Tec mat 1

FUNDAÇÃO DE APOIO À ESCOLA TÉCNICA
Centro de Ensino Técnico e Profissionalizante
Quintino
ESCOLA TÉCNICA ESTADUAL REPÚBLICA
DEPARTAMENTO DE MECÂNICA

Tecnologia dos Materiais I

Prof.: Antonio José R S Cruz e Hélio França Jr.

Sum´rio
a

1 INTRODUCAO¸˜ 1
´
1.1 PERSPECTIVA HISTORICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
ˆ
1.2 IMPORTANCIA DO ESTUDO DOS MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
ˆ
1.3 CIENCIA DOS MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
¸˜
1.4 CLASSIFICACAO DOS MATERIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 5
ˆ
2.1 PROPRIEDADES MECANICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
´
2.2 PROPRIEDADES TECNOLOGICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
´
2.3 PROPRIEDADES TERMICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
´
2.4 PROPRIEDADES ELETRICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 PROPRIEDADES ELETROMAGNETICAS ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.6 PROPRIEDADES F´ISICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.7 PROPRIEDADES QU´ IMICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
´
2.8 PROPRIEDADES OPTICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 ESTRUTURA DOS MATERIAIS 11
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 SISTEMAS CRISTALINOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 ESTRUTURA CRISTALINA DOS PRINCIPAIS METAIS . . . . . . . . . . . . 12
3.4 ALOTROPIA OU POLIMORFISMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4 MATERIAIS METALICOS ´ 15
4.1 METAIS FERROSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.1 USINAS INTEGRADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
´
4.1.1.1 MATERIA-PRIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.1.1.1 Min´rio de ferro . . . .
e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.1.2 Opera¸˜es sider´rgicas . . . . .
co u . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1.2 USINAS MINI-MILLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
´
4.1.2.1 MATERIA-PRIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
¸˜
4.1.2.2 OPERACOES SIDERURGICAS ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
´
4.1.3 PRODUTOS SIDERURGICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.3.1 ACOS . . . . . . . . . . . . . . .
¸ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.3.2 FERROS FUNDIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
˜
4.2 METAIS NAO-FERROSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.1 ALUM´ INIO E SUA LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2 COBRE E SUA LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.3 N´IQUEL E SUAS LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
´
4.2.4 MAGNESIO E SUAS LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2.5 CHUMBO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

i

4.2.6 ˆ
TITANIO E SUAS LIGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.7 ZINCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.8 ESTANHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

´
5 MATERIAIS POLIMERICOS 50
´
5.1 PLASTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
ˆ
5.2 ELASTOMEROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

ˆ
6 MATERIAIS CERAMICOS 57

´
7 MATERIAIS COMPOSITOS 58

ii

Cap´
ıtulo 1

¸˜
INTRODUCAO

1.1 ´
PERSPECTIVA HISTORICA
Os materiais estõ tõ profundamente enraizados em nossa cultura que a maioria de n´s nem
a a o
percebe sua presen¸a. Nos transportes, nas casas, nas roupas, nos meios de comunica¸õ, na
c ca
recrea¸õ, e at´ na produ¸õ de alimentos - inevitavelmente todos segmentos de nossas vidas sõ
ca e ca a
influenciados de uma maneira ou de outra pelos materiais. Historicamente, o desenvolvimento e
o avan¸o das sociedades tem sido intimamente ligado ` habilidade dos membros para produzir
c a
e manipular os materiais para satisfazer suas necessidades. De fato, as primeiras civiliza¸˜esco
foram designadas pelo n´ do desenvolvimento de seus materiais (isto ´, Idade da Pedra, Idade
ıvel e
do Bronze, etc.).
No in´ ıcio da civiliza¸õ, os homens tinham acesso a um n´mero muito limitado de materiais,
ca u
todos retirados diretamente da natureza. Descobriram tćnicas para produ¸õ de materiais
e ca
com propriedades superiores aos naturais, alterando-as atrav´s de tratamentos t´rmicos ou pela
e e
adi¸õ de outras substˆncias. Nesses novos materiais incluem-se a cerˆmica e v´rios metais.
ca a a a
Neste ponto, os materiais eram escolhidos atrav´s de um processo de sele¸õ, ou seja, eram
e ca
selecionados dentre um n´mero restrito de materiais, os que possu´
u ıam as melhores propriedades
para determinada aplica¸õ. Somente em tempos recentes os cientistas vieram a entender as
ca
rela¸˜es entre as estruturas dos materiais e suas propriedades. Esse conhecimento, adquirido nos
co
ultimos 60 anos, nos permitiu dar um grande passo no entendimento das suas caracter´
´ ısticas.
Assim, dezenas de milhares de materiais diferentes evolu´ ıram com caracter´
ısticas bastante es-
pec´ıficas que satisfazem `s necessidades de nossa sociedade moderna e complexa, tais como,
a
metais, pl´sticos, vidros, etc.
a
O desenvolvimento de tecnologias que propiciam maior conforto estõ intimamente associadas ao
a
acesso ` materiais adequados. Um avan¸o na compreensõ de um tipo de material ´ muitas vezes
a c a e
o precursor de um grande desenvolvimento tecnol´gico. Por exemplo, os autom´veis nõ teriam
o o a
sido poss´ ıveis sem a disponibilidade de a¸o barato ou algum outro substituto adequado. Em
c
nossos dias, sofisticados equipamentos eletrˆnicos utilizam componentes fabricados com certos
o
materiais chamados semicondutores, surgidos ap´s a IIa Guerra Mundial.
o

1.2 ˆ
IMPORTANCIA DO ESTUDO DOS MATERIAIS
Todo projetista, seja ele cientista, engenheiro ou mesmo designer , estar´ exposto a problemas de
a
projeto que envolvem materiais. Como exemplo, podemos mencionar uma engrenagem de trans-
missõ, a superestrutura dos arranha-cús, um componente de uma refinaria de petr´leo, ou um
a e o
circuito integrado de um ”chip”. E os cientistas e engenheiros de materiais sõ os profissionais
a
que estõ totalmente envolvidos na investiga¸õ e desenvolvimento dos materiais utilizados em
a ca
todos esses projetos. Muitas vezes, o problema relacionado com materiais ´ selecionar correta-
e

1

Curso Tćnico de Mecˆnica - Tecnologia dos Materiais I
e a 2

mente apenas um dentre os milhares dispon´ ıveis. H´ v´rios crit´rios em que a decisõ final ´
a a e a e
normalmente baseada. Em primeiro lugar, deve-se analisar as condi¸˜es de trabalho para de-
co
terminar a ordem das propriedades que o material deve possuir. Muito raramente o material
possui a combina¸õ das propriedades ideais exigidas. Assim, pode ser necess´rio optar por uma
ca a
caracter´
ıstica ou outra. O exemplo cl´ssico envolve a dureza e a ductilidade; normalmente, um
a
material de alta dureza possui baixa ductilidade. Em certos casos, ´ necess´rio que duas ou
e a
mais propriedades estejam de acordo para seu aproveitamento. Em segundo lugar, est´ a dete-
a
riora¸õ a qual o material sofrer´ durante sua opera¸õ de servi¸o. Por exemplo, um material
ca a ca c
pode sofrer uma significante redu¸õ na sua resistˆncia mecˆnica se for exposto a temperat-
ca e a
uras elevadas ou ambientes corrosivos. Finalmente, a viabilidade econˆmica. Da´ surge a t´
o ı ıpica
pergunta: Quanto custar´ o produto final? Um material que possuir as qualidades ideais para
a
o uso, poder´ tornar-se invi´vel devido ao seu elevado custo. Novamente aqui, ´ inevit´vel a
a a e a
necessidade da combina¸õ de fatores na escolha. O pre¸o final de uma pe¸a acabada inclui
ca c c
qualquer despesa necess´ria para poder dar-lhe a forma desejada. Assim, com o estudo apro-
a
fundado dos materiais, pode-se escolher prudentemente os que mais se adaptam a sua realidade
seguindo estes crit´rios.
e

1.3 ˆ
CIENCIA DOS MATERIAIS
A Ciˆncia dos Materiais envolve a investiga¸õ da rela¸õ existente entre estrutura e propriedades
e ca ca
dos materiais. Assim, com base nessa correla¸õ entre estrutura e propriedades, desenvolve ou
ca
cria a estrutura de um material para produzir um conjunto de pr´-determinadas propriedades.
e
”Estrutura”de um material diz respeito ao arranjo de seus componentes internos. A estrutura
subatˆmica envolve os el´trons dentro dos ´tomos e a intera¸õ com seus nćleos. Em um n´
o e a ca u ıvel
atˆmico, estrutura diz respeito ` organiza¸õ dos ´tomos ou molćulas uns em rela¸õ aos outros.
o a ca a e ca
Seguindo essa ordem, o pr´ximo tipo de estrutura ´ formada por um grande n´mero de ´tomos
o e u a
ou molćulas que formam grandes aglomerados poss´
e ıveis de serem observados atrav´s de um
e
microsc´pio. Estas estruturas sõ denominadas ”microsc´picas”. Finalmente, a estrutura que
o a o
pode ser observada diretamente com os olhos, sem nenhum equipamento especial, ´ chamada de e
estrutura ”macrosc´pica”.
o
A no¸õ de ”propriedade”tamb´m merece um esclarecimento. Durante o uso, todos os materi-
ca e
ais sõ expostos a est´
a ımulos externos que provocam algum tipo de resposta. Por exemplo, um
espćime submetido a uma for¸a sofrer´ uma deforma¸õ; ou a superf´ de um metal quando
e c a ca ıcie
polido refletir´ a luz. Portanto, propriedade ´ uma caracter´
a e ıstica dos materiais em termos do
tipo e magnitude da resposta para cada est´ ımulo espec´ ıfico. Geralmente, defini¸˜es de pro-
co
priedades sõ criadas independentemente da forma e do tamanho do material.
a
Inevitavelmente as propriedades mais importantes dos materiais s´lidos podem ser agrupadas
o
em seis categorias: mecˆnicas, eletro-magn´ticas , qu´
a e ımicas, ´pticas e tecnol´gicas.
o o
Para cada propriedade, h´ um tipo de est´
a ımulo que provoca uma resposta diferente. A pro-
priedade mecˆnica relaciona deforma¸õ do material a uma for¸a aplicada sobre ou por ele.
a ca c
Neste caso, estõ descritos os m´dulos de elasticidade e for¸a. Para as propriedades el´tricas,
a o c e
como a condu¸õ e constante diel´trica, o est´
ca e ımulo ´ o campo el´trico. O comportamento t´rmico
e e e
dos s´lidos pode ser representado em termos de capacidade calor´
o ıfica e condutibilidade t´rmica.
e
As propriedades magn´ticas demonstram a resposta de um material a aplica¸õ de um campo
e ca
magn´tico. Para as propriedades ´pticas, os est´
e o ımulos podem ser uma radia¸õ eletromagn´tica
ca e
ou luminosa e o ´ ındice de refra¸õ e reflexõ, representam as propriedades em si. As propriedades
ca a
qu´ımicas estõ muitas vezes relacionadas a reatividade qu´
a ımica dos materiais. Finalmente, as
propriedades tecnol´gicas estõ relacionadas a adeqäbilidade do material diante dos processos
o a u
de fabrica¸õ aos quais ´ submetido.
ca e

e a 3

1.4 ¸˜
CLASSIFICACAO DOS MATERIAIS
Os materiais s´lidos sõ geralmente classificados em trˆs grupos b´sicos: metais, pol´
o a e a ımeros e
cerˆmicas. Este esquema ´ baseado principalmente em sua composi¸õ qu´
a e ca ımica e estrutura
atˆmica, e os materiais entram em um grupo distinto ou outro, embora haja alguns inter-
o
medi´rios. Al´m destes, h´ mais outros trˆs grupos importantes para a Engenharia de Materiais,
a e a e
sõ eles: os comp´sitos, biomateriais e os semicondutores.
a o

Metais - Metais sõ elementos qu´
a ımicos s´lidos ` temperatura ambiente (exceto o merc´rio),
o a u
opacos, lustrosos, e quando polidos refletem a luz, al´m de serem bons condutores de
e
eletricidade e calor. A maioria dos metais ´ forte, dćtil e male´vel, e, em geral, de alta
e u a
densidade. Possuem um grande n´mero de el´trons livres; ou seja, estes el´trons nõ
u e e a
sõ ligados a nenhum ´tomo em particular. Muitas das propriedades dos metais estõ
a a a
diretamente ligados a estes el´trons. Metais sõ os materiais estruturais prim´rios de toda
e a a
a tecnologia e inclui um grande n´mero de ligas ferrosas (por exemplo, ferro-fundido, a¸o
u c
carbono, ligas de a¸os, etc.).
c

Pol´
ımeros - Dentre os pol´ ımeros incluem-se borrachas, pl´sticos, e muitos outros tipos de ade-
a
sivos. Sõ produzidos a partir da cria¸õ de grandes estruturas moleculares provenientes
a ca
de molćulas orgˆnicas em um processo conhecido como polimeriza¸õ. Os pol´
e a ca ımeros tˆm
e
baixa condutividade t´rmica e el´trica, tem baixa resistˆncia mecˆnica comparado a outros
e e e a
materiais utilizados em Engenharia, e nõ sõ adequados para utiliza¸õ em altas tem-
a a ca
peraturas. Pol´ ımeros termopl´sticos, nos quais as longas cadeias de molćulas nõ sõ
a e a a
rigidamente conectadas, tem boa ductilidade e formabilidade. Pol´ ımeros termofixos sõ a
normalmente mais resistentes, por´m, podem apresentar-se quebradi¸os pela sua cadeia
e c
molecular ser de forte conexõ. Os materiais polim´ricos sõ utilizados em in´meras
a e a u
aplica¸oes: embalagens, componentes de eletrodom´sticos, brinquedos, pe¸as tćnicas e
c˜ e c e
etc.

Cerˆmicos - Esta classe pode ser definida como qualquer material s´lido inorgˆnico, nõ-
a o a a
met´lico, usado ou processado em temperaturas altas. Quando falamos em cerˆmica, ime-
a a
diatamente nos vem a mente coisas tais como lou¸as sanit´rias, pisos, azulejos, porcelana
c a
de mesa, etc. Freqëntemente esquece-se das aplica¸˜es tecnol´gicas mais avan¸adas de
u co o c
o
´xidos, carbonetos e nitretos. Muitos destes sõ de grande interesse industrial. Cerˆmicas
a a
tamb´m incluem materiais como vidro, grafite, cimento (concreto), etc.
e

Comp´sitos - Comp´sitos consistem na combina¸õ de dois ou mais materiais diferentes.
o o ca
O Fiberglass ´ um exemplo bem familiar, onde as fibras de vidro sõ adicionadas a um
e a
material polim´rico. Um comp´sito ´ desenvolvido para combinar as melhores propriedades
e o e
dos materiais que o constituem. O Fiberglass, por exemplo, adquire a dureza do vidro e
a flexibilidade do pol´
ımero. Muitos dos recentes materiais desenvolvidos atualmente sõ
a
comp´sitos.
o

Semicondutores - Semicondutores podem ser definidos como materiais que conduzem cor-
rente el´trica melhor que os isolantes mas nõ melhor que os metais. Um grande n´mero
e a u
de materiais satisfaz a estas condi¸˜es. Em temperatura ambiente, a condutividade car-
co
acter´
ıstica dos metais ´ da ordem de 104 ` 106 ohm-1 cm-1, enquanto nos isolantes ´
e a e
da ordem de 10-25 ` 10-9 ohm-1 cm-1. Os materiais classificados como semicondutores
a
possuem condutividade entre 10-9 e 104 ohm-1 cm-1. Normalmente a condutividade dos
metais diminui com o aumento da temperatura. Com os semicondutores ocorre o contr´rio,
a
a condutividade aumenta com o aumento da temperatura. Nos semicondutores o processo
de condu¸õ pode ocorrer de modo nõ iˆnico onde h´ o transporte de carga ou de massa
ca a o a

e a 4

(de el´trons). As propriedades unicas dos semicondutores dependem, acima de tudo, do
e ´
n´mero de portadores de corrente el´trica. Estes portadores podem ser de dois tipos:
u e
el´trons ou ”buracos”. O n´mero de portadores pode variar dependendo da temperatura,
e u
luminosidade, part´
ıculas nucleares, campos el´tricos, ou imperfei¸˜es no cristal na forma
e co
de ´tomos de impurezas ou do sistema cristalino.
a

Biomateriais - Biomateriais sõ materiais empregados em componentes destinados ao im-
a
plante no corpo humano, substituindo partes doentes ou danificadas. Esses materiais nõa
devem produzir substancias t´xicas e deve ser compat´ com os tecidos do corpo, isto ´,
o ıvel e
nõ deve produzir rea¸˜es biol´gicas adversas. Todas as classes de materiais podem ser
a co o
utilizadas como biomateriais - metais, cerˆmicos, pol´
a ımeros, semicondutores, comp´sitos -
o
desde que sejam cuidadosamente selecionados.

Cap´
ıtulo 2

PROPRIEDADES DOS
MATERIAIS

Todo projetista est´ vitalmente interessado nos materiais que lhe sõ dispon´
a a ıveis. Quer seu
produto seja uma ponte, um computador, um ve´ ıculo espacial ou um autom´vel, deve ter um
o
profundo conhecimento das propriedades caracter´ ısticas e do comportamento dos materiais que
pode usar. Considere-se, por exemplo, a variedade de materiais usados na manufatura de um
autom´vel: ferro, a¸o, vidro, pl´sticos, borracha, apenas para citar alguns. E, somente para
o c a
o a¸o, h´ cerca de 3000 tipos ou modifica¸˜es. Com que crit´rio ´ feita a escolha do material
c a co e e
adequado para uma determinada pe¸a? c
Ao fazer a sua escolha, o projetista deve levar em conta propriedades tais como resistˆncia e
mecˆnica, condutividade el´trica e/ou t´rmica, densidade e outras. Al´m disso, deve considerar
a e e e
o comportamento do material durante o processamento e o uso, onde plasticidade, usinabilidade,
estabilidade el´trica, durabilidade qu´
e ımica, deve ser utilizada. Muitos projetos avan¸ados em
c
engenharia dependem do desenvolvimento de materiais completamente novos. Por exemplo, o
transistor nunca poderia ter sido constru´ com os materiais dispon´
ıdo ıveis h´ 40 anos atr´s; o
a a
desenvolvimento da bateria solar requereu um novo tipo de semicondutor; e, embora os projetos
de turbinas ` g´s estejam muito avan¸ados, ainda se necessita de um material barato e que
a a c
resista a altas temperaturas, para as p´s da turbina.
a
Desde que, obviamente, ´ imposs´
e ıvel para o projetista ter um conhecimento detalhado dos
milhares de materiais agora dispon´ıveis, assim como manter-se a par dos novos desenvolvimentos,
ele deve ter um conhecimento adequado dos princ´ ıpios gerais que governam as propriedades de
todos os materiais. Dentre estas propriedades, pode-se destacar:

2.1 ˆ
PROPRIEDADES MECANICAS
Sõ `quelas que definem o comportamento do material segundo um determinado esfor¸o a que
a a c
ele pode ser submetido. O conjunto de propriedades mecˆnicas ´ baseado nas seguintes carac-
a e
ter´
ısticas do material:

e a ´
Resistˆncia mecˆnica: E a propriedade apresentada pelo material em resistir a esfor¸os exter-
c
nos, est´ticos ou lentos. Tais esfor¸os podem ser de natureza diversa, como sejam: tra¸õ,
a c ca
compressõ, flexõ, tor¸õ, cisalhamento.
a a ca
Assim, os esquemas abaixo representam os esfor¸os referidos:
c

Elasticidade: Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a forma primitiva tõ a
depressa cesse o esfor¸o que tenha provocado a deforma¸õ.
c ca
A deforma¸õ el´stica ´ revers´
ca a e ıvel e desaparece quando a tensõ aplicada ´ removida.
a e

5

e a 6

Figura 2.1: Esfor¸os mecˆnicos aos quais os corpos estõ sujeitos.
c a a

Uma caracter´ ıstica da deforma¸õ el´stica ´ que esta ´ praticamente proporcional ` tensõ
ca a e e a a
aplicada.
O m´dulo de elasticidade (m´dulo de Young) ´ quociente entre a tensõ aplicada e a
o o e a
deforma¸õ el´stica resultante. Ele est´ relacionado com a rigidez do material. O m´dulo
ca a a o
de elasticidade resultante de tra¸õ ou compressõ ´ expresso em unidade de tensõ (psi
ca a e a
ou kgf/mm2 ). O valor deste m´dulo ´ primordialmente determinado pela composi¸õ do
o e ca
material e ´ apenas indiretamente relacionado com as demais propriedades mecˆnicas. O
e a
m´dulo de Young ´ determinado a partir do ensaio de tra¸õ.
o e ca
´
Plasticidade: E a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar per-
manentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras
ou fortes altera¸˜es de estrutura quando submetidos a press˜es ou choques compat´
co o ıveis com
as suas propriedades mecˆnicas. A plasticidade ´ influenciada pelo calor (o a¸o ao rubro
a e c
torna-se bastante pl´stico).
a
O inverso da plasticidade ´ a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um material ´ dito fr´gil
e e a
ou quebradi¸o quando o mesmo ao romper-se apresenta uma pequena deforma¸õ.
c ca
A plasticidade pode ser subdividida em:
´
• Maleabilidade: E a maior ou menor facilidade apresentada pelo material em se defor-
mar sob a¸õ de uma pressõ ou choque, compat´ com a sua resistˆncia mecˆnica.
ca a ıvel e a
Um material ´ male´vel quando sob a¸õ do laminador ou do martelo da forja, nõ
e a ca a
sofre rupturas ou fortes altera¸˜es na estrutura (endurecimento inadmiss´
co ıvel).
A maleabilidade pode ser a quente ou a frio. Se a maleabilidade a frio ´ muito grande
e
o material ´ chamado pl´stico.
e a
´
• Ductilidade: E a capacidade que os materiais possuem de se deformar plasticamente
at´ a ruptura. Deforma¸õ pl´stica ´ aquela que imp˜e ao material uma deforma¸õ
e ca a e o ca
permanente.
Assim sendo, o seu valor pode ser expresso como alongamento e nas mesmas unidades
de deforma¸õ. Um comprimento comum (embora nõ universal) para a medida do
ca a
alongamento ´ 50mm. Como mostrado na Figura a seguir, o comprimento considerado
e
´ importante pois a deforma¸õ pl´stica normalmente ´ localizada.
e ca a e

Uma segunda medida da ductilidade ´ a estriçõ que ´ a redu¸õ na ´rea de se¸õ reta
e ca e ca a ca
do corpo, imediatamente antes da ruptura. Os materiais altamente dćteis sofrem grande
u
redu¸õ de ´rea da se¸õ reta antes de romper, Este ´
ca a ca ındice ´ sempre expresso em porcent-
e
agem e ´ calculado como se segue:
e

e a 7

Figura 2.2: Corpo de prova sujeito ao alongamento.

