O documento fornece informações sobre metais, definindo-os como elementos químicos que formam aglomerados de átomos com caráter metálico. Em seguida, descreve as principais características físicas dos metais e os tipos de metais ferrosos e não ferrosos.

1. Materiais 1
Tiago Cruz
tiagoitajai@gmail.com

2. Metais

3. Elemento, substância ou liga
Elemento químico que forma
aglomerados de átomos com
caráter metálico.
Definição

4. Os metais são materiais sólidos* que, na temperatura
ambiente, possuem alta densidade, refletem a luz
quando polidos e apresentam uma grande
resistência mecânica
São encontrados, em sua maioria, na natureza sob a forma
de óxidos, exceto os chamados metais raros,
encontrados puros, como o ouro e a prata. Os óxidos
dos metais são conhecidos por minérios, como por
exemplo, os minérios de ferro, de alumínio (bauxita) e
de magnésio (magnesita), entre outros.
Definição

5. Metal líquido:
Mercúrio
*Exceção

6. Elementos Químicos

7. 1. Condutibilidade térmica e elétrica alta
2. Maleabilidade (ser transformado em lâminas)
3. Elasticidade (voltar ao normal após ser esticado)
4. Plasticidade (sofrer uma mudança em sua forma mesmo depois que cessa o
esforço que a causou)
5. Ductilidade (deformar antes de romper)
6. Alta resistência mecânica
7. Alto ponto de fusão e de ebulição
8. Grande diversidade de propriedades físicas e químicas, conforme a
pressão, temperatura e outras variáveis
9. Brilho
10. Alta reciclabilidade
11. Resiliência (absorver energia de ordem elástica, armazenando-a e devolvendo-a)
Carac. Físicas

8. Diferentes tipos de mecanismos e estruturas de
cristalização, o que também lhe altera as
características.
Estrutura Cristalina

9. FCC alumínio, níquel, prata, cobre e ouro
Dúcteis à temperatura ambiente, permanecem dúcteis a baixas
temperaturas
BCC ferro, crómio, vanádio e nióbio
tornam-se muito quebradiços a baixas temperaturas
HCP zinco, magnésio, titânio e cádmio
Apresentam um comportamento intermédio entre as estruturas
cristalinas dos tipos FCC e BCC, isto é, podem permanecer dúcteis ou
podem tornar-se quebradiças. A baixas temperaturas, enquanto o
titânio se mantém dúctil, o zinco torna-se quebradiço.
Estrutura Cristalina

10. O tamanho, forma e disposição das partículas
metálicas, especificados pela metalografia*, são
fundamentais para o reconhecimento das
propriedades físicas que determinam a
plasticidade, resistência à tração, dureza e outras
propriedades do material.
Esses fatores podem ser alterados por tratamentos
térmicos (ciclos de aquecimento resfriamento
controlados) ou mecânicos (forjamento, trefilação,
laminação, etc.).
Estrutura Cristalina
*Metalografia é o estudo da morfologia e estrutura dos metais.

11. Metais ferrosos
aços e ferros fundidos
Metais não ferrosos
alumínio, cobre, ouro, titânio
Ligas de metais não ferrosos
latão, bronze, alpaca
Outro grupo de metais são os sinterizados, obtidos
através da metalurgia do pó, que são classificados como
cerâmicas avançadas.
Classificação de Metais

12. Metais Ferrosos

13. Metais Ferrosos

14. São todos aqueles que contêm ferro
Podem conter pequenas quantidades de
outros elementos, como carbono ou níquel,
em uma proporção específica, que são
adicionados para alcançar as propriedades
desejadas
São geralmente magnéticos e têm alta
resistência à tração
Metais Ferrosos

15. Resistência à tração

16. Magnetismo

17. Carbono

18. É o produto imediato da redução do
minério de ferro pelo coque ou carvão
e calcário num alto forno
Normalmente contém até 5% de
carbono, o que faz com que seja um
material quebradiço e sem grande uso
direto
Ferro Gusa

