Autor: Carlos Roberto Firmino
NOÇÕES DE
VÁLVULAS,
TUBULAÇÕES
INDUSTRIAIS
E ACESSÓRIOS
NOÇÕES DE
VÁLVULAS,
TUBULAÇÕES
INDUSTRIAIS
E ACESSÓRIOS
Autor: Carlos Roberto Firmino
Colaboradores: Délio Rodrigues da Silva
Fernando Costa dos Santos Júnior
Hernon Viana Filho
...
Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos
da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se ...
Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila
está organizada e assim facilitar seu uso.
Noiníciodestemateria...
O material está dividido em capítulos.
No início de cada capítulo são apresentados os objetivos
específicos de aprendizage...
Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas
definições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos
textos do ca...
Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os
insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila,
ou t...
15
tricos e o aterramento de segurança
dade do E&P, podemos
controle dos riscos de
as normas de segurança
xemplo:
uncional...
SumárioSumário
Introdução	 15
Capítulo 1 - Ciência dos materiais	
Objetivos 	 17
1. Ciência dos materiais	 19
1.1. Metais	...
2.5. Acessórios	 128
2.5.1. Classificação de acessórios quanto ao sistema de ligação empregado	 129
2.5.2. Outros tipos de...
15
Introdução
O fim do século XIX e o início do século XX foram marcantes no
que se refere ao avanço dos estudos sobre o i...
16
Alta Competência
Grande parte desses avanços se deve às contribuições dos estudos
da mecânica quântica à ciência dos ma...
Capítulo1
Ciência dos
materiais
Ao final desse capítulo, o treinando poderá:
• Explicar o que é ciência dos materiais;
• I...
18
Alta Competência
CORPORATIVA
19
Capítulo 1. Ciência dos materiais
1. Ciência dos materiais
Q
uando imaginamos a confecção e a utilização de um
determin...
20
Alta Competência
1.1. Metais
A classe dos metais pode ser dividida em dois grupos: os ferrosos e os
não-ferrosos.
Metai...
21
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Normalmente, os metais não-ferrosos são caros e seu
uso em componentes que possam ser...
22
Alta Competência
Classificação do aço
É necessário, embora insuficiente, para uma correta caracterização
de um tipo de ...
23
Capítulo 1. Ciência dos materiais
4045 - aço com 0,45C e 0,25Mo
4145 - aço com 0,45C 0,50 ou 0,95Cr e 0,25Mo
Fonte:AISI...
24
Alta Competência
b) Sistema de classificação American Society for Testing and Materials
dos aços estruturais - códigos ...
25
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Designação
ASTM
Denominação da especificação
A 588/A 588M
Aços de alta resistência e ...
26
Alta Competência
c) Sistema de classificação alemã DIN
A especificação DIN 17 006 estabelece o modo de abreviar as
dife...
27
Capítulo 1. Ciência dos materiais
1.2. Estrutura cristalina de ferro
A curva de solidificação (liquefação) de ferro pur...
28
Alta Competência
3,6 A
Fe - 
Formação: 911- 1392 °C
Cubo de face centrada
Átomos
Abaixo de 911° C, os átomos transform...
29
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Abaixo de 769°C o ferro é magnético. Acima da temperatura de
1392°C, o ferro transfor...
30
Alta Competência
TemperaturaemºC
HipereutetóideHipoeutetóide
Eutetóide
 + y

Fe-y+Cy
X

s 727ºC


Fe3C
G
E
 +Fe3C...
31
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Esperamos que este corpo de prova seja o mais fácil de analisar,
pois temos apenas um...
32
Alta Competência
Agora, será analisado o corpo de prova com 0,6% C, aço
hipereutetóide.
TemperaturaemºC
G
2.00
600
700
...
33
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Chegamos à linha G - S com toda a ferrita já transformada
em austenita; temos em noss...
34
Alta Competência
Vendo a estrutura da ilustração anterior, podemos reconhecer as
partes lamelares como perlita. As nerv...
35
Capítulo 1. Ciência dos materiais
A seguir é ilustrado um diagrama ferro-carbono:
TemperaturaemºC
HipereutetóideHipoeut...
36
Alta Competência
Observe atentamente o diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono
(Fe – C).
2.10 4.30
6.69
0.51
0.16
0.02 0.7...
37
Capítulo 1. Ciência dos materiais
a) Tratamentos térmicos normais
Recozimento•	
É o tratamento térmico realizado com a ...
38
Alta Competência
Normalização•	
A normalização consiste em aquecer as peças cerca de 20 ºC a 30
ºC acima da temperatura...
39
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Etapas Descrição
Aquecimento
O aço deve ser aquecido em torno de 50°C acima da linha ...
40
Alta Competência
Como o tamanho do CCC é menor que o CFC, há uma grande tensão
na estrutura devido à presença do carbon...
41
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Revenimento•	
Processo que consiste em aquecer o aço temperado sob a
temperatura de t...
42
Alta Competência
Núcleo tenas
e dúctil
Núcleo tenas
e dúctil
Camada periférica endurecida
A superfície apresenta as car...
43
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Meios de cementação
A cementação, quanto aos meios carbonetantes, pode ser:
Cementaçã...
44
Alta Competência
A camada nitretada apresenta menor espessura do que a obtida a
partir da cementação, girando em torno ...
45
Capítulo 1. Ciência dos materiais
1.3.2. Fatores que influenciam no tratamento térmico dos aços
Os fatores que influenc...
46
Alta Competência
Dependendo da liga, a temperatura deve ser superior à de
recristalização.
Se for inferior, não ocorrer...
47
Capítulo 1. Ciência dos materiais
c) Resfriamento
Para algumas ligas, entre as quais os aços, que são os mais
important...
48
Alta Competência
T1
T2
T (Seg)
Liga (1) Liga (2)
T (ºC)
A3
A1
Aquecimento
T3
Tempo de resfriamento
V1> V2 > V3
Os eleme...
49
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Na maioria dos ferros fundidos, o carbono existe como grafita
e o comportamento mecân...
50
Alta Competência
Quando o ferro fundido branco é aquecido entre 800ºC e 900ºC,
por um determinado período de tempo prol...
51
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Exemplo:
Zn 99,99
Elemento
químico Pureza = 99,99%
Metais não-ferrosos
Metais Pesados...
52
Alta Competência
Liga Cobre-Níquel (CuNi) 90/ 10 é principalmente caracterizada por:
Excelente resistência à corrosão s...
53
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Todos os materiais não-metálicos possuem seu cam-
po de aplicação, porém os materiais...
54
Alta Competência
A matéria-prima utilizada para a fabricação dos plásticos possibilita
a larga combinação de elementos,...
55
Capítulo 1. Ciência dos materiais
O negro de fumo, por exemplo, é insubstituível na fabricação de
certos tipos de borra...
56
Alta Competência
Molécula•	
É a menor partícula de uma combinação química e consiste em pelo
menos dois átomos. Pode se...
57
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Entre as desvantagens podemos enumerar:
Baixa resistência ao calor;•	
Baixa resistênc...
58
Alta Competência
Estruturas dos termoplásticos
A tabela a seguir apresenta as matérias-primas que dão origem aos
princi...
59
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Tipos/Características Aplicação
Policloreto de vinila (PVC)
Massa específica 1,35 kg/...
60
Alta Competência
Tipos/Características Aplicação
Polimetil metacrilato ou acrílico
(PMMA)
Massa específica 1,18 kg/dm3
...
61
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Tipos/Características Aplicação
Poliestireno (PS)
Tipo muito consumido por apresentar...
62
Alta Competência
Os duroplásticos são resinas sintéticas que encontramos no mercado
em forma líquida ou granulada. Para...
63
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Tipos/Características Aplicação
Resina do poliéster - Poliéster
Insaturado (UP)
Massa...
64
Alta Competência
Os elastômeros mais usados e suas características são:
Tipos/Características Aplicação
Natural (NR)
Pr...
65
Capítulo 1. Ciência dos materiais
1.5.3. A obtenção dos plásticos
Os produtos básicos dos materiais plásticos são as re...
66
Alta Competência
Policondensação•	
Policondensação pode ser definida como reações químicas que
ocorrem entre moléculas ...
67
Capítulo 1. Ciência dos materiais
1.6. Ensaios de materiais
Os ensaios são procedimentos realizados para que seja verif...
68
Alta Competência
Os ensaios são executados sob condições padronizadas, em geral
definidaspornormas,deformaqueseusresult...
69
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Corpo de prova
Força
Força
do
Lo = 5. do
ou 10. do
Posicionamento do corpo de
prova n...
70
Alta Competência
Para facilitar o estudo, o diagrama será dividido em duas partes:
I - o regime elástico;
ll - o regime...
71
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Terminada a fase elástica, tem início o regime plástico (ll), onde
começa a ocorrer o...
72
Alta Competência


[N/mm2]
[%]I - Regime elástico
II - Regime plástico
P - Limite de proporcionalidade
A - Limite de ...
73
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Traça-se uma paralela ao trecho linear e, quando esta interceptar a
curva, determinar...
74
Alta Competência
Existem, portanto, diversos métodos de ensaios, mas os principais são:
Método de impacto com tração;•	...
75
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Onde:
E = 	 energia em Nm;
G = 	 peso do martelo em N;
h1 =	 posição inicial do pêndu...
76
Alta Competência
O ensaio realizado na máquina universal de ensaios, mediante a
adaptação do cutelo na parte superior e...
77
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Todas as peças contêm anomalias, sejam elas superficiais ou não.
Essas imperfeições r...
78
Alta Competência
Em função das diferenças existentes entre os materiais,
características e métodos dos ensaios, temos v...
79
Capítulo 1. Ciência dos materiais
10000
2000
1400
400
1000
1000
100
400
100
10
9
8
7
6
5
4
1
68
60
50
40
20
Brinell
Roc...
80
Alta Competência
O diâmetro da esfera, a carga do ensaio e a duração são
padronizados.
Os diâmetros D padronizados em f...
81
Capítulo 1. Ciência dos materiais
Nível
de
carga
Material
de carga
Faixa de
ensaio
HB
Carga F em N
Ø esfera
1mm
espessu...