´
Dureza: E definida pela resistˆncia da superf´ do material ` penetra¸õ, ao desgaste, e ao
e ıcie a ca
atrito, embora a primeira defini¸õ seja a mais comumente aceita. Como se pode esperar, a
ca
dureza e a resistˆncia ` tra¸õ estõ intimamente relacionadas. A determina¸õ da dureza
e a ca a ca
´ obtida a partir de uma s´rie de ensaios destinados especificamente para tal intento.
e e

Fluˆncia (creep): Fenˆmeno de alongamento cont´
e o ınuo e que pode conduzir ` ruptura ´ de-
a e
nominado fluˆncia. Esta caracter´
e ıstica ´ t´
e ıpica de materiais ferrosos quando submetidos
a cargas de tra¸õ constantes por longo tempo a elevadas temperaturas. Deformam-se
ca
continuamente mesmo quando a solicita¸õ ´ menor do que a tensõ de escoamento do
ca e a
material naquela temperatura. A fluˆncia ocorre mesmo quando o material ´ solicitado
e e
na temperatura ambiente, mas nessa temperatura a fluˆncia ´ praticamente desprez´
e e ıvel
comparada com a que ocorre em temperaturas elevadas.
o e a ´
O fenˆmeno da fluˆncia ocorre nos instrumentos de corda, violõ, por exemplo. E impor-
tante frisar que certas pe¸as ficam inutilizadas se alongarem apenas 0,01%.
c

e ´
Resiliˆncia: E a maior ou menor rea¸õ do material `s solicita¸˜es dinˆmicas, isto ´, a pro-
ca a co a e
priedade do material resistir a esfor¸os externos dinˆmicos (choques, pancadas, etc.)
c a
sem sofrer deforma¸õ permanente. Como exemplo citamos as pe¸as de um britador de
ca c
mand´ıbulas, uma matriz para forjamento, uma ferramenta de corte, molas, etc. Assim, as
molas sõ feitas de materiais de elevada resiliˆncia.
a e
´
Tenacidade: E dada pela energia consumida para fratur´-lo . Em outras palavras, tenacidade
a
mede a capacidade que o material tem de absorver de energia at´ fraturar-se incluindo a
e
deforma¸õ el´stica e pl´stica quando essa energia ´ absorvida progressivamente.
ca a a e
A tenacidade ´, pois, medida pela ´rea total do diagrama tensõ-deforma¸õ.
e a a ca
Em geral diz-se que um material ´ tanto tenaz quanto maior ´ a sua resistˆncia ` ruptura
e e e a
por tra¸õ ou distensõ; isto nem sempre ´ verdadeiro, pois alguns a¸os doces, por exemplo,
ca a e c
sõ mais tenazes que os a¸os duros, isto porque os a¸os duros apresentam, na ruptura um
a c c
pouqu´ıssima deforma¸õ.
ca
A tenacidade tem alguma rela¸õ com a resistˆncia ao choque, por´m os valores da energia
ca e e
medidos para ambos os casos nõ concordam para todos os materiais ou condi¸˜es de
a co
ensaio.

e a 8

2.2 ´
PROPRIEDADES TECNOLOGICAS
Sõ as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se deixar trabalhar pelos
a
processos de fabrica¸õ usuais. As propriedades tecnol´gicas sõ:
ca o a
´
Fusibilidade: E a propriedade que o material possui de passar do estado s´lido para o l´
o ıquido
sob a¸õ do calor. Todo metal ´ fus´
ca e ıvel, mas, para ser industrialmente fus´
ıvel, ´ preciso
e
que tenha um ponto de fusõ relativamente baixo e que nõ sofra, durante o processo
a a
de fusõ, oxida¸˜es profundas, nem altera¸˜es na sua estrutura e homogeneidade. Em
a co co
se tratando de metais conv´m conhecer as temperaturas correspondentes ` coloca¸õ que
e a ca
tomam quando aquecidas:
Principais temperaturas de fusõ.
a
Alum´ ınio 650o C
Ferro puro 1530o C
A¸os
c 1300o C a 1500o C
Zinco 420o C
Gusa e fofo 1150o C a 1300o C
Chumbo 330o C
Cobre 1080o C
Estanho 235o C
´
Soldabilidade: E a propriedade que certos metais possuem de se unirem, ap´s aquecidos e su-
o
ficientemente comprimidos. A soldabilidade depende do tempo em que o metal permanece
num estado s´lido-pl´stico, sob o efeito do calor produzido pela a¸õ soldante. O metal
o a ca
ou liga que passar instantaneamente do estado s´lido para o l´
o ıquido ´ dificilmente sold´vel
e a
(ferro fundido, por exemplo).

Temperabilidade: Propriedade que possuem alguns metais e ligas de modificarem a sua estru-
tura cristalina (endurecimento) ap´s um aquecimento prolongado seguido de resfriamento
o
brusco.
Tal propriedade caracteriza o a¸o com certo teor de carbono, assim, como determinadas
c
ligas de alum´ ınio, transformando a estrutura cristalogr´fica do material que, em con-
a
seq¨ˆncia, altera todas as propriedades mecˆnicas.
ue a
´
Usinabilidade (ou maquinabilidade): E a propriedade de que se relaciona com a resistˆnciae
oferecida ao corte e ´ medida pela energia necess´ria para usinar o material no torno, sob
e a
condi¸˜es padr˜es.
co o
A usinabilidade de um material ´ obtida comparando-se com a de um material padrõ cuja
e a
usinabilidade ´ convencionada igual a 100.(a¸o B1112). O conhecimento da usinabilidade
e c
de um material permite calcular os tempos necess´rios `s opera¸˜es de usinagem que ´,
a a co e
portanto, indispens´vel na programa¸õ de uma fabrica¸õ.
a ca ca
A usinabilidade ´ um fator que influi bastante na escolha de um material que deve ser
e
usinado; assim, as m´quinas autom´ticas dõ grande produ¸õ quando usinam os chama-
a a a ca
dos a¸os de corte fćil (free cutting steels) tamb´m chamados de usinagem fćil, que sõ
c a e a a
materiais com alta percentagem de enxofre, f´sforo ou chumbo.
o

Fadiga: Fadiga nõ chega a ser uma propriedade do material mais sim, um problema carac-
a
ter´
ıstico de materiais sujeitos a esfor¸os c´
c ıclicos. Quando um material ´ sujeito a esfor¸os
e c
dinˆmicos, durante longo tempo, ´ observado um ”enfraquecimento”das propriedades
a e
mecˆnicas ocasionando a ruptura. A fadiga pode ser tamb´m superficial, ocasionando
a e
desgaste de pe¸as sujeitas a esfor¸os c´
c c ıclicos, como comumente ocorre em dentes de en-
grenagens.

e a 9

2.3 ´
PROPRIEDADES TERMICAS
Propriedades t´rmicas estõ vinculadas `s caracter´
e a a ısticas dos materiais quando submetidos `
a
varia¸˜es de temperatura. Dentre estas propriedades destacam-se:
co

Condutividade t´rmica: Sõ propriedades que possuem certos corpos de transmitir mais ou
e a
menos calor. Neste caso, materiais bons condutores de calor, na ordem decrescente de
condutibilidade: Ag, Cu, Al, latõ, Zn, A¸o e Pb. Corpos maus condutores de calor, na
a c
ordem decrescente de condutibilidade: pedra, vidro, madeira, papel, etc.

Dilata¸õ: Propriedade pela qual um corpo aumenta quando submetido ` a¸õ do calor. A
ca a ca
capacidade de dilata¸õ de um material est´ relacionada ao chamado coeficiente de di-
ca a
lata¸õ t´rmica, que pode ser: linear, superficial e volum´trico. Esta caracter´
ca e e ıstica dos
materiais deve ser considerada quando o mesmo ´ submetido a varia¸˜es consider´veis de
e co a
temperatura.

2.4 ´
PROPRIEDADES ELETRICAS
A mais conhecida propriedade el´trica de um material ´ a condutividade el´trica. A condu-
e e e
tividade el´trica ´ a propriedade que possuem certos materiais de permitir maior ou menor
e e
capacidade de transporte de cargas el´tricas. Os corpos que permitem a eletricidade passar sõ
e a
chamados condutores, sendo uma caracter´ ıstica dos materiais met´licos. J´ os que nõ permitem
a a a
tal fenˆmeno sõ os chamados materiais isolantes. O cobre e suas ligas e o alum´
o a ınio conduzem
bem a eletricidade, sendo empregados na fabrica¸õ de linhas el´tricas e aparelhagens; as ligas
ca e
Cr-Ni, Fe-Ni conduzem mal, servido para constru¸õ de resistˆncias el´tricas, como reostatos,
ca e e
etc. Dentre os materiais isolantes destacam-se: madeira seca, baquelite, ebonite,etc.

2.5 ´
PROPRIEDADES ELETROMAGNETICAS
A caracter´
ıstica mais comumente associada `s propriedades eletromagn´ticas ´:
a e e
´
Suscetibilidade magn´tica: E a propriedade que caracteriza a maior ou menor facilidade com
e
que os metais reńem ou dispersam as linhas de for¸a de um campo magn´tico. Os metais
u c e
que reńem de modo acentuado as linhas de for¸a de um campo magn´tico se denominam
u c e
”ferromagn´ticos”. Exemplo: Fe, Ni e Co.
e
Os metais que reńem debilmente as linhas de for¸a de um campo magn´tico sõ denomi-
u c e a
nados ”paramagn´ticos”. A maioria dos metais ´ paramagn´tico. Os metais que dispersam
e e e
as linhas de for¸a de um campo magn´tico sõ denominados ”diamagn´ticos”.
c e a e

2.6 PROPRIEDADES F´
ISICAS
Dentre o conjunto de propriedades f´
ısicas destacam-se:

´
Densidade: E a rela¸õ entre o peso de certo volume de um corpo e o peso de igual volume de
ca
a ´ um n´mero abstrato. Exemplo: Pb = 11,4 Cu = 8,9 Al = 2,7 Mg = 1,7
´gua. E u

Peso espec´ ´
ıfico: E o peso da unidade de volume do corpo. Por exemplo: o peso espec´
ıfico do
a¸o ´ 7,8 kg/dm3.
c e

e a 10

2.7 PROPRIEDADES QU´
IMICAS
Resistˆncia ` corrosõ: Quase todos os materiais usados pelos projetistas sõ suscet´
e a a a ıveis de
corrosõ por ataque qu´
a ımico. Para alguns materiais, a solubiliza¸õ ´ importante. Em
ca e
outros casos, o efeito da oxida¸õ direta de um metal ou de um material orgˆnico como a
ca a
borracha ´ o mais importante. Al´m disso, a resistˆncia do material ` corrosõ qu´
e e e a a ımica,
devido ao meio ambiente, ´ da maior importˆncia. A aten¸õ que damos aos nossos au-
e a ca
tom´veis ´ um exemplo ´bvio da nossa preocupa¸õ com a corrosõ. Desde que freqënte-
o e o ca a u
mente, o ataque pela corrosõ ´ irregular, ´ muito dif´ medi-la. A unidade mais comum
a e e ıcil
para a corrosõ ´ polegadas de superf´ perdida por ano.
a e ıcie

2.8 ´
PROPRIEDADES OPTICAS
Embora entre as propriedades ´pticas importantes para a engenharia incluem-se o ´
o ındice de
refra¸õ, a absor¸õ e a emissividade, apenas a primeira delas ser´ discutida aqui, porque as
ca ca a
outras duas j´ sõ mais especializadas. O ´
a a ındice de refra¸õ n ´ a razõ entre a velocidade da
ca e a
luz no vćuo c e a velocidade da luz no material, Vm:
a
c
η= (2.1)
Vm
O´ ındice tamb´m pode ser expresso em termos do ˆngulo de incidˆncia i e do ˆngulo de refra¸õ
e a e a ca
r:

sin i
η= (2.2)
sin r

Cap´
ıtulo 3

ESTRUTURA DOS MATERIAIS

A mat´ria apresenta um aspecto descont´
e ınuo desde o momento em que se acha constitu´ por
ıda
part´ıculas elementares, ´tomos e molćulas. Quando se consideram as caracter´
a e ısticas de uma
substˆncia nõ se leva somente em considera¸õ o comportamento dos ´tomos isolados, mas
a a ca a
tamb´m do conjunto de tudo aquilo que interv´m em sua forma¸õ.
e e ca
Segundo o estado f´ ısico da substˆncia, esses agrupamentos atˆmicos se apresentam com carac-
a o
ter´
ısticas distintas; assim, como nos estados gasoso e l´ ıquido os ´tomos tˆm grande mobilidade
a e
que permite adaptar-se a qualquer conforma¸õ externa que o contenha. No estado s´lido os
ca o
a
´tomos apresentam certa permanˆncia em suas posi¸˜es o que confere ao material um certo grau
e co
de indeformabilidade, caracter´ ıstico do estado s´lido.
o
Os materiais encontrados na natureza, ou mesmo fabricados podem ser classificados segundo
regularidade em que ´tomos ou ions estõ arranjados com respeitos a outros.
a a
Assim, pode-se encontrar:

• Materiais Cristalinos;
Um material cristalino apresenta uma ordem de ´tomos que se repete periodicamente at´
a e
grandes distˆncias atˆmicos . Esta ordem de ´tomos se forma durante a solidifica¸õ do
a o a ca
material, em trˆs dimens˜es, e cada ´tomo ´ vinculado com ´tomos vizinhos.
e o a e a
Dentre os materiais cristalinos podemos destacar:

– todos os metais;
– muitos materiais cerˆmicos;
a
– alguns pol´
ımeros.

• Materiais amorfos (nõ-cristalinos)
a
Dentre os materiais amorfos (materiais literalmente ”sem-forma”) incluem os gases, os
l´
ıquidos e os vidros. Os dois primeiros sõ fluidos e sõ de maior importˆncia em engen-
a a a
haria, j´ que incluem muitos dos nossos combust´
a ıveis e o ar necess´rio ` combustõ, como
a a a
tamb´m a ´gua. O vidro, o ultimo dos trˆs materiais amorfos, ´ considerado um ;l´
e a ´ e e ıquido
r´
ıgido; entretanto, quando considerarmos a sua estrutura, vemos que ele ´ mais do que
e
apenas um l´ ıquido super-resfriado.

3.1 ESTRUTURA CRISTALINA
Uma molćula tem uma regularidade estrutural, porque as liga¸˜es covalentes determinam um
e co
n´mero espec´
u ıfico de vizinhos para cada ´tomo e a orienta¸õ no espa¸o dos mesmos. A maioria
a ca c
dos materiais de interesse para a engenharia tem arranjos atˆmicos, que tamb´m sõ repeti¸˜es,
o e a co
nas trˆs dimens˜es, de uma unidade b´sica. Tais estruturas sõ denominadas cristais. Um
e o a a

11

e a 12

Figura 3.1: Estrutura cristalina do cloreto de s´dio.
o

exemplo desta regularidade estrutural pode ser observada no NaCl, conforme apresentado na
Figura 3.1.

3.2 SISTEMAS CRISTALINOS
Define-se um sistema cristalino como a forma do arranjo da estrutura atˆmica. A sua repre-
o
senta¸õ consiste em substituir ´tomos e rede espacial por conjunto de pontos.
ca a
Chama-se c´lula unit´ria a menor por¸õ constituinte de um reticulado cristalino, conforme
e a ca
apresentado na Figura 3.3.
A ordem tridimensional dos ´tomos (arranjo das c´lulas unit´rias) se repete simetricamente
a e a
at´ os contornos dos cristais (tamb´m chamados contornos de grõs).
e e a
Na natureza ´ observado que os ´tomos, de forma geral, se arranjam de sete maneiras
e a
poss´
ıveis, conforme notado na figura abaixo.

3.3 ESTRUTURA CRISTALINA DOS PRINCIPAIS METAIS
Os principais metais apresentam estruturas conforme apresentado abaixo.

• CCC
Ba, Cr, Cs, Feα, Feδ, K, Li, Mo, Na, Nb, Ta, Ti b, V, W, Zrβ

• CFC
Ag, Al, Au, Ca, Co b, Cu, Fe g, Ni, Pb, Pt, Rh, Sr

• HC
Be, Cd, Co a, Hf a, Mg, Os, Re, Ru, Ti a, Y, Zn, Zrα

Estas estruturas cristalinas podem ser melhores observadas na Figura abaixo, Figura 3.6.

e a 13

Figura 3.2: Representa¸õ esquem´tica de um reticulado cristalino.
ca a

Figura 3.3: Representa¸õ esquem´tica de uma c´lula unit´ria.
ca a e a

Figura 3.4: contorno de grõs
a

e a 14

Figura 3.5: Sistemas cristalinos.

Figura 3.6: Estruturas cristalinas mais comuns.

3.4 ALOTROPIA OU POLIMORFISMO
´
E a propriedade que possui um corpo de apresentar-se em dois ou mais estados cristalinos difer-
entes, seja pela simetria, seja pela estrutura reticular, de acordo com a mudan¸a de temperatura.
c
Assim, o ferro apresenta-se em trˆs estados alotr´picos, conforme a temperatura em que ´ con-
e o e
siderado. Essas trˆs formas alotr´picas sõ definidas como:
e o a
Ferro a (CCC) ` Ferro g (CFC) ` Ferro d (CCC)
a a
Em temperatura ambiente, a forma alotr´pica do ferro caracteriza-se pela estrutura CCC,
o
sendo este conhecido ferro-a. Quando este ´ aquecido ` 910o C, observa-se uma mudan¸a radical
e a c
na estrutura cristalina do ferro, passando entõ a estrutura CFC, sendo denominado entõ ferro-
a a
g. Caso o material seja aquecido at´ 1400o C, a estrutura volta a ser CCC. Neste caso o ferro
e
passa ser chamado de ferro-d.