19. Mina de Minério de Ferro

20. Minério de Ferro Ferro Gusa Aço
Fe2O 3 Fe Fe + C
Ferro Gusa

21. Alto forno

22. minério de ferro 3Fe2 O3 + CO  2Fe3O4 +CO2
gás de alto forno carvão
calcário
Fe3O4 + CO  3FeO +CO2
FeO + CO  Fe +CO2
ferro gusa
ar escória
Fe (gusa)
Alto forno

23. Ferros fundidos
Branco: carbono inteiramente combinado com o ferro
Cinzento: carbono quase na totalidade em estado livre
Nodular: carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém em
forma esferoidal
Aços
Aço carbono: constituído basicamente por ferro e carbono
Aço-liga: apresentam elementos de ligação adicionados propositadamente para
melhorar as propriedades do aço carbono comum
Metais Ferrosos

24. Ferros fundidos
carbono entre 2,11 e 6,67%
Aços
carbono entre 0,008 e 2,11%
Ferro Fundido x Aço

25. O ferro fundido é uma liga de ferro em
mistura facilmente fundida com elementos
à base de carbono e silício.
Forma uma liga metálica de ferro, carbono
(entre 2,11 e 6,67%), silício (entre 1 e
3%), podendo conter outros elementos
químicos.
Ferro Fundido

26. Carbono inteiramente combinado com o ferro
Quando quebrado, a parte fraturada é brilhante e branca;
Tem baixo teor de carbono (2,5 a 3%) e de silício (menos de 1%)
Muito duro, quebradiço e difícil de ser usinado
Funde-se a 11600oC, mas não é bom para a moldagem, pois
permanece pouco tempo no estado líquido
Só pode ser trabalhado com ferramentas especiais
É usado apenas quando se deseja dureza e resistência ao
desgaste muito elevadas como cilindros de laminação, matrizes de
estampagem, etc.
Ferro Fundido Branco

27. Ferro Fundido Branco

28. Carbono quase na totalidade em estado livre
Quando quebrado, a parte fraturada é escura, devido à grafita
Elevadas porcentagens de carbono (3,5 a 5%) e de silício
(2,5%)
Muito resistente a compressão; não resiste bem a tração
É menos duro e menos frágil do que o branco e pode ser
trabalhado com ferramentas comuns de oficina.
Apresenta uma boa resistência a corrosão e capacidade superior
ao do aço de absorver vibrações
É o mais utilizado em produtos de uso cotidiano
Ferro Fundido Cinzento

29. Ferro Fundido Cinzento

30. Ferro Fundido Cinzento

31. Carbono permanece livre, porém em forma esferoidal
Ductilidade superior, conferindo ao material características que o
aproximam do aço
Boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional
Custo é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido
cinzento
É utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem
de maior resistência a impacto
Maior resistência à tração e à compressão e resistência ao
escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos
comuns não possuem à temperatura ambiente.
Ferro Fundido Nodular

32. Ferro Fundido Nodular

33. Ferro Fundido Nodular

34. Liga de Ferro e Carbono
O aço é o mais importante material metálico empregado
industrialmente.
Com maior quantidade de carbono são mais duros e podem
ser temperados. Já os aços que possuem pequena
quantidade de carbono não adquirem têmpera e são
chamados de aços doces.
Têm suas propriedades enriquecidas pela adição de elementos de
liga (como manganês, níquel, cromo e molibdênio) dando
origem aos chamados aços ligas e melhoram as características
do aço, deixando-o adequado a usos específicos.
Aço

35. Baixo: < 0,25% (aço estrutural)
Médio: < 0,5% (trilhos de trem)
Alto Carbono: < 1,6% (piano)
Ferro Fundido: < 2,11% propriedades piores que o
ferro
Tipos de Aço

36. Trilhos, armação de
concreto, partes
de carros, placas
metálicas, latas...
Aço Carbono (baixo)

37. Engrenagens,
manivelas, eixos,
rolamentos...
Aço Carbono (médio)

38. Peças de engenharia
de alta
performance,
facas, patins de
gelo...
Aço Carbono (alto)

39. Modo prático de identificar os aços:
Na parte A, um aço macio (doce) está sendo esmerilhado. Esse
aço desprende fagulhas em forma de riscos. Na parte B, está-
se esmerilhando um aço duro, que desprende fagulhas em
forma de estrelas.
aço doce aço duro
Identificação de Aços