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1645 as053 nocoes_de_valvulas_tubulacoes_industriais_e_acessorios (1)

  1. 1. Autor: Carlos Roberto Firmino NOÇÕES DE VÁLVULAS, TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS E ACESSÓRIOS
  2. 2. NOÇÕES DE VÁLVULAS, TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS E ACESSÓRIOS
  3. 3. Autor: Carlos Roberto Firmino Colaboradores: Délio Rodrigues da Silva Fernando Costa dos Santos Júnior Hernon Viana Filho Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Definir o que é ciência dos materiais e sua importância para a indústria; • Classificar materiais quanto às suas características; • Reconhecer a aplicação dos diferentes materiais disponíveis no mercado das tubulações, válvulas e acessórios utilizados na indústria. NOÇÕES DE VÁLVULAS, TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS E ACESSÓRIOS
  4. 4. Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades profissionais na Companhia. É com tal experiência, refletida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é. Programa Alta Competência Programa Alta Competência
  5. 5. Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. Noiníciodestematerialéapresentadooobjetivogeral,oqual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas. Autor Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Identificar procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. ATERRAMENTO DE SEGURANÇA Como utilizar esta apostila Objetivo Geral
  6. 6. O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específicos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo. No final de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão. Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas Capítulo1 Riscos elétricos e o aterramento de segurança Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. 21 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança mo está relacionada a e do tipo de es durante toda na maioria das mantê-los sob is, materiais ou a maior fonte sária, além das ole,aobediência nça. 1.4. Exercícios 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. MundoCiência.Disponívelem:<http://www.mundociencia.com.br/fisica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certificação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fio terra”. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografia 48 Objetivo Específico
  7. 7. Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas definições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identificados, pois estão em destaque. 49 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança T odas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento. Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão. 3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais verificados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 define o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato. 56 Alta Competência Capítulo 3. Problemas operaciona Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm. CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIAN elétricos - inspeção e medição da re Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos – Curso técnico de segurança do trab NFPA 780. Standard for the Installation Fire Protection Association, 2004. Norma Petrobras N-2222. Projeto de marítimas. Comissão de Normas Técn Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instala Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Pr atmosféricas. Associação Brasileira d Norma Regulamentadora NR-10. Seg eletricidade. Ministério do Trabalho www.mte.gov.br/legislacao/normas_ em: 14 mar. 2008. 3.5. Bibliografia3.4. Glossário
  8. 8. Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografia ao final de cada capítulo. Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo. “Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo. 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. MundoCiência.Disponívelem:<http://www.mundociencia.com.br/fisica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certificação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fio terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fisiológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografia 14 Alta Competência Capítulo 1. Riscos elét É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente. Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais: 1.1. Riscos de incêndio e explosão Podemos definir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma: Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática. Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional. Trazendo este conhecimento para a realid observar alguns pontos que garantirão o incêndio e explosão nos níveis definidos pela durante o projeto da instalação, como por ex A escolha do tipo de• aterramento fu ao ambiente; A seleção dos dispositivos de proteção• A correta manutenção do sistema elét• O aterramento funcional do sist como função permitir o funcion e eficiente dos dispositivos de pro sensibilização dos relés de proteçã uma circulação de corrente para a por anormalidades no sistema elétr Observe no diagrama a seguir os principais ris à ocorrência de incêndio e explosão: 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 98 100 102 104 105 106 108 110 112 114 115 NÍVEL DE RUÍDO DB (A) 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 98 100 102 104 105 106 108 110 112 114 115 Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafina. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafina se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fluxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VoCÊ SaBIa? ? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! Importante! atenÇÃo É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; •Apósaretiradadeumpig,inspecioneinternamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas reSUmInDo... MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 8 horas 7 horas 6 horas 5 horas 4 horas e 30 minutos 4 horas 3 horas e 30 minutos 3 horas 2 horas e 40 minutos 2 horas e 15 minutos 2 horas 1 hora e 45 minutos 1 hora e 15 minutos 1 hora 45 minutos 35 minutos 30 minutos 25 minutos 20 minutos 15 minutos 10 minutos 8 minutos 7 minutos
  9. 9. 15 tricos e o aterramento de segurança dade do E&P, podemos controle dos riscos de as normas de segurança xemplo: uncional mais adequado o e controle; trico. tema elétrico tem namento confiável oteção, através da ão, quando existe a terra, provocada rico. scos elétricos associados Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas. Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento profissional! ao da arteriosclerose. É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! Importante! atenÇÃo É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; •Apósaretiradadeumpig,inspecioneinternamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas reSUmInDo... 7 horas 6 horas 5 horas 4 horas e 30 minutos 4 horas 3 horas e 30 minutos 3 horas 2 horas e 40 minutos 2 horas e 15 minutos 2 horas 1 hora e 45 minutos 1 hora e 15 minutos 1 hora 45 minutos 35 minutos 30 minutos 25 minutos 20 minutos 15 minutos 10 minutos 8 minutos 7 minutos Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafina. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafina se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fluxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VoCÊ SaBIa? ? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! Importante! atenÇÃo É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; •Apósaretiradadeumpig,inspecioneinternamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas reSUmInDo... MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 8 horas 7 horas 6 horas 5 horas 4 horas e 30 minutos 4 horas 3 horas e 30 minutos 3 horas 2 horas e 40 minutos 2 horas e 15 minutos 2 horas 1 hora e 45 minutos 1 hora e 15 minutos 1 hora 45 minutos 35 minutos 30 minutos 25 minutos 20 minutos 15 minutos 10 minutos 8 minutos 7 minutos
  10. 10. SumárioSumário Introdução 15 Capítulo 1 - Ciência dos materiais Objetivos 17 1. Ciência dos materiais 19 1.1. Metais 20 1.1.1. Aço 21 1.2. Estrutura cristalina de ferro 27 1.2.1. Estrutura cristalina do aço no resfriamento lento - transformação no estado sólido 29 1.3. Tratamento térmico do aço 34 1.3.1. Tipos de tratamentos térmicos do aço 36 1.3.2. Fatores que influenciam no tratamento térmico dos aços 45 1.4. Metais não-ferrosos e ligas 50 1.5. Materiais plásticos 53 1.5.1. Propriedades comuns dos plásticos 56 1.5.2. Classificação dos plásticos 57 1.5.3. A obtenção dos plásticos 65 1.6. Ensaios de materiais 67 1.7. Exercícios 101 1.8. Glossário 103 1.9. Bibliografia 105 1.10. Gabarito 106 Capítulo 2 - Tubulações e acessórios de tubulação Objetivos 109 2. Tubulações e acessórios de tubulação 111 2.1. Principais materiais para tubos 111 2.2. Processos de fabricação de tubos 113 2.3. Tubos de aço-carbono 118 2.3.1. Especificações para tubos de aço-carbono 120 2.3.2. Aços-liga e aços-inoxidáveis - casos gerais de emprego 122 2.3.3. Tubos de aços-liga 123 2.3.4. Tubos de aços inoxidáveis 124 2.4. Diâmetros comerciais dos “tubos para condução” 125 2.4.1. Dados para encomenda ou requisição de tubos 127
  11. 11. 2.5. Acessórios 128 2.5.1. Classificação de acessórios quanto ao sistema de ligação empregado 129 2.5.2. Outros tipos de acessórios de tubulação 137 2.5.3. Flanges 142 2.6. Cuidados na montagem de flanges e juntas 154 2.6.1. Juntas de vedação 159 2.6.2. Limpeza e lavagem de linhas 160 2.6.3. Secagem 162 2.7. Teste de estanqueidade e teste hidrostático de linhas 162 2.8. Exercícios 166 2.9. Glossário 169 2.10. Bibliografia 171 2.11. Gabarito 172 Capítulo 3 - Válvulas Objetivos 175 3. Válvulas 177 3.1. Classificação das válvulas 177 3.2. Componentes das válvulas 178 3.3. Meios de operação das válvulas 179 3.4. Válvulas que controlam a pressão a montante 180 3.5. Válvulas que controlam a pressão a jusante 181 3.6. Válvulas de esfera 181 3.6.1. Tipos: característica de operação 182 3.7. Válvulas globo 183 3.7.1. Válvulas agulha 184 3.8. Válvulas de retenção 184 3.9. Válvulas de borboleta 186 3.10. Teste de estanqueidade em válvulas 187 3.11. Atuadores 188 3.11.1. Atuadores lineares 189 3.11.2. Atuadores rotativos 190 3.12. Válvulas acionadas eletricamente 193 3.13. Exercícios 196 3.14. Glossário 198 3.15. Bibliografia 199 3.16. Gabarito 200
  12. 12. 15 Introdução O fim do século XIX e o início do século XX foram marcantes no que se refere ao avanço dos estudos sobre o interior da estrutura atômica dos elementos. Isso permitiu compreender a formação dos elementos e, portanto, o progresso das pesquisas em busca de materiais mais resistentes e adequados às necessidades que foram se criando a partir do desenvolvimento tecnológico. Ao mesmo tempo, esses avanços impulsionariam outras descobertas. A possibilidade de investigar a estrutura dos materiais se tornava,finalmente, uma realidade, superando a era das especulações em torno do tema. Barros (2008) afirma que os átomos do século XIX eram considerados esferas perfeitas, agrupadas lado a lado, unidas por ligações químicas semelhantes a molas. Essa concepção mudaria a partir de 1848, quando o cristalógrafo francês Bravais determinou matematicamente que esferas poderiam ser arranjadas no espaço através de, no máximo, 14 arranjos, que ficaram conhecidos como os catorze sólidos desse cientista. Alcançar o perfil topológico de amostras permitiria, portanto, a manipulação das características conhecidas dos elementos estudados. No século XX, tornou-se possível a criação de inúmeros tipos de aço, ligas de alumínio, do uso da cerâmica para fins industriais. Entramos no século XXI com materiais mais resistentes, plásticos de difícil deterioração, o concreto (Barros, 2008). Enfim , abriu-se uma verdadeira revolução na indústria, cada vez mais voltada ao controle de custos, à velocidade de produção e absorvida pelas exigências de diminuição da agressão ao meio ambiente. CORPORATIVA