Cap´
ıtulo 4

´
MATERIAIS METALICOS

Sõ substˆncias simples que apresentam 1 a 3 el´trons no n´
a a e ıvel mais externo e que, nas com-
bina¸˜es qu´
co ımicas, cedem el´trons perif´ricos transformando-se em cations.
e e
Apresentam, em linhas gerais as seguintes propriedades:

• Cor e brilho:
os metais, com exce¸õ do ouro (amarelo) e cobre (vermelho) apresentam colora¸õ que
ca ca
varia do branco ao cinzento.

• Densidade:
Os metais, quanto a densidade, se classificam em leves (densidade menor que 6 - alcalinos,
alcalinos terrosos, Mg, Be, Al); e pesados (densidade superior a 6).

• Estrutura cristalina:
Caracter´
ıstica observada em todos os metais.

• Classifica¸õ:
ca
Os materiais met´licos sõ classificados em: Met´licos ferrosos e Met´licos nõ-ferrosos.
a a a a a

4.1 METAIS FERROSOS
O ferro ´ um metal cuja utiliza¸õ pelo homem ´ muito antiga. As civiliza¸˜es antigas de Ass´
e ca e co ıria,
e ´
Babilˆnia, Egito, P´rsia, China, India e, mais tarde, da Grćia e de Roma j´ fabricavam, por
o e a
processos primitivos, armas e in´meros utens´
u ılios de ferro e a¸o.
c
A importˆncia do ferro como metal ´ tal que fundamenta a classifica¸õ dos materiais met´licos,
a e ca a
al´m de possuir um ramo da ciˆncia dos materiais espec´
e e ıfico para seu estudo.
Portanto, siderurgia, ´ a ciˆncia que estuda a metalurgia do ferro (Fe), enquanto que metalurgia
e e
´ a ciˆncia que estuda a extra¸õ dos metais, seus minerais e suas ligas.
e e ca
Os produtos sider´rgicos comuns sõ ligas ferro-carbono com teor de carbono compreendido
u a
entre 0 e 6,7%, sendo que industrialmente, essa faixa de teor de carbono varia somente entre 0
e 4,5%.
Os materiais met´licos ferrosos sõ, portanto, produtos sider´rgicos que se classificam exclusi-
a a u
vamente em fun¸õ do teor de carbono encontrado na liga. Desta forma, os materiais met´licos
ca a
ferrosos sõ classificados como:
a

A¸os: Liga Fe-C cujo teor de carbono varia de 0 a 2,1%C;
c

Ferros fundidos: Liga Fe-C com o teor de carbono situando-se entre 2,1 e 6,7%C.

15

e a 16

A produ¸õ dos a¸os e dos ferros fundidos pode ser definida segundo dois padr˜es mundiais,
ca c o
cujas estruturas diferem significativamente.
Tem-se, portanto, dois modelos de usinas sider´rgicas:
u

• Usinas integradas

• Usinas mini-mills

4.1.1 USINAS INTEGRADAS
As usinas integradas abrangem todas as etapas necess´rias para, a partir das mat´rias-primas,
a e
produzir-se ferro e a¸o. O processo cl´ssico e mais usado para a redu¸õ do min´rio de ferro
c a ca e
utiliza o equipamento denominado alto forno, cujo produto consiste numa liga ferro-carbono de
alto teor de carbono, denominado ferro gusa, o qual, ainda no estado l´ıquido, ´ encaminhado `
e a
aciaria, onde, em fornos adequados, ´ transformado em a¸o. Este ´ vazado na forma de lingotes,
e c e
os quais, por sua vez, sõ submetidos ` transforma¸õ mecˆnica, por interm´dio de laminadores,
a a ca a e
resultando blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, ainda por interm´dio de laminadores,
e
sõ transformados em formas estruturais com perfis em ”T”, ”I”, cantoneiras, trilhos, chapas,
a
tarugos, etc.
O fluxograma apresentado na Figura 4.1, representa esquematicamente, as principais etapas
para a fabrica¸õ do a¸o a partir do modelo de processos adotado pelas usinas integradas.
ca c

4.1.1.1 ´
MATERIA-PRIMA
As mat´rias-primas b´sicas da usinas integradas sõ:
e a a

• min´rio de ferro;
e

• carvõ;
a

• calc´rio.
a

4.1.1.1.1 Min´rio de ferro O min´rio de ferro constitui a mat´ria-prima essencial para a
e e e
manufatura dos processos sider´rgicos.
u
Os minerais que contˆm ferro em quantidade apreci´vel sõ os ´xidos, carbonatos, sulfetos e
e a a o
silicatos. Os primeiros sõ os mais importantes sob a ´tica dos processos sider´rgicos. Os
a o u
principais ´xidos encontrados na natureza sõ:
o a

• Magnetita (´xido ferroso-f´rrico) de f´rmula F e3 O4 , contendo 72,4% Fe.
o e o

• Hematita (´xido f´rrico), de f´rmula F e3 O3 , contendo 69,9% Fe
o e o

• Limonita (´xido hidratado de ferro), de formula 2F e2 O3 3H2 O, contendo, em m´dia,
o e
48,3% Fe.

A magnetita ´ encontrada principalmente na Sućia, ao passo que a hematita ´ o min´rio mais co-
e e e e
mum, sendo encontrado, entre outros pa´ c u ´
ıses, na Fran¸a, EUA, R´ssia, India, Austr´lia, Canada
a
e Brasil.
O min´rio de ferro antes de ser inserido no alto-forno sofre um processo de beneficiamento,
e
que compreende uma s´rie de opera¸˜es a que os min´rios de ferro de v´rias qualidades podem
e co e a
ser submetidos, com o objetivo de alterar seus caracter´ ısticos f´
ısicos ou qu´ımicos e torn´-los
a
mais adequados para a utiliza¸õ nos alto-fornos. Essas opera¸˜es sõ, geralmente: britamento,
ca co a
peneiramento, mistura, moagem, classifica¸õ e aglomera¸õ.
ca ca
Os processos de aglomera¸õ visam melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir
ca

e a 17

Figura 4.1: Fluxograma representativo do processo utilizado pelas usinas integradas para
produ¸˜o do a¸o.
ca c

e a 18

Figura 4.2: Esquema representativo do alto-forno.

o consumo de carvõ e acelerar o processo de redu¸õ. Dentre o processos de aglomera¸õ os
a ca ca
mais importantes sõ: sinteriza¸õ e pelotiza¸õ.
a ca ca

b) Carvõ
a
O carvõ, utilizado nos alto-fornos, pode ser tanto de origem mineral quanto de origem vegetal.
a
Tˆm v´rias fun¸˜es dentro do processo que sõ:
e a co a

• atuar como combust´ gerando calor para as rea¸˜es.
ıvel co

• atuar como redutor do min´rio, que ´ basicamente constitu´ de ´xidos de ferro
e e ıdo o

• atuar como fornecedor de carbono, que ´ o principal elemento de liga dos produtos sider´rgicos
e u

Da mesma forma que o min´rio, o carvõ tamb´m sofre um pr´-processamento antes de ser
e a e e
introduzido no alto-forno. Esta opera¸õ consiste no processo de coqueifica¸õ, que por sua vez
ca ca
consiste no aquecimento a altas temperaturas, geralmente em cˆmaras hermeticamente fechadas,
a
portanto com ausˆncia total de ar, exceto na sa´ dos produtos vol´teis, do carvõ mineral.
e ıda a a

c) Calc´rio
a
O calc´rio atua como fundente, ou seja, reage, pela sua natureza b´sica, com substˆncias estran-
a a a
has ou impurezas contidas no min´rio e no carvõ (geralmente de natureza ćida) diminuindo
e a a
seu ponto de fusõ e formando a esc´ria, subproduto, por assim dizer, do processo cl´ssico do
a o a
alto-forno.

4.1.1.2 Opera¸˜es sider´ rgicas
co u
a) Opera¸õ do alto-forno (produ¸õ do ferro gusa)
ca ca

O alto-forno constitui ainda o principal equipamento utilizado na metalurgia do ferro. A par-
tir dos primeiros fornos, dos tipos rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmosfera,
constantes aperfei¸oamentos tćnicos foram introduzidos e a capacidade di´ria paulatinamente
c e a
elevada, aproximando-se, nos dias atuais, de 10.000 toneladas de ferro gusa por dia.

e a 19

Figura 4.3: Alto-forno e suas partes.

O alto-forno ´ uma estrutura cil´
e ındrica, revestida internamente por tijolos refrat´rios, de
a
grande altura, constitu´ por trˆs partes fundamentais: o fundo, chamado de cadinho, a parte
ıda e
mediana, conhecida como rampa, e a parte superior denominada cuba.
O cadinho, ´ o lugar onde o gusa l´
e ıquido ´ depositado. A esc´ria (conjunto de impurezas que
e o
devem ser separadas do gusa), que se forma durante o processo, flutua sobre o ferro que ´ mais
e
pesado. No cadinho h´ dois furos: o furo de corrida, aberto de tempos em tempos para que o
a
ferro l´
ıquido escoe, e o furo para o escoamento da esc´ria. Como a esc´ria flutua, o furo para
o o
seu escoamento fica acima do furo de corrida. Assim, sobra espa¸o para que uma quantidade
c
razo´vel de ferro seja acumulada entre as corridas.
a
Na rampa, acontecem a combustõ e a fusõ. Para facilitar esses processos, entre o cadinho
a a
e a rampa ficam as ventaneiras, que sõ furos distribu´
a ıdos uniformemente por onde o ar pr´-
e
aquecido ´ soprado sob pressõ.
e a
´
A cuba ocupa dois ter¸os da altura total do alto-forno. E nela que ;e colocada, alternadamente
c
e em camadas sucessivas, a carga, compostos de min´rio de ferro, carvõ e os fundentes (cal e
e a
calc´rio).
a
Na opera¸õ do alto forno sõ inseridos, em sua parte superior, o carvõ (na forma de coque
ca a a

e a 20

ou carvõ vegetal), o min´rio de ferro (s´
a e ınter ou pelotas) e os fundentes.
A redu¸õ dos ´xidos de ferro acontece ` medida que o min´rio, o agente redutor (coque ou
ca o a e
carvõ vegetal) e os fundentes descem em contra-corrente, em rela¸õ aos gases. Esses gases
a ca
sõ o resultado da queima do coque (CO) com o oxigˆnio do ar quente (em torno de 1000o C)
a e
soprado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustõ. Este processo ocorre na rampa
a
do alto-forno.
Conforme o coque vai se queimando, a carga vai descendo para ocupar os peda¸os vazios. Esse
c
movimento de descida vai se espalhando lateralmente pela carga, at´ atingir toda a largura da
e
cuba. As rea¸˜es de redu¸õ, carboneta¸õ e fusõ geram dois produtos l´
co ca ca a ıquidos: esc´ria e o
o
ferro gusa. Ambos sõ empurrados para os lados, pelos gases que estõ subindo e escorrem para
a a
o cadinho, de onde saem pelos furos de corrida da esc´ria e do gusa respectivamente.
o
O ferro gusa, tamb´m conhecido como ”ferro fundido de primeira fusõ”, ´ uma liga ferro-carbono
e a e
com elevados teores de carbono (3,4 a 4,5% C) que ´ vendido em blocos como mat´ria-prima
e e
para a produ¸õ de a¸os e ferros fundidos (fofos). O ferro gusa ´ extremamente fr´gil devido a
ca c e a
significativa quantidade de impurezas presentes na liga (f´sforo, sil´
o ıcio, enxofre, etc). Por esse
motivo, ele tem praticamente nenhuma aplica¸õ na ind´stria. Basicamente, o uso do ferro gusa
ca u
se resume, al´m de servir de mat´ria-prima para a produ¸õ de outros produtos sider´rgicos,
e e ca u
a uso em contra-pesos de guindastes e na fabrica¸õ de pouqu´
ca ıssimas pe¸as fundidas de pouca
c
responsabilidade.
Este material quando refundido, num forno como o cubilˆ, junto com sucatas de ferro fundido
o
e a¸o, d´ origem ao ”ferro fundido de segunda fusõ”ou ferro fundido propriamente dito. Por
c a a
outro lado, ele tamb´m pode ser encaminhado `s aciarias onde se d´ a produ¸õ do a¸o.
e a a ca c

b)Fabrica¸õ do a¸o
ca c
Sendo o ferro gusa uma liga ferro-carbono em que o carbono e as impurezas normais - Sil´ ıcio
(Si), Manganˆs (Mn), F´sforo (P) e Enxofre (S) - se encontram em teores elevados, a sua
e o
transforma¸õ em a¸o, que ´ uma liga de mais baixos teores de Carbono (C), corresponde a um
ca c e
processo de oxida¸õ, por interm´dio do qual a porcentagem daqueles elementos ´ reduzida at´
ca e e e
aos valores desejados.
A fabrica¸õ do a¸o, na usina sider´rgica, ocorre dentro de um setor espec´
ca c u ıfico conhecido como
aciaria. H´ diversos modelos de aciaria cada uma utilizando processos distintos para a produ¸õ
a ca
do a¸o. O equipamento utilizado nas aciarias, conhecido como conversor, ´ o respons´vel pelo
c e a
m´todo de obten¸õ, sendo os mais tradicionais:
e ca

• conversor Bessemer/Thomas sopro pelo fundo;

• conversor Tropenas sopro lateral;

• conversor L-D (Linz-Donawitz) sopro superior.

Dentre os modelos apresentados, o mais utilizado no Brasil ´ o Linz-Donawitz. O conversor
e
L-D, tamb´m conhecido como BOP(”basic oxygen process”).
e
Este tipo de conversor ´ constitu´ de uma carca¸a cil´
e ıdo c ındrica de a¸o resistente ao calor, revestido
c
internamente por materiais refrat´rios de dolomita ou magnesita, conforme indica a Figura.
a

Neste processo, introduz-se oxigˆnio, praticamente puro, atrav´s de uma lan¸a posicionada
e e c
pouco acima da superf´ do gusa l´
ıcie ıquido, que o sopra provocando um impacto na superf´ ıcie
l´
ıquida. Este sopro de oxigˆnio promove uma rea¸õ de oxida¸õ eliminando o carbono e outras
e ca ca
impurezas: sil´ (Si), f´sforo(P) e enxofre(S).
ıcio o
O carbono eliminado da liga F´-C forma com o oxigˆnio, o CO e o CO2 . O sil´ oxidado, forma
e e ıcio
SiO2 . O f´sforo ´ eliminado antes do carbono pela a¸õ da cal, que introduzida no conversor
o e ca
ap´s a introdu¸õ do oxigˆnio pela lan¸a. Forma-se uma esc´ria que garante a fixa¸õ do P2 O5
o ca e c o ca

e a 21

Figura 4.4: Tipos de conversores.

Figura 4.5: Conversor L-D (Linz-Donawitz)

e a 22

resultante da oxida¸õ. O enxofre ´ facilmente eliminado, devido ` forte agita¸õ do banho e
ca e a ca
pelo fato da esc´ria apresentar-se mais quente e mais fluida.
o
O fim do sopro ´ determinado atrav´s de c´lculos que indicam o teor de carbono a ser atingido.
e e a
A lan¸a ´ entõ retirada sendo, em seguida, o forno basculado para a posi¸õ horizontal de modo
c e a ca
a proceder-se ao vazamento do a¸o.
c

c)Fabrica¸õ do Ferro Fundido
ca

O ferro fundido ´ obtido no forno cubilˆ usando como mat´ria-prima o ferro gusa e sucatas
e o e
c ´
de a¸o e ferros fundidos (fofos). E um forno vertical cil´
ındrico revestido de tijolos refrat´rios e
a
equipado com ventaneiras na parte inferior.
A carga, que ´ feita por uma abertura lateral, na parte superior e consiste de ferro gusa, sucatas
e
de ferro fundido e a¸o, carvõ coque e calc´rio. Essas mat´rias-primas sõ depositadas em
c a a e a
camadas alternadas. O metal fundido se reńe no fundo do forno, de onde ´ escoado pela bica a
u e
determinados intervalos de tempos. A esc´ria ´ previamente retirada por outro orif´ situado
o e ıcio
em um n´ mais alto. O fundo do forno cubilˆ tamb´m pode ser removido para a limpeza e
ıvel o e
repara¸õ da sola.
ca

Figura 4.6: Forno cubilˆ
o

e a 23

4.1.2 USINAS MINI-MILLS
4.1.2.1 ´
MATERIA-PRIMA
Este tipo de processo utiliza basicamente sucata (de a¸o ou ferro fundido) e cal. Pode-se tamb´m,
c e
a partir da aquisi¸õ do gusa, proveniente das usinas integradas, trabalhar com este material.
ca

4.1.2.2 ¸˜ ´
OPERACOES SIDERURGICAS
O conceito de fabrica¸õ do a¸o, observado nas usinas mini-mills, parte do princ´
ca c ıpio que nõ
a
´ necess´rio incorporar ao processo as opera¸˜es realizadas no alto-forno. Pode-se, portanto,
e a co
segundo este conceito americano, trabalhar-se com sucata promovendo a fusõ deste metal e
a
adicionando os elementos de liga necess´rios ` fabrica¸õ de um a¸o novo.
a a ca c
Desta forma, usinas tipo mini-mills iniciam seu processo a partir do que se identifica como as
opera¸˜es da aciaria observadas nas usinas integradas.
co
O princ´ıpio ´ transformar a energia el´trica em energia t´rmica, por meio da qual, promove-se
e e e
a fusõ do gusa e/ou da sucata, onde as condi¸˜es de temperatura e oxida¸õ do metal l´
a co ca ıquido
sõ severamente controladas.
a
Os fornos el´tricos sõ basicamente de dois tipos: a arco el´trico e de indu¸õ.
e a e ca

a. Fornos de arco el´trico Em geral estes fornos sõ basculantes e tˆm o aspecto conforme
e a e

Figura 4.7: Forno de arco el´trico
e

e a 24

Os fornos a arco el´trico sõ constitu´
e a ıdos de uma carca¸a de a¸o feita de chapas grossas de
c c
a¸o soldadas e rebitadas, de modo a formar um recipiente cil´
c ındrico com fundo abaulado.
Essa carca¸a ´ revestida na parte inferior (chamada soleira)por materiais refrat´rios.
c e a

A carga ´ feita por uma porta diametralmente oposta ` bica por onde ´ vazado o metal. O
e a e
calor ´ fornecido pelo arco el´trico que se forma entre os trˆs eletrodos verticais e o banho.
e e e
A esc´ria pode ser removida e substitu´ atrav´s da porta de carga.
o ıda e
O tamanho dos fornos el´tricos variam muito, havendo instala¸˜es capazes de produzir
e co
desde 500 kg at´ 100 toneladas de a¸o em cada corrida. A dura¸õ de cada corrida de 60
e c ca
toneladas ´ de cerca de 8 horas.
e
Durante o processo, ocorre a oxida¸õ das impurezas e do carbono e rea¸˜es de desox-
ca co
ida¸õ, ou retirada dos ´xidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfura¸õ,
ca o ca
´
quando o enxofre ´ retirado. E um processo que permite o controle preciso das quanti-
e
dades de carbono presentes no a¸o. c
Os fornos el´tricos contam com os ´xidos de ferro (ferrugem) presentes nas sucatas de a¸o
e o c
e de ferro fundido para promover a oxida¸õ das impurezas contidas na mat´ria-prima.
ca e
Essas impurezas sõ eliminadas, posteriormente, junto com a esc´ria.
a o

b. Fornos de indu¸õ.
ca
O conjunto que comp˜e esse forno ´ formado de um gerador com motor de acionamento,
o e
uma bateria de condensadores e uma cˆmara de aquecimento. Essa cˆmara ´ basculante
a a e
e tem, na parte externa, a bobina de indu¸õ, conforme indicado na Figura 4.8.
ca