40. Classificação dos Aços

41. Normas SAE (Society of Automotive Engineers) , AISI (American Iron and Steel
Institute-EUA) e ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
Exemplo:
SAE 1045: os dois primeiros algarismos representam o tipo de composição
química do aço, os dois algarismos seguintes representam a porcentagem de
carbono multiplicada por 100). Ou seja, o aço do exemplo possui 0,45% de Carbono
(C).
Tabela para os dois primeiros algarismos:
10: aço comum
11: aço de usinagem fácil
13: aço ao manganês
20, 21, 23 e 25: aço ao níquel
30, 31, 32, 33 e 34: aço ao níquel-cromo (inoxidáveis)
40, 41, 43, 46 e 48: aço ao molibdênio
Classificação dos Aços

42. Carbono: depois do ferro, é o elemento mais importante. A
quantidade de carbono determina o tipo de aço. Influencia a
resistência do aço.
Manganês: no aço doce, em pequena quantidade, torna-o dúctil
e maleável. Nos aços ricos em carbono, endurece o aço e aumenta
sua resistência.
Silício: faz com que o aço se torne mais duro e tenaz. É elemento
purificador que evita a porosidade e ajuda na remoção de gases e
óxidos.
Fósforo: em teor elevado, torna o aço frágil e quebradiço.
Enxofre: torna o aço granuloso e áspero, enfraquece a resistência
do aço.
Elementos de Liga

43. Contêm quantidades específicas de elementos diferentes
daqueles normalmente utilizados nos aços comuns
A introdução de outros elementos se dá quando é desejado alcançar
efeitos específicos dos aços como aumentar a dureza e a
resistência mecânica; conferir resistência uniforme através
de toda a secção em peças de grandes dimensões; diminuir
o peso; conferir resistência à corrosão; aumentar a resistência
ao calor; aumentar a resistência ao desgaste; aumentar a
capacidade de corte e melhorar as propriedades elétricas e
magnéticas
Aços-Liga

44. A soma de todos esses elementos, inclusive carbono, silício,
manganês, fósforo e enxofre não pode ultrapassar 6%. No caso
de elementos como silício, manganês e alumínio, sempre
presentes nos aços carbono, os aços são considerados ligados
quando seus teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e 0,1%,
respectivamente.
Costumam ser designados de acordo com o elemento predominante,
por exemplo: aço-níquel, aço-cromo, aço-cromo-vanádio
Podem ser encontrados em praticamente todos os segmentos
industriais, desde a construção civil e naval, passando pela
indústria petrolífera, automobilística e aeronáutica.
Aços-Liga

45. Esferas de
rolamentos, molas,
virabrequins, bielas...
Aços-Liga

46. Níquel: aumenta a resistência e a tenacidade, além de dar boa
ductilidade e boa resistência a corrosão. Teores entre 12 e 21%
produzem os aços inoxidáveis.
Manganês: quando adicionado em quantidade conveniente,
aumenta a resistência ao desgaste e aos choques, sem perder a
ductilidade.
Tungstênio: aumenta a resistência ao calor, a dureza e a
resistência a ruptura.
Elementos de Liga

47. Molibdênio: produz aços com grande resistência a esforços
repetitivos.
Vanádio: melhora a resistência à tração, sem perder a
ductilidade, e eleva os limites de elasticidade e de fadiga.
Cobalto: melhora as propriedades magnéticas do aço.
Alumínio: desoxida o aço, forma uma camada superficial
dura,que protege o aço
Cromo: fornece ao aço alta resistência, dureza, elevado limite de
elasticidade e boa resistência à corrosão. Entre 11 e 17% produz o
aço cromo inoxidável.
Elementos de Liga

48. Liga de Ferro e Cromo, Níquel e mais 4 ou 5
elementos
Possui no mínimo 11% de Cromo
Não enferruja: resiste à corrosão
Custos muito altos
Superfície pode sofrer tratamento
Aço Inoxidável