  13. 13. 16 Alta Competência Grande parte desses avanços se deve às contribuições dos estudos da mecânica quântica à ciência dos materiais que possibilitou a exploração da composição química de metais, a identificação da estrutura cristalina dos vários elementos com reflexos diretos sobre a indústria eletrônica, de metais e mecânica, da construção civil, naval e aeronáutica, por exemplo. Podemos afirmar seguramente que o fim da evolução dos métodos atuais e o surgimento de novos materiais está longe de ser alcançada (BARROS, 2008). Neste estudo serão apresentados alguns princípios sobre a ciência dos materiais e sua importância na fabricação e adequada aquisição dos equipamentos, assim como os procedimentos de operação da Companhia. Serão também detalhadas as estruturas das tubulações e válvulas presentes no dia a dia dos funcionários. Portanto, este conteúdo será fundamental para que os técnicos de operação possam reconhecer as necessidades referentes à manutenção, aquisição, bem como à segurança e adequação dos equipamentos utilizados. CORPORATIVA
  14. 14. Capítulo1 Ciência dos materiais Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Explicar o que é ciência dos materiais; • Identificar as propriedades e o comportamento dos materiais a partir das suas características; • Reconhecer as técnicas de tratamento térmico do aço; • Reconhecer os tipos de ensaios dos materiais. CORPORATIVA
  15. 15. 18 Alta Competência CORPORATIVA
  16. 16. 19 Capítulo 1. Ciência dos materiais 1. Ciência dos materiais Q uando imaginamos a confecção e a utilização de um determinado produto devemos pensar na seleção do material que irá constituí-lo. Esse material deverá atender a exigências técnicas, como durabilidade e resistência, por exemplo, e também será necessário avaliar seu uso sob os aspectos econômicos. A ciência dos materiais é uma área de estudos multidisciplinar voltada para o desenvolvimento de materiais cada vez mais resistentes, baratos e adequados às exigências do mercado e de preservação do meio ambiente. Classificação dos materiais A seguir será apresentada uma classificação dos materiais mais comumente utilizados na indústria petrolífera, principalmente nas tubulações e válvulas, tendo cada um deles sua importância e emprego definidos em função de suas características e propriedades. Observe o esquema a seguir. Materiais Não - ferrososFerrosos Não - MetaisMetais Aço Ferrofundido Pesados Leves Plásticos Resinóides Madeira Couro Borracha etc. NaturaisSintéticos Classificação de materiais CORPORATIVA
  17. 17. 20 Alta Competência 1.1. Metais A classe dos metais pode ser dividida em dois grupos: os ferrosos e os não-ferrosos. Metais Descrição Tipos Ferrosos Desde a sua descoberta, os metais ferrosos tornaram-se de grande importância na construção mecânica. Os metais ferrosos mais importantes são o aço e o ferro fundido. Aço Material tenaz, de excelentes propriedades e de fácil manipulação, constituído basicamente de ferro e carbono. Ferro fundido (FoFo) Material amplamente empregado na construção mecânica e pode substituir o aço em diversas aplicações, muitas vezes com grande vantagem, embora não possua grande resistência. Como esses materiais são fáceis de serem trabalhados, eles são usados na maioria das vezes para construir bases de máquinas, ferramentas e estruturas. Metais não ferrosos São todos os demais metais empregados na construção mecânica. Possuem as mais diversas aplicações, podendo substituir materiais ferrosos em várias aplicações, embora nem sempre o contrário possa ser feito. Esses metais são utilizados geralmente isolados ou em forma de ligas metálicas. Algumas delas são amplamente empregadas na construção de máquinas, instalações, automóveis etc. Em função da densidade pode-se dividir os não-ferrosos basicamente em dois tipos, em metais pesados e leves. Metais pesados (ρ > 5kg/dm3), cobre, estanho, zinco, chumbo, platina etc. Metais leves (ρ < 5kg/dm 3) alumínio, magnésio, titânio etc. CORPORATIVA
  18. 18. 21 Capítulo 1. Ciência dos materiais Normalmente, os metais não-ferrosos são caros e seu uso em componentes que possam ser substituídos por materiais ferrosos deve ser evitado. Os metais não-ferrosos são amplamente utilizados em peças sujeitas à oxidação, devido à sua resistên- cia, assim como em componentes elétricos e no tra- tamento galvânico de superfícies. Nos últimos anos, a importância dos metais leves e de suas ligas tem aumentado consideravelmente, princi- palmente na construção de veículos, nas construções aeronáuticas e navais, bem como na mecânica de precisão. Isso se deve à obtenção de ligas metálicas de alta resistência e menor peso. Conseqüentemen- te, há uma tendência à substituição do aço e do ferro fundido por esses metais. Importante! 1.1.1. Aço O aço é uma liga basicamente de ferro x carbono com percentual de carbono abaixo de 2% e as ligas acima desse valor são consideradas ferros fundidos, que podem chegar até 6,67%. O produto gerado em uma siderúrgica tem, no início do seu processo de produção, um material bruto conhecido como ferro- gusa, liga com alta quantidade de carbono, que nos processos posteriores é transformado em aço na retirada e controle do carbono contido na liga. CORPORATIVA
  19. 19. 22 Alta Competência Classificação do aço É necessário, embora insuficiente, para uma correta caracterização de um tipo de aço que a respectiva composição química lhe seja conhecida. Essa composição é vulgarmente expressa através das classificaçõesoudoscódigosdefinidosporinstituiçõesinternacionais. As referências mais relevantes são as fornecidas pelas instituições American Iron and Steel Institute (AISI) e a DIN, de origem alemã. a) Sistema de classificação americano AISI/SAE O sistema de classificação da Society of Automotive Engineers (AISI/ SAE) é freqüentemente adaptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo que é referido abreviadamente por AISI/SAE. Seu sistema de classificação consiste em um sistema numérico de quatro ou cinco algarismos, indicando nos dois (ou três) últimos, o teor de carbono do aço em centésimos. Os dois primeiros indicam se o aço é ou não ligado e qual o tipo de liga. Na prática, o sistema de classificação mais adotado é o AISI/SAE. Nele, o aço carbono é identificado pelo grupo 1xxx. Os algarismos base para os vários aços-carbono e aços ligados e as porcentagens aproximadas dos elementos de liga mais significativos recebem classificação da seguinte forma: Tipos de aço - exemplos 1XXX - aço sem liga Fonte:AISI/SAE 1045 - aço sem liga com 0,45C 1145 - aço de corte fácil com 0,45C (com MnS) 1345 - aço de elevada resistência com 0,45C e 1,75Mn 2XXX - aço ao Ni 2345 - aço com 0,45C e 3,5Ni 2545 - aço com 0,45C e 5,0Ni 3XX - aço austenítico resistente à corrosão ou refractário 3XXX - aço ao Cr Ni 3145 - aço com 0,45C 1,25Ni e 0,60Cr 3245 - aço com 0,45C 1,75Ni e 1,0Cr 3345 - aço com 0,45C 3,50Ni e 1,55Cr 4XX - aço ferrítico ou martensítico resistente à corrosão ou refractário 4XXX - aço ao Mo CORPORATIVA
  20. 20. 23 Capítulo 1. Ciência dos materiais 4045 - aço com 0,45C e 0,25Mo 4145 - aço com 0,45C 0,50 ou 0,95Cr e 0,25Mo Fonte:AISI/SAE 4345 - aço com 0,45C 1,80Ni 0,50 ou 0,80Cr e 0,25Mo 4645 - aço com 0,45C 1,80Ni e 0,25Mo 4845 - aço com 0,45C 3,5Ni e 0,25Mo 5XXXX - aço ao Cr 50100 - aço com 1C e 0,50Cr 51100 - aço com 1C e 1,00Cr 52100 - aço com 1 C e 1,45 Cr 6XXX - aço ao Cr V Os dois números representados pelas letras "xx" indicam a quantidade de carbono do aço. Por exemplo: o aço 1020 apresenta 0,2% de carbono. Os aços que possuem requisitos de temperabilidade adicionais recebem um H após a sua classificação. 10xx - aços-carbono Fonte:AISI/SAE 11xx - aços-carbono com muito enxofre e pouco fósforo 12xx - aços-carbono com muito enxofre e muito fósforo 13xx - manganês (1,75%) 23xx - níquel (3,5%) 25xx - níquel (5%) 31xx - níquel (1,5%), cromo (0,6%) 33xx - níquel (3,5%), cromo (1,5%) 40xx - molibdênio (0,2 ou 0,25%) 41xx - cromo (0,5; 0,8 ou 0,95%), molibdênio (0,12; 0,2 ou 0,3%) 43xx - níquel (1,83%), cromo (0,5 ou 0,8%), molibdênio (0,25%) 44xx - molibdênio (0,53%) 46xx - níquel (0,85 ou 1,83%), molibdênio (0,2 ou 0,25%) 47xx - níquel (1,05%), cromo (0,45%), molibdênio (0,25%) 48xx - níquel (3,50%), molibdênio (0,25%) 50xx - cromo (0,28% ou 0,40%) 51xx - cromo (0,80, 0,90, 0,95, 1,00 ou 1,05%) 61xx - Cromo (0,80 ou 0,95%), vanádio (0,10 ou 0,15%) 86xx - Níquel (0,55%), cromo (0,50 ou 0,65%), molibdênio (0,20%) 87xx - Níquel (0,55%), cromo (0,50%), molibdênio (0,25%) 92xx - Manganês (0,85%), silício (2,00%) 93xx - Níquel (3,25%), cromo (1,20%), molibdênio (0,12%) 94xx - Manganês (1,00%), níquel (0,45%), cromo (0,40%), molibdênio (0,12%) 97xx - Níquel (0,55%), cromo (0,17%), molibdênio (0,20%) 98xx - Níquel (1,00%), cromo (0,80%), molibdênio (0,25%) CORPORATIVA
  21. 21. 24 Alta Competência b) Sistema de classificação American Society for Testing and Materials dos aços estruturais - códigos de identificação Os aços para uso estrutural são identificados pela letra A, seguida por dois, três ou quatro dígitos. Os aços com especificação de quatro dígitos são usados para aplicações de engenharia mecânica, máquinas e veículos e formam uma classificação distinta, que não será apresentada aqui. A tabela a seguir lista algumas especificações para os aços estruturais do grupo A, englobando aplicações de construção civil, construção naval e ferroviária. Estas especificações (com dois e três dígitos) aplicam-se a laminados planos, formas estruturais, chapas-perfis interconectáveis e barras. Designação ASTM Denominação da especificação A 36/A 36M A 131/A 131M Aço estrutural Aço estrutural para navios A 242/A 242M Aço estrutural de alta resistência e liga baixa A 283/A 283M Chapas, formas e barras de aço de carbono e média resistência A 284/A 284M Chapas de de aço de carbono - silício de biaxa e média resistência para partes de máquinas e construção em geral A 307 Parafusos e pinos de aço de carbono A 325 Parafusos estruturais com tratamento térmico A 328/A 328M Chapas, perfis interconectáveis A 441/A 443M Aço manganês vanádio de alta resistência e baixa liga A 449 Parafusos de cabeça sextavada e pinos de aço tratado termicamente A 500 Tubos estruturais de aço carbono conformados a frio A 601 Tubos estruturais de aço carbono conformados a quente A 514/A 514M Chapas de aço liga de alta tensão de alta resistência, temperado e revenido adequado para soldagem A 529/A 529M Aço estrutural com escoamento mínimo de 42 000 psi N(290 Mpa) (espessura máxima 12,7 mm) A 572/A 572M Aço nióbio - vanádio de alta resistência e baixa liga com qualidade estrutural A 573/A 573M Chapas de aço carbono de tenacidade melhorada Fonte:ASTM-AmericanSocietyforTestingandMaterials CORPORATIVA