Figura 4.8: Forno de indu¸õ.
ca

O cadinho ´ feito de massa refrat´ria socada dentro dessa cˆmara, onde a sucata se funde
e a a
por meio de calor produzido dentro da pr´pria carga.
o
O fenˆmeno qu´
o ımico observado nos fornos de indu¸õ ´ semelhante `quele existente nos
ca e a
fornos de arco el´trico.
e

e a 25

4.1.3 ´
PRODUTOS SIDERURGICOS
Os produtos da ind´stria sider´rgica sõ classificados, conforme mencionado anteriormente, em
u u a
fun¸õ do teor de carbono encontrado na liga Fe-C.
ca
O teor de carbono, como elemento de liga principal, exerce influˆncia significativa sobre as pro-
e
priedades dos materiais. Tal influˆncia se explica pelos diferentes n´
e ıveis de solubilidade do ferro
em fun¸õ da temperatura, que altera a sua forma alotr´pica, e modifica a capacidade de formar
ca o
solu¸õ com o carbono.
ca
Pode-se compreender melhor este fenˆmeno a partir de uma an´lise do diagrama de fases Fe-C,
o a
apresentado na Figura 4.9

As principais considera¸˜es a serem feitas a respeito do diagrama bin´rio Fe-C, com rela¸õ
co a ca
a
`s rea¸˜es que ocorrem em equil´
co ıbrio e das estruturas resultantes, sõ as seguintes:
a

• o ponto A corresponde ao ponto de fusõ do ferro puro - 1538o C e o ponto D, impreciso,
a
ao ponto de fusõ do F e3 C;
a

• na parte superior esquerda do diagrama, numa faixa estreita, ocorre uma rea¸õ especial
ca
chamada ”perit´tica”, na passagem do estado l´
e ıquido ao s´lido, em torno de 1495o C. a
o
qual, contudo, nõ apresenta importˆncia sob o ponto de vista pr´tico. Nesse trecho, ao
a a a
solidificar, o ferro adquire a estrutura c´bica centrada - chamada, nesse caso, de d (delta),
u
passando, entretanto, quase a seguir, ` estrutura c´bica de face centrada gama (g), que
a u
caracteriza o ferro a alta temperatura. A 912o C, h´ a passagem da forma c´bica de face
a u
centrada para cubo centrado at´ a temperatura ambiente, na forma alotr´pica alfa (a);
e o

• na faixa de temperaturas em que o ferro est´ na forma alotr´pica gama, ele tem capacidade
a o
de dissolver o carbono presente;

• entretanto, essa solubilidade do carbono do ferro gama nõ ´ ilimitada: ela ´ m´xima a
a e e a
1.148 C e corresponde a um teor de carbono de 2,11%. A ` medida que cai a temperatura,
a solubilidade do carbono no ferro gama decresce; assim, a 727o C, a m´xima quantidade
a
de carbono que pode ser mantido em solu¸õ s´lida no ferro gama ´ 0,77%; esses fatos
ca o e
sõ indicados no diagrama pelas linhas JE e Acm, esta ultima representando, portanto, a
a ´
m´xima solubilidade do carbono ou do Fe3C no ferro gama, nas condi¸˜es de equil´
a co ıbrio;

• as linhas JE e ECF correspondem ` linha ”solidus”do diagrama;
a

• o carbono afeta, por outro lado, a temperatura de transforma¸õ alotr´pica gama-alfa: a
ca o
partir de 0% de carbono, essa temperatura de transforma¸õ decresce paulatinamente, at´
ca e
que para 0,77% ela se situa a 727o C. Abaixo de 727o C nõ poder´ existir, em nenhuma
a a
hip´tese, nas condi¸˜es de equil´
o co ıbrio, ou seja, esfriamento muito lento, ferro na forma
alotr´pica gama; tal fato ´ indicado pela linha PSK ou A1;
o e

• o ponto C, conforme estudado anteriormente, ´ o conhecido ponto eut´tico do diagrama
e e
Fe-C. Observa-se que o ponto S assemelha-se ao C sendo chamado de ponto eutetíde.
o

• entre teores de carbono 0 e 0,77% ocorre nõ apenas o abaixamento da temperatura de
a
transforma¸õ alotr´pica gama-alfa, esta transforma¸õ ´ paulatina ou se d´ em duas
ca o ca e a
etapas: come¸a na linha GS ou A3 e termina na linha PS ou A1. Somente a 727o C ela ´
c e
instantˆnea;
a

• a solubilidade do carbono no ferro alfa nõ ´, de fato, nula: cerca de 0,008% de carbono
a e
dissolvem-se ` temperatura ambiente, e a 727o C, a solubilidade aumenta para 0.02%; de
a
727o C para cima, decresce novamente a solubilidade do carbono at´ 912o C torna-se nula.
e

e a 26

Figura 4.9: Diagrama de equil´
ıbrio Fe-C.

e a 27

Nesse instante, entretanto, o ferro alfa passa a gama, que pode manter em solu¸õ s´lida
ca o
o carbono em teores bem mais elevados, como se viu; os fatos acima estõ indicados pelas
a
linhas QP e PG. Pode-se chamar a liga Fe-C com carbono at´ 0,008% no m´ximo de ferro
e a
comercialmente puro;

• acima de 2,11% de carbono, na faixa dos ferros fundidos, duas linhas predominam, na fase
s´lida: a linha ECF ”solidus”e a linha SK, indicada por A1, abaixo da qual nõ pode
o a
existir ferro na forma alotr´pica gama;
o

• a solu¸ao s´lida do carbono no ferro gama chama-se ”austenita”; portanto, na zona limitada
c˜ o
pelas linhas JE, ES, SG e GNJ s´ existe austenita; essa zona ´ denominada ”austen´
o e ıtica”;
esta austenita (nome derivado do metalurgista inglˆs Roberts Austen) ´ um constituinte
e e
estrutural de boa resistˆncia mecˆnica e apreci´vel tenacidade e nõ-magn´tico;
e a a a e

• na zona limitada pelas linhas SE (Acm), ECF e SK (A1) existe simultaneamente austenita
e carbono, este ultimo na forma de F e3 C, porque, como se viu, a solubilidade do carbono
´
no ferro gama nõ ´ ilimitada;
a e

• o F e3 C ´ um carboneto contendo 6,67% de carbono, muito duro e fr´gil; esse constituinte
e a
´ denominado ”cementita”(do latim ”cementum”).
e

As linhas que marcam o in´ e o fim das transforma¸˜es chamam-se linhas de transforma¸õ
ıcio co ca
e elas limitam zonas chamadas zonas cr´
ıticas.

Industrialmente, pode-se, portanto distinguir, a partir do diagrama de fases a caracteriza¸õ
ca
da liga Fe-C como:

• A¸o-Carbono: 0,008% ` 2,11% de Carbono;
c a

• Ferro fundido: 2,11 ` 4,5% de Carbono.
a

4.1.3.1 ACOS
¸
Os a¸os utilizados na constru¸õ mecˆnica se dividem em trˆs grandes categorias:
c ca a e

• A¸os-carbono ou comuns;
c

• A¸os-liga;
c

• A¸os especiais.
c

Estes ultimos contˆm elementos anexados propositalmente com a finalidade de fornecer ou
´ e
melhorar as caracter´ısticas dos a¸os: resistˆncia mecˆnica, resistˆncia ` corrosõ ou ao calor,
c e a e a a
qualidades magn´ticas, etc.
e
O a¸o ´, talvez, o material mais empregado na maioria das constru¸˜es mecˆnicas, pelas suas
c e co a
o
´timas caracter´
ısticas mecˆnicas e sua adaptabilidade.
a
Comercialmente sõ encontrados sob a forma de a¸os fundidos, laminados e trefilados.
a c

a) A¸o-carbono (ou comum)
c

Quando o unico elemento de liga ´ o carbono, o material ´ designado a¸o-carbono ou a¸o
´ e e c c
comum.
Grandes varia¸˜es de resistˆncia e de dureza sõ obtidas pela modifica¸õ das percentagens de
co e a ca

e a 28

carbono ou por tratamentos t´rmicos. Com base no diagrama de equil´
e ıbrio Fe-C, pode-se in-
terpretar as rea¸˜es que ocorrem na faixa de composi¸˜es correspondentes aos a¸os, que sõ
co co c a
respons´veis por tais varia¸˜es.
a co
Na zona austen´ ıtica, ap´s a solidifica¸õ das ligas, s´ ocorre austenita. No caso de um a¸o
o ca o c
hipoeutetíde - entre 0,008% e 0,77% de carbono, o ferro gama da austenita come¸a a transformar-
o c
se em ferro alfa que se separa, visto que ele nõ pode manter em solu¸õ s´lida senõ quantidades
a ca o a
irris´rias de carbono; assim a composi¸õ estrutural da liga vai se modificando ` medida que cai
o ca a
a temperatura: de um lado, tem-se ferro puro alfa separando-se continuamente e do outro lado
a austenita, cujo teor de carbono vai aumentando, em dire¸õ ao ponto S.
ca
No instante que a liga atinge a temperatura correspondente ` 727o C, tˆm-se, portanto, em
a e
equil´ıbrio, dois constituintes estruturais: ferro puro na forma alotr´pica alfa e uma solu¸õ
o ca
s´lida de 0,77% de carbono no ferro gama (ou seja, austenita com 0,77% de C). Nesse momento,
o
todo o ferro gama remanescente transforma-se abruptamente em ferro alfa. A transforma¸õ ca
´, contudo, tõ repentina que nõ h´ tempo suficiente para que ocorra uma separa¸õ n´
e a a a ca ıtida
entre o carbono (na forma de F e3 C ou cementita) e o ferro, na forma alotr´pica alfa. Resulta
o
um constituinte de forma lamelar, formado por lˆminas muito delgadas e muito pr´ximas umas
a o
das outras, de ferro alfa e F e3 C, dispostas alternadamente. Com aumentos microsc´picos rel-
o
ativamente pequenos, nõ d´ para perceber tais lˆminas. Com maiores aumentos, acima de
a a a
1000 vezes, por exemplo, elas sõ vis´
a ıveis. Esquematicamente o aspecto dessa estrutura est´ a
representada na Figura 4.10 (a¸o eutetíde). Devido ` nuance de madrep´rola que esse con-
c o a e
stituinte adquire, quando examinado ao microsc´pio, ´ chamado ”perlita”. Suas propriedades
o e
sõ intermedi´rias entre as do ferro puro (pouco resistente, mole e muito dćtil) e a cementita
a a u
(muito resistente, muito dura e muito fr´gil).
a

Figura 4.10: Representa¸õ esquem´tica das estruturas das ligas Fe-C, na faixa correspondente
ca a
aos a¸os, resfriados lentamente, conforme o diagrama de equil´
c ıbrio Fe-C.

O ferro puro, na forma alotr´pica alfa, corresponde a uma estrutura chamada ”ferrita”(do
o
latim ”ferrum”). A ferrita, como j´ se mencionou, pode manter em solu¸õ s´lida at´ 0,008%
a ca o e

e a 29

de carbono.
Os a¸os hipoeutetídes, com teor de carbono entre 0,008% e 0,77%, apresentam, pois, ` tem-
c o a
peratura ambiente, uma estrutura composta de ferrita e perlita, como a Figura 4.10(b) mostra
esquematicamente. A quantidade de perlita aumenta e a de ferrita diminui, ` medida que a
a
composi¸õ do a¸o cresce em dire¸õ ao ponto eutetíde.
ca c ca o
Ao resfriar-se lentamente um a¸o com a composi¸õ exatamente eutetíde (0.77%C), a unica
c ca o ´
transforma¸õ que ocorre ´ no ponto S, quando a austenita passa bruscamente a perlita, cuja
ca e
estrutura est´ representada esquematicamente na Figura 4.10(c).
a
Para os a¸os hipereutetídes, entre 0,77 e 2,11% de carbono as rea¸˜es que ocorrem podem
c o co
ser assim explicadas: a austenita, ao atravessar a linha SE ou Acm, de m´xima solubilidade
a
do carbono no ferro gama, come¸a a expulsar o excesso de carbono que nõ pode ser mantido
c a
em solu¸õ. Em conseq¨ˆncia, numa temperatura intermedi´ria entre Acm e A1, haver´ em
ca ue a a
equil´
ıbrio duas fases: uma, representada pela austenita que vai se empobrecendo em carbono e
outra, pelo carbono paulatinamente expulso, na forma de Fe3C ou cementita.
´
A temperatura de 727o C (linha A1), as fases que estõ em equil´
a ıbrio serõ, portanto: de um
a
lado o Fe3C e do outro a austenita com 0.77% de carbono, a qual se transforma imediatamente
em perlita ao atingir e ultrapassar a linha A1. A estrutura correspondente, que permanece até
a temperatura ambiente, como nos casos anteriores, ´ perlita mais cementita; esta ultima vai
e ´
localizar-se nos contornos dos grõs, como a Figura 4.10(d) esquematicamente indica.
a
Assim, em resumo, para os a¸os, tˆm-se as seguintes estruturas, ` temperatura ambiente (ou
c e a
abaixo da linha A1):
• ferro comercialmente puro: ”ferrita”, mole, dćtil, e pouco resistente;
u

• a¸os hipoeutetídes: ”ferrita mais perlita”, cuja resistˆncia e dureza võ aumentando e
c o e a
cuja ductilidade vai diminuindo, ` medida que se caminha em dire¸õ ao teor 0,77% de
a ca
carbono;

• a¸os hipereutetídes: ”perlita mais cementita”; a quantidade desta, disposta nos contornos
c o
dos grõs, aumenta ` medida que se caminha para teores mais elevados de carbono; essa
a a
estrutura ´ dura, resistente e pouco dćtil, caracter´
e u ısticos que se acentuam ` medida que
a
aumenta o teor de carbono.
Em fun¸õ dessas propriedades das estruturas, os a¸os tˆm suas propriedades modificadas,
ca c e
a
` medida que o teor de carbono aumenta, conforme mostra o gr´fico da figura 4.11.
a

O a¸o-carbono ´ o mais barato dos a¸os, razõ pela qual ele ´ prefer´ aos demais, exceto
c e c a e ıvel
quando condi¸˜es severas de servi¸o exigem caracter´
co c ısticas especiais, ou quando h´ necessidade
a
de pequenas dimens˜es.o
Os a¸os-carbonos, de um modo geral, cobrem todas as faixas das necessidades da pr´tica.
c a
Com teor de 0,3% ou mais, pode ser tratado termicamente, melhorando suas propriedades de
resistˆncia e dureza. Mas surgem dificuldades em pe¸as de grandes se¸˜es devido ao resfria-
e c co
mento lento do nćleo, o que impede as mudan¸as metal´rgicas requeridas para endurecimento
u c u
e resistˆncia.
e
O principal inconveniente do a¸o comum ´ a sua pequena penetra¸õ de endurecimento, es-
c e ca
tendido apenas a uma fina camada. O resfriamento deve ser muito r´pido, resultando tens˜es
a o
residuais internas, distor¸˜es, perda de ductilidade e, eventualmente, trincas.
co
Os a¸os comuns podem ser classificados, quanto ` composi¸õ ou teor de carbono. A classifica¸õ
c a ca ca
americana, praticamente adotada no mundo inteiro, define os seguintes padr˜es: o

• A¸os de baixo teor de carbono at´ 0,25% de carbono
c e

• A¸os de m´dio teor de carbono de 0,25% ` 0,6% de carbono
c e a

e a 30

Figura 4.11: Propriedades mecˆnicas dos a¸os em fun¸õ do teor de carbono
a c ca

• A¸os de alto teor de carbono de 0,6% ` 2,0% de carbono
c a

De um modo geral, a¸os com baixo teor de carbono (at´ 0,25%) constituem cerca de 90% da
c e
produ¸õ total de a¸o.
ca c
A tabela 4.1 apresenta algumas indica¸˜es de utiliza¸õ encontradas comumente na pr´tica.
co ca a
A ABNT padroniza os a¸os para constru¸õ mecˆnica segundo o teor de carbono, baseando-
c ca a
se nas normas SAE, excetuados alguns a¸os que sõ indicados precedidos pela letra ”D”e sõ
c a a
baseados nas normas DIN.
A representa¸õ ´ feita por quatro algarismos (classifica¸õ SAE), o primeiro algarismo indi-
ca e ca
cando:

1 = a¸o-carbono
c
2 = a¸o-n´
c ıquel
3 = a¸o-n´
c ıquel-cromo
4 = a¸o-molibidˆnio
c e
5 = a¸o-cromo
c
6 = a¸o-cromo-van´dio
c a
7 = a¸o-tungstˆnio
c e

e a 31

Tabela 4.1: Aplica¸˜es t´
co ıpicas dos a¸os carbono comum.
c
Carbono(%) Emprego
0,05 a 0,10 Estampas, chapas, rebites, arames, pe¸as trefiladas
c
0,10 a 0,20 Pe¸as estruturais, de m´quinas e cementadas; parafusos
c a
0,20 a 0,30 Engrenagens; ´rvores e eixos; alavancas, tubos soldados.
a
0,30 a 0,40 Pe¸as a serem tratadas termicamente; tubos sem costura; ´rvores e eixos; bielas; ganchos;
c a
parafusos.
0,40 a 0,50 Forjamento; ´rvores; engrenagens e pinos.
a
0,50 a 0,70 Matrizes de marteletes; parafusos de fixa¸õ; aros de rodas; arruelas de fixa¸õ; arames para
ca ca
molas.
0,70 a 0,80 Vigas e discos de arado; bigornas; serra de fita; martelos; chaves; molas; ´rvores; partes de
a
m´quinas pesadas.
a
0,80 a 0,90 Implementos agr´ ıcolas; pun¸˜es; brocas para pedra; talhadeiras; ferramentas manuais; molas
co
de lˆminas.
a
0,90 a 1,00 Molas, facas; eixos; matrizes.
1,00 a 1,10 Brocas, alargadores; fresas; facas.
1,10 a 1,20 Brocas, bedames.
1,20 a 1,30 Limas; alargadores; ferramentas de corte.
1,25 a 1,40 Raspadores, serras.

