundido Níquel Ni Tenacidade, resistência a tração, resistência a corrosão, resistência elétrica, resistência a quente, profundidade de têmpera Dilatação térmica Cromo Cr Dureza, resistência a tração, resistência a quente, temperatura de têmpera, resistência a frio, resistência a desgaste, resistência a corrosão Alongamento (em grau reduzido) Vanádio V Resistência a fadiga, dureza, tenacidade, resistência a quente Sensibilidade ao aparecimento de trincas por aquecimentos sucessivos Molibdênio Mo Dureza, resistência a quente, resistência a fadiga Alongamento, forjabilidade Cobalto Co Dureza, capacidade de corte, resistência a quente Tenacidade, sensibilidade ao aparecimento de trincas por aquecimentos sucessivos Metais Tungstênio W Dureza, resistência a tração, resistência a corrosão, temperatura de têmpera, resistência a quente, resistência a desgaste Alongamento (em grau reduzido) Classificação dos aços Podemos classificar os aços segundo a sua aplicação em: • Aços de construção em geral • Aços para tornos automáticos • Aços para cementação • Aços para beneficiamento • Aços para nitretação • Aços inoxidáveis • Aços para ferramentas - para trabalho a frio - para trabalho a quente - aços rápidos Aços de construção em geral Os aços de construção em geral são aços básicos não-ligados que são selecionados pela sua resistência a tração e pelo seu limite de elasticidade, ou são aços não-ligados de qualidade que
  47. 47. Fundamentos da Mecânica - Materiais devem satisfazer a exigências tais como forjabilidade e soldabilidade. Nesse último caso, são controlados os teores de carbono, fósforo e enxofre. As aplicações comuns desses aços são em construção de edifícios, pontes, depósitos, automóveis e máquinas. SENAI - 2009 47 Norma DIN Aços para torno automático São aços de qualidade não-ligados ou de baixa liga utilizados na fabricação de peças em tornos automáticos e devem desprender cavacos quebradiços e curtos. Esta propriedade (cavaco curto) obtém-se mediante um teor conveniente de enxofre. Os aços para tornos automáticos contêm: 0,07 a 0,65% de carbono, 0,18 a 0,4% de enxofre, 0,6 a 1,5% de manganês, 0,05 a 0,4% de silício e, quando se pede uma melhor fragilidade do cavaco e superfícies lisas, o aço deve conter, além dos elementos já citados, 0,15 a 0,3% de chumbo. Exemplos: 10 S 20 11 S Mn 28 11 S Mn Pb 28
  48. 48. Fundamentos da Mecânica - Materiais 35 S 20 Aços para cementação São aços com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) que, por meio de um tratamento termoquímico, sofrem uma elevação de seu teor de carbono na superfície da peça a fim de aumentar a dureza superficial conservando o núcleo tenaz para resistir a choques. Trata-se de aços de qualidade não-ligados, aços finos ou aços finos ligados. Na superfície da peça endurecida por cementação alcança-se uma dureza de 59 HRC. Exemplos: C 10 CK 10 16 Mn Cr 5 17 Cr Ni Mo 6 Aços para beneficiamento São aços que, por meio de um tratamento térmico de beneficiamento (têmpera mais revenimento), consegue-se um aumento de resistência, dureza e tenacidade. Os aços para beneficiamento não-ligados possuem um teor de carbono acima de 0,3% e só se pode beneficiar uma camada delgada. Quando se deseja beneficiar uma camada mais espessa, empregam-se aços para beneficiamento ligados. As aplicações comuns desses aços são em: eixos, parafusos, engrenagens, molas. Exemplos: C 30 CK 60 42 Cr Mo 4 Aços para nitretação São aços que, pela introdução de nitrogênio por meio de tratamento termoquímico, aumenta-se a dureza superficial das peças (até 67 HRC). Esses aços contêm cromo, molibdênio e alumínio que favorecem a absorção do nitrogênio. As aplicações comuns desses aços são em: engrenagens, matrizes de trabalho a quente. Exemplos: 31 Cr Mo 12 48 SENAI - 2009
  49. 49. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 49 34 Cr Al Ni 7 Aços inoxidáveis São aços que possuem um teor mínimo de 12% de cromo e se caracterizam pela sua grande estabilidade frente a substâncias agressivas (água, ar, gases, ácidos e bases). As aplicações comuns desses aços são na indústria química e na de alimentos e em aparelhos cirúrgicos, talheres, etc. Exemplos: X 3 Cr Ni 18 10 X 10 Cr Ni Mo Ti 18 12 X 5 Cr Ni 18 9 Aços para ferramentas São os que se empregam para trabalhar outros materiais com ou sem a remoção de cavacos. São subdivididos em: • Aços para trabalho a frio • Aços para trabalho a quente • Aços rápidos Aços para trabalho a frio Destinam-se à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a frio de aço, ferro fundido e metais não-ferrosos. As principais propriedades destes aços são: • Alta resistência a abrasão • Elevada resistência de corte • Alta tenacidade • Alta resistência a choque • Grande estabilidade dimensional As aplicações comuns desses aços são em facas e punções de corte, estampos de dobramento, estampagem, cunhagem, matrizes, trefilação, etc. Exemplos: X 210 Cr 12 X 210 Cr W 12 X 155 Cr V Mo 12 1 Aços para trabalho a quente
  50. 50. Fundamentos da Mecânica - Materiais São aços que se destinam à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a quente de materiais. Suas principais características são alta resistência a revenimento, elevada resistência mecânica a quente, boa tenacidade, grande resistência a abrasão em temperaturas elevadas, boa condutividade térmica, elevada resistência a fadiga e boa resistência à formação de trincas provocadas por aquecimento e resfriamentos sucessivos. As aplicações comuns desses aços são em matrizes de forjamento, matrizes para fundição de latão ou alumínio sob pressão, matrizes para extrusão a quente, etc. Exemplos: X 37 Cr Mo W 5 1 X 40 Cr Mo V 5 1 50 Ni Cr 13 Aços rápidos São aços onde os elementos de liga formam carbonetos complexos que são duros e resistentes ao desgaste e a altas temperaturas. Norma DIN A seqüência dos componentes é sempre a mesma: W – Mo – V – Co Exemplo: S - 6 - 5 - 2 - 5 ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ aço rápido 6% W 5% Mo 2% V 5% Co São assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores do que as possíveis com aços ferramenta ao carbono. As aplicações comuns desses aços são 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. 50 SENAI - 2009
  51. 51. Fundamentos da Mecânica - Materiais Aço é a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contém, ainda, pequenas porcentagens de manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S) e fósforo (P), que são considerados elementos residuais do processo de obtenção. O elemento que exerce maior influência é o carbono e o seu teor nos aços ao carbono varia de 0,008 a 2% C aproximadamente. O aço é representado por um número como nos exemplos abaixo. SENAI - 2009 51 Exemplos: Os aços mais usados industrialmente possuem teores de carbono que variam entre 0,1 a 0,95%C, ou seja, aço 1010 a 1095. Acima de 0,95%C são considerados como aços ao carbono especiais. Para fins de aplicações industriais e de tratamentos térmicos, os aços ao carbono classificam-se em: • Aços de baixo teor de carbono 1010 a 1035 • Aços de médio teor de carbono 1040 a 1065 • Aços de alto teor de carbono 1070 a 1095 A tabela seguinte apresenta aços ao carbono para construção mecânica.
