1645 as053 nocoes_de_valvulas_tubulacoes_industriais_e_acessorios (1)

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
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

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

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

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
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:
( 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

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
Norma Petrobras N-2222. Projeto de
marítimas. Comissão de Normas Técn
Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instala
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

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
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
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
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:
( 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
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110
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NÍVEL DE RUÍDO DB (A)
85
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104
105
106
108
110
112
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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
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2 horas
1 hora e 45 minutos
1 hora e 15 minutos
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20 minutos
15 minutos
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8 minutos
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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!
Importante!
atenÇÃo
quais são eles.
reSUmInDo...
7 horas
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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
VoCÊ SaBIa?
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Importante!
atenÇÃo
quais são eles.
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MÁXIMA EXPOSIÇÃO
DIÁRIA PERMISSÍVEL
8 horas
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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

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
2.9. Glossário 169
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
3.14. Glossário 198
3.16. Gabarito 200

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

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

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

18
Alta Competência
CORPORATIVA

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

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

21
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

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

23
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%)
94xx - Manganês (1,00%), níquel (0,45%), cromo (0,40%), molibdênio (0,12%)
CORPORATIVA

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

25
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

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

27
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

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

29
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

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

31
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
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

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
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

33
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
400



} Perlita
Ferrita
Cementita
 + Cementita
Cementita
  

 

g
h
i
z`
 + Cementita
G
S
C1
E
P
CORPORATIVA

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

35
A seguir é ilustrado um diagrama ferro-carbono:
TemperaturaemºC
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

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

37
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

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

39
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

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

41
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

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

43
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

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

45
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

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

47
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

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

49
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

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

51
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

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

53
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

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

55
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

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

57
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

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

59
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
Resiste a temperaturas entre - 250 ºC e
100 °C.
Fabricação de válvulas, cilindros,
engrenagens, guarnições, cabos de
ferramentas, recipientes, baldes e tubos.
CORPORATIVA

60
Alta Competência
Polimetil metacrilato ou acrílico
(PMMA)
, 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)
,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

61
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

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.
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

63
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

64
Alta Competência
Os elastômeros mais usados e suas características são:
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

65
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

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

67
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

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

69
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

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

71
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

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

73
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

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

75
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

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

77
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

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

79
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

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

81
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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