  22. 22. 25 Capítulo 1. Ciência dos materiais Designação ASTM Denominação da especificação A 588/A 588M Aços de alta resistência e baixa liga, com escoamento mínimo de 50 ksi (345 MP a) até (até 4`` de espessura) A 606 Chapas e tiras de aço de alta resistência e baixa liga laminados a frio ou a quante com resistência à corrosão atmosférica melhorada A 615/A 615M Barras de aço lisas e rachuradas para reforço de concreto A 616 Barras de aço para trilho lisas e rachuradas para reforço de concreto A 617 Barras de aço de eixo, lisas e rachuradas para reforço de concreto A 618 Tubos estruturais de aço de alta resistência e baixa liga conformados a quente A 633/A 633M Aço estrutural de alta resistência e baixa liga normatizado A 656/A 656M Chapa de aço de alta resistência e baixa liga, laminada a quente com deformidade melhorada A 678/A 678M Chapas de aço carbono temperadas e revenidas para aplicações estruturais A 690/A 690M Chapas - perfis interconectáveis H de aço de alta resistência e baixa liga para uso em ambientes marítimos A 699 Placas , formas estruturais e barras de aço manganês molibidênio - nióbio de baixo carbono A 709 Aço estrutural para pontes A 710/A 710M Aço envelhecível Ni-Cu-Cr-Mo-Nb , Ni-Cu-Nb e Ni-Cu-Mn-Mo-Nb A 769 Formas de aço soldadas por resistência elétrica A 786/A 788M Chapas laminadas de aço para piso A 808/A 808M Aço carbono, manganês, nióbio, vanádio de alta resistência e baixa liga de qualidade estrutural, com tenacidade ao entalhe melhorada A 827 Chapas, aço carbono para forjamento e aplicações similares A 829 Chapas, aço liga , qualidade estrutural A 830 Chapas, aço carbono , qualidade estrutural A 847 Tubos estruturais de aço de alta resistência e baixa liga conformados a frio A 852 Aço estrutural de alta resistência temperado e revenido para construções soldadas ou parafusadas de pontes e edifícios com resistência à corrosão melhorada A 992/A 992M Formas estruturais para edificações, pontos e e outros usos A 1011/A 1011M Chapas e tiras laminadas a quente, de aço carbono estrutural, aço de alta resistência e baixa liga com ductilidade melhorada Fonte:ASTM-AmericanSocietyforTestingandMaterials CORPORATIVA
  23. 23. 26 Alta Competência c) Sistema de classificação alemã DIN A especificação DIN 17 006 estabelece o modo de abreviar as diferentes composições de aços. Os aços sem liga são designados pela letra C seguida do respectivo teor de carbono em centésimos, Ck se o aço é de qualidade superior, aços ditos especiais, conforme critérios apresentados a seguir. Sistema de abreviatura DIN C45 - aço sem liga com 0,45C; Ck 45 - semelhante ao anterior, mas de qualidade superior, dito aço especial; 45CrMo 4 - aço fracamente ligado com 0,45C; 1Cr e Mo - elementos não quantificados; X200Cr12 - aço fortemente ligado com 2C 12Cr. Os aços ligados são classificados como fraca e fortemente ligados, conforme a existência ou ausência de um elemento cujo teor seja pelo menos de 5%p. Os aços fracos ligados são designados pelo seu teor em carbono em centésimos e pela descrição da natureza dos diferentes elementos de liga, pelo respectivo símbolo químico, e por um ou mais números que indicam o teor do(s) elemento(s) de liga, afetados por um fator multiplicador (4 ou 10) para que esse teor seja expresso por um número inteiro. Os aços fortemente ligados são designados pela letra X seguida do respectivo teor em carbono (em centésimos) e da descrição da natureza dos diferentes elementos de liga através do respectivo símbolo e de seu teor nominal. CORPORATIVA
  24. 24. 27 Capítulo 1. Ciência dos materiais 1.2. Estrutura cristalina de ferro A curva de solidificação (liquefação) de ferro puro pode ser apresentada como mostra o gráfico a seguir. 600 800 1000 1200 1400 ºC 1536 769 1392 911 Fe- Fe- FusãoSólido não magnético magnético Tempo A curva apresenta várias características importantes: Existem quatro pontos de parada;• Existem intervalos na solidificação.• O ponto de parada a 1536°C é o da liquefação (fusão). Os outros pontos de parada referem-se a uma mudança de estrutura cristalina do ferro no estado sólido. Acima da temperatura de 911°C até 1392°C, os átomos do ferro puro formam uma rede cúbica de face centrada (cfc) chamada ferro γ (gama). Observe a ilustração a seguir. CORPORATIVA
  25. 25. 28 Alta Competência 3,6 A Fe -  Formação: 911- 1392 °C Cubo de face centrada Átomos Abaixo de 911° C, os átomos transformam-se em uma rede cúbica de corpo centrado (ccc) chamada ferro α (alfa), conforme ilustrado pela imagem que se segue. 2,9 A Fe -  Formação: cte - 911 °C Cubo de corpo centrado A distância entre os átomos na estrutura do cubo de face centrada é maior do que na estrutura de cubo de corpo centrado, portanto, neste estado é mais fácil aceitar outros átomos, como, por exemplo, átomos de carbono. A esse fenômeno dá-se o nome de solubilidade no estado sólido. Importante! CORPORATIVA
  26. 26. 29 Capítulo 1. Ciência dos materiais Abaixo de 769°C o ferro é magnético. Acima da temperatura de 1392°C, o ferro transforma-se novamente em rede cúbica de corpo centrado chamada ferro δ (delta) que, para o tratamento térmico, não tem importância. 1.2.1. Estrutura cristalina do aço no resfriamento lento - transformação no estado sólido Nesta situação, o material resultante é denominado liga metálica. As ligas metálicas podem ser classificadas como monofásicas ou polifásicas, dependendo do número de fases observadas em uma determinada condição de composição, temperatura e pressão. Fases em materiais são definidas como regiões que se diferenciam de outras em termos de estrutura e/ou composição. O estudo de um sistema de um, dois ou mais componentes, sendo monofásico ou polifásico, pode ser feito a partir dos diagramas de fases. Os diagramas de fases são representações gráficas das fases presentes em um sistema, em função da temperatura, pressão e composição. A maioria dos diagramas de fases é obtida em condições de equilíbrio e usada para entender e prever o comportamento dos materiais. A ilustração a seguir representa a parte do diagrama de fases ferro - carbono destinada ao resfriamento lento de uma liga ferro-carbono (eutenóide) com aproximadamente 0,76% de carbono. CORPORATIVA
  27. 27. 30 Alta Competência TemperaturaemºC HipereutetóideHipoeutetóide Eutetóide  + y  Fe-y+Cy X  s 727ºC   Fe3C G E  +Fe3C 0,76% em peso 2.00 500 600 700 800 900 1000  +Fe3C    Diagrama de fases A presença do carbono faz com que o ferro com rede cúbica de corpo centrado (ccc) (ferro α) se transforme em uma rede cúbica de face centrada (CFC; ferro γ) à temperatura diferente de 911°C. Essa temperatura varia em função do teor de carbono no ferro e é representada na figura anterior pela linha G-S-E. Chamamos austenita a solução sólida Fe-γ+C, na qual o centro C está totalmente dissolvido. VOCÊ SABIA? ? Após o resfriamento lento, à temperatura ambiente, na maioria dos aços o carbono está quimicamente ligado ao ferro como cementita (Fe3 C), que é a estrutura mais dura do aço. Vejamos alguns corpos de prova com diferentes teores de carbono. Comecemos com o corpo de prova com 0,77% de carbono. CORPORATIVA
  28. 28. 31 Capítulo 1. Ciência dos materiais Esperamos que este corpo de prova seja o mais fácil de analisar, pois temos apenas um ponto de parada nos 727°C. Este ponto se chama ponto eutetóide. TemperaturaemºC HipereutetóideHipoeutetóide Eutetóide  + y  Fe-y+Cy X  s 727ºC   Fe3C G E  +Fe3C 0,76% em peso 2.00 500 600 700 800 900 1000  +Fe3C    Diagrama de fases Abaixo de 727°C existe uma distribuição bem proporcionada (eutetóide) de ferro puro e Fe3 C (cementita). A estrutura do eutetóide recebe o nome de perlita, por seu brilho aperolado. Não é uniforme; é uma mistura de lâminas claras de ferro puro chamadas de ferrita (estrutura mole) e de lâminas escuras de carboneto de ferro (Fe3 C). O aço de 0,76% de teor de carbono também é denominado aço eutetóide. A concentração do carbono na perlita é de 0,76%. VOCÊ SABIA? ? CORPORATIVA
  29. 29. 32 Alta Competência Agora, será analisado o corpo de prova com 0,6% C, aço hipereutetóide. TemperaturaemºC G 2.00 600 700 800 900 1000    500 1100        }Perlita Ferrita  + Cementia Cementia  + Cementia c d e f  N y` y C0  1.0 Composição % de carbono 400 Te Composição % de carbono As manchas claras caracterizam a presença de ferrita. Como nosso corpo de prova só contém 0,6% de carbono e a estrutura perlítica necessita de 0,77%, então uma parte de ferrita agrupa-se em núcleos separados ou quase isolados. Encontramos no aço com menos de 0,77% C, sempre núcleos de ferrita pura, sendo maiores quando a porcentagem de carbono é menor. Quando a perlita se transforma em austenita, consumindo calor, a ferrita permanece em sua forma original. Observe a figura anterior e veja que, ao elevarmos a temperatura, a ferrita também começa a se transformar em austenita. CORPORATIVA
  30. 30. 33 Capítulo 1. Ciência dos materiais Chegamos à linha G - S com toda a ferrita já transformada em austenita; temos em nosso corpo de prova uma estrutura puramente austenítica. Desse ponto em diante, a temperatura aumenta rapidamente. Vale ressaltar que o aço que possui teor de carbono entre 0,05% até 0,76% se chama aço hipoeutetóide. O aço com um teor de carbono entre 0,76% até 2,06% chama-se aço hipereutetóide. Agora será analisado o corpo de prova com 1,2% C, aço hipereutetóide. O que acontece quando se aquece o corpo de prova? Podemos projetar o seguinte: em 727°C, transforma-se toda a perlita em austenita, logo a temperatura começa a subir e a cementita em excesso começa a se soltar até chegar no ponto (linha S - E) onde a estrutura passa a ser austenítica. Observe a ilustração a seguir. G 2.00 600 700 800 900 1000 500 1100 1.0 Composição % de carbono 400    } Perlita Ferrita Cementita  + Cementita Cementita        g h i z`  + Cementita G S C1 E P Composição % de carbono CORPORATIVA
  31. 31. 34 Alta Competência Vendo a estrutura da ilustração anterior, podemos reconhecer as partes lamelares como perlita. As nervuras claras são de cementita. Se analisarmos o excesso de cementita, temos 1,2% C - 0,8% C (perlita) 0,4% C, representando os restantes 0,4% C, excesso de cementita. 1.3. Tratamento térmico do aço O tratamento térmico do aço pode ser definido como um processo de ciclos térmicos compostos por fases de aquecimento, permanência e resfriamento. Tem como objetivo alterar a estrutura natural dos metais, e principalmente conferir ou melhorar propriedades mecânicas ou corrigir defeitos ou distorções causados por passagens anteriores do tratamento dos metais (laminação, forjamento, tratamentos anteriores, fundição etc.). Estruturas cristalinas    Cúbico face centrada Termometria Aquecimento Resfriamento       Tetragonal de corpo centrado Cúbico de corpo centrado T (ºC) A3 A1 T1 T2 T3 T (seg) Nos aços, em particular, para que se consigam alterações nas propriedades mecânicas, é necessário em alguns tratamentos que o aquecimentosedêatemperaturasemqueocarbonoestejatotalmente solubilizado. Assim, para esses tipos de tratamento, a temperatura a ser atingida estará no campo austenítico. CORPORATIVA
  32. 32. 35 Capítulo 1. Ciência dos materiais A seguir é ilustrado um diagrama ferro-carbono: TemperaturaemºC HipereutetóideHipoeutetóide Eutetóide ferrita + y ferrita Fe-y+Cy X ferrita s +_ 50ºC  ferrita cementita G E perlita 0,76% em peso 2.00 500 600 700 800 900 1000  +cementita    b Diagrama Ferro-carbono (aços) Onde: α - ferrita; Y - austenita; Fe3 C - cementita; α + Fe3 C - perlita. CORPORATIVA
  33. 33. 36 Alta Competência Observe atentamente o diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono (Fe – C). 2.10 4.30 6.69 0.51 0.16 0.02 0.77 1600 1534 1394 1200 1495 910 800  400 ºC 0 1 2 % Carbono 4 5 6 7 Líquido Fe3C Diagrama de equilíbrio O aço é uma liga de ferro e carbono. O teor de carbono varia entre 0,02% a 2,1%. Já o ferro com um teor de carbono superior a 2,1% até 6,7% é chamado ferro fundido. No ferro fundido, o carbono não é totalmente dissolvido e apresenta- se na forma de veios de grafite, que são extremamente frágeis. 1.3.1. Tipos de tratamentos térmicos do aço O tratamento térmico do aço pode ser classificado em dois tipos: Normais• : quando ocorre apenas mudança estrutural - recozimento, normalização, têmpera e revenimento; Termoquímicos• : quando ocorre mudança na composição química - cementação e nitretação. CORPORATIVA