  52. 52. Fundamentos da Mecânica - Materiais Classificação ABNT dos aços ao carbono Designação Carbono % Manganês % 1006 A 0,08 max 0,25 – 0,40 1008 A 0,10max 0,25 – 0,50 1010 A 0,08 – 0,13 0,30 – 0,60 1015 A 0,13 – 0,18 0,30 – 0,60 1020 A 0,18 – 0,23 0,30 – 0,60 1025 A 0,22 – 0,28 0,30 – 0,60 1026 A 0,22 – 0,28 0,60 – 0,90 1030 A 0,28 – 0,34 0,60 – 0,90 1035 A 0,32 – 0,38 0,60 – 0,90 1038 A 0,35 – 0,42 0,60 – 0,90 1040 A 0,37 – 0,44 0,60 – 0,90 1041 A 0,36 – 0,44 1,35 – 1,65 1043 A 0,40 – 0,47 0,70 – 1,00 1045 A 0,43 – 0,50 0,60 – 0,90 1050 A 0,47 – 0,55 0,70 – 1,00 1060 A 0,55 – 0,66 0,60 – 0,90 1070 A 0,65 – 0,76 0,60 – 0,90 1080 A 0,75 – 0,88 0,60 – 0,90 1090 A 0,85 – 0,98 0,60 – 0,90 1095 A 0,90 – 1,03 0,30 – 0,50 52 SENAI - 2009
  53. 53. Fundamentos da Mecânica - Materiais A tabela seguinte apresenta a classificação dos aços-liga, segundo ABNT. Classificação ABNT dos aços-liga Designação 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 SENAI - 2009 53 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 vanádio
  54. 54. Fundamentos da Mecânica - Materiais A tabela seguinte apresenta as classes de aços com suas respectivas composições segundo normas SAE – AISI – ABNT Sistema SAE e AISI de classificação dos aços Designação SAE AISI 54 SENAI - 2009 Tipo de aço 10XX 11XX 13XX 23XX 25XX 31XX 33XX 303XX 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX 50XX 51XX 501XX 511XX 521XX 514XX 515XX 61XX 86XX 87XX 92XX 93XX 98XX 950 XXBXX XXLXX C 10XX C 11XX 13XX 23XX 25XX 31XX E 33XX - 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX 50XX 51XX - E511XX E521XX - - 61XX 86XX 87XX 92XX 93XX 98XX - XXBXX CXXLXX Aços-carbono comuns Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S Aços-manganês com 1,75% de Mn Aços-níquel com 3,5% de Ni Aços-níquel com 5,0% de Ni Aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr Aços-níquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Ni-Cr Aços-molibdênio com 0,25% de Mo Aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20% ou 0,25% de Mo Aços-níquel-cromo-molibdênio, com 1,82% de Ni, 0,50% ou 0,80% de Cr e 0,25% de Mo Aços-níquel-molibdênio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20 ou 0,25 de Mo Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% de Mo Aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo Aços-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de Cr Aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr Aços de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de Cr Aços de médio cromo para rolamentos, com 1,02% de Cr Aços de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr Aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V (min.) Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de Cr e 0,20% de Mo Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,25% de Mo Aços-silício-manganês com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn, 1,40 ou 2,00% de Si e 0%, 0,17%, 0,32% ou 0,65% de Cr Aços-níquel-cromo-molibdênio com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,00% de Ni, 0,80% de Cr e 0,25% de Mo Aços de baixo teor em liga e alta resistência Aços-boro com 0,0005% de B min. Aços-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb Exemplo de utilização da tabela
  55. 55. Fundamentos da Mecânica - Materiais Observações: Letras adicionais na nomenclatura do aço têm os seguintes significados: B... Aço obtido pelo processo Bessemer. C... Aço obtido em forno Siemens-Martin. E... Aço obtido em forno elétrico. X... Análise fora da norma. TS... Norma estabelecida para prova. ..B.. Aço contendo, no mínimo, 0,0005% boro. LC.. Aço com baixo teor de carbono C máx de 0,03%C. F... Aço de cavaco curto para tornos automáticos. ..L.. Indica presença de chumbo (0,15% a 0,35% Pb). SENAI - 2009 55 Exemplos: B 1 1 1 3 C 1 1 4 5 E 3 3 1 0 46 B 12 12 L 14 Normalização dos aços conforme norma DIN 17006 A norma DIN 17006 divide os aços em três tipos: • Aço sem ligas • Aço com baixa liga (elementos de ligas 5%) • Aço com alta liga (elementos de ligas 5%) Designação e normalização dos aços sem ligas Aços de baixa qualidade – são tipos de aços de baixa pureza, sem ligas e que não podem ser tratados termicamente. São designados através das letras St (aço) e da resistência mínima a ruptura. Aços ao carbono – têm melhor pureza, podem ser tratados termicamente. São designados através da letra C (carbono) e da porcentagem do carbono. Para caracterizar a diferença dos aços finos não-ligados, além da letra C colocam-se letras com os seguintes significados: K -Aço fino com teor de enxofre mais fósforo menor do que 0,01% f -Aço para têmpera a chama e por indução q -Aço para cementação e beneficiamento, adequado para deformação a frio.