9 = a¸o-sil´
c ıcio-manganˆs
e

O segundo algarismo indica a percentagem aproximada do elemento predominante da liga.
Os dois ultimos algarismos indicam o teor m´dio de carbono contido, em percentagem. O tabela
´ e
4.2 apresenta as padroniza¸˜es indicadas pela ABNT.
co

Tabela 4.2: Especifica¸õ de a¸os a ABNT (SAE)
ca c
Classe Designa¸õca Composi¸õ
ca
10XX A¸os-carbono comuns
c Mn-m´ximo 1,00%
a
11XX A¸o ressulfurado.Tamb´m conhecidos como a¸os de usinagem e corte
c e c
12XX A¸o ressulfurado e refosfatado
c
13XX A¸o-manganˆs
c e Mn-1,75%
14XX A¸os com adi¸õ de ni´bio
c ca o Nb-0,10%
15XX A¸o carbono
c Mn-1,00 e 1,65%
23XX A¸o-n´
c ıquel Ni-3,5%
25XX A¸o-n´
c ıquel Ni-5,0%
31XX A¸o-n´
c ıquel-cromo Ni-1,25% Cr-0,65%
33XX A¸o-n´
c ıquel-cromo Ni-3,50% Cr-1,57%
40XX A¸o-molibdˆnio
c e Mo-0,25%
41XX A¸o-cromo-molibdˆnio
c e Cr-0,50 ou 0,95%Mo-0,12 ou 0,25%
43XX A¸o-n´
c ıquel-cromo-molibdˆnio e Ni-1,82%Cr-0,50 ou 0,80%Mo-0,25%
46XX A¸o-n´
c ıquel-Molibdˆnio e Ni-1,57 ou 1,82%Mo-0,20 ou 0,25%
47XX A¸o-n´
c ıquel-cromo-molibdˆnio e Ni-1,05%Cr-0,45%Mo-0,20%
48XX A¸o-n´
c ıquel-molibdˆnio e Ni-3,50% Mo-0,25%
50XX A¸o-cromo
c Cr-0,27 ou 0,50%
51XX A¸o-cromo
c Cr-0,80 a 1,05%
61XX A¸o-cromo-van´dio
c a Cr-0,80 ou 0,95%V-0,10 ou 0,15%
86XX A¸o-n´
92XX A¸o-sil´
c ıcio-manganˆs e Mn-0,85% Si-2,00%
93XX A¸o-n´
c ıquel-cromo-molibdˆnio e Ni-3,25% Cr-1,20%Mo-0,12%
98XX A¸o-n´
XXBXX A¸o-boro
c B-0,0005% m´ ınimo
XXLXX A¸o-chumbo
c Pb-0,15 a 0,35%

A tabela 4.3 apresenta algumas caracter´
ısticas mecˆnicas do a¸o-carbono especificadas pela
a c
ABNT.

e a 32

Tabela 4.3: Especifica¸õ de a¸os segundo ABNT.
ca c
ABNT Tra¸õ(kgf/mm2)
ca Along Dureza
Ruptura Escoamento (%) (Brinell)
1010 33 18 28 95
37 31 20 105
1020 35 19 28 101
39 33 18 111
1025 41 22 25 116
45 38 15 126
1030 48 26 20 137
53 45 12 149
1040 53 29 18 149
60 50 12 170
1045 57 32 16 163
64 54 12 179
1050 63 35 15 179
70 59 10 197
1060 69 38 12 201
1070 71 39 12 212
1080 78 43 10 229
1090 85 47 10 248
* Os primeiros valores sõ para os laminados a quente e os segundos para os laminados a frio.
a

b) A¸o-liga
c
Existem trˆs possibilidades para melhorar a resistˆncia mecˆnica de qualquer metal: aplicar
e e a
processos de fabrica¸õ por conforma¸õ mecˆnica, como prensagem e lamina¸õ; tratar o metal
ca ca a ca
termicamente, ou seja, submetˆ-lo a aquecimento e resfriamento sob condi¸˜es controladas; ou
e co
acrescentar elementos de liga.
A caracteriza¸õ de um a¸o como a¸o-liga se d´ quando a quantidade dos elementos adicionados
ca c c a
for muito maior do que as encontradas nos a¸os-carbono comuns, sendo esta adi¸õ respons´vel
c ca a
por significativa modifica¸õ e melhoria em suas propriedades mecˆnicas.
ca a
Dependendo da quantidade dos elementos de liga adicionados, o a¸o-liga pode ser um a¸o de
c c
baixa liga, se tiver at´ 5% de elementos de adi¸õ, ou um a¸o de liga especial, se tiver quanti-
e ca c
dades de elementos de liga maiores do que 5%.
Os elementos de liga mais comumente adicionados ao a¸o sõ: n´
c a ıquel, manganˆs, cromo, molibdˆnio,
e e
van´dio, tungstˆnio, cobalto, sil´ e cobre, sendo poss´ adicionar mais de um elemento de
a e ıcio ıvel
liga para se obter um a¸o-liga.
c
A tabela 4.4 apresenta a influˆncia dos elementos de liga na estrutura e nas propriedades do a¸o.
e c
Alguns dos a¸os-liga obtidos a partir de um ou mais elementos apresentados no Quadro 4.4,
c
sõ padronizados pela ABNT e foram apresentados no Quadro 4.2.
a

e a 33

Tabela 4.4: Influˆncia dos elementos de liga nas propriedades dos a¸os.
e c
Elementos Caracter´ ısticas
Alum´ınio Desoxidante. Reduz o crescimento do grõ. Em pequena quantidade aumenta a resistˆncia,
a e
mas, em quantidade grande produz fragilidade.Adicionado de 2 a 5% aumenta o poder
refrat´rio e antioxidante.
a
Chumbo Produz a forma¸õ de fibras e part´
ca ıculas finamente divididas.Em pequenas quantidades
favorece a usinabilidade.
Cromo Produz: carbonetos duros que fazem aumentar a dureza; tˆmpera muito profunda e grande
e
resistˆncia ao desgaste. Pequenas adi¸˜es de cromo dõ tenacidade ao a¸o, aumentando sua
e co a c
resistˆncia e sua resiliˆncia;diminui a usinabilidade; reduz a zona de tˆmpera se nõ vem
e e e a
acompanhado de n´ ıquel. Conserva a dureza a maiores temperaturas; proporciona melhoria
da resiliˆncia ` oxida¸õ e ` corrosõ.
e a ca a a
Cobalto Aumenta a dureza ao rubro. A altas temperaturas, os carburetos mantˆm ainda a dureza, e
mas, tendem a descarburar o a¸o no tratamento t´rmico. Faz aumentar a dureza e a tenaci-
c e
dade, mas em excesso faz diminuir a resiliˆncia. Faz aumentar o magnetismo.
e
Ni´bio
o Utilizado para diminuir a corrosõ intergranular nos a¸os inoxid´veis. Pode formar carbure-
a c a
tos para aumentar a resiliˆncia e a dureza,mas em geral, nõ se faz uso desta possibilidade.
e a
Quando adicionado aos a¸os com certo teor de cromo reduz o tempo de recozimento por sua
c
a¸õ suavizadora.
ca
N´
ıquel Aumenta a dureza, resistˆncia, ductilidade e resiliˆncia. Afina a estrutura sem preju´ da
e e ızo
usinagem. Atrasa o crescimento do grõ. Em grandes quantidades produz resistˆncia `
a e a
oxida¸õ a altas temperaturas.
ca
L´
ıtio Poderoso desoxidante e desgaseificante. Aumenta o limite de escoamento dos a¸os-carbono. c
Aumenta a fluidez dos a¸os inoxid´veis, produzindo fundi¸˜es densas com limites el´sticos
c a co a
elevados.
Manganˆs
e Desoxidante e dessulfurante. Adicionado em pequenas quantidades aumenta a dureza, a
resistˆncia ao desgaste e a resistˆncia ` tra¸õ. Faz aumentar a solubilidade do carbono.
e e a ca
Produz um a¸o austen´
c ıtico quando a composi¸õ de Manganˆs oscila em torno de 12%.
ca e
O a¸o com muito manganˆs ´ muito duro e ´ nõ-magn´tico. Aumenta o coeficiente de
c e e e a e
dilata¸õ. Em pequenas quantidades aumenta a profundidade e a velocidade de tˆmpera.
ca e
Molibdˆnio
e Nas altas temperaturas aumenta a resistˆncia e a resiliˆncia, e a dureza e a fragilidade em
e e
baixa temperaturas. Evita o crescimento do grõ. Aumenta a resistˆncia ` deforma¸õ por
a e a ca
cargas permanentes em altas e baixas temperaturas. Aumenta a facilidade de usinabilidade
dos a¸os-carbono. Aumenta a resistˆncia ` corrosõ dos a¸os inoxid´veis.
c e a a c a
Nitrogˆnio
e Normalmente indesej´vel. Aumenta ligeiramente a dureza e reduz a ductilidade. Em pe-
a
quena quantidade afina o grõ e aumenta a resistˆncia dos a¸os de alto cromo.
a e c
F´sforo
o Favorece a contra¸õ com o resfriamento. Em pequenas quantidades aumenta ligeiramente
ca
a resistˆncia ` tra¸õ e ` corrosõ.
e a ca a a
Sil´
ıcio Desoxidante. Favorece a forma¸õ de grafite. Separa o carbono da solu¸õ. Em pequenas
ca ca
quantidades aumenta a resiliˆncia e at´ 1,75% aumenta o limite el´stico. Aumenta a re-
e e a
sistˆncia dos a¸os pobres em carbono. Em quantidade m´dia, aumenta a permeabilidade
e c e
magn´tica. Em pequena quantidade produz forte dureza, resistˆncia ao desgaste e resistˆncia
e e e
aos ćidos.
a
Tˆntalo
a Utilizado em alguns a¸os especiais para ferramentas, para aumentar a dureza em elevadas
c
temperaturas
Titˆnio
a Desoxida e separa o nitrogˆnio. Aumenta a resistˆncia e a dureza. Reduz ao m´
e e ınimo a
corrosõ intergranular nos a¸os de alto teor de carbono.
a c
Tungstˆnio
e Aumenta a dureza do a¸o ao rubro e a estabilidade dos carburetos duros, a altas temperat-
c
uras. Aumenta a profundidade de tˆmpera. Aumenta a resistˆncia ` tra¸õ e a resistˆncia ao
e e a ca e
desgaste. Em pequenas quantidades produz uma estrutura de grõ fino. Forma part´ a ıculas
duras resistentes ` abrasõ, nos a¸os de alto carbono. Aumenta a resistˆncia aos ćidos
a a c e a
e ` corrosõ. Permite alcan¸ar um elevado magnetismo remanescente e uma grande for¸a
a a c c
coerciva no a¸o especial para eletro-´ as.
c ım˜
Van´dio
a Desoxidante. Aumenta a tenacidade e resistˆncia dos a¸os. Forma carburetos duros. Afina
e c
o grõ. Conserva a dureza dos a¸os em temperaturas elevadas. Evita o crescimento do
a c
grõ.Aumenta a resistˆncia ` fadiga e a resistˆncia ao choque.
a e a e

e a 34

c) A¸os especiais
c

c.1) A¸os Hadfield
c

O a¸o Hadfield ´ um material que quando deformado endurece bastante na zona deformada,
c e
endurecimento este causado pela precipita¸õ da martensita. A martensita ´ uma microestru-
ca e
tura t´
ıpica observada no a¸o quando ´ submetido ao tratamento t´rmico de tˆmpera. Tais
c e e e
caracter´ısticas sõ obtidas a partir da adi¸õ do manganˆs na propor¸õ de 11 a 14% e carbono
a ca e ca
estando entre 1,1 e 1,4%. A adi¸õ do manganˆs neste teor d´ ao a¸o a not´vel propriedade de
ca e a c a
ser, quando solubilizado, completamente austen´ ıtico, sendo entõ, muito resistente a choques.
a
Este a¸o ´ aplicado em mand´
c e ıbulas de britadeiras e bolas de moinho.

c.2) A¸os sil´
c ıcio
Sõ empregados quando sõ necess´rios materiais com boa permeabilidade magn´tica. Este
a a a e
fenˆmeno ocorre porque o material tem a sua resistˆncia bastante elevada. Sõ empregados
o e a
em motores, alternadores, transformadores, etc. A composi¸õ desses a¸os varia dentro dos
ca c
seguintes teores:

• C - 0,07

• Mn - 0,4

• Si - 2,4

c.3) A¸os inoxid´veis
c a
A expressõ a¸o inoxid´vel, como ´ usualmente conhecido, nos d´ uma idía de um material que
a c a e a e
nõ se destrí mesmo quando submetido a severas condi¸˜es de trabalho. Na verdade este tipo
a o co
de a¸o nõ ´ eterno e sim apresenta uma maior resistˆncia ` corrosõ, quando submetido a um
c a e e a a
determinado meio ou agente agressivo. Apresenta tamb´m uma maior resistˆncia ` oxida¸õ a
e e a ca
altas temperaturas em rela¸õ a outras classes de a¸os, quando, neste caso em particular, recebe
ca c
a denomina¸õ de a¸o refrat´rio.
ca c a
A resistˆncia ` oxida¸õ e corrosõ do a¸o inoxid´vel se deve principalmente a presen¸a do
e a ca a c a c
cromo, que a partir de um determinado valor e em contato com o oxigˆnio, permite a forma¸õ
e ca
de uma pel´ ıcula fin´ ıssima de ´xido de cromo sobre a superf´ do a¸o, que ´ imperme´vel e
o ıcie c e a
insol´vel nos meios corrosivos usuais. Assim podemos definir como a¸o inoxid´vel o grupo de
u c a
ligas ferrosas resistentes a oxida¸õ e corrosõ, que contenham no m´
ca a ınimo 12% de cromo.
O cromo favorece o endurecimento produzido pela tˆmpera em ´leo, e refina os grõs, dificulta
e o a
a ferrugem, mantendo o material brilhante na atmosfera.
Os a¸os inoxid´veis sõ resistentes ao ataque de v´rios elementos, tais como o ćido ac´tico e
c a a a a e
n´ıtrico, os ´lcalis, sumos de frutas, etc.
a
Com cerca de 17% Cr, ou 18% Cr + 8% Ni, nõ escamam nas altas temperaturas como outros
a
a¸os.
c
A alta resistˆncia dos a¸os inoxid´veis, combinada com a boa ductilidade, desenvolveu o seu
e c a
emprego onde resistˆncia e leveza sõ importantes.
e a
Os a¸os inoxid´veis sõ classificados em trˆs grupos de acordo com a microestrutura b´sica for-
c a a e a
mada: a¸o inoxid´vel martens´
c a ıtico, a¸o inoxid´vel ferr´
c a ıtico, a¸o inoxid´vel austen´
c a ıtico.
Os a¸os inoxid´veis martens´
c a ıticos sõ obtidos ap´s resfriamento r´pido quando aquecimento em
a o a
altas temperaturas. Mostram uma estrutura caracterizada pela alta dureza e fragilidade.
Cont´m de 12 a 17% de Cromo e O,l a O,5% de carbono (em certos casos at´ 1% de carbono)
e e
e podem atingir diversos graus de dureza pela varia¸õ das condi¸˜es de aquecimento e resfria-
ca co
mento (tratamento t´rmico).
e
Sõ dificilmente atacados pela corrosõ atmosf´rica no estado temperado e se destacam pela
a a e

e a 35

dureza, sendo tamb´m ferromagn´ticos.
e e
Apresentam trabalhabilidade inferior as demais classes e soldabilidade pior, especialmente com
carbono mais elevado, devido ` forma¸õ de martensita no resfriamento.
a ca
A padroniza¸õ deste tipo de a¸o segue a norma AISI no qual a numera¸õ distingue os teores
ca c ca
de carbono, cromo e outros elementos de liga adicionados. Os tipos mais comuns sõ os a¸os a c
403, 410, 414, 416, 420, 420F, 431, 440A, 440B, 440C e 440F.
Os tipos 403, 410, 414, 416 e 420 caracterizam-se por baixo teor de carbono e um m´ ınimo de
11,5% de cromo, que, no tipo 431, pode chegar a 17%. Embora o carbono seja baixo, esses
a¸os possuem boa temperabilidade, devido ` presen¸a do cromo. Esses a¸os sõ chamados ”tipo
c a c c a
turbina”e ´ apropriado em aplica¸˜es como: lˆminas de turbina e compressor, molas, eixos e
e co a
h´lices de bombas, hastes de v´lvulas, parafusos, porcas, etc.
e a
O tipo 420F possui carbono entre 0,30 e 0,40% e nos tipos 440A, 440B e 440C, o teor de carbono
´ mais elevado, m´
e ınimo de 0,60% no tipo 440A e m´ximo 1,20% no tipo 440C. O teor de cromo
a
varia de 12,0 a 18,0%. Sõ denominados ”tipo cutelaria”e empregados em cutelaria, instrumen-
a
tos cir´rgicos, molas, mancais antifriçõ, etc.
u ca
Os a¸os inoxid´veis ferr´
c a ıticos ap´s o resfriamento r´pido de alta temperatura eles mostram uma
o a
estrutura macia e tenaz, altamente homogˆnea. Cont´m de 16 a 30% de Cromo.
e e
Nõ podem ser endurecidos por tratamento t´rmico e sõ basicamente usados nas condi¸˜es de
a e a co
recozido.
Possuem uma maior usinabilidade e maior resistˆncia ` corrosõ que os a¸os martens´
e a a c ıticos dev-
ido ao maior teor de cromo. Possuem boas propriedades f´ ısicas e mecˆnicas e sõ efetivamente
a a
resistentes ` corrosõ atmosf´rica e a solu¸˜es fortemente oxidantes, sendo ferromagn´ticos.
a a e co e
As aplica¸˜es principais sõ aquelas que exigem boa resistˆncia ` corrosõ, ´tima aparˆncia su-
co a e a a o e
perficial e requisitos mecˆnicos moderados. Apresentam, tendˆncia ao crescimento de grõ ap´s
a e a o
soldagem, particularmente para se¸˜es de grande espessura, experimentando certas formas de
co
fragilidade.
A designa¸õ AISI indica como tipos principais: 405, 406, 430, 430F, 442, 443 e 446. Sõ aplica-
ca a
dos em equipamentos para a ind´stria qu´ u ımica, em equipamentos para restaurantes e cozinhas,
pe¸as de fornos e em componentes arquitetˆnicos ou decorativos. Podem ser aplicados tamb´m
c o e
em queimadores e radiadores devido ` sua resistˆncia a corrosõ em altas temperaturas.
a e a
Os a¸os inoxid´veis austen´
c a ıticos sõ obtidos a partir da introdu¸õ do n´
a ca ıquel como elemento de
liga, que proporciona uma altera¸õ na sua estrutura capaz de elevar a sua resistˆncia mecˆnica
ca e a
e tenacidade. Este a¸o apresenta excelente resistˆncia ` corrosõ em muitos meios agressivos.
c e a a
Outros elementos como molibdˆnio, titˆnio e ni´bio, se adicionados podem melhorar a resistˆncia
e a o e
a
` corrosõ.a
Dos trˆs grupos, estes a¸os sõ os que apresentam maior resistˆncia ` corrosõ. Eles combinam
e c a e a a
baixo limite de escoamento com alta resistˆncia a tra¸õ e bom alongamento, oferecendo as
e ca
melhores propriedades para trabalho a frio.
Nõ podem ser endurecidos por tratamento t´rmico, mas suas resistˆncia ` tra¸õ e dureza po-
a e e a ca
dem ser aumentadas por encruamento, nõ sendo ferromagn´ticos.
a e
Possuem uma ampla faixa de propriedades mecˆnicas, oferecendo boa ductilidade e resistˆncia
a e
a altas e/ou baix´ ıssimas temperaturas, al´m de boa usinabilidade e soldabilidade.
e
Os tipos AISI mais comuns sõ designados pelos n´meros 301, 302, 302B, 303, 304, 308, 309,
a u
309S, 310, 316, 317, 321 e 347. As aplica¸˜es desses a¸os inoxid´veis sõ as seguintes: pe¸as dec-
co c a a c
orativas, utens´ ılios dom´sticos, pe¸as estruturais, componentes para a ind´stria qu´
e c u ımica, naval,
aliment´ ıcia, de papel e inclusive componentes que devam estar sujeitos a temperaturas elevadas,
como pe¸as de estufas e fornos, devido ` boa resistˆncia ` oxida¸õ que apresentam.
c a e a ca

e a 36

c.4) A¸os R´pidos
c a

Os a¸os r´pidos sõ aqueles que, depois de endurecidos por tratamento t´rmico, mant´m a
c a a e e
dureza e a temperatura mais elevadas do que ` temperatura de in´ de amolecimento dos a¸os
a ıcio c
comuns.
Apresenta como elementos de liga o van´dio, tungstˆnio e cromo. Um aumento extraordin´rio
a e a
de eficiˆncia dos a¸os r´pidos foi conseguido pela adi¸õ do cobalto. A adi¸õ de 5% de cobalto
e c a ca ca
ao a¸o com 18% de tungstˆnio faz aumentar a eficiˆncia em 100%. Com o a¸o r´pido com cobalto
c e e c a
consegue-se usinar at´ o a¸o manganˆs. Quanto maior o teor de cobalto mais fr´gil se torna o
e c e a
a¸o. O van´dio op˜e-se a esta tendˆncia e por isso ser´ sempre proporcionalmente adicionado
c a o e a
nos a¸os r´pidos ao cobalto.
c a