  34. 34. 37 Capítulo 1. Ciência dos materiais a) Tratamentos térmicos normais Recozimento• 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;• Melhorar propriedades mecânicas como ductibilidade,• resistência etc.; Regularizar textura, remover gases etc.;• Eliminar efeitos de quaisquer tratamentos térmicos.• O recozimento é uma forma de tratamento térmico que consiste em reaquecer o metal, a uma temperatura desejada, dependendo da finalidade, e em resfriá-lo a uma velocidade inferior à velocidade crítica para os aços. Temperatura Produto :Perlita (ou ferrita mais perlita ou perlita mais cementita) Ae3 Mi Mf Ae3 - Temperatura de austenitização 727ºC. Mi - Temperatura inicial de martensita Mf - Temperatura final de martensita CORPORATIVA
  35. 35. 38 Alta Competência Normalização• A normalização consiste em aquecer as peças cerca de 20 ºC a 30 ºC acima da temperatura de transformação (linha G-S-K). É feita normalmente em aço e ferro fundido para se obter uma granulação mais fina e a uniformização dos cristais. As peças normalizadas possuem maior limite de escoamento, resistência à tração e dureza que os aços recozidos. Ae3 Produto: Perlita fina (ou ferrita mais perlita ou perlita mais cementita) Mi Mf Ae3 - Temperatura de austenitização 727ºC Mi - Temperatura inicial de martensita Mf - Temperatura final de martensita Essas curvas são conhecidas como TTT (Tempo x Temperatura x Transformações próprias) e têm características próprias para cada tipo de liga. Têmpera• A têmpera é um tratamento térmico executado em um aço quando se deseja aumentar sua dureza e resistência mecânica. A operação consiste basicamente em três etapas. Observe a tabela a seguir. CORPORATIVA
  36. 36. 39 Capítulo 1. Ciência dos materiais Etapas Descrição Aquecimento O aço deve ser aquecido em torno de 50°C acima da linha G-S-K (zona crítica) para transformar a perlita definitivamente em austenita. Para um aço com mais de 0,86% de carbono é suficiente transformar somente a perlita (linha S-K), pois contém Fe3 C em excesso, apresentando uma estrutura muito dura. Manutenção da temperatura Podemos definir manutenção da temperatura como o tempo necessário para solubilizar totalmente o carbono e garantir que toda a peça chegue à mesma temperatura. Resfriamento O resfriamento deve ser feito em um meio que possibilite uma velocidade crítica, fazendo com que a estrutura austenítica se transforme diretamente na estrutura desejada. Esse meio pode ser: água, salmoura, óleo, ou mesmo o próprio ar, dependendo da velocidade de resfriamento necessária. Estrutura martensítica A principal finalidade da têmpera é a obtenção de uma estrutura martensítica, pois é essa estrutura que aumenta consideravelmente a dureza do aço e também eleva o seu limite de resistência à tração. Acima da zona crítica, o aço fica austenitizado, possuindo uma rede cúbica de face centrada CFC (ferro – Y), possibilitando assim a solubilidade do carbono. A partir da reação austenítica, em condições de resfriamento lento, a estrutura final será perlita + ferrita e perlita + cementita para os aços hipereutetóides. Porém, com o resfriamento rápido, não há tempo para que haja a liberação do carbono para formar a cementita. O resfriamento rápido tem como objetivo o aumento da dureza (martensita), da resistência ao desgaste, tração e diminuição da ductilidade. A estrutura do Fe, no entanto, tem que sofrer a transformação CFC (Y) para CCC (α). Assim, tem-se o Fe com estrutura CCC (α) e o carbono continuará dissolvido. CORPORATIVA
  37. 37. 40 Alta Competência Como o tamanho do CCC é menor que o CFC, há uma grande tensão na estrutura devido à presença do carbono. Assim, a estrutura CCC sofre uma deformação, gerando uma estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC), saturado com átomos de carbono. Tal estrutura propicia grande dureza e resistência, porém causando fragilidade bastante acentuada. Como a reação só ocorre com a austenita, nos hipereutetóides, a fração que se mantém como cementita no resfriamento fica como está e tem-se, no final, cementita e martensita. Veja o gráfico a seguir: ºC A Mi Mf austenita perlita bainita revenido para a dureza desejada transformação austenita + perlita austenita + bainita Curva de têmpera com revenido no gráfico TTT Ao passar do estado austenítico resfriando o aço bruscamente, temos um estado intermediário, chamado martensita. O aço no estado martensítico é frágil, duro, com grandes tensões internas e com coeficiente de segurança quase nulo. Por esta razão, a maioria dos aços temperados precisam de um revenimento depois da têmpera. CORPORATIVA
  38. 38. 41 Capítulo 1. Ciência dos materiais Revenimento• Processo que consiste em aquecer o aço temperado sob a temperatura de transformação e deixar que se resfrie lentamente. O resfriamento pode ser acelerado mergulhando-se o aço em óleo ou água fria. O revenimento é um processo aplicado nos aços temperados imediatamente após a têmpera, e tem como objetivo corrigir os excessos causados pelo processo anterior. b) Tratamentos termoquímicos Osprocessostermoquímicossãoaplicadosnostratamentossuperficiais dos aços com baixo teor de carbono com o objetivo de aumentar a dureza superficial e a resistência ao desgaste. Absorvendo um elemento endurecedor, o material modifica sua composição química superficial. Esse tratamento pode ser feito com substâncias sólidas, líquidas ou gasosas. Cementação• A cementação se aplica a aços com até 0,20% de carbono. O aço é aquecido à temperatura de austenitização, quando ocorre a difusão do carbono em sua superfície na forma de CO. Esse carbono em forma de CO é fornecido pela mistura cementante e absorvido pela matriz ferro (Fe), forma a austenita, que é a estrutura para têmpera. O resfriamento é o mesmo que o da têmpera. CORPORATIVA
  39. 39. 42 Alta Competência Núcleo tenas e dúctil Núcleo tenas e dúctil Camada periférica endurecida A superfície apresenta as características de um aço hipereutetóide, enquanto que o núcleo possuirá as características e ductilidade de um aço hipoeutetóide. Como o processo se dá por difusão, a camada superficial apresentará maior saturação do elemento carbono, decrescendo em direção ao núcleo. Temperatura de cementação As temperaturas de cementação mais elevadas favorecem a penetração do carbono, reduzindo o tempo de duração do processo, porém conferem uma granulação mais grosseira, o que reduz os limites de resistências à tração, torção, flexão etc. Os valores mais usuais de temperatura de cementação oscilam de 850ºC a 950ºC. Tempo de cementação O tempo de cementação é determinado em função da espessura da camada cementada desejada e do meio cementante. Obviamente, quanto maior for o tempo e mais alta a temperatura, mais profunda será a camada. CORPORATIVA
  40. 40. 43 Capítulo 1. Ciência dos materiais Meios de cementação A cementação, quanto aos meios carbonetantes, pode ser: Cementação Meios cementantes Sólida - caixa Carvão vegetal duro Carvão coque 20% Atividades 5 a 10% Líquida- banho em sais fundidos Cianetos de sódio Cianetos de bório Outros sais Gasosa - fornos de atmosfera Gás metano Gás propano etc. Aplicação da cementação O processo de cementação é recomendado para peças como engrenagens, eixos, parafusos etc., que necessitam de resistência mecânica e de alta dureza na superfície e núcleo dúctil com boa tenacidade. Nitretação• Assim como a cementação, a nitretação tem como função provocar alterações na composição das camadas superficiais do aço. Isso ocorre através de um processo químico de enriquecimento da superfície do aço feito com nitrogênio, formando uma camada rica em nitretos. Entretanto, a camada modificada não necessita ser temperada, considerando-se que os nitretos que se formam ao longo do processo apresentam dureza elevada, o que evita processos de empenamento. A temperatura de nitretação é em torno de 500 ºC a 600 ºC. Esse fator também contribui para a redução das possibilidades de empenamento por não ocorrer mudança de fase no momento do resfriamento. A composição de alguns tipos de aço-liga como os que possuem alumínio, cromo, vanádio e molibdênio, apresentam uma dureza final maior pela formação de nitretos mais complexos. CORPORATIVA
  41. 41. 44 Alta Competência A camada nitretada apresenta menor espessura do que a obtida a partir da cementação, girando em torno de 0,8 mm. Para ampliar esses valores, o tempo empregado no processo seria muito longo e o método se tornaria pouco viável financeiramente. O tempo de nitretação é curto, variando em torno de 1 a 4 horas. Aplicação da nitretação O processo de nitretação apresenta como resultados vantajosos: Alta dureza com alta resistência ao desgaste;• Alto grau de estabilidade dimensional;• Maior resistência à corrosão;• Baixa sensibilidade ao entalhe;• Alta resistência à fadiga.• Tipos de nitretação A nitretação pode ser de dois tipos: A gás• : neste processo, a amônia é o elemento utilizado. Ela é injetada no forno aquecido geralmente a 510° C; Nitretação por via líquida• : processo semelhante ao do banho utilizado na cementação líquida. Os elementos utilizados são, normalmente, o cianeto de sódio ou potássio, carbonato de sódio ou de potássio e cloreto de potássio ou de sódio. CORPORATIVA
  42. 42. 45 Capítulo 1. Ciência dos materiais 1.3.2. Fatores que influenciam no tratamento térmico dos aços Os fatores que influenciam no tratamento térmico dos aços são: Velocidade de aquecimento;• Tempo de permanência à temperatura;• Resfriamento.• a) Velocidade de aquecimento Deve-se considerar a velocidade de aquecimento adequada sempre em função da composição do material. Essa velocidade não deve ser muito lenta, pois haverá um crescimento excessivo dos grãos. Por outro lado, os materiais em elevado estado inicial de tensões não devem ser aquecidos rapidamente porque isso poderá provocar deformação, fissuras, empenamento etc. Liga (1) Liga (2) T (ºC) T2 > T1 Vaq2 < Vaq1 T (seg) T2 T1 Aquecimento Temperatura de aquecimento CORPORATIVA
  43. 43. 46 Alta Competência Dependendo da liga, a temperatura deve ser superior à de recristalização. Se for inferior, não ocorrerão a transformação e as modificações estruturais desejadas. Se for muito superior, ocorrerá um crescimento excessivo dos grãos ou superaquecimento do material. b) Tempo de permanência à temperatura A manutenção da temperatura, ou seja, o tempo de permanência à temperatura deve ser o suficiente para que as peças se aqueçam de modo uniforme em toda a seção e os átomos de carbono se solubilizem totalmente. T1 T2 T (Seg) Liga (1) Liga (2)T (ºC) A3 A1 Aquecimento (T2>T1) Se o tempo de permanência do material ultrapassar o necessário, pode haver indesejável crescimento dos grãos, além da oxidação em determinadas ligas. CORPORATIVA
  44. 44. 47 Capítulo 1. Ciência dos materiais c) Resfriamento Para algumas ligas, entre as quais os aços, que são os mais importantes do ponto de vista dos tratamentos térmicos, o resfriamento é fundamental, pois através dele pode-se conseguir, em função da velocidade de resfriamento, a estrutura e as propriedades finais desejadas. Os meios de resfriamento são os responsáveis pelas diferentes velocidades de resfriamento. Em ordem decrescente de velocidade, alguns meios de resfriamento são: Solução aquosa a 10% NaOH;• Solução aquosa a 10% NaCl;• Solução aquosa a 10% Na• 2 CO3 ; Água a 0° C;• Água a 18° C;• Água a 25° C;• Óleo;• Água a 50° C;• Tetracloreto de carbono;• Água a 75° C;• Água a 100° C;• Ar líquido;• Ar;• Vácuo.• CORPORATIVA
  45. 45. 48 Alta Competência T1 T2 T (Seg) Liga (1) Liga (2) T (ºC) A3 A1 Aquecimento T3 Tempo de resfriamento V1> V2 > V3 Os elementos de liga no aço diminuem a velocidade crítica de resfriamento para a formação da martensita. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o ar, em função do teor dos elementos de liga. Ferros fundidos - São ligas ferrosas com teores de carbono acima de 2,4%. Na prática, contém entre 3 e 4,5% de carbono somados a outros elementos de liga. A cementita (Fe3 C), sob algumas circunstâncias, pode-se fazer com que se dissocie para formar ferrita (Λ) e grafita. Fe3 C ____ 3Fe +C (grafita) Essa tendência de formar grafita (grafitização) é regulada pela taxa de resfriamento e concentração de silício, acima de 1%. CORPORATIVA