  56. 56. Fundamentos da Mecânica - Materiais Normalização Aços de baixa qualidade Exercício: Aços ao carbono Exercício: 56 SENAI - 2009
  57. 57. Fundamentos da Mecânica - Materiais Designação e normalização dos aços com baixa liga São aços que possuem no máximo até 5% de teor de ligas. Para designar o teor dos elementos de liga, os números na norma devem ser divididos pelos fatores correspondentes ao elemento químico. Os fatores são apresentados na tabela a seguir. SENAI - 2009 57 Fatores para elementos de liga Fator 4 Fator 10 Fator 100 Cobalto Co Cr Mn Ni Si Tungstênio W Alumínio Al Mo Ti Vanádio V Carbono C P S N A norma se compõe dos seguintes elementos: • Não se coloca a letra C para o carbono. • As outras letras definem os elementos de liga. • Os números divididos pelos fatores definem o teor dos elementos e são colocados na mesma seqüência, como as letras. Aços com baixa liga Exercício: 16 Mn Cr 5 17 Cr Ni Mo 6
  58. 58. Fundamentos da Mecânica - Materiais Designação e normalização dos aços com alta liga São aços com um teor de liga acima de 5%. Para designá-los, coloca-se um X em frente do teor de carbono. Todos os elementos, exceto o carbono, têm o fator 1, ou seja, os números apresentam o valor de teor real. Aços rápidos para ferramentas são designados da seguinte forma: S 6 – 5 – 2 – 5 Coloca-se S (aço rápido) no início e os teores das ligas. O teor de carbono só pode ser determinado através da especificação do produtor. Aços com alta liga 58 SENAI - 2009
  59. 59. Fundamentos da Mecânica - Materiais Designação completa segundo a norma DIN SENAI - 2009 59 A normalização compõe-se de três partes: Obtenção Composição Tratamento Exemplo: E C35 V70 Forno elétrico Aço de carbono de 0,35% de C Beneficiado até uma resistência de 700N/mm2
  60. 60. Fundamentos da Mecânica - Materiais Significado das letras (continua) Da obtenção Da composição Do tratamento A – resistente ao envelhecimento Ag – prata Al – alumínio As – arsênico 60 SENAI - 2009 A – recozido B – forno Bessemer B – boro Be – berílio Bi – bismuto B – não se pode melhorar as características mecânicas por trabalho a frio C C – carbono Ce – cério Co – cobalto Cr – cromo Cu – cobre E – forno elétrico EB – forno elétrico básico E E – endurecido por cementação F – forno de reverbero Fe – ferro F – temperado com chama ou por indução F – resistência a tração em kp/mm2 G – fundido GG – ferro fundido com grafite em lâminas GGG – ferro fundido com grafite em bolas (nodular) GH – ferro fundido duro GS – aço fundido GTW – fundido maleável branco GTS – fundido maleável preto GTP – fundido maleável perlítico GGK – fundido em coquilha GSZ – aço fundido centrifugado G G – recozido g – liso H – fundido semi-acalmado H – chapas sem liga para caldeiras H – temperado HF – temperado por chama HJ – temperado por indução J – forno elétrico de indução J J K K – baixo teor de fósforo e enxofre K – deformado a frio
  61. 61. Fundamentos da Mecânica - Materiais Da obtenção Da composição Do tratamento SENAI - 2009 61 L – metal para solda ou resistente a formação de trincas em solução alcalina LE – forno elétrico de arco Li – lítio L M – forno Siemens-Martin MB – forno Siemens-Martin básico MY – forno Siemens-Martin ácido Mg – magnésio Mn – manganês Mo - molibdênio m – superfície fosca N N – nitrogênio Nb – nióbio Ni – níquel N – normalizado NT – nitretato P – soldável por pressão P – fósforo Pb – chumbo P Q – deformado a frio q – indicada para deformação a frio Q R – acalmado RR – especialmente acalmado R r – superfície áspera S – soldável por fusão S – enxofre Sb – antimônio Si – silício Sn – estanho St – aço sem dados químicos S – recozido SH – descascado T – forno Thomas Ta – tântalo Ti – titânio T U – fundido sem acalmar U U – superfície laminada ou forjada V V – vanádio V – beneficiada W – aço afinado com ar W – tungstênio W – aço para ferramentas sem liga X X – em aços de alta liga multiplicar por 1 X Y – aço soprado com oxigênio forno LD Y Y Z – trefilado em barras Zn – zinco Zr - zircônio Z
  62. 62. Fundamentos da Mecânica - Materiais A figura seguinte ilustra os principais meios de obter ferro fundido e aço. 62 SENAI - 2009
  63. 63. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 63 Questionário-Resumo 1. Qual a definição de aço? 2. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga do aço ABNT 1045? 3. Quais os efeitos conseguidos com os aços-liga ou especiais? 4. Qual a identificação numérica dos aços ao molibdênio? 5. Qual a classe, porcentagem de elementos de liga e porcentagem de carbono do aço AISI – 2515? 6. Quais os elementos de liga e suas respectivas porcentagens do aço ABNT 8615? 7. Qual o tipo de aço segundo as normas SAE521XX e AISI E521XX?