49. Equipamento de
cozinha, de
lavanderia,
instrumentos
cirúrgicos...
Aço Inoxidável

50. Tipos principais de aços inoxidáveis:
Austeníticos: são aços não temperáveis. Os principais aços desse grupo
são o AISI 301 (0,15% C, 16-18% Cr, 6-8% Ni) e AISI 304 (0,8% C, 18-20% Cr, 8-10,5% Ni)
Ferríticos: são aços não temperáveis. Os principais tipos são o AISI 409
(0,03% C, 10,5-11,7% Cr, 0,5% Ni) e AISI 430 (0,12% C, 16-18% Cr, 0,75% Ni). O AISI 430
é o mais utilizado do grupo, sendo aplicado em utensílios
domésticos (baixelas, pias e talheres) e eletrodomésticos
Martensíticos: são aços de resfriamento rápido e adquirem
têmpera em torno de 930 a 1070oC. O principal representante do grupo é o
aço AISI 420 (0,15% C, 12-14% Cr, 0,75% Ni)
Aços Inoxidáveis

51. Pintura: mecanizada com tratamento térmico (apropriada para
ambiente interno) e pintura de poliuretano resinado (para ambiente
externo). Atualmente também emprega-se a tinta de resina
fluoretizada, que resiste ao tempo acima de 20 anos.
Impressão em Silk-screen: permite a pintura em várias
cores sem ter que escolher o material de base.
Tratamentos
superficiais

52. Etching: gravação de chapas metálicas com produtos químicos.
Pode-se usar ou não tintas sobre a gravação.
Blast (jateamento): jateamento de alta pressão, utiliza
partículas de alumina processada à quente. Obtém texturas com
desenhos irregulares.
Cromalim: semelhante ao off-set, emprega cores distintas para
impressão (azul, vermelho, amarelo e preto), obtendo figuras
coloridas. Usa na composição resinas de policarbonato e resinas
acrílicas.
Tratamentos
superficiais

53. Tratamentos térmicos

54. É um ciclo de aquecimento e resfriamento
realizado nos metais com o objetivo de alterar as
suas propriedades físicas e mecânicas, sem
mudar a forma do produto. O tratamento térmico
às vezes acontece inadvertidamente, como
“efeito colateral” de um processo de fabricação que
cause aquecimento ou resfriamento no metal,
como nos casos de soldagem e de forjamento
Tratamentos térmicos

55. O tratamento térmico é normalmente associado
com o aumento da resistência do material, mas
também pode ser usado para melhorar a
usinabilidade, a conformabilidade e restaurar
a ductilidade depois de uma operação a frio
É uma operação que pode auxiliar outros
processos de manufatura e/ou melhorar o
desempenho de produtos, alterando outras
características desejáveis
Tratamentos térmicos

56. Os aços são especialmente adequados para o
tratamento térmico, uma vez que:
1. respondem satisfatoriamente aos
tratamentos, em termos das características
desejadas
2. seu uso comercial supera o de todos os demais
materiais
Tratamentos térmicos

57. Os aços são tratados para uma das finalidades:
Amolecimento (softening)
Endurecimento (hardening)
Tratamentos térmicos

58. É feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais,
melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução do
tamanho do grão ou alteração das propriedades
eletromagnéticas do aço.
Restaurar a ductilidade ou remover as tensões residuais é uma
operação necessária quando uma grande quantidade de trabalho
a frio tenha sido executada (como laminação a frio ou
trefilação).
As principais formas de amolecimento do aço são: recozimento de
recristalização, recozimento pleno, recozimento de
esferoidização e normalização.
Amolecimento (softening)

59. É feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência ao
desgaste e a resistência à fadiga
É fortemente dependente do teor de carbono do aço
A presença de elementos de liga possibilita o endurecimento de
peças de grandes dimensões, o que não seria possível quando do
uso de aços comuns ao carbono.
Os tratamentos de endurecimento do aço são têmpera,
austêmpera e martêmpera.
Para aumentar a resistência ao desgaste é suficiente a
realização de um endurecimento superficial, que também leva
ao aumento da resistência a fadiga
Endurecimento (hardening)

60. Vídeo