  46. 46. 49 Capítulo 1. Ciência dos materiais Na maioria dos ferros fundidos, o carbono existe como grafita e o comportamento mecânico e a microestrutura dependem da composição química e do tratamento térmico. Os tipos mais comuns de ferro fundidos são os cinzentos, nodulares, brancos e maleáveis. Ferro fundido cinzento - A microestrutura dos ferros fundidos são compostos de grafita em forma de flocos de milho e circundados por uma matriz de ferrita (α) ou pelita. Uma superfície fraturada apresenta uma cor acinzentada, por isso tem o nome de ferro fundido cinzento. O ferro fundido cinzento é largamente utilizado no amortecimento de energia vibracional. Nesse caso, é usado nas estruturas das máquinas e equipamentos pesados. Outras vantagens são possuírem elevada resistência ao desgaste e baixo custo. Ferro fundido nodular - Na adição de uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério ao ferro cinzento. Produz uma microestrutura e propriedades mecânicas bem diferentes do ferro cinzento. A grafita nessa microestrutura tem o formato de esfera, elevando a ductilidade do material. Esse material é usado em válvulas, corpo de bombas, virabrequins, engrenagens e outros componentes veiculares. Ferro fundido branco e maleável - Para materiais com baixo teor de silício e resfriamento rápido, o carbono existente nessa matriz está na forma de cementita (Fe3 C) sem a presença de grafita e a superfície da fratura apresenta uma aparência esbranquiçada. O uso desse material é limitado, pois apresenta uma dureza e fragilidade muito alta. Ele é usado em situação na qual haja a necessidade de uma superfície resistente a abrasão, como cilindros de laminação. A outra utilização é o uso como material intermediário para outro tipo de ferro fundido, o maleável. CORPORATIVA
  47. 47. 50 Alta Competência Quando o ferro fundido branco é aquecido entre 800ºC e 900ºC, por um determinado período de tempo prolongado, causa uma decomposição da cementita, formando grafitas na forma de aglomerados ou rosetas. Com microestrutura semelhante ao ferro fundido nodular, o material apresenta uma alta resistência e ductilidade considerável, usado na indústria automotiva, nas engrenagens de transmissão e em serviços marítimos nos flanges, conexões de tubulações e peças de válvulas. 1.4. Metais não-ferrosos e ligas Metais não-ferrosos são todos os metais puros ou ligados. Os metais não-ferrosos podem ser classificados em função de sua densidade em: Metais leves;• Metais pesados.• A maioria dos metais puros é macio e tem baixa resistência à tração. Quanto maior for a pureza, mais alto será o ponto de fusão, maior a condutibilidade elétrica e a resistência à corrosão. Na designação dos metais não-ferrosos puros, deve-se usar a designação química do elemento somada ao grau de pureza. CORPORATIVA
  48. 48. 51 Capítulo 1. Ciência dos materiais Exemplo: Zn 99,99 Elemento químico Pureza = 99,99% Metais não-ferrosos Metais Pesados P ≥ 5Kg/dm3 Metais leves P ≤ 5Kg/dm3 Cobre Cu Manganês Mn Chumbo Pb Vanádio V Zinco Zn Cobalto Co Níquel Ni Cádmio Cd Estanho Sn Alumínio Al Tungstênio w Magnésio Mg Molibdênio Mo Titânio Ti Cromo Cr Normalmente, os metais não-ferrosos são materiais caros e seu uso deve ser evitado nas composições em que possam ser substituídos por materiais ferrosos, por se tratar de uma opção economicamente mais adequada. Os metais não-ferrosos são amplamente utilizados em peças sujeitas à oxidação, devido 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 não-ferrosos e suas ligas tem aumentado consideravelmente, principalmente na construção de veículos, nas construções aeronáuticas e navais, bem como na mecânica de precisão, pois a produção de ligas metálicas de alta resistência e de menor peso vem se intensificando e, com isto, tende- se a trocar o aço e o ferro fundido por esses metais. Podemos citar como exemplo de aplicação da liga de cobre utilizada em plataformas offshore. CORPORATIVA
  49. 49. 52 Alta Competência Liga Cobre-Níquel (CuNi) 90/ 10 é principalmente caracterizada por: Excelente resistência à corrosão sob tensão e fadiga;• Virtualmente imune à contaminação biológica marinha;• Excelente resistência à erosão e ataque biológico da água do mar;• Boa resistência à corrosão por• pitting; Boa propriedade para conformação a frio;• Boa soldabilidade.• Além das aplicações da liga de cobre em plataformas offshore existem ainda aplicações em navios de pesca, em empresas de energia elétrica e também em indústrias químicas. Os equipamentos normalmente fabricados são condensadores e trocadores de calor, tubos para condução de água salgada, centrais de destilação e o revestimento dos porões nos navios de pesca onde as qualidades anti-corrosivas do aço UNS C70600 são comprovadas. A maioria das ligas cobre-níquel oferece soluções já comprovadas e úteis ao mercado. CORPORATIVA
  50. 50. 53 Capítulo 1. Ciência dos materiais Todos os materiais não-metálicos possuem seu cam- po de aplicação, porém os materiais sintéticos, pro- duzidos quimicamente, vêm sendo cada vez mais empregados nos dias de hoje. Os chamados materiais plásticos estão sendo aplica- dos, de maneira excelente, em um grande número de casos como substitutos de metais, de forma mais eficiente e econômica. Daí a necessidade de conhecermos um pouco mais esses materiais que vêm se tornando uma presença constante nos campos técnico, científico e domésti- co, por exemplo. Existem numerosos materiais não-metálicos que po- dem ser divididos em: • Naturais - Madeiras, couro, fibras e outros; • Artificiais ou sintéticos - Baquelite, celulóide, acrí- lico e outros. Importante! 1.5. Materiais plásticos Plásticos são materiais orgânicos, obtidos através do craqueamento do petróleo, da hulha e do gás natural liquefeito, ao contrário de materiais naturais, como madeira e metal. Materiais plásticos são tipos de um largo e vasto grupo de materiais, constituídos basicamente, ou em sua maior parte, da combinação entre o carbono e hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros compostos orgânicos e inorgânicos de origem direta ou indireta do petróleo. Os plásticos, quando submetidos a determinadas condições de temperatura e pressão, apresentam-se no estado sólido e líquido pastoso. CORPORATIVA
  51. 51. 54 Alta Competência A matéria-prima utilizada para a fabricação dos plásticos possibilita a larga combinação de elementos, resultando em novos polímeros, que terão propriedades individuais. Alguns plásticos são semelhantes à borracha, enquanto algumas borrachas, tratadas quimicamente, são consideradas plásticas. Outros plásticos são obtidos a partir de substâncias naturais, como é o caso da celulose e da caseína (proteína extraída do leite). Os plásticos são materiais considerados nobres e capazes de substituir vários outros materiais. O amplo uso dos plásticos na era moderna pode ser atribuído, em grande parte, às combinações de propriedades e vantagens somente oferecidas por essa classe de substâncias. O plástico é moldável, versátil, leve e barato, quando comparado à madeira, ao alumínio, ao cobre e ao aço. Ele pode transformar-se em vários produtos, assumindo as mais diversas formas, desde as mais comuns do dia-a-dia, aos projetos mais sofisticados, como os plásticos resistentes à temperatura e altamente impermeáveis à corrosão, os chamados termofixos em geral, criados para resistir à temperatura alcançada pelas naves espaciais. Os plásticos podem ser transformados em fios, moldados ou laminados, usinados, flexíveis ou rígidos, transparentes ou opacos, incolores ou pigmentados (coloridos), pintados ou metalizados. As borrachas sintéticas são também chamadas de elastômeros e atendem, em grande parte, às necessidades mundiais. Isto se justifica porque a borracha sintética apresenta vantagens sobre a borracha natural, como maior resistência a abrasão e ao calor, mais uniformidade no processamento, fluidez na moldagem e diversidade dos tipos. À composição da borracha podem ser adicionados vários elementos que proporcionarão as características desejadas, conforme o fim desejado. CORPORATIVA
  52. 52. 55 Capítulo 1. Ciência dos materiais O negro de fumo, por exemplo, é insubstituível na fabricação de certos tipos de borrachas, plásticos e tintas, sendo 90% de sua produção mundial aplicadas à indústria de borracha, no setor de pneumáticos. Definições básicas Elasticidade• Quando submetida a uma carga ou força, uma peça deforma-se e, quando cessa a carga ou a força que sobre ela atua, a peça deve voltar à sua forma ou posição original. Plasticidade• Quando submetida a uma carga ou força, uma peça deforma-se permanente e definitivamente, não ocorrendo o fenômeno do retorno, como na elasticidade. Isso ocorre quando essa força aplicada é superior ao limite elástico do material. Combinação química orgânica• É uma combinação entre carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros compostos, os quais também existem nos organismos vivos. Monômero• É a menor unidade molecular do plástico, constitui sua partícula elementar. Polímero• É a combinação de monômeros por um processo chamado polimerização, formando uma cadeia. CORPORATIVA
  53. 53. 56 Alta Competência Molécula• É a menor partícula de uma combinação química e consiste em pelo menos dois átomos. Pode ser separada (decomposta) em átomos através de processos químicos. Macromoléculas• Consistem em milhares de moléculas formando grandes fios (macro- grande). 1.5.1. Propriedades comuns dos plásticos Todos os plásticos consistem em macromoléculas com o elemento químico carbono (C); por isso, chamam-se também combinações orgânicas. De um modo geral, os plásticos apresentam as seguintes vantagens: Pouco peso (y = 0,9 - 2,2 bg/ cm• 3 ); Alta resistência à corrosão;• Baixo coeficiente de atrito;• Baixa condutibilidade térmica e elétrica;• Boa aparência;• Facilidade de trabalho;• Boa resistência aos álcalis, às soluções salinas e ácidas.• CORPORATIVA
  54. 54. 57 Capítulo 1. Ciência dos materiais Entre as desvantagens podemos enumerar: Baixa resistência ao calor;• Baixa resistência mecânica (a = 15 – 100 N/ mm• 2 ); Pouca estabilidade dimensional. Deformam-se facilmente com• qualquer variação de temperatura; Alto coeficiente de dilatação (15 vezes maior que o do aço C);• Não resistem aos ácidos concentrados, aos solventes orgânicos• e aos hidrocarbonetos. 1.5.2. Classificação dos plásticos Os plásticos podem ser classificados em três grupos, a saber: Termoplásticos;• Duroplásticos;• Elásticos.• a) Termoplásticos São resinas que amolecem com o calor superior a 80° C e endurecem com o frio. As macromoléculas formam fios ou linhas e são ligadas somente pelas forças de coesão e adesão, chamadas de forças de Van der Waals, não existindo, portanto, na polimerização uma reação química. Durante o aquecimento essas forças diminuem e as macromoléculas tornam-se móveis. O plástico então amolece e pode ser transformado várias vezes. Os termoplásticos também podem ser soldados. Observe a ilustração que se segue. CORPORATIVA
  55. 55. 58 Alta Competência Estruturas dos termoplásticos A tabela a seguir apresenta as matérias-primas que dão origem aos principais termoplásticos. Observe-a. Petróleo Gás natural Carvão Fenol Etileno Acetileno Poliamida (PA) Polietileno (PE) Politetra fluor Etileno (PTFE) Teflon Polimetil Metacrilato Plexiglás (acrílico) (PMMA) Policloreto de vinila (PVC) Os tipos e características dos termoplásticos serão descritos a seguir e acompanhados de sua aplicabilidade na indústria. CORPORATIVA