  64. 64. Fundamentos da Mecânica - Materiais 8. O que especifica a norma DIN 17006? 9. Qual o teor dos elementos de liga dos aços 17CrNiMo6, X5CrNiMo1813 e S12-1-4-5? 10. Na designação GTS70, qual o material e de quanto é sua resistência a ruptura? 11. Qual a forma de obtenção, composição e tratamento posterior do aço GS17CrMoV 5 11 N segundo a norma DIN 17006? 64 SENAI - 2009
  65. 65. Fundamentos da Mecânica - Materiais Comportamento das ligas em função da temperatura e composição Objetivos Ao final desta unidade, o participante deverá: Conhecer Estar informado sobre: • Tipos das ligas metálicas com cristais mistos, mistura de cristais e combinações SENAI - 2009 65 intercristalinas. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Curvas características da liquefação e solidificação de metais puros; • Pontos críticos de transformação (sólido, líquido , ponto de parada); • Curvas características de liquefação e solidificação de ligas típicas em função da composição no diagrama Cu-Ni e Sn-Pb; • Influência dos elementos de liga no tempo de transformação. Ser capaz de Aplicar conhecimentos para: • Interpretar diagramas para ligas com dois componentes; • Transferir conhecimentos na interpretação do diagrama ferro-carbono.
  66. 66. Fundamentos da Mecânica - Materiais Introdução à liquefação e solidificação dos metais Toda matéria possui três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Fundamentalmente o que diferencia um estado do outro é o grau de agregação dos átomos. O sólido é um estado no qual os átomos estão fortemente ligados, já no estado líquido essa ligação não é tão forte e, no estado gasoso, essa ligação não existe. A mudança de estados da matéria ocorre com ganho ou perda de energia (calor). Para o estudo dos metais, o estado gasoso é pouco importante, portanto, trataremos apenas das fases sólida e líquida. Ao fornecermos calor a um material sólido, sua fusão ocorre em duas fases bem distintas: • Ao receber energia, os átomos aumentam sua vibração. Isso se traduz fisicamente em um aumento de temperatura do corpo, até o ponto de sua temperatura de fusão. Nesta altura os átomos ainda estão fortemente ligados. • Uma vez atingido o ponto de fusão, inicia-se o enfraquecimento das ligações entre os átomos. Isso ocorre através do calor fornecido ao material. O calor não mais servirá para aumentar as vibrações dos átomos, mas sim para enfraquecer as suas ligações, não haverá aumento em sua temperatura até que todas as ligações sejam enfraquecidas, tornando-se líquido o material. Ao calor necessário para aumentar o estado de vibração dos átomos (aumentar a temperatura) chamamos de calor sensível. 66 SENAI - 2009
  67. 67. Fundamentos da Mecânica - Materiais Já o calor necessário para enfraquecer (ou destruir completamente, no caso de vaporização) as ligações atômicas é 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). SENAI - 2009 67 Liquefação e solidificação do Zn No aquecimento contínuo, a temperatura aumenta em função do tempo. Quando chegar ao ponto de sólido (4190C), o metal começa a se liquefazer. Apesar da mesma quantidade de calor recebida, a temperatura permanece constante, isso porque todo o calor é gasto pela mudança do estado de agregação. Esta zona horizontal é chamada ponto de parada. A temperatura voltará a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito. Embaixo do ponto sólido, o estado de agregação é sólido, acima do ponto de líquido, passa a ser líquido. Na zona dos pontos de parada, o estado de agregação é líquido ou sólido. No processo de resfriamento a seqüência ocorre na ordem inversa.
  68. 68. Fundamentos da Mecânica - Materiais Ligas metálicas Antes de falarmos sobre ligas metálicas, é importante definir o que vem a ser uma solução sólida. Dá-se o nome de solução a uma mistura na qual não se consegue distinguir os seus diversos componentes. Cada um dos componentes possíveis de serem distinguidos será chamado fase. Uma solução que se encontra em estado sólido é chamada solução sólida. Esquema de estrutura bifásica. Uma fase é ferro puro (ferrita) e a outra cementita. Exemplo: nos aços temos uma solução sólida de Fe e C. Essa solução é chamada cementita. - Ligas metálicas são misturas, em solução, de dois ou mais metais: Exemplo: Cu – Ni Cu – Zn (latão) Cu – Sn (bronze) Fe – C (aço) Praticamente, todos os metais utilizados na indústria não são puros, mas sim ligas de uma ou mais fases. 68 SENAI - 2009
  69. 69. Fundamentos da Mecânica - Materiais Composição de ligas metálicas Os diferentes elementos que compõem uma liga metálica são chamados componentes. Observe os exemplos seguintes. SENAI - 2009 69 Liquefação e solidificação da ligas
  70. 70. Fundamentos da Mecânica - Materiais Solução sólida ou cristal misto No processo de solidificação de uma liga de dois metais, que formam cristais mistos, a transformação do estado líquido para o estado sólido não se faz no ponto de parada, mas durante um intervalo de solidificação. No ponto líquido começam a se formar os primeiros cristais mistos. A formação e o crescimento desses cristais continuam até o ponto sólido. Em temperaturas abaixo do ponto sólido, a liga está totalmente no estado sólido. Os componentes de uma liga têm diferentes pontos líquidos e necessitam de diferentes quantidades de calor para a sua solidificação, portanto se variarmos as porcentagens dos elementos de ligas, variarão as temperaturas dos pontos líquidos e dos pontos sólidos. Unindo todas as temperaturas de ponto líquido e todas as temperaturas de ponto sólido, obtemos o diagrama de fases. Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu – Ni (cristais mistos) 70 SENAI - 2009