4.1.3.2 FERROS FUNDIDOS
Os ferros fundidos sõ ligas de ferro e carbono com teores elevados de sil´ e tamb´m sendo
a ıcio e
fabricados a partir do ferro-gusa. Neste caso, o carbono est´ presente em teores situados entre
a
2 e 4,5%.
O ferro fundido ´ o que chamamos de uma liga tern´ria. Isso quer dizer que ele ´ composto
e a e
de trˆs elementos: ferro, carbono (2 a 4,5%) e sil´
e ıcio (1 a 3%). Existe ainda o ferro fundido
ligado,ao qual outros elementos de liga sõ acrescentados para dar alguma propriedade especial
a
a
` liga b´sica.
a
Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material ´ resfriado ou tratado
e
termicamente, o ferro fundido ser´ cinzento, branco, male´vel ou nodular. O que determina a
a a
classifica¸õ em cinzento ou branco ´ a aparˆncia da fratura do material depois de seu resfri-
ca e e
amento. Essa aparˆncia, por sua vez, ´ determinada pela forma como o carbono se apresenta
e e
depois que a massa met´lica solidifica.
a
No ferro fundido cinzento, o carbono se apresenta sob a forma de grafita, semelhante ` grafite a
dos l´pis comuns, em flocos ou lˆminas, que d´ a cor acinzentada ao material. Como o sil´
a a a ıcio
favorece a decomposi¸õ da cementita em ferro e grafita, esse tipo de liga ferrosa apresenta um
ca
teor maior de sil´ (at´ 2,8%). Outro fator que auxilia na forma¸õ da grafita ´ o resfriamento
ıcio e ca e
lento.
Os ferros fundidos cinzentos apresentam boa usinabilidade e grande capacidade de amorte-
cer vibra¸˜es. Sõ empregados nas ind´strias automobil´
co a u ıstica, de equipamentos agr´ ıcolas e de
m´quinas e, na mecˆnica pesada, na fabrica¸õ de blocos e cabe¸otes de motor, suportes, barras
a a ca c
e barramentos para m´quinas industriais.
a
O ferro fundido branco ´ formado no processo de solidifica¸õ, quando nõ ocorre a forma¸õ
e ca a ca
da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de ferro (cementita). Da´ sua cor clara.
ı,
Para que isso aconte¸a, tanto os teores de carbono quanto os de sil´
c ıcio devem ser baixos e a
velocidade de resfriamento deve ser maior. Nos ferros fundidos brancos ligados, elementos como
o cromo, o molibdˆnio e o van´dio funcionam como estabilizados dos carbonetos, aumentando
e a
a dureza.
Por causa da elevada dureza, os ferros fundidos brancos sõ fr´geis, embora tenham uma grande
a a
resistˆncia ` compressõ, ao desgaste e ` abrasõ. Essa resistˆncia e dureza se mantˆm mesmo
e a a a a e e
em temperaturas elevadas. Por isso, esse tipo de material ferroso ´ empregado em equipamentos
e
de manuseio de terra, minera¸õ e moagem, rodas de vag˜es e revestimentos de moinhos.
ca o
O ferro fundido male´vel ´ um material que reńe as vantagens do a¸o e as do ferro fundido
a e u c
cinzento. Assim, ele tem, ao mesmo tempo, alta resistˆncia mecˆnica a alta fluidez no estado
e a
l´
ıquido, o que permite a produ¸õ de pe¸as complexas e finas.
ca c
O ferro fundido male´vel ´ produzido a partir de um ferro fundido branco submetido a um
a e
tratamento t´rmico, por v´rias horas, que torna as pe¸as fabricadas com este material mais
e a c
resistentes ao choque e `s deforma¸˜es. Dependendo das condi¸˜es do tratamento t´rmico, o
a co co e

e a 37

ferro pode apresentar o nćleo preto ou branco.
u
O ferro fundido nodular , apresenta part´ ıculas arredondadas de grafita. Isso ´ obtido com
e
a adi¸õ de elementos, como o magn´sio, na massa met´lica ainda l´
ca e a ıquida. Com o aux´ de
ılio
tratamentos t´rmicos adequados, esse material pode apresentar propriedades mecˆnicas, como
e a
a ductilidade, a tenacidade, a usinabilidade e as resistˆncias mecˆnica e ` corrosõ, melhores do
e a a a
que as de alguns a¸os-carbono.
c
Devido ao menor custo de processamento, est´ substituindo alguns tipos de a¸os e ferros fundi-
a c
dos male´veis na maioria de suas aplica¸˜es. a tabela abaixo apresenta algumas informa¸˜es a
a co co
respeito dos ferros fundidos.

Tabela 4.5: Caracter´
ısticas dos ferros fundidos.
Tipo de Ferro Propriedades Produtos
Fundido
Ferro fundido Boa usinabilidade. Capacidade de Blocos e cabe¸otes de motor, carca¸as e platˆs
c c o
cinzento amortecer vibra¸˜es
co de embreagem, discos e tambores de freio; su-
portes, bases e barramentos de m´quinas in-
a
dustriais.
Ferro fundido Dureza e fragilidade.Elevada re- Equipamentos de manuseio de terra, min-
branco sistˆncia ` compressõ.Resistˆncia
e a a e era¸õ e moagem; rodas de vag˜es; revesti-
ca o
ao desgaste e ` abrasõ.
a a mentos de moinhos.
Ferro fundido Alta resistˆncia mecˆnica e alta flu-
e a Suportes de molas, caixas de dire¸õ, cubos de
ca
male´vel
a idez no estado l´ıquido. Resistˆncia
e roda; conex˜es para tubula¸˜es hidrúlicas e
o co a
ao choque e `s deforma¸˜es.
a co industriais; suportes de barras de tor¸õ, cor-
ca
pos de mancais, flanges para tubos de escapa-
mento.
Ferro fundido Ductilidade, tenacidade, usinabili- Mancais, virabrequins, caixas de diferencial,
nodular dade.Resistˆncia mecˆnica e ` cor-
e a a carca¸as de transmissõ.
c a
rosõ.
a

Os produtos de ferro fundido, assim como os de a¸o, e de qualquer outro tipo de material, sõ
c a
normalizados, ou seja, seguem as normas da ABNT (Associa¸õ Brasileira de Normas Tćnicas).
ca e
Nos cat´logos, esses produtos sõ apresentados de acordo com designa¸˜es ou especifica¸˜es
a a co co
dessas normas.
Os ferros fundidos cinzentos sõ classificados pela ABNT, segundo a norma NBR 6589 de acordo
a
com seus limites de resistˆncia ` tra¸õ. A classifica¸õ ´ codificada por duas letras e um n´mero
e a ca ca e u
de trˆs d´
e ıgitos: FC-XXX. As letras FC indicam o ferro fundido cinzento e o n´mero indica a
u
resistˆncia ` tra¸õ em MPa. Por exemplo: um ferro fundido FC-200 ´ um ferro fundido cinzento,
e a ca e
com 200 MPa (20 kgf/mm2 ) de resistˆncia ` tra¸õ.
e a ca
O ferro fundido nodular ´ designado por um conjunto de duas letras e um n´mero de cinco
e u
d´ıgitos, no qual os trˆs primeiros algarismos indicam a resistˆncia ` tra¸õ em MPa e os dois
e e a ca
ultimos, a porcentagem de alongamento. Segundo a norma NBR 6916, o ferro fundido nodular
´
´ classificado nos seguintes tipos: FE-38017, FE-42012, FE-50007, FE-60003, FE-70002, FE-
e
80002.
O ferro fundido male´vel de nćleo preto ´ normalizado pela NBR 6590. Sua designa¸õ ´
a u e ca e
composta por trˆs letras e cinco d´
e ıgitos, dos quais os trˆs primeiros indicam a resistˆncia `
e e a
tra¸õ em MPa e, os dois ultimos, indicam a porcentagem de alongamento: FMP-30006, FMP-
ca ´
35012, FMP-45007, FMP-50005, FMP-55005, FMP-65003, FMP-70002.
Os ferro fundidos male´veis de nćleo branco sõ normalizados pela NBR 6914 e sõ designados
a u a a
por um conjunto de quatro letras e cinco d´ ıgitos seguindo o mesmo crit´rio dos ferros fundidos
e
male´veis de nćleo preto: FMBS-38012.
a u

e a 38

4.2 ˜
METAIS NAO-FERROSOS
4.2.1 ALUM´
INIO E SUA LIGAS
O alum´ ınio ´ um metal retirado de um min´rio chamado bauxita, que existe em grande quanti-
e e
dade na natureza. Na verdade, cerca de 8% da crosta terrestre sõ constitu´
a ıdos pelo alum´
ınio.
Isso o torna o metal mais abundante no nosso planeta.
Quando comparamos sua hist´ria com a do ferro ou do cobre, descobrimos que sua utiliza¸õ
o ca
´ muito recentemente. Ela s´ se tornou realidade com o desenvolvimento tecnol´gico propor-
e o o
cionado pela Revolu¸õ Industrial.
ca
Atualmente, seu volume de produ¸õ ´ maior do que o de todos os outros metais nõ-ferrosos
ca e a
juntos. O processo de obten¸õ do alum´
ca ınio ´ constitu´ por duas etapas:
e ıdo

• Obten¸õ da alumina;
ca

• Obten¸õ do alum´
ca ınio.

Ap´s a obten¸õ do min´rio (bauxita), sõ retiradas impurezas da bauxita para que sobre
o ca e a
somente a alumina. Para isso, a bauxita ´ triturada em moinho espec´
e ıfico e misturada com uma
solu¸õ de soda cústica no digestor. Dessa forma, a alumina ´ dissolvida, a s´
ca a e ılica contida na
pasta ´ eliminada, mas as outras impurezas nõ. Entõ, elas sõ separadas por processos de
e a a a
sedimenta¸õ e filtragem no decantador e no filtro .prensa respectivamente.
ca
A solu¸õ resultante, chamada aluminato de s´dio, ´ colocada em um precipitador e, nesse
ca o e
processo, obt´m-se a alumina hidratada. Nesse ponto, a alumina hidratada pode seguir um entre
e
dois caminhos: pode ser usada como est´ ou ser levada para os calcinadores. No primeiro caso,
a
ser´ mat´ria-prima para produtos qu´
a e ımicos, como o sulfato de alum´ ınio, usado no tratamento da
a
´gua e na ind´stria de papel. Poder´ ser empregada, tamb´m, na produ¸õ de vidros, corantes
u a e ca
e cremes dentais.
O aluminato de s´dio ´ mat´ria-prima nõ s´ para a produ¸õ de alum´
o e e a o ca ınio, mas tamb´m de e
abrasivos, refrat´rio, isoladores t´rmicos, tintas e cerˆmicos de alta tecnologia.
a e a
Na seq¨ˆncia do processo de produ¸õ do alum´
ue ca ınio, o aluminato de s´dio precisa perder a ´gua
o a
que se encontra quimicamente combinada em seu interior. Tal processo acontece nos calcinadores
nos quais ´ aquecido a temperaturas entre 1000o C e 1300o C formando a alumina (Al2 O3 ).
e
Para se obter o alum´ ınio ´ preciso retirar esse oxigˆnio que est´ dentro da alumina. Como essa
e e a
liga¸õ do oxigˆnio com o alum´
ca e ınio ´ muito forte, ´ imposs´ separ´-lo utilizando os redutores
e e ıvel a
conhecidos, como o carbono, por exemplo, que ´ usado na redu¸õ do ferro. Esse foi o problema
e ca
que impediu o uso desse metal at´ pouco mais de cem anos atr´s. E isso foi resolvido com a
e a
utiliza¸õ de fornos eletrol´
ca ıticos.
O processo funciona da seguinte forma: a alumina ´ dissolvida dentro dos fornos eletrol´
e ıticos em
um banho qu´ ımico ` base de fluoretos. Os fornos sõ ligados a um circuito el´trico, em s´rie,
a a e e
que fornece corrente cont´ ınua. No momento em que a corrente el´trica passa atrav´s do banho
e e
qu´ımico, ocorre uma rea¸õ e o alum´
ca ınio se separa da solu¸õ e libera o oxigˆnio. O alum´
ca e ınio
l´
ıquido se deposita no fundo do forno e ´ aspirado a intervalos regulares por meio de sif˜es.
e o
Depois disso, ele ser´ resfriado sob a forma lingotes, barras ou tarugos para ser utilizado na
a
ind´stria de transforma¸õ.
u ca
O fluxograma a seguir apresenta todo o processo citado anteriormente.
O processo para obten¸õ do alum´
ca ınio ´ um processo caro. Para produzir 1kg de alum´
e ınio
precisa-se de tanta eletricidade quanto para deixar 250 lˆmpadas de 100W acesas durante uma
a
hora.
Este fato explica porque ´ tõ interessante reciclar alum´
e a ınio. Para reciclar sucata de alum´ ınio,
basta aquecˆ-la at´ a temperatura de fusõ que ´ 660
e e a e o C. O alum´ ınio derretido ´ transformado
e
em lingotes e vendidos `s ind´strias que o utilizam.
a u

e a 39

Figura 4.12: Fluxograma do processo de obten¸õ do alum´
ca ınio.

O alum´ınio ´ o metal que concorre diretamente com o a¸o em diversas aplica¸˜es e apresenta
e c co
uma s´rie de condi¸˜es favor´veis ao seu emprego. Suas principais caracter´
e co a ısticas sõ:
a

´
E bastante leve e possui rela¸õ resistˆncia-peso bastante elevada;
ca e

Como conseq¨ˆncia de seu pequeno peso espec´
ue ıfico, oferece pequena resistˆncia ` acel-
e a
era¸õ, absorvendo menos potˆncia;
ca e

A resistˆncia ` corrosõ ´ elevada devido a camadas est´veis de ´xidos que se formam ao
e a a e a o
ar ou sob tratamentos especiais. Quanto mais puro o alum´ ınio, maior ´ a sua resistˆncia
e e
a a ´
` corrosõ. E resistente ` a¸õ da ´gua pura, do ćido fosf´rico dilu´
a ca a a o ıdo, do ćido n´
a ıtrico
´
concentrado, do di´xido de enxofre. E sens´
o ıvel ` ´gua do mar, ` solda e aos ćidos
a a a a
inorgˆnicos;
a

Suas propriedades podem ser modificadas por elementos ligados;

O alum´ınio ´ mole e dćtil, mas pode ser endurecido por trabalho a frio, e certas ligas po-
e u
dem ser laminadas, forjadas, extrudadas, estampadas e fundidas em areia ou em coquilha.

e a 40

Pode ser tamb´m usinado, lixado e polido;
e

Com elementos de liga, pode ser unido por todos os processos usuais: soldagem, rebitagem,
colagem e brasagem. Excelente condutor de calor, sua condutividade t´rmica ´ quatro
e e
vezes maior que a do a¸o. Sua superf´ pode ser anodizada, envernizada e esmaltada;
c ıcie

Sua condutividade el´trica e ausˆncia de magnetismo o tornam adequado para aplica¸˜es
e e co
na ind´stria el´trica.
u e

O alum´ ınio puro (aquele que possui 99% ou mais de alum´ ınio), apesar de ter muitas quali-
dades desej´veis, ´ realmente fraco e nõ responde aos tratamentos t´rmicos. A nõ ser onde a
a e a e a
resistˆncia ´ secund´ria recorre-se ao alum´
e e a ınio puro.
Tais caracter´ısticas o tornam indicado para a fabrica¸õ de laminados muito finos, embalagens,
ca
latinhas de bebidas, recipientes para a ind´stria qu´
u ımica, cabos e condutores el´tricos.
e
Para melhorar ou modificar as propriedades do alum´ ınio, adicionam-se a ele um ou mais ele-
mentos qu´ ımicos formando suas ligas. Isso acontece depois que o alum´ ınio puro e liqëfeito sai
u
do forno eletrol´ıtico e vai para o forno de espera onde o elemento ´ adicionado.
e
Os principais elementos de liga adicionados ao alum´ ınio sõ: cobre, manganˆs, sil´
a e ıcio, magn´sio,
e
zinco e estanho. A tabela a seguir apresenta as caracter´ ısticas das principais ligas de alum´ ınio.

Tabela 4.6: Influˆncia dos elementos de liga na aplicabilidade do alum´
e ınio.
ELEMENTO CARACTER´ ISTICAS APLICACOES ¸˜
ADICIONADO
Alum´ ınio puro Ductilidade, condutividade el´trica Embalagens, folhas muito finas, re-
e
e t´rmica, resistˆncia ` corrosõ.
e e a a cipientes para ind´stria qu´
u ımica,
condutores el´tricos.
e
Cobre Resistˆncia mecˆnica, resistˆncia a Rodas de caminh˜es, rodas, estru-
e a e o
altas temperaturas e ao desgaste, turas e asas de avi˜es, cabe¸otes
o c
usinabilidade. de cilindros de motores de avi˜es eo
caminh˜es, pist˜es e blocos de cilin-
o o
dros de motores.
Manganˆs e Ductilidade, melhor resistˆncia Esquadrias para constru¸õ civil, re-
e ca
mecˆnica ` corrosõ.
a a a cipientes para ind´stria qu´
u ımica.
Sil´
ıcio Baixo ponto de fusõ, melhor re- Soldagem forte, pe¸as fundidas.
a c
sistˆncia ` corrosõ, fundibilidade.
e a a
Sil´
ıcio com cobre Resistˆncia mecˆnica ao desgaste e Chassis de bicicletas, pe¸as de au-
e a c
ou manganˆs e a
` corrosõ, ductilidade, soldabili- tom´veis, estruturas soldadas, bloco
a o
dade, usinabilidade, baixa expansõ e pist˜es de motores, constru¸õ
a o ca
t´rmica.
e civil.
Magn´sio
e Resistˆncia ` corrosõ em atmos- Barcos, carrocerias de ˆnibus, tan-
e a a o
fera marinha, soldabilidade, usin- ques criogˆnicos.
e
abilidade.
Zinco Alta resistˆncia mecˆnica e baixo Pe¸as de avi˜es.
e a c o
peso.
Zinco e magn´sio Resistˆncia ` tra¸õ e ` corrosõ, Brasagem.
e e a ca a a
soldabilidade, usinabilidade.
Estanho Resistˆncia ` fadiga e ` corrosõ por Capas de mancal, mancais fundidos,
e a a a
o
´leo lubrificante. bielas.

e a 41

Para organizar e facilitar a sele¸õ das ligas de alum´
ca ınio, a ABNT e outras associa¸˜es de
co
normas tćnicas classificam essas ligas de acordo com o processo de fabrica¸õ e a composi¸õ
e ca ca
qu´ımica.
Foram divididas em ligas para conforma¸õ (ou dćteis) e ligas para fundi¸õ. Essa divisõ foi
ca u ca a
criada porque as diferentes ligas tˆm que ter caracter´
e ısticas diferentes para os diferentes proces-
sos de fabrica¸õ.
ca
As ligas para conforma¸õ devem ser obrigatoriamente dćteis para serem trabalhadas a frio ou
ca u
a quente por processos de conforma¸õ mecˆnica, como: lamina¸õ, trefila¸õ, o forjamento e
ca a ca ca
extrusõ.
a
As ligas sõ comercializadas sob a forma de laminados planos (chapas e folhas), barras, arames,
a
perfis e tubos extrudados e pe¸as forjadas.
c
As ligas para fundi¸õ devem ter resistˆncia mecˆnica, fluidez al´m de estabilidade dimensional
ca e a e
e t´rmica para suportar os diferentes processos de fundi¸õ em areia, e molde permanente por
e ca
gravidade ou sob pressõ.
a
Tanto as ligas para a conforma¸õ quanto `s ligas para fundi¸õ seguem um sistema de des-
ca a ca
igna¸õ de acordo com a norma da ABNT NBR6834, conforme o principal elemento de liga
ca
presente em sua composi¸õ.
ca
A tabela a seguir apresenta a designa¸õ das ligas de alum´
ca ınio destinadas ` conforma¸õ.
a ca

Tabela 4.7: Designa¸õ das ligas de alum´
ca ınio para conforma¸õ. ca
ALUM´ INIO E SUA LIGAS PARA CONFORMACAO) ¸˜
¸˜ ´ ¸˜
DESIGNACAO DA SERIE INDICACAO DA COMPOSICAO ¸˜
1XXX 99% m´ ınimo de alum´ ınio
2XXX Cobre
3XXX Manganˆs e
4XXX Sil´
ıcio
5XXX Magn´sio
e
6XXX Magn´sio e sil´
e ıcio
7XXX Zinco
8XXX Outros elementos
9XXX s´rie nõ utilizada
e a

Pela norma, os materiais para conforma¸õ mecˆnica sõ indicados por um n´mero de quatro
ca a a u
d´
ıgitos:

• o primeiro classifica a liga pela s´rie de acordo com o principal elemento adicionado;
e

• o segundo d´ ıgito, para o alum´ ınio puro, indica modifica¸˜es nos limites de impureza: 0
co
(nenhum controle) ou 1 a 9 (para controle especial de uma ou mais impurezas). Para as
ligas, se for diferente de zero indica qualquer modifica¸õ na liga original;
ca