  56. 56. 59 Capítulo 1. Ciência dos materiais Tipos/Características Aplicação Policloreto de vinila (PVC) Massa específica 1,35 kg/ dm3 O PVC é incolor, transparente e inodoro, mas é possível lhe dar qualquer cor. É resistente aos ácidos, lixívia, sal e gasolina. Recebemos o PVC normalmente endurecido, mas, através de adições especiais; fabricam- se também elástico ou plástico que são parecidos com a borracha e o couro. O PVC elástico é usado na tapeçaria de móveis estofados, mangueiras, guarnições para vedação em juntas e acoplamentos, luvas, roupas de proteção contra ácidos e águas, escovas para limpeza. O PVC normal é empregado em tubos, válvulas, caixas de bombas, elementos isolantes e paletas de ventiladores. O PVC não resiste ao calor e, em água fervente, amolece. Polietileno (PE) É levemente corado, mas se deixa tingir, assumindo qualquer cor. Pegando-o na mão, parece que estamos segurando sabão; é liso e escorregadio. Resiste aos ácidos e à lixívia. É muito utilizado como isolante elétrico. Polietileno macio Massa específica 0,92 kg/dm3 Resiste a temperaturas entre – 50 ºC e 70 °C. Fabricação de vasilhas e frascos para produtos químicos, cintas, espuma para móveis e guarnições para vedação em juntas e acoplamentos. Polietileno duro Massa específica 0,94 kg/dm3 Resiste a temperaturas entre - 250 ºC e 100 °C. Fabricação de válvulas, cilindros, engrenagens, guarnições, cabos de ferramentas, recipientes, baldes e tubos. CORPORATIVA
  57. 57. 60 Alta Competência Tipos/Características Aplicação Polimetil metacrilato ou acrílico (PMMA) Massa específica 1,18 kg/dm3 , metade da massa específica do vidro. É incolor e transparente, resistente à luz, não apresenta mudança de cor quando exposto a ela, assim como à gasolina, ao óleo, aos ácidos suaves e à lixívia. Não é resistente ao álcool e benzol, os quais lhe produzem rachaduras superficiais. O acrílico é mais resistente que o vidro contra choques e quando quebra não estilhaça. Não resiste ao atrito, risca facilmente. Como termoplástico se deixa modelar a 70°C. É produzido em pranchas, barras e tubos e é também moldável sob pressão. Utilizado na produção de vidros e lentes para instrumentos, relógios e de proteção, modelos transparentes e oferece ainda muitas outras aplicações. Poliamida (PA) Massa específica 1,13 kg/dm3 ,Também conhecido como: pelon, nylon, ultra-mid, durethan. Todos resistem a temperaturas de até 100°C e sua cor natural é branca. Poliamidas são insípidos, como a acetona, por exemplo. São tenazes, resistentes à fricção e a abrasão, amortecem o som e a vibração. Deixam-se usinar com facilidade. Fabricação de buchas, engrenagens, roldanas, correntes transportadoras, cabos, faixas e correias.Também os conhecemos aplicados na confecção de camisas, blusas, roupas íntimas e meias. Politetra fluoretileno (PTFE) Massa específica 2,2 kg/ dm3 . Possui máxima resistência contra toda influência atmosférica e produtos químicos. A resistência à temperatura também é muito boa, resiste de – 150 C até 250°C. É usinável numa velocidade de corte até 180 m/min. Sua qualidade como material antifricção é superior à do nylon. Utilizado na produção de buchas, caixas para bombas (em química), guarnições, proteções contra corrosão, isolante elétrico. CORPORATIVA
  58. 58. 61 Capítulo 1. Ciência dos materiais Tipos/Características Aplicação Poliestireno (PS) Tipo muito consumido por apresentar estabilidade dimensional, excelentes propriedades elétricas, alto índice de refração, possibilidade ilimitada de cores. É muito empregado na indústria elétrica para a confecção de peças de rádio e televisão; componentes de máquinas, embalagens (garrafas, caixas, copos); utensílios domésticos, como pratos, por exemplo, e brinquedos. b) Duroplásticos (termofixos) São resinas obtidas através de um processo irreversível a uma temperatura que varia entre 170°C e 220°C. O material bruto pode apresentar-se em forma líquida ou granulada. As macromoléculas são ligadas quimicamente através de cadeias laterais, formando, assim, uma estrutura tridimensional difícil de ser rompida. Na polimerização por condensação ocorre reação química, representada pela figura que se segue. Os duroplásticos são duros, irreversíveis e não fusíveis. A formação das macromoléculas termina após a fabricação das peças. Os duroplásticos não são transformáveis após a primeira formação e também não podem ser soldados. Estruturas dos duroplásticos CORPORATIVA
  59. 59. 62 Alta Competência Os duroplásticos são resinas sintéticas que encontramos no mercado em forma líquida ou granulada. Para os líquidos, há necessidade de se usar um aditivo químico a fim de atingir o processo de endurecimento. Os granulados são moldados sob pressão e calor em uma temperatura de 170 ºC a 220 °C, atravessando uma fase líquida antes de endurecer definitivamente. Os duroplásticos não são soldáveis com maçarico e ar quente e as sobras não são reaproveitáveis. As principais resinas sintéticas são resina fenólica, resina uréica e resina melamina. A partir da resina fenólica conseguem-se dois tipos de materiais plásticos distintos: material plástico para moldar e material plástico aglomerado. Os tipos e características dos duroplásticos são descritos a seguir, acompanhados de sua aplicabilidade na indústria. Tipos/Características Aplicação Resina Epóxi (EP) Massa específica 1,2kg/dm3 . Resina epóxi é um produto de um derivado do acetileno e fenol. Existem variedades desta resina: líquidas, sólidas, transparentes, incolores e pastosas. O epóxi é inodoro e sódico. Em estado líquido é venenoso, os vapores irritam a pele; endurecido torna-se atóxico. O epóxi resiste aos ácidos e à lixívia. Existe resina epóxi que (misturada com endurecedor) endurece a uma temperatura de 80°C e outras que endurecem em ambiente normal. A resistência dessa resina à tração é de 5,5 a 8,0 kg/mm2 e a resistência à temperatura máxima (fusão) está entre 120º C e 150° C para as que endurecem sob temperatura, e de 60° C para as demais. Utilizada para fazer o isolamento de interruptores, condensadores, conectores e aparelhos elétricos em geral; adesivos para metais, verniz ao fogo. A partir da mistura com materiais como quartzo, talco e grafite obtemos uma resina colante. Com esses produtos são feitos moldes e ferramentas para repuxar peças de chapas. Misturando-se a resina com epóxi e fibra de vidro obtém-se um produto com boa tenacidade. CORPORATIVA
  60. 60. 63 Capítulo 1. Ciência dos materiais Tipos/Características Aplicação Resina do poliéster - Poliéster Insaturado (UP) Massa específica 1,3 Kg/ dm3 . Resina de poliéster é um derivado do acetileno e do alcatrão da hulha. É incolor e transparente, mas pode-se obter qualquer cor a partir do uso de corantes. Essa resina endurece sob pressão quando se usa o líquido apropriado (endurecedor). A resistência ao calor é de 110 °C e, com adições, chega a 200 °C. A resina poliéster resiste menos à corrosão do que a resina epóxi, mas, em geral, as duas são bem semelhantes. Utilizadas para fabricação de tubos para transporte de água, esgotos etc. Com ou sem pressão. Podem ser fabricados pelos processos de rotomoldagem, filament winding, centrifugação ou laminação manual. As tubulações produzidas com resina poliéster permitem também suas utilizações em irrigação, drenagens viárias, efluentes, e processos químicos e industriais nos quais há necessidade de alta resistência química. c) Elásticos Substância elástica feita do látex coagulado de várias plantas, principalmente a seringueira, a goma-elástica, o caucho etc. Ou por processos químicos-industriais. Beneficiados para a indústria, a borracha é usada para gaxetas e retentores em vários ambientes e para componentes mecânicos em maquinário de todos os tipos. É também aceitável para peças que devam ter razoável resistência a contaminantes comuns. Na aplicação específica, o que muda é o ambiente, ou seja, a reação química e a temperatura. Estruturas dos elásticos CORPORATIVA
  61. 61. 64 Alta Competência Os elastômeros mais usados e suas características são: Tipos/Características Aplicação Natural (NR) Produto extraído de plantas tropicais, possui excelente elasticidade, flexibilidade e baixa resistência química. Limites de temperatura: -50ºC a 90ºC. Devido ao ataque pelo ozônio, tal produto sofre um processo de envelhecimento e não é recomendado para uso em locais expostos ao sol ou em presença de oxigênio. Sintética (SBR) É o mais comum dos elastômeros. Foi desenvolvido como alternativa à borracha natural apresentando características similares com melhor resistência à temperatura. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC. Recomendado para trabalho em água, os ácidos fracos e álcalis. Nitrílica (NBR) Também conhecida como Buna-N. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC. Possui boa resistência a óleos, gasolina, solventes e hidrocarbonetos. Cloroprene (CR) Conhecida pela sua marca comercial Neoprene. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC. Possui excelente resistência aos óleos, gasolina, ozônio, luz solar, envelhecimento e baixa permeabilidade aos gases. Fluorelastômero (Viton) Limites de temperatura: -40 ºC a 230ºC. Excelente resistência aos ácidos fortes, óleos, gasolina, solventes clorados e hidrocarbonetos. CORPORATIVA
  62. 62. 65 Capítulo 1. Ciência dos materiais 1.5.3. A obtenção dos plásticos Os produtos básicos dos materiais plásticos são as resinas sintéticas, obtidas através de reações químicas. Vejamos uma breve descrição dos processos que dão origem a esses produtos. Polimerização• São reações químicas que ocorrem entre moléculas iguais (monômeros) quimicamente não saturadas, que se unem a partir do rompimento das duas ligações em longas cadeias, formando macroléculas (polímeros). Essas reações não alteram a composição química molecular, portanto, são reversíveis. Observe a ilustração a seguir. + H O Monômeros Rompimento das ligações Formação de macromoléculas Molécula A Molécula B CORPORATIVA
  63. 63. 66 Alta Competência Policondensação• Policondensação pode ser definida como reações químicas que ocorrem entre moléculas iguais ou diferentes, contendo grupos funcionais característicos que, ao reagirem entre si, originam moléculas mais complexas, com eliminação de água, álcool ou outro composto simples. Essas reações alteram a composição química molecular, portanto, são irreversíveis. Trata-se, portanto, de uma reação que ocorre entre moléculas de iguais ou diferentes características funcionais, sem a eliminação de nenhum outro elemento. Um átomo da primeira molécula une-se à segunda molécula. + + + + Moléculas singulares Reação química com eliminação de água Exemplo químico de poliadição R C O C C RNH H H H H HH R RC C C HHHH HHOH Grupo Epóxi Amino N Poliadição CORPORATIVA
  64. 64. 67 Capítulo 1. Ciência dos materiais 1.6. Ensaios de materiais Os ensaios são procedimentos realizados para que seja verificado se os produtos estão, de fato, adequados às suas finalidades de uso. No passado, como a produção era basicamente artesanal, a avaliação da qualidade das mercadorias se dava informalmente, a partir do uso. No momento em que o mercado ganhou maior organização e aumentou as exigências de qualidade e padronização, sobretudo com o avanço do processo de globalização, tornou-se necessário, pois, que os procedimentos de avaliação também fossem estruturados e sistemáticos. Atualmente, esse processo começa normalmente com a matéria-prima envolvida até que se chegue ao produto final. Os ensaios podem ser realizados em oficinas ou laboratórios especializados, em que são simuladas as condições reais de uso da matéria-prima, dos produtos em processo ou já finalizados, fazendo com que se testem os limites extremos de resistência. Todos os procedimentos e resultados são referenciados por normas técnicas, através de cálculos, gráficos, tabelas. Os ensaios podem ser de dois tipos: Destrutivos;• Não-destrutivos.• a) Ensaios destrutivos As características dos materiais são obtidas através dos ensaios e são fundamentais para o dimensionamento dos elementos estruturais. Pode-se definir ensaio como a observação do comportamento de um material quando submetido à ação de agentes externos. CORPORATIVA