  71. 71. Fundamentos da Mecânica - Materiais Interpretação do diagrama de fases Exemplo: para uma liga de 20% Ni e 80% Cu. • A linha horizontal mostra a composição (em %). Quando temos 20% Ni, automaticamente SENAI - 2009 71 teremos 80% Cu. • Para cada composição temos uma temperatura inicial e uma final de solidificação. • Para a liga com 80% Cu – 20% Ni, a solidificação inicia-se no ponto B e termina no ponto D, abaixo do qual a liga está totalmente sólida. • Acima do ponto B a liga está totalmente líquida. • Para cada composição, temos então dois pontos que geram duas linhas, dividindo o diagrama em três partes. • Para resfriamento, a linha chamada líquidus indica, para cada composição, a temperatura em que se inicia a solidificação e a sólidus, onde termina. • Cada região do diagrama indica fases. Acima da linha líquidus, fase totalmente líquida, abaixo da linha sólidus – fase totalmente sólida, e, entre as duas, temos o intervalo de solidificação, onde estão presentes duas fases, sólida e líquida. • Seguindo a linha ABCDE (figura anterior), traçada no diagrama, teremos para a liga 80 Cu – 20 Ni o que está descrito na tabela a seguir. Ponto No de fases presentes Tipo da fase Interpretação da liga A 1 líquida totalmente líquido B 1 líquida inicia-se solidificação C 2 líquida e sólida líquido – sólido D 1 sólida final de solidificação E 1 sólida totalmente sólido
  72. 72. Fundamentos da Mecânica - Materiais Mistura de cristais No processo de solidificação de uma liga de dois elementos que formam uma mistura de cristais, temos uma concentração definida, onde a curva de resfriamento dessa mistura é igual à curva de resfriamento de um metal puro. Curva de resfriamento do eutético A liga com essa concentração tem o ponto líquido mais baixo que todas as outras concentrações e é chamada de liga eutética. Componentes Temperatura de fusão Temperatura de fusão do eutético Ferro fundido Ferro 96% Carbono 4% 15350C 38400C 72 SENAI - 2009 12000C Solda prata Cobre 55% Prata 45% 10830C 9610C 6200C Alumínio fundido por pressão Alumínio 88% Silício 12% 6600C 14140C 5770C Chumbo duro Chumbo 87% Antimônio 13% 3270C 6300C 2510C Na solidificação de uma liga que tem composição diferente da composição eutética, o elemento que está em maior proporção que a liga eutética começa a se solidificar até que a fase líquida atinja a composição eutética, ocorre então a solidificação da fase eutética em uma única temperatura. Curva de resfriamento de concentração diferente do eutético
  73. 73. Fundamentos da Mecânica - Materiais 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 é análoga à do diagrama de fases de cristais mistos vista na figura “Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu-Ni (cristais mistos)”. SENAI - 2009 73 Combinações intermetálicas A curva de resfriamento de uma combinação intermetálica corresponde à curva de um metal puro e será estudada no diagrama Fe-C, na unidade 5.
  74. 74. Fundamentos da Mecânica - Materiais Questionário – Resumo 1. Comente o diagrama de liquefação e solidificação do Zn, considerando: T(C), t(s), ponto de sólido, ponto de parada, ponto de líquido, curvas (resfriar e aquecer). 2. Explique por que no ponto de parada a temperatura é constante em um intervalo de tempo definido. 3. Descreva um processo de solidificação 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 solidificação é maior. 5. O que é uma liga? 6. Explique os tipos de ligas e cite exemplos. 7. Defina o que significa eutético, usando o diagrama de fases para o sistema Sn – Pb. 8. Consulte a tabela de ligas eutéticas e cite os componentes, a temperatura de fusão e a temperatura eutética. 74 SENAI - 2009
  75. 75. Fundamentos da Mecânica - Materiais Diagrama ferro-carbono Objetivos Ao final desta unidade, o participante deverá: Conhecer Estar informado sobre: • Diagrama de resfriamento do ferro puro; • Pontos característicos de temperatura, transformações e estrutura das fases. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Transformações estruturais das ligas ferro-carbono na solidificação; • Diagrama ferro-carbono para aço com as variáveis: carbono, temperatura, linhas e zonas; • Componentes estruturais nas zonas do diagrama ferro-carbono para aço; • Classificação dos aços em função da porcentagem de carbono (eutetóide, hipo e SENAI - 2009 75 hipereutetóide). Ser capaz de • Descrever e interpretar o diagrama ferro-carbono simplificado; • Determinar as zonas e temperaturas de transformação, sistemas estruturais e constituintes para aços com diferentes teores de carbono.
  76. 76. Fundamentos da Mecânica - Materiais Liquefação e solidificação do ferro puro Da mesma forma como foram apresentados os metais na unidade anterior, podemos apresentar a curva de solidificação (liquefação) do ferro puro, como mostra o gráfico seguinte. Solidificação do ferro puro Existem quatro pontos de parada: • A 1 5360C o ferro puro se solidifica em rede cúbica de corpo centrado (c.c.c.), chamada ferro d (delta) e assim permanece até 1 3920C. • A 1 3920C o ferro muda de estrutura para a estrutura cúbica de face centrada (c.f.c.) chamada ferro g (gama) ou austenita. • Abaixo de 9110C o ferro muda de estrutura novamente para a cúbica de corpo centrado (c.c.c.) chamada ferro a (alfa). • Abaixo de 7690C o ferro é magnético. Isso ocorre devido a um rearranjo dos elétrons de cada átomo. 76 SENAI - 2009
  77. 77. Fundamentos da Mecânica - Materiais A distância entre os átomos na estrutura c.f.c. é maior do que na estrutura de c.c.c., portanto nesse estado é mais fácil aceitar átomos estranhos, como por exemplo, átomos de carbono. A esse fenômeno damos o nome de solubilidade no estado sólido. O ferro puro raramente é usado, o mais comum é estar ligado com o carbono. Em função da adição de carbono no ferro puro, as temperaturas de transformação irão se alterar conforme veremos a seguir. SENAI - 2009 77 Diagrama ferro-carbono O diagrama ferro-carbono pode ser dividido em três partes: - de 0 a 0,05%C – ferro puro - de 0,05 a 2,06%C – aço - de 2,06 a 6,7%C – ferro fundido Construção do diagrama ferro-carbono O diagrama ferro-carbono é fundamental para facilitar a compreensão sobre o que ocorre na têmpera, no recozimento e nos demais tratamentos térmicos. Para melhor entendermos o diagrama completo, que será visto no fim da unidade, façamos uma série de experiências 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 aplicação constante de calor e medimos em intervalos regulares (cada cinco minutos) a temperatura dos corpos de prova. Já sabemos que a característica da curva é semelhante à das outras ligas. No corpo de prova no 1 com 0,2% de C, observamos que há uma variação na velocidade da elevação da temperatura a 7230C (Ac1) e a 8600C (Ac3) – que chamamos de ponto de parada.