• o terceiro e o quarto d´
ıgitos, para o alum´
ınio puro, indicam o teor de alum´
ınio acima de
99%. Quando se referem `s ligas, identificam as diferentes ligas do grupo (´ um n´mero
a e u
arbitr´rio).
a

No caso das ligas de alum´
ınio para fundi¸õ, segue-se a designa¸õ apresentada na tabela a
ca ca
seguir:

e a 42

Tabela 4.8: Designa¸õ das ligas de alum´
ca ınio para fundi¸õ.
ca
´
ALUMINIO E SUA LIGAS PARA FUNDICAO) ¸ ˜
¸˜ ´ ¸˜
DESIGNACAO DA SERIE INDICACAO DA COMPOSICAO ¸˜
1XX.X 99% m´ ınimo de alum´ ınio
2XX.X Cobre
3XX.X Sil´ e cobre e/ou magn´sio
ıcio e
4XX.X Sil´
ıcio
5XX.X Magn´sio
e
6XX.X S´rie nõ utilizada
e a
7XX.X Zinco
8XX.X Estanho
9XX.X Outros elementos

Como ´ poss´
e ıvel observar na primeira coluna, referente ` designa¸õ da s´rie, as ligas de
a ca e
alum´
ınio para fundi¸õ sõ indicadas por trˆs d´
ca a e ıgitos, um ponto e um d´ ıgito. Da mesma forma
como nas ligas para conforma¸õ, cada d´
ca ıgito tem um significado:

• o primeiro d´
ıgito classifica a liga segundo o elemento principal da liga;

• o segundo e o terceiro d´
ıgitos; indicam cent´simos da porcentagem m´
e ınima de alum´
ınio
(para o alum´
ınio puro) ou diferentes ligas do grupo;

• o d´
ıgito ap´s o ponto indica a forma do produto: 0 para pe¸as fundidas e 1 para lingotes.
o c

4.2.2 COBRE E SUA LIGAS
O cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Os livros de hist´ria mostram que 4000 anos
o
antes de cristo, o homem j´ fazia suas primeiras experiˆncias com esse metal.
a e
O cobre deve ter sido o primeiro metal usado pelo homem provavelmente pelas cores do min´rio. e
Acostumados a trabalhar com a pedra para fazer seus instrumentos, eles devem ter imaginado
que aquilo tamb´m era uma pedra, s´ que mais bonita, sendo trabalhada atrav´s do forjamento.
e o e
Descobriram entõ que era um material mais mole e muito mais fćil de se trabalhar. Obser-
a a
varam tamb´m que nõ lascava e que, quanto mais batiam, mais dura ficava.
e a
Inicialmente, por causa da cor e da possibilidade de trabalhar o metal a frio, o homem deve ter
usado o cobre principalmente para fazer objetos de adorno; brincos, colares, pulseiras. Depois,
percebendo as enormes possibilidades do material, passou a fabricar outros tipos de objetos:
vasilhas, ta¸as, armas e ferramentas. No antigo Egito, por exemplo, cunhas e serras feitas de
c
cobre foram usadas na constru¸õ das pirˆmides.
ca a
´
E encontrado na natureza em estado nativo e combinado formando min´rios que podem ser
e
o
´xidos ou sulfetos, conforme apare¸a associado ao oxigˆnio ou ao enxofre. Os principais min´rios
c e e
de cobre calcosita (sulfeto de cobre) e calcopirita (sulfeto duplo de ferro e cobre), cuprita (´xido
o
de cobre).
O tratamento metal´rgico consiste simplesmente na redu¸õ do min´rio. Esta redu¸õ ´ feita
u ca e ca e
em forno de cuba, onde reduz o min´rio com combust´ e fundente.
e ıvel
Quando se trata o min´rio sulfurado, o processo consiste numa ustula¸õ (aquecimento do
e ca
min´rio sem fusõ) que elimina o enxofre. Em seguida procede-se a redu¸õ, obtendo-se o
e a ca
cobre bruto que posteriormente deve ser refinado.
O cobre ´ um metal nõ-ferroso e nõ magn´tico que se funde a 1080o C e, depois da prata, ´ o
e a a e e
´
melhor condutor de eletricidade e calor. E um metal dćtil e male´vel que pode ser laminado
u a
a frio ou a quente. Ao ser laminado a frio, estirado ou estampado, adquire um endurecimento

e a 43

superficial que aumenta sua resistˆncia, por´m diminui sua maleabilidade. Isso o torna mais
e e
fr´gil, o que ´ corrigido com o tratamento t´rmico.
a e e
Em contato com o ar seco e em temperatura ambiente, o cobre nõ sofre altera¸˜es, isto ´, nõ se
a co e a
oxida. Em contato com o ar umido, no entanto, ele se recobre de uma camada esverdeada pop-
´
ularmente conhecida por azinhave, ou ”zinabre”(hidrocarbonato de cobre). O zinabre impede a
oxida¸õ do cobre, mas ´ prejudicial ` sa´de. Por isso, recomenda-se lavar as mõs sempre que
ca e a u a
se manusear pe¸as de cobre.
c
O cobre ´ um metal relativamente escasso. H´ somente 0,007% de cobre na crosta terrestre e,
e a
como vem sendo usado h´ milhares de anos, seu custo ´ alto em rela¸õ a outros metais mais
a e ca
abundantes. Por isso, para muitas aplica¸˜es o cobre vem sendo substitu´ pelo alum´
co ıdo ınio.
Por suas caracter´ ısticas, o cobre ´ usado nas seguintes aplica¸˜es: componentes de radar, enro-
e co
lamento de rotores para geradores e motores, trilhas de circuitos impressos, caldeiras, tachos,
alambiques, tanques, cˆmaras de esteriliza¸õ, permutadores de calor, radiadores e juntas para
a ca
ind´stria automotiva, pe¸as para aparelhos de ar condicionado e refrigeradores, condutores para
u c
g´s e ´guas pluviais, etc.
a a
Pode ser usado como elemento de liga, geralmente adicionado para aumentar a resistˆncia ` e a
corrosõ. E
a ´ o caso, por exemplo, do a¸o ao carbono: adiciona-se cobre ao a¸o quando se deseja
c c
melhorar sua resistˆncia ` corrosõ. Em rela¸õ ao alum´
e a a ca ınio, a adi¸õ de cobre confere a essa
ca
liga maior resistˆncia mecˆnica.
e a
Para melhorar as suas propriedades podem ser adicionados elementos de ligas que lhe conferem
caracter´ ısticas diferenciadas. As principais ligas de cobre sõ: bronze, latõ e ligas de cobre-
a a
n´ıquel.

a) Bronze

A liga mais antiga que se tem conhecimento ´ o bronze. Formado por cobre (Cu) e estanho
e
(Sn), foi descoberto provavelmente por puro acaso, pois esses metais podem ser encontrados
juntos na natureza. Isso aconteceu por volta de 4000 a.C. no Oriente M´dio, na regiõ onde
e a
hoje estõ o Ir˜, a Jordˆnia, O Estado de Israel, a S´ e o L´
a a a ıria ıbano.
Apresenta elevada dureza e boa resistˆncia mecˆnica e ` corrosõ, al´m de ser bom condutor de
e a a a e
eletricidade.
Nas ligas usadas atualmente, a propor¸õ do estanho adicionado ao cobre ´ de at´ 12%. Essa
ca e e
varia¸õ ´ determinada pela utiliza¸õ e, conseqëntemente, pelas propriedades que se quer
ca e ca u
aproveitar.
O bronze com at´ 10% de estanho pode ser laminado e estirado e tem alta resistˆncia ` tra¸õ,
e e a ca
a
` corrosõ e ` fadiga. As ligas com essa faixa de propor¸õ de estanho sõ usadas na fabrica¸õ
a a ca a ca
de pe¸as para trabalhos pesados.
c
O bronze, que cont´m mais de 12% de estanho, antigamente era usado na fabrica¸õ de canh˜es
e ca o
e sinos.
A liga de cobre e estanho que ´ desoxidada com f´sforo, chama-se bronze fosforoso. Um bronze
e o
bastante utilizado ´ o que cont´m 98,7% de cobre e 1,3% de estanho. Esse tipo de bronze pode
e e
ser conformado por dobramento, recalcamento, prensagem e forjamento em matrizes, sendo
facilmente unido por meio de solda forte, de solfa de prata e solda por fusõ. Suas aplica¸˜es
a co
t´
ıpicas estõ na fabrica¸õ de contatos el´tricos e mangueiras flex´
a ca e ıveis.
A liga de bronze tamb´m pode receber pequenas quantidades de outros elementos como o
e
chumbo, o f´sforo ou o zinco. Quando se adiciona o chumbo, h´ uma melhora na usinabili-
o a
dade. A adi¸õ do f´sforo oxida a liga e melhora a qualidade das pe¸as que sofrem desgaste por
ca o c
friçõ. O zinco, por sua vez, eleva a resistˆncia ao desgaste.
ca e
O desenvolvimento da tecnologia dos materiais levou ` cria¸õ dos bronzes especiais que nõ
a ca a
contem estanho. Essas ligas tˆm alta resistˆncia mecˆnica, resistˆncia ao calor e ` corrosõ.
e e a e a a

e a 44

Dentro desse grupo est´ o bronze de alum´
a ınio que normalmente cont´m 13% de alum´
e ınio (Al).
Ele ´ empregado na lamina¸õ a frio de chapas resistentes ` corrosõ, na fabrica¸õ de tubos de
e ca a a ca
condensadores, evaporadores de calor; recipientes para a ind´stria qu´
u ımica; ferramentas para a
conforma¸õ de pl´sticos;, etc.
ca a
O bronze ao sil´ ıcio, com at´ 4% de sil´
e ıcio (Si), apresenta alta resistˆncia ` ruptura e alta
e a
tenacidade. Essa liga ´ usada na fabrica¸õ de pe¸as para a ind´stria naval, pregos, parafusos,
e ca c u
tanques para ´gua quente, tubos para trocadores de calor e caldeiras.
a
O bronze ao ber´ e e ılio ´
ılio geralmente cont´m at´ 12% de ber´ (Be). E uma liga que tem alta
resistˆncia ` corrosõ e ` fadiga, relativamente alta condutividade el´trica e alta dureza, con-
e a a a e
servando a tenacidade. Essas caracter´ ısticas sõ adquiridas ap´s o tratamento t´rmico. Por sua
a o e
alta resistˆncia mecˆnica e propriedades antifaiscantes, essa liga ´ especialmente indicada para
e a e
equipamentos de soldagem e ferramentas el´tricas nõ faiscantes.
e a

b) Latõa
O latõ ´ a liga de cobre (Cu) e zinco (Zn) que vocˆ provavelmente associa a objetos de dec-
a e e
ca ´
ora¸õ. E aquele metal amarelo usado em acabamento de m´veis e fechaduras.
o
Essa liga cont´m entre 5 e 45% de zinco. Sua temperatura de fusõ varia de 800o C a 1070o C,
e a
dependendo do teor de zinco que ele apresenta. Em geral, quanto mais zinco o latõ contiver,
a
mais baixa ser´ a sua temperatura de fusõ.
a a
O latõ varia de cor conforme a percentagem do cobre presente na liga.
a
´
E uma liga dćtil e male´vel, al´m de apresentar boa condutividade el´trica de calor. Tem boa
u a e e
resistˆncia mecˆnica e excelente resistˆncia ` corrosõ. Este material pode ser fundido, forjado,
e a e a a
laminado e estirado a frio.
Quando cont´m at´ 30% de zinco, o latõ ´ facilmente conformado por estiramento, corte, do-
e e a e
bramento, mandrilagem e usinagem. Pode ser unido por solda de estanho e solda de prata.
O latõ aceita quase todos os m´todos de conforma¸õ a quente e a frio e a maioria dos processos
a e ca
de solda. Nessa propor¸õ, o latõ ´ usado para a fabrica¸õ de cartuchos de muni¸õ, rebites,
ca a e ca ca
carca¸a de extintores, tubos de trocadores de calor e evaporadores.
c
O latõ que tem entre 40 e 45% de zinco ´ empregado na fabrica¸õ de barras para enchimento
a e ca
usadas na solda forte de a¸os-carbono, ferro fundido, latõ e outras ligas.
c a
A fim de melhorar a resistˆncia mecˆnica, a usinabilidade e a resistˆncia ` corrosõ do latõ,
e a e a a a
outros elementos de liga sõ adicionados a sua composi¸õ. Tem-se, portanto, os seguintes tipos
a ca
especiais de latõ:
a
O latõ ao chumbo cont´m 1 a 3% de chumbo. Apresenta ´tima usinabilidade e ´ usado para
a e o e
fabricar pe¸as por estampagem ` quente que necessitam de posterior usinagem.
c a
O latõ ao estanho tem at´ 2% de estanho e ´ altamente resistente ` corrosõ em atmosferas
a e e a a
marinhas. Por isso, ´ empregado na fabrica¸õ de pe¸as para a constru¸õ de barcos.
e ca c ca
O latõ ao n´
a ıquel ´ usado no lugar do bronze para fabricar molas e casquilhos de mancais.
e

c) Ligas cobre-n´
ıquel

As ultimas ligas da fam´ de cobre sõ aquelas em que o n´
´ ılia a ıquel participa em propor¸˜es
co
que variam entre 5 e 50%.
Possuem boa ductilidade, boa resistˆncia mecˆnica e ` oxida¸õ, e boa condutividade t´rmica.
e a a ca e
Sõ facilmente conform´veis, podendo ser transformadas em chapas, tiras, fios, tubos e barras.
a a
Elas podem ser unidas pela maioria dos m´todos de solda forte e por solda de estanho.
e
Com uma propor¸õ de at´ 30% de n´
ca e ıquel, a liga ´ usada na confeçõ de moedas e medalhas.
e ca
As ligas com teores de n´ ıquel na faixa de 35 a 57% recebem o nome de constantan e sõ usadas
a
para a fabrica¸õ de resistores.
ca
O cobre e suas ligas, assim como os outros metais, tamb´m tˆm suas formas comerciais padronizadas.
e e

e a 45

Isso se tornou necess´rio porque, com o desenvolvimento tecnol´gico, novas ligas foram surgindo
a o
e seu n´mero aumenta a cada dia.
u
As ligas de cobre sõ classificadas em dois grandes grupos: ligas dćteis, ou para conforma¸õ, e
a u ca
ligas para fundi¸õ. Dentro dessas duas classifica¸˜es, elas ainda sõ designadas de acordo com
ca co a
sua composi¸õ qu´
ca ımica. A norma brasileira onde isso est´ estabelecido ´ a NBR 7554, que ´
a e e
baseada na norma da ASTM (American Society for Testing and Materials) dos Estados Unidos.
De acordo com essas classifica¸˜es, as ligas dćteis sõ designadas da seguinte maneira.
co u a

Tabela 4.9: Especifica¸õ de ligas dćteis (para conforma¸õ) de cobre
ca u ca
CLASSE LIGA ¸˜
DESIGNACAO COMUM
C1XXXX Cobre puro e ligas com alto teor de Cobre
cobre
C2XXXX Cobre-Zinco Lat˜es
o
C3XXXX Cobre-Zinco-Chumbo Lat˜es com chumbo
o
C4XXXX Cobre-Zinco-Estanho Lat˜es especiais com estanho
o
C5XXXX Cobre-Estanho Bronzes
C6XXXX Cobre-Alum´ ınio,Cobre-Sil´
ıcio, Bronzes de alum´ ınio, bronzes de sil´
ıcio.
Cobre-Zinco (especiais) Lat˜es especiais.
o
C7XXXX Cobre-N´ ıquel, Cobre-N´ıquel-Zinco Alpacas.

As ligas sõ identificadas pela letra C seguida de cinco algarismos. O primeiro ou dois
a
primeiros algarismos indicam a classe do material e os dois ultimos referem-se ` identifica¸õ
´ a ca
desse material.
As ligas de fundi¸õ, sõ classificadas da seguinte maneira:
ca a

Tabela 4.10: Especifica¸õ de ligas de cobre destinadas ` fundi¸õ
ca a ca
CLASSE LIGA ¸˜
DESIGNACAO COMUM
C80XXX a C81100 Cobre puro
C81XXX a C82XXX Ligas com elevado teor de cobre (exceto Cobre com pequenas adi¸˜es.
co
81100).
C83XXX a C84XXX Cobre-Estanho-Zinco com ou sem chumbo Bronzes especiais
C85XXX Cobre-Zinco(com ou sem chumbo). Lat˜es.
o
C86XXX Cobre-Zinco Lat˜es especiais com elevada re-
o
sistˆncia mecˆnica.
e a
C87XXX Cobre-Sil´ıcio Bronze de sil´
ıcio.
C90XXX a C91XXX Cobre-Estanho,Cobre-Estanho-Zinco com Bronzes. Bronzes especiais.
teor de zinco inferior ao do estanho.
C92XXX Cobre-Estanho com chumbo;Cobre- Bronzes;bronzes especiais.
Estanho-Zinco com chumbo e teor de
zinco inferior ao do estanho.
C93XXX a C945XX Cobre-Estanho com elevado teor de Bronzes.Bronzes especiais.
chumbo;Cobre-Estanho-Zinco com elevado
teor de chumbo.
C947XX a C949XX Cobre-Estanho-N´ ıquel com outros elemen- Bronzes com N´
ıquel.
tos
C95XXX Cobre-Alum´ ınio Bronzes de Alum´
ınio.
C96XXX Cobre-N´ ıquel-Ferro
C97XXX Cobre-N´ ıquel-Zinco com outros elementos. Alpacas
C98XXX Cobre-Chumbo
C99XXX Ligas diversas

e a 46

4.2.3 N´
IQUEL E SUAS LIGAS
O n´ıquel ´ um metal branco brilhante e faz parte do grupo dos metais mais antigos conhecidos
e
pelo homem. Apresenta todas as qualidades mecˆnicas e tecnol´gicas que se pode exigir de um
a o
metal: maleabilidade, fusibilidade, soldabilidade, aliada ` boa resistˆncia mecˆnica e tenacidade.
a e a
Seu min´rio ´ a garnierita e o processo de extra¸õ se faz de modo semelhante ao do cobre, sendo
e e ca
o n´
ıquel bruto submetido, na ultima fase, a um refino eletrol´
´ ıtico.
Devido ao alto custo, os metais nõ-ferrosos e suas respectivas ligas tˆm uso limitado aplica¸˜es
a e co
especiais. No caso do n´ ıquel, por exemplo, as ligas custam de vinte a cem vezes mais que os
a¸os inoxid´veis.
c a
Sõ utilizadas em aplica¸˜es que necessitam de material com alta resistˆncia ` corrosõ e ao
a co e a a
calor.
´
E um metal vers´til, capaz de formar ligas com in´meros metais, inclusive o a¸o. A tabela a
a u c
seguir reńe as caracter´
u ısticas adquiridas pelo n´
ıquel com a adi¸õ de cada elemento de liga e
ca
sua respectiva utiliza¸õ.
ca

Tabela 4.11: Influˆncia da adi¸õ de elementos na forma¸õ das ligas de n´
e ca ca ıquel.
ELEMENTO ˆ
INFLUENCIA APLICACOES¸ ˜
ADICIONADO
Cobre Nas ligas monel, aumenta a re- Equipamento de processamento
sistˆncia ` corrosõ e ` resistˆncia de produtos de petr´leo e
e a a a e o
mecˆnica;reduz o custo nas ligas de petroqu´
a ımicos;aquecedores de
cromo ferro e molibdˆnio;em teores ´gua e trocadores de calor;v´lvulas,
e a a
em torno de 2% reduz a a¸õ corro- bombas, eixos, parafusos, h´lices
ca e
siva em meios ćidos e oxidantes.
a e fixadores usados em constru¸õ ca
naval.
Cromo Eleva a resistˆncia ` corrosõ Equipamentos de processamento
e a a
em meios oxidantes e resistˆncia qué ımico, equipamentos de trata-
mecˆnica em altas temperaturas.
a mento t´rmico; geradores de vapor,
e
componentes de fornos; equipamen-
tos de controle de polui¸õ; compo-
ca
nentes de equipamentos eletrˆnicos.
o
Ferro Reduz o custo das ligas;aumenta a Equipamentos de processamento
resistˆncia ` corrosõ associada ` qu´
e a a a ımico, equipamentos de trata-
cavita¸õ e ` erosõ.
ca a a mento t´rmico; geradores de vapor,
e
componentes de fornos; equipamen-
tos de controle de polui¸õ.
ca
Molibdˆnio
e Eleva a resistˆncia ` corrosõ Componentes de turbinas ` g´s e de
e a a a a
em meios redutores;aumenta a re- motores aeronúticos; equipamen-
a
sistˆncia mecˆnica em altas temper- tos de processamento qu´
e a ımico.
aturas.
Cromo-Ferro Permitem a realiza¸õ de trata- Liga experimental para ind´stria
ca u
+ Alum´ ınio e mento t´rmico de solubiliza¸õ e aeronútica.
e ca a
Titˆnio.
a precipita¸õ para endurecimento da
ca
liga.