  65. 65. 68 Alta Competência Os ensaios são executados sob condições padronizadas, em geral definidaspornormas,deformaqueseusresultadossejamsignificativos para cada material e possam ser facilmente comparados, impacto, dureza e dobramentos. São bastante usados para aços, inclusive para alguns não metálicos. Ensaio de tração• Esse tipo de ensaio consiste em submeter um corpo de prova a um esforço e tração na direção axial até sua ruptura. A ruptura ocorre depois de um alongamento do corpo de prova. O ponto de ruptura, em função da resistência e da deformação do corpo de prova, é uma característica diferenciada de cada material. Esforço e alongamento são testados através de instrumentos e registrados no diagrama tensão-deformação. Coloca-se na ordenada a tensão σ (N/mm2 ) e na abscissa a deformação ξ. Observe atentamente as ilustrações que se seguem e os dados nelas disponíveis:  r e p 8n 8y 8s 8t 8u 8 regime estático linear regime plástico encruamento Resistência à ruptura Resistência ao escoamento Resistência associada ao limite de proporcionalidade Patamar de escoamento Ruptura Diagrama tensão-deformação CORPORATIVA
  66. 66. 69 Capítulo 1. Ciência dos materiais Corpo de prova Força Força do Lo = 5. do ou 10. do Posicionamento do corpo de prova no tracionador Do - diâmetro original Lo - comprimento original Cálculo : Tensão: Deformação: Força Secção   F S em N/mm2   ∆L LO .100 % Observe nas fórmulas anteriores como é realizado o cálculo do alongamento. ΔL = L - L0 ΔL = alongamento (mm); Lo = comprimento inicial (mm); L = comprimento final do corpo deformado (mm). CORPORATIVA
  67. 67. 70 Alta Competência Para facilitar o estudo, o diagrama será dividido em duas partes: I - o regime elástico; ll - o regime plástico. [N/mm2] I - Regime elástico II - Regime plastico P- Limite de proporcionalidade A- Limite de elasticidade B- Limite de escoamento Po A B [%] 0 I II 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 L 0 Comprimento útilCabeça 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 df L Ruptura Na primeira parte, verifica-se que o diagrama é linear até o ponto P. O material obedece à Lei de Hooke, ou seja, as tensões são proporcionais às deformações. O regime elástico termina no ponto A e recebe este nome porque o material voltará ao seu tamanho natural como um elástico, quando estiver sem a ação da carga. CORPORATIVA
  68. 68. 71 Capítulo 1. Ciência dos materiais Terminada a fase elástica, tem início o regime plástico (ll), onde começa a ocorrer o fenômeno chamado escoamento. O escoamento é caracterizado por uma deformação permanente (plástica), sem que haja um aumento de carga, e também com aumento da velocidade de deformação. À maior tensão atingida no escoamento dá-se o nome de tensão limite de escoamento (ponto B). Ainda na região plástica, a máxima tensão atingida corresponde ao limite de resistência (ponto C). Devemos ficar atentos para não confundir limite de resistência com tensão de ruptura (ponto F). A partir do ponto C ocorre um alongamento com a redução da tensão causada pela deformação do corpo de prova (redução de diâmetro). Existem materiais, como o aço endurecido, Cu, Al, por exemplo, que não apresentam o fenômeno com nitidez (escoamento). Mas o limite de escoamento (ponto B) é necessário para cálculos de resistência. Para solucionar esse problema foi convencionado um valor internacional que define o limite de escoamento, isto é, número de deformação permanente. CORPORATIVA
  69. 69. 72 Alta Competência   [N/mm2] [%]I - Regime elástico II - Regime plástico P - Limite de proporcionalidade A - Limite de elasticidade B - Limite de escoamento C - Limite de resistência F - Limite de ruptura I II A B P C F Exemplo - 0,2% para aço endurecido. [%] [N/mm2]  n B 0,2% CORPORATIVA
  70. 70. 73 Capítulo 1. Ciência dos materiais Traça-se uma paralela ao trecho linear e, quando esta interceptar a curva, determinará o limite de escoamento (σn). A figura representa características de diversos materiais. Diagrama tensão x deformação para diversos materiais   (N/mm 2 ) (%) Aço ferramenta Latão Aço doce Cobre Fofo Alumínio Diagrama tensão x deformação para diversos materiais Ensaios de impacto• Um fator muito importante que contribui para o aparecimento de fraturas do tipo frágil em peças é a alta velocidade de aplicação da carga, isto é, carga aplicada por impacto. Faz-se necessário padronizar um tipo de ensaio para determinar a resistência ao impacto (ou choque), ou melhor, a energia absorvida pelo corpo de prova por ação de impacto, expressa em Nm. Como a energia de impacto medida depende das condições do ensaio, ou seja, forma e dimensão do corpo de prova, maneira de aplicação da carga, há necessidade de padronização dos tipos de ensaios para permitir, posteriormente, a comparação entre os valores obtidos para o mesmo ou diferentes materiais. CORPORATIVA
  71. 71. 74 Alta Competência Existem, portanto, diversos métodos de ensaios, mas os principais são: Método de impacto com tração;• Método Charpy;• Método Izod.• Nós vamos falar apenas do método Charpy, porque os demais são bem semelhantes. Método Charpy• Consiste em se percutir um corpo de prova, de dimensões padronizadas, convenientemente apoiado, com um martelo de dimensão também padronizado, e medir a energia desprendida na ruptura. A B h 30º Braço do martelo Martelo Corpo de prova Cunho de martelo Corte A -B h2 Corpo de prova Os resultados dos ensaios indicam se o material tem um comportamento dúctil, isto é, se absorve muita energia de deformação, ou então, se o comportamento é frágil, isto é, se absorve pouca energia de deformação. A energia necessária para fraturar o corpo de prova é dada por: E = G (h 1 - h2 ) Nm. CORPORATIVA
  72. 72. 75 Capítulo 1. Ciência dos materiais Onde: E = energia em Nm; G = peso do martelo em N; h1 = posição inicial do pêndulo; h2 = posição final do pêndulo. As principais aplicações desse tipo de ensaio são: Depois de processos de tratamento térmico;• Para comprovar o envelhecimento do material.• 40 55 2 0,1+- 100,1+- 10 0,1+- 70,1+- Ensaio de dobramento• O ensaio de dobramento nos fornece informações quanto à qualidade do material. Consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e de secção constante, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada de acordo com o tamanho do corpo de prova, por meio de um cutelo que aplica um esforço de flexão no centro do corpo de prova até que seja atingido um ângulo de dobramento especificado. CORPORATIVA
  73. 73. 76 Alta Competência O ensaio realizado na máquina universal de ensaios, mediante a adaptação do cutelo na parte superior e dos pontos de apoio na inferior. A carga atingida no ensaio não é levada em consideração, pois exprime valores inexatos devido ao forte atrito que ocorre entre o corpo de prova e os pontos de apoio, mesmo porque o objetivo que rege a realização do ensaio é dirigido para a obtenção de dados relativos à ductilidade do material.  ângulo de dobramento Cutelo Zona tracionada C.P. L Dobramento guiado b) Ensaios não destrutivos Os ensaios não destrutivos são assim chamados por terem como finalidade a realização dos testes necessários preservando-se o funcionamento e a integridade das peças em questão. Há ensaios não destrutivos difrenciados, especialmente planejados para detectar defeitos na superfície das peças ou no seu interior. CORPORATIVA
  74. 74. 77 Capítulo 1. Ciência dos materiais Todas as peças contêm anomalias, sejam elas superficiais ou não. Essas imperfeições resultam dos processos de solidificação na produção das ligas. Entretanto, nem todas as imperfeições são consideradas defeitos graves que afetam de forma profunda o funcionamento das peças. É preciso, portanto, diferenciar, a partir de critérios técnicos, os diversos graus de sensibilidade de detecção dos processos não destrutivos. Isso faz com que se revele mais precisamente a extensão ou gravidade de uma anomalia. A formação e a experiência dos profissionais envolvidos nesses processos também são fundamentais para que um parecer técnico adequado seja emitido e as decisões necessárias sobre as correções e descartes sejam ainda mais criteriosas. Vejamos alguns dos métodos não destrutivos aplicados às peças e equipamentos utilizados pela Companhia. Ensaios de dureza• Por definição, a dureza de um metal é a resistência que ele oferece à penetração de um corpo duro. Efetuamos o ensaio de dureza com os seguintes objetivos: Conhecer a resistência do material quanto ao desgaste e à• penetração; Comparar sua resistência e avaliar o tratamento realizado;• Verificar as possibilidades de usinagem do material.• CORPORATIVA
  75. 75. 78 Alta Competência Em função das diferenças existentes entre os materiais, características e métodos dos ensaios, temos vários tipos de escalas de dureza, a saber: Brinell;• Rockwell;• Vickers;• Shore;• Mohs.• A escala de dureza Mohs, por exemplo, foi baseada na capacidade que possui um material de riscar outro. Observe o exemplo a seguir a partir da ilustração. O talco classe Mohs1;• O diamante classe Mohs 10.• CORPORATIVA
  76. 76. 79 Capítulo 1. Ciência dos materiais 10000 2000 1400 400 1000 1000 100 400 100 10 9 8 7 6 5 4 1 68 60 50 40 20 Brinell Rockwell”C” Aços temperados Aços Metais leves Ligas de chumbo  Diamante Metal duro safira Diamante Corindo Topázio Quartzo Feldspato Apatita Fluorita Talco Vickers Mohs Escalas de dureza Métodos de ensaio Brinell Este método é baseado na relação existente entre a carga F aplicada a uma esfera sobre a peça a ser controlada e a área da impressão produzida pela esfera na peça. A carga F aplicada à esfera forma na peça uma impressão semelhante a uma calota esférica de diâmetro d. A dureza Brinell é dada pela fórmula: F = força aplicada A = área da calota esférica (impressão) HB = dureza Brinell HB = = F A 2F  . D . (D- D2 - d2 )v opcional CORPORATIVA
  77. 77. 80 Alta Competência O diâmetro da esfera, a carga do ensaio e a duração são padronizados. Os diâmetros D padronizados em função da espessura da peça testada são 1 mm, 2,5 mm, 5 mm e 10 mm. O diâmetro da impressão deve estar na relação: 0,30 < 0 > 0,60. Para cada carga de ensaio foram padronizados cinco níveis de carga, a saber: 30; 10; 5; 2,5 e 1,25. Estes níveis devem ser empregados preferencialmente de acordo com cada grupo de material. A carga de ensaio é determinada pelo diâmetro da esfera, pelo nível de carga e pela duração do ensaio, que normalmente dura entre 10 e 15 segundos. c d F Na prática, utiliza-se a tabela a seguir para se determinar a carga em função do material, da sua espessura e do diâmetro da esfera. CORPORATIVA
  78. 78. 81 Capítulo 1. Ciência dos materiais Nível de carga Material de carga Faixa de ensaio HB Carga F em N Ø esfera 1mm espessura do material 0,6 ..1,5mm Ø 2,5 1,5 ...3mm Ø 5mm 3-6mm Ø10mm acima 5mm 30 Aço, ferro fundido 67...450 294 1840 7355 29420 19 Ligas de Al, bronze, latão duro, cobre 22...345 98 613 2450 9800 5 Al puro, zinco 11...158 49 306,5 1225 4900 2,5 Metais para mancais 6...78 26,5 153,2 613 2450 1,25 Pb, Sn,metais moles 3...39 12,25 76,6 306,5 1225 O ensaio Brinell é usado especialmente para metais não-ferrosos, ferros fundidos, aços, produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas. É amplamente empregado pela facilidade de aplicação, pois pode ser efetuado em qualquer máquina à compressão ou mesmo com aparelhos portáteis de baixo custo. A dureza Brinell possui uma indicação completa que fornece, inclusive, as condições do ensaio, como apresenta o exemplo: Quando o ensaio é realizado segundo norma, ou seja, com diâmetro 10 mm, carga 30000 N e duração de 10 a 15 segundos, apresentamos a dureza apenas na forma de 350 HB. CORPORATIVA

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