  78. 78. Fundamentos da Mecânica - Materiais Determinando as temperaturas Ac1 e Ac3 ou Accm dos outros corpos de prova, conforme figuras abaixo, poderemos construir parte do diagrama ferro-carbono simplificado, unindo todas as temperaturas Ac1 e todas as temperaturas Ac3, conforme veremos no exercício a seguir. Exercício 1. Com base na tabela abaixo, construa o diagrama Fe – C simplificado (figura abaixo): • Coloque no gráfico todos os pontos de parada. • Trace uma linha ligando todos os pontos Ac1. • Trace outra linha ligando todos os pontos Ac3 e Accm. Observação O diagrama Fe – C completo pode ser visto na figura “Diagrama ferro-carbono completo”. 78 SENAI - 2009
  79. 79. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 79 Pontos de parada dos corpos de prova Temperatura Corpo de prova Ac1 0C Ac3 ou Accm 0C 1 723 AC3 = 860 2 723 AC3 = 820 3 723 AC3 = 775 4 723 .......... 5 723 ACcm = 890 6 723 ACcm = 990 Diagrama ferro-carbono (simplificado) Estrutura do aço no resfriamento lento O diagrama de fases encontrado na figura anterior corresponde ao diagrama de uma mistura de cristais como já foi visto na unidade Comportamento das ligas em função da temperatura e composição (diagrama de fases Pb – Sn) com a diferença que para o sistema Pb – Sn a transformação era líquido-sólido e neste diagrama (Fe – C) ocorre uma transformação de estrutura dentro do estado sólido. A presença do carbono faz com que o ferro mude de estrutura cúbica de face centrada (austenita) para cúbica de corpo centrado (ferrita) a uma temperatura diferente de 9110C.
  80. 80. Fundamentos da Mecânica - Materiais Essa temperatura varia em função do teor de carbono no ferro e é representada no gráfico abaixo pela linha G – S – E . Acima da linha G – S – E há uma solução com uma única fase: o ferro g + C = austenita. Estrutura austenítica Abaixo da linha G – S – E o ferro começa a mudar de estrutura, de cúbica de face centrada (ferro g) para cúbica de corpo centrado (ferro a). Como o ferro a não consegue dissolver todo o carbono, forma-se uma segunda fase que é a cementita (Fe3C) que contém 6,67% de C. 80 SENAI - 2009
  81. 81. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 81 Estrutura da cementita Fe3C Abaixo da linha P – K, vamos ter uma solução sólida com duas fases – ferro a + cementita. Agora vamos estudar novamente os corpos de prova. Começamos com o corpo de prova nº 4 com 0,86% de carbono. Aço eutetóide – 0,86% de C Aço eutetóide Este aço quando está acima de 7230C tem uma estrutura cúbica de face centrada (austenita) e todo o carbono está dissolvido nela. Abaixo de 7230C o ferro muda de estrutura para cúbica de corpo centrado (ferrita). A ferrita não consegue dissolver o carbono e por isso forma-se uma estrutura mista constituída de lâminas de ferrita (ferro puro) e lâminas de cementita (Fe3C). A essa estrutura dá-se o nome de perlita. Micrografia de um aço eutetóide mostrando a estrutura de perlita.
  82. 82. Fundamentos da Mecânica - Materiais O aço com 0,86% de carbono tem uma única temperatura de transformação e por isso ele é chamado também de aço eutetóide. A figura anterior mostra um aço eutetóide visto ao microscópio, observa-se que 100% da estrutura é perlita. Vamos agora estudar o corpo de prova no 3 com 0,6% de carbono. Aço hipoeutetóide O diagrama da figura abaixo indica que acima da linha G – S o aço apresenta-se com a estrutura do ferro g ou austenita. Abaixo da linha G – S, tem início a transformação do ferro g (austenita) em ferro a (ferrita). Como a ferrita não contém carbono, a austenita que ainda não se transformou, vai se enriquecendo de carbono. Quando o aço atinge a temperatura de 7230C (linha P – S) a austenita que ainda não se transformou, transforma-se em perlita. Na figura abaixo observamos a estrutura de um aço hipoeutetóide (carbono entre 0,05% até 0,86%), constituído de ferrita (parte clara) e perlita (partes com lamelas). Micrografia de um aço hipoeutetóide com estrutura de ferrita e perlita. 82 SENAI - 2009
  83. 83. Fundamentos da Mecânica - Materiais Agora vamos estudar o corpo de prova no 5 com 1,2% de carbono. Aço hipereutetóide Os aços com teor de carbono acima de 0,86% até 2,06% são denominados aços hipereutetóides. O diagrama da figura ao lado indica que acima da linha S – E o aço apresenta-se com a estrutura de ferro g (austenita). Abaixo da linha S – E, a austenita já não consegue dissolver todo o carbono e por isso começa a se formar cementita (Fe3C) que contém 6,7% de carbono. Essa cementita vai se localizar nos contornos dos grãos de austenita. A austenita por sua vez vai se empobrecendo de carbono. Ao atingir 7230C no resfriamento, tem-se cementita (Fe3C) e austenita com 0,86%C. Ao abaixar mais a temperatura, essa austenita se transforma em perlita (lamelas de ferrita + cementita). Na figura seguinte vemos um aço hipereutetóide onde observamos a perlita e a cementita (parte clara) nos contornos dos grãos. Micrografia de um aço hipereutetóide com estrutura de perlita e cementita. SENAI - 2009 83
  84. 84. Fundamentos da Mecânica - Materiais O diagrama de equilíbrio ferro-carbono Na figura seguinte apresentamos o diagrama de equilíbrio Fe – C completo. Diagrama ferro-carbono completo 84 SENAI - 2009
  85. 85. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 85 Exercícios 1. A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa um aço com 0,4%C ao ser resfriado. Complete o quadro abaixo informando: • Qual o estado físico? • Quais as fases presentes? • Comente qual é a estrutura do ferro e como se encontra o carbono. Ponto Temperatura aproximada Estado físico Fases presentes Comentários A 1 5000C líquido líquida Todo o C dissolvido B 15000C C 14500C D 14300C E 10000C F 8000C G 7600C H 7230C (T. crítica) I 7230C
  86. 86. Fundamentos da Mecânica - Materiais 2. A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa um aço 0,9%C ao ser resfriado. Complete o quadro abaixo informando: • Qual o estado físico? • Quais as fases presentes? • Comente qual a estrutura do ferro e como se encontra o carbono. Ponto Temperatura aproximada Estado físico Fases presentes Comentários A 1 6000C líquido líquida Todo o C dissolvido no Fe B 1 4800C C 1 4500C D 1 3500C E 1 0000C F 7800C G 7500C H 7230C I 7230C 86 SENAI - 2009
  87. 87. Fundamentos da Mecânica - Materiais Considerações gerais • Tudo o que foi dito com relação ao resfriamento vale também para o aquecimento. • A condição para que essas transformações de estrutura ocorram é a baixa velocidade de SENAI - 2009 87 resfriamento. • Se resfriarmos um aço rapidamente, outras estruturas diferentes das descritas no diagrama Fe – C se formarão. Esse é o princípio dos Tratamentos térmicos, que veremos na próxima unidade. Resumo Ferrita • Ferro na forma cúbica de corpo centrado. • carbono é insolúvel na ferrita. • É mole e dúctil. Cementita • Carbeto de ferro – a composição da cementita corresponde à fórmula Fe3C. Isso corresponde a um teor de carbono de 6,67%. • É muito dura. Perlita • É uma combinação de ferrita e cementita. • Possui um teor médio de carbono de 0,86%. Austenita • Ferro na forma cúbica de face centrada. • Consegue dissolver até 2% de carbono.
  88. 88. Fundamentos da Mecânica - Materiais Questionário – Resumo 1. Qual é a nomenclatura dos aços em função do teor de carbono? 2. Descreva e comente a composição da ferrita e da perlita. 3. Qual a composição estrutural de um aço com 0,45% de carbono, esfriado lentamente até a temperatura ambiente? 4. Qual a composição de um aço com 1,2% de carbono, esfriado lentamente até a temperatura ambiente? 5. Faça um comentário a respeito de estrutura austenítica. 6. Descreva as estruturas cristalinas do ferro puro, designado a temperatura de transformação. 7. Descreva as transformações da estrutura do aço no aquecimento em função do carbono. 8. Denomine a estrutura dos aços abaixo em função da temperatura. Consulte o diagrama ferro-carbono. 0,3%C - a 8100C 0,86%C - a 7230C 1,4%C - a 5600C 1,7%C – a 9000C 88 SENAI - 2009
  89. 89. Fundamentos da Mecânica - Materiais Tratamentos térmicos dos aços Objetivos Ao final desta unidade, o participante deverá: Conhecer Estar informado sobre: • Diferentes tipos de tratamentos térmicos e termoquímicos; • Leitura da curva; • Mecanismo da difusão; • Tratamentos térmicos dos aços ligados. Saber Reproduzir conhecimentos sobre: • Transformação da estrutura e estrutura resultante após a têmpera; • Fatores que influenciam nos tratamentos térmicos; • Temperaturas aplicadas nos diferentes processos de tratamento térmico; • Aplicação dos processos em função do teor de carbono do aço; • Efeitos dos processos do material. Ser capaz de Aplicar conhecimentos para: • Indicar e selecionar o processo de tratamento térmico adequado para a produção; • Interpretar tabelas e diagramas. SENAI - 2009 89
  90. 90. Fundamentos da Mecânica - Materiais Introdução Os tratamentos térmicos consistem de aquecimento, tempo de permanência a determinada temperatura e resfriamento. A estrutura de aço estudada na unidade anterior, no diagrama Fe – C só é obtida se o resfriamento for bem lento. Se o resfriamento for mais rápido, obtêm-se outras estruturas que estudaremos nesta unidade. Fatores que influenciam nos tratamentos térmicos Velocidade de aquecimento A velocidade de aquecimento deve ser adequada à composição e ao estado de tensões do aço. Como tendência geral o aquecimento muito lento provoca um crescimento excessivo dos grãos tornando o aço frágil. Entretanto, um aquecimento muito rápido em aços ligados ou em aços com tensões internas (provocadas por fundição, forjamento, etc.) poderá provocar deformações ou trincas. Temperatura de aquecimento 90 SENAI - 2009
  91. 91. Fundamentos da Mecânica - Materiais A temperatura de aquecimento deverá ser adequada para que ocorram as modificações estruturais desejadas . Se ela for inferior a essa temperatura, as modificações estruturais não ocorrerão; se for superior, ocorrerá um crescimento dos grãos que tornará o aço frágil. Tempo de permanência na mesma temperatura O tempo de permanência na mesma temperatura deve ser o suficiente para que as peças se aqueçam de modo uniforme em toda a secção, e os átomos de carbono se solubilizem totalmente. Se o tempo de permanência for além do necessário, pode haver indesejável crescimento dos grãos. Resfriamento As estruturas formadas no diagrama de equilíbrio Fe – C só vão se formar se o resfriamento for muito lento. SENAI - 2009 91 Diagrama Fe – C Para a austenita se transformar em ferrita, cementita e perlita não há só a necessidade de o ferro mudar de reticulado cristalino mas também envolve a movimentação dos átomos de carbono, através da austenita sólida, e isso leva algum tempo. A austenita possui um reticulado cúbico de face centrada (c.f.c.) e consegue dissolver o carbono; já na ferrita (cúbico de corpo centrado – c.c.c.) o carbono é praticamente insolúvel.
  92. 92. Fundamentos da Mecânica - Materiais Quando resfriamos rapidamente um aço ele se transforma de c.f.c. para c.c.c. e o carbono permanece em solução. Isso cria uma estrutura deformada, supersaturada de carbono que recebe o nome de martensita que é tetragonal e não cúbica. Devido a essas microtensões criadas no reticulado cristalino pelo carbono é que a martensita é dura, resistente e não dúctil. Efeito do teor de carbono sobre a dureza de martensita Nos tratamentos térmicos, variando as velocidades de resfriamento, obtemos diferentes estruturas e com isso obtemos diferentes dureza, resistência a tração, fragilidade, etc. Com o auxílio do diagrama de transformação isotérmica também chamado de curva T.T.T. (tempo, temperatura, transformação), poderemos entender melhor os fenômenos que ocorrem quando o aço é resfriado a diferentes velocidades de resfriamento. Curvas de velocidade de resfriamento 92 SENAI - 2009
  93. 93. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 93 A austenita E ferrita P perlita B bainita M martensita D dureza em HRC Curva T.T.T. Curva T.T.T. A figura anterior mostra a curva T.T.T. do aço 43 MnCr6. Se esfriarmos esse aço lentamente, com a velocidade de esfriamento da curva V, obtém-se uma estrutura com 15% de ferrita e 85% de perlita, que terá uma dureza de 22 rockwell C. Se aumentarmos a velocidade de resfriamento, obtém-se uma estrutura mais fina e com maior dureza (curva IV). Se resfriarmos como na curva II, obtém-se a estrutura de bainita que é uma estrutura intermediária entre a martensita e a perlita, isto é, é cementita dispersa em ferrita. Com a velocidade de resfriamento da curva I, obtém-se uma estrutura de 100% de martensita que terá uma dureza máxima para esse aço (61HRC). Essa velocidade é chamada de velocidade crítica.
  94. 94. Fundamentos da Mecânica - Materiais Os meios de resfriamento são os responsáveis pelas diferentes velocidades de resfriamento. O quadro seguinte apresenta em ordem decrescente de velocidade alguns meios de resfriamento. Meios de resfriamento Solução aquosa a 10% NaOH Solução aquosa a 10% NaCl Solução aquosa a 10% Na2CO3 Água 00C Água a 180C Água a 250C Óleo Água a 500C Tetracloreto de carbono Água a 750C Água a 1000C Ar líquido Ar Vácuo Os elementos de liga no aço, de uma forma geral, diminuem a velocidade crítica de resfriamento para a formação da martensita. 94 SENAI - 2009 Em linha cheia vê-se o diagrama T.T.T. de um aço 1050 comum. Em linha tracejada pode-se observar a influência da adição de 0,25% molibdênio sobre o mesmo aço. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o ar. Recozimento
  95. 95. Fundamentos da Mecânica - Materiais É o tratamento térmico realizado com a finalidade de alcançar um ou vários dos seguintes objetivos: • Remover tensões de trabalhos mecânicos a frio ou a quente; • Reduzir a dureza do aço para melhorar a sua usinabilidade; • Diminuir a resistência a tração; • Aumentar a ductilidade; • Regularizar a textura; • Eliminar efeitos de quaisquer tratamentos térmicos. Recozimento total ou pleno Consiste em aquecer o aço a mais ou menos 500C acima da linha G – S – K e manter esta temperatura o tempo suficiente para que ocorra a solubilização do carbono e dos outros elementos de liga no ferro gama (austenita). Em seguida, deve-se fazer um resfriamento lento. O resfriamento é feito dentro do próprio forno, controlando-se a velocidade de resfriamento. Obtém-se desse recozimento uma estrutura de perlita grosseira que é a estrutura ideal para melhorar a usinabilidade dos aços de baixo e médio teor de carbono (0,2 a 0,6%); para aços com alto teor de carbono é preferível a estrutura de esferoidita que veremos no recozimento de esferoidização. A figura seguinte mostra a curva T.T.T. do aço AISI 5140 com a curva de resfriamento do recozimento. SENAI - 2009 95
  96. 96. Fundamentos da Mecânica - Materiais Curva T.T.T. de aço AISI 5140 com 0,43%C, 0,68%Mn e 0,93%Cr. Recozimento de esferoidização O recozimento de esferoidização objetiva transformar a rede de lâminas de cementita em carbonetos mais ou menos esféricos ou esferoiditas. Esse tratamento melhora a usinabilidade e a ductilidade dos aços de alto teor de carbono. Para ocorrer essa transformação, o aço deve ser aquecido a uma temperatura entre 6800C a 7500C, em função do teor de carbono. 96 SENAI - 2009
  97. 97. Fundamentos da Mecânica - Materiais SENAI - 2009 97 Processos de recozimento Esta temperatura deve ser mantida o tempo suficiente para homogeneizar a temperatura em toda a peça e o resfriamento deve ser lento, cerca de 100C a 200C por hora. Recozimento subcrítico Consiste em aquecer o aço a uma temperatura entre 550 a 6500C (abaixo da zona crítica – figura a seguir) com a finalidade de promover uma recristalização em peças que foram deformadas a frio (laminação, forjamento) ou para aliviar tensões internas provocadas nos processos de soldagem, corte por chama, solidificação de peças fundidas. Normalização A normalização consiste em aquecer as peças 200C a 300C acima da temperatura de transformação (linha G – S – E) e resfriá-las mais rápido que no recozimento porém mais lento que na têmpera. O mais comum é um resfriamento ao ar.
  98. 98. Fundamentos da Mecânica - Materiais Temperatura para normalização O objetivo deste tratamento é obter uma granulação mais fina e uniforme dos cristais, eliminando as tensões internas. A normalização é usada em aço, após a fundição, forjamento ou laminação e no ferro fundido após a fundição. Têmpera dos aços A têmpera é um tratamento térmico que executamos em um aço quando desejamos aumentar sua dureza e resistência mecânica. Conseguimos isso mudando a estrutura do aço (de ferrita + perlita) para uma estrutura martensítica. A operação consiste basicamente em três etapas: • Aquecimento • Manutenção de uma determinada temperatura • Resfriamento Aquecimento O aço deve ser aquecido em torno de 500C acima da zona crítica (linha G – S – K – figura ao lado) para que nos 98 SENAI - 2009

×