Estas ligas apresentam elevada resistˆncia ` corrosõ, ` maioria dos ćidos minerais e orgˆnicos,
e a a a a a
´
bem como ´lcalis. Otima resistˆncia ao desgaste, baixa condutividade t´rmica e sõ resistentes
a e e a
a
` corrosõ provocada pelo vapor ou vapores contaminados por agentes qu´
a ımicos.
As ligas de n´ıquel podem classificadas, segundo suas aplica¸˜es, em seis grupos:
co

e a 47

a. Ligas resistentes ` corrosõ Sõ ligas de boa resistˆncia mecˆnica e ductilidade. Dentre
a a a e a
elas destacam-se:

(1) Monel B (Ni, Fe, Cu, Mn, Si, C) Muito resistente ` corrosõ, calor, competindo
a a
com o a¸o em muitas aplica¸˜es.
c co
(2) Monel R (Ni, Fe, Cu, Mn, S) O enxofre facilita a usinagem em fun¸õ da redu¸õ
ca ca
da resistˆncia mecˆnica e tenacidade. Apresenta boa ductilidade, sendo, portanto,
e a
quebradi¸o a quente.
c
(3) Monel K (Ni, Fe, Cu, Mn, Al) Trat´vel termicamente. Alta resistˆncia mecˆnica.
a e a
Excelente resistˆncia ` corrosõ.
e a a
(4) Hastelloy (Ni, Cr, Fe, Mo) Liga com alta resistˆncia ao ćido clor´
e a ıdrico.

b. Ligas de alta resistividade el´trica e resistˆncia ao efeito de aquecimento Sõ ligas empre-
e e a
gadas para resistˆncias el´tricas e em partes sujeitas a temperaturas elevadas. As principais
e e
sõ:
a

(1) Nichrome e Cromel (Ni, Cr) Resistente ao calor e ` oxida¸õ, usada como resistˆncia
a ca e
(at´ 1000o C).
e
(2) Inconel (Ni, Al, Si, Mn) Liga resistente ao calor.

c. Ligas com propriedades espec´
ıficas de dilata¸õ
ca
As ligas desta fam´ mais conhecidas sõ:
ılia a

(1) Platinite e Dumet (Ni, Fe) Possuem coeficientes de dilata¸õ pr´ximos ao da
ca o
platina.. Pode ser utilizada em soldas de vidros moles.
(2) Invar (Ni, Fe) Possuem baix´
ıssimo coeficiente de dilata¸õ em temperaturas ele-
ca
vadas.

d. Ligas para Telecomunica¸˜es Sõ ligas com ´timas caracter´
co a o ısticas magn´ticas. As princi-
e
pais sõ:
a

(1) Permalloy (Ni, Fe) Alta permeabililidade para baixas intensidades de campo. Re-
quer tratamento t´rmico especial.
e
(2) Hipernik (Ni, Fe) Alta permeabilidade para intensidade de campo mais elevado.
(3) Perminvar (Ni, Fe, Co) Permeabilidade constante em campos magn´ticos fracos.
e

e. Ligas magn´ticas Sõ ligas utilizadas na produ¸õ de ´ as permanentes. Alnico (Ni, Mn)
e a ca ım˜
Ligas nõ male´veis. Existem sob a forma de pe¸as fundidas e sinterizadas.
a a c

f. Ligas especiais

(1) Constantan (Ni, Cu) Condutividade el´trica praticamente nula.
e
(2) Klinvar (Ni, Cr, Fe) Apresentam m´dulo de elasticidade constante em ampla zona
o
de temperatura. Empregado em engrenagens de rel´gio e dispositivos de sincroniza¸õ
o ca
para r´dios.
a

4.2.4 ´
MAGNESIO E SUAS LIGAS
O magn´sio, cujo s´
e ımbolo qu´
ımico ´ Mg, ´ caracterizado por sua leveza, pois tem um quinto da
e e
densidade do ferro. Funde-se a 651o C e oxida-se com facilidade. A maior utiliza¸õ do magn´sio
ca e
(50%) ´ como elemento de liga do alum´
e ´
ınio. E usado tamb´m na fabrica¸õ de ferro fundido
e ca
nodular e na redu¸õ de metais (35%). Somente 15% sõ usados na fabrica¸õ de produtos.
ca a ca

e a 48

As ligas de magn´sio podem ser fundidas ou conformadas por lamina¸õ, forjamento ou ex-
e ca
trusõ. Elas tˆm como caracter´
a e ısticas baixa densidade, alta resistˆncia e dureza em baixas e
e
altas temperaturas e elevada resistˆncia ` corrosõ em temperatura ambiente. As propriedades
e a a
mecˆnicas de algumas delas podem ser melhoradas por tratamento t´rmico.
a e

4.2.5 CHUMBO
e u a ´
O chumbo ´ um metal de cor acinzentada, pouco tenaz, por´m dćtil e male´vel. E bom condutor
e
de eletricidade, embora nõ seja magn´tico, mau condutor de calor e se funde a 327o C.
a e
Seu min´rio ´ a galena (PbS). Quando a galena nõ ´ muito pura o m´todo de extra¸õ do chumbo
e e a e e ca
consiste na pr´via ustula¸õ do min´rio em fornos de rev´rbero, seguida de uma redu¸õ por
e ca e e ca
interm´dio de agentes redutores processada num forno de cuba. O redutor pode ser o ferro que
e
se transforma em sulfato de ferro, deixando o chumbo em estado livre.
´
E facilmente laminado, pois ´ o mais mole dos metais pesados. Pode ser endurecido em liga com
e
´
enxofre (S) ou antimˆnio (Sb). E resistente ` ´gua do mar e aos ćidos, mas ´ fortemente atacado
o aa a e
por substˆncias b´sicas. Oxida-se com facilidade em contato com o ar. Outras propriedades que
a a
permitem grande variedade de aplica¸˜es sõ: alta densidade, flexibilidade, alto coeficiente de
co a
expansõ t´rmica, boa resistˆncia ` corrosõ, condutibilidade el´trica, facilidade em se fundir e
a e e a a e
formar ligas com outros elementos.
O chumbo ´ usado como isolante ac´stico e amortecedor de vibra¸˜es. Pode ser laminado a
e u co
espessuras de at´ 0,01 mm.
e
´
E um metal amplamente utilizado como base nas ligas anti-friçõ, que sõ utilizadas como
ca a
material para confeçõ de mancais. As ligas de chumbo com esta finalidade sõ denominadas
ca a
”metais babbitt”.
O chumbo tamb´m pode ser utilizado como metal de adi¸õ na forma¸õ de ligas destinadas `
e ca ca a
confeçõ de soldas fracas, amplamente utilizadas na ind´stria de eletro-eletrˆnicos.
ca u o
Permite a reciclagem de sua sucata. No Brasil, o reaproveitamento dessa sucata corresponde a
um ter¸o das nossas necessidades dessa mat´ria-prima.
c e

4.2.6 ˆ
TITANIO E SUAS LIGAS
O titˆnio ´ um metal nõ-ferroso que ganhou importˆncia estrat´gica h´ somente 40 anos por
a e a a e a
sua alta resistˆncia mecˆnica, alta resistˆncia ` corrosõ e tem por volta de 55% da densidade do
e a e a a
a¸o. O fato mais interessante a respeito do titˆnio ´ que, embora exista em grande quantidade
c a e
na crosta terrestre, o custo de sua obten¸õ ´ muito alto.
ca e
Em contato com o ar, forma-se em sua superf´ ıcie um ´xido imperme´vel e protetor muito
o a
importante se ele estiver em meio corrosivo. Disso decorre sua propriedade mais importante: a
resistˆncia a corrosõ da ´gua do mar e outras solu¸˜es de cloretos, aos hipocloritos e ao cloro
e a a co
umido e a resistˆncia ao ćido n´
´ e a ıtrico. Essa qualidade torna-o ideal para a fabrica¸õ de pr´teses
ca o
humanas tais como componentes de v´lvulas card´
a ıacas, placas e pinos para unir ossos, pois os
fluidos que existem dentro do nosso corpo sõ solu¸˜es salinas, com PH ćido. Elas tamb´m
a co a e
contˆm outros ćidos orgˆnicos aos quais o titˆnio ´ imune.
e a a a e
Os elementos que sõ adicionados `s ligas resistentes ` corrosõ sõ: pal´dio (Pd), molibdˆnio
a a a a a a e
(Mo), alum´ ınio (Al), n´
ıquel (Ni), manganˆs (Mn), van´dio (V) e estanho (Sn). Essas ligas sõ
e a a
usadas na fabrica¸õ de pr´teses.
ca o
Ligas de titˆnio com alum´
a ınio e estanho e alum´ ınio e van´dio sõ usadas em aplica¸˜es muito
a a co
especiais, pois apresentam resistˆncia espec´
e ıfica, ou seja, rela¸õ resistˆncia mecˆnica / peso
ca e a
muito elevada em temperaturas abaixo de zero (entre -196 e -269o C).

e a 49

4.2.7 ZINCO
O zinco ´ um metal nõ-ferroso, cujo s´
e a ımbolo qu´ımico ´ Zn. Funde-se a 420o C e ´ produzido
e e
a partir da blenda e da calamina. Tratando-se da blenda, a opera¸õ metal´rgica consiste em
ca u
ustul´-la e com a calamina consiste em calcin´-la a fim de se obter ´xido de zinco. Em seguida
a a o
faz-se a redu¸õ do ´xido.
ca o
´
E condutor de eletricidade, mas ´ um metal nõ-magn´tico. O ar seco nõ o ataca. O ar umido,
e a e a ´
por´m, causa forma¸õ de uma pel´
e ca ıcula de ´xido que protege o material. E
o ´ mais barato que a
maioria dos metais nõ-ferrosos.
a
Possui a resistˆncia ` tra¸õ da mesma ordem do alum´
e a ca ınio ou do magn´sio, mas nõ apresenta
e a
a vantagem de possuir a baixa densidade destes metais. Sua densidade se aproxima mais do a¸o c
e do cobre, mas lhe falta a resistˆncia mecˆnica desses metais.
e a
O zinco ´ empregado como pigmento em tintas, como elemento de liga com o cobre, na produ¸õ
e ca
do latõ e, sobretudo, para proteger outros metais, principalmente o a¸o, por meio da galva-
a c
niza¸õ.
ca
Pode ser utilizado como metal de base na forma¸õ de ligas destinadas ` fundi¸õ, sobretudo
ca a ca
em fundi¸õ sob pressõ e por gravidade. O emprego de Zn eletrol´
ca a ıtico (com 99,99% de pureza)
nas ligas elimina as varia¸˜es dimensionais das pe¸as fundidas e a corrosõ intergranular. As
co c a
principais ligas de zinco sõ:
a

a. SAE 921 (Zamak 2) Apresenta a mais elevada resistˆncia ` tra¸õ e a maior dureza de
e a ca
todas as ligas desta s´rie. Esta liga ´ empregada em casos em que a resistˆncia ` tra¸õ ´
e e e a ca e
mais importante do que a permanˆncia de dimens˜es e a resistˆncia ao impacto.
e o e

b. SAE 903 (Zamak 3) Possui melhores caracter´ ısticas de permanˆncia `s dimens˜es que as
e a o
demais ligas desta s´rie, al´m de alta ductilidade.
e e

c. SAE 925 (Zamak 5) Tem as suas propriedades intermedi´rias entre 921 e 903 no que diz
a
respeito `s caracter´
a ısticas mecˆnicas. Empregada nos casos da liga 921 quando se deseja
a
maior resistˆncia ` corrosõ.
e a a

4.2.8 ESTANHO
O estanho ´ um metal branco brilhante, bastante male´vel e o mais fus´ dos metais usuais,
e a ıvel
apresentando ponto de fusõ de 235
a o C.

Seu s´ımbolo qu´ e e ıdo ´
ımico ´ Sn e ´ extra´ da cassiterita (SnO2 ). E resistente ` corrosõ, bom
a a
condutor de eletricidade, por´m nõ-magn´tico.
e a e
O estanho tem vasto emprego como material protetor. A folha de flandres empregada na fab-
rica¸õ de latas de conserva, consiste de chapas finas de ferro cobertas a fogo com uma camada
ca
fina de estanho. Combina a resistˆncia do a¸o com a resistˆncia ` corrosõ, a facilidade de
e c e a a
soldagem e a boa aparˆncia do estanho.
e
As ligas Sn-Zn e Sn-Ni sõ utilizadas na estanhagem de pe¸as para motocicletas e autom´veis,
a c o
ferramentas, partes de instrumentos cient´ ıficos de precisõ.
a
Ligas anti-friçõ podem ser obtidas ` base de estanho. Apresentam plasticidade e aderˆncia
ca a e
muito grandes, sendo utilizadas como materiais para confeçõ de mancais. Comparadas com
ca
outros materiais com esta finalidade, essas ligas apresentam resistˆncia ` fadiga relativamente
e a
baixa, de modo que sõ mais recomendadas para condi¸˜es de baixa carga. Entretanto, sua
a co
resistˆncia ` corrosõ ´ bem maior que a das ligas ` base de chumbo.
e a a e a
O estanho puro e associado com antimˆnio e cobre ´ mat´ria-prima para a produ¸õ de material
o e e ca
de solda.

Cap´
ıtulo 5

´
MATERIAIS POLIMERICOS

Pol´ımeros sõ materiais obtidos a partir da s´
a ıntese qu´
ımica de mat´ria orgˆnica de origem vegetal
e a
ou mineral. Sõ formados pela uniõ de centenas de molćulas menores que devem possuir pelo
a a e
menos uma dupla liga¸õ de certos compostos qu´
ca ımicos denominados monˆmeros. Devido a sua
o
origem orgˆnica, o carbono ´ o elemento fundamental de todos os materiais polim´ricos. Em
a e e
geral, tem-se a combina¸õ de um ´tomo de carbono com quatro ´tomos de outros elementos
ca a a
qu´ımicos. A uniõ das molćulas dos monˆmeros pode realizar-se fundamentalmente por trˆs
a e o e
maneiras: polimeriza¸õ, copolimeriza¸õ e por policondensa¸õ.
ca ca ca
a. Polimeriza¸õ Consiste na aplica¸õ de calor, pressõ, utiliza¸õ de processos qu´
ca ca a ca ımicos e
aditivos, de modo a resultar estruturas em forma de cadeia. Um exemplo de um monˆmero o
´ o g´s etileno (C2 H4 ) e exemplos de pol´
e a ımeros sõ o polietileno e o polipropileno conforme
a

Figura 5.1: Um monˆmero (a) e dois tipos de pol´
o ımeros que sõ produzidos a partir dele (b) e
a
(c)

b. Copolimeriza¸õ Consiste na combina¸õ de dois grupos de monˆmeros diferentes por
ca ca o
polimeriza¸õ. A esta opera¸õ de polimerizar os monˆmeros, previamente misturados, se
ca ca o
chama copolimeriza¸õ e copol´
ca ımeros as resinas obtidas.
c. Policondensa¸õ Alguns compostos qu´
ca ımicos, como o fenol ou o formalde´ nõ polimer-
ıdo a
izam isoladamente. A este processo se denominou policondensa¸õ porque na opera¸õ se
ca ca
desprendem algumas molćulas de ´gua.
e a
O produto resultado dos processos mencionados acima sõ as resinas b´sicas que funcionam
a a
como mat´ria-prima para a produ¸õ de dois grandes grupos de materiais: os pl´sticos e os
e ca a
elastˆmeros.
o

5.1 ´
PLASTICOS
A melhor defini¸õ para materiais pl´sticos, foi dada pela Britsh Standards Institute (Instituto
ca a
Britˆnico de Padr˜es) que diz:
a o

50

e a 51

”Pl´stico ´ definido como um grande grupo de materiais s´lidos, compostos eminente-
a e o
mente orgˆnicos, usualmente tendo por base resinas sint´ticas ou pol´
a e ımeros naturais
modificados e que possuem, em geral, apreci´vel resistˆncia mecˆnica.”
a e a

O pl´stico original, nitrocelulose, ´ oriundo da celulose usualmente na forma de polpa de
a e
madeira, enquanto o fenol e formalde´ ıdo, necess´rio ` confeçõ da resina fenol-formalde´
a a ca ıdo,
sõ obtidas a partir do carvõ. Hoje, a ˆnfase tem sido transferida, muito amplamente para
a a e
o petr´leo e o g´s natural, sendo grande parte da produ¸õ de pl´sticos baseada nestas duas
o a ca a
mat´rias-primas.
e
Sõ constitu´
a ıdos pelas chamadas resinas b´sicas, oriundas do processo de polimeriza¸õ, copolimer-
a ca
iza¸õ e policondensa¸õ, que sõ as verdadeiras substˆncias pl´sticas. Adicionam-se a esta
ca ca a a a
resina, uma s´rie de compostos qu´
e ımicos, denominados aditivos, que modificam ou refor¸am as
c
propriedades da resina.
Os aditivos citados, sõ substˆncias tais como:
a a

Estabilizadores: que controlam a degrada¸õ pela luz e calor;
ca

Materiais de enchimento: que melhoram a resistˆncia do material;
e

Plastificantes: que reduzem a sua fragilidade e os tornam flex´
ıveis.

Os materiais pl´sticos, assim como os materiais met´licos devem apresentar um conjunto de
a a
propriedades que os tornem uteis para determinadas aplica¸˜es:
´ co

Caracter´
ısticas ´ticas, como cor e transparˆncia;
o e

T´rmicas ou de resistˆncia ao calor;
e e

El´tricas ou resistˆncia diel´trica;
e e e

Mecˆnicas ou resistˆncia mecˆnica;
a e a

Qu´
ımicas ou resistˆncia ` a¸õ de molćulas estranhas.
e a ca e

Al´m dessas, outras duas propriedades sõ particularmente importantes nos materiais pl´sticos:
e a a
temperatura de empenamento e temperatura recomendada de servi¸o. c
Os pl´sticos sõ materiais anisotr´picos. Em extrusõ, por exemplo, a resistˆncia na dire¸õ da
a a o a e ca
extrusõ pode ser 30 a 40% mais elevada do que na dire¸õ transversal. Se uma estrutura ou
a ca
fibra ´ utilizada como refor¸ador, esta diferen¸a pode ainda ser mais elevada.
e c c
Os pl´sticos sõ classificados segundo duas categorias do ponto de vista tćnico: como ter-
a a e
mopl´sticos ou como termofixos (ou termoest´veis). a tabela a seguir apresenta suas principais
a a
diferen¸as.
c
Tais diferen¸as comportamentais entre termopl´sticos e termofixos tˆm sua explica¸õ na
c a e ca
forma pela qual as cadeias moleculares sõ formadas a partir dos monˆmeros. A Figura 5.2
a o
mostra que termopl´sticos podem apresentar cadeias lineares e ramificadas, enquanto que os
a
termofixos apresentam cadeias reticuladas (ou em rede).
As tabelas a seguir apresentam alguns dos mais comumente utilizados termofixos e ter-
mopl´sticos com suas respectivas caracter´
a ısticas e aplica¸˜es.
co

e a 52

Tabela 5.1: Classifica¸õ de materiais pl´sticos.
ca a
Material Caracter´ısticas
Termopl´sticos
a Sõ materiais pl´sticos que nõ sofrem altera¸õ qu´
a a a ca ımica sob a a¸õ
ca
qu´ımica do calor e da pressõ. Podem, portanto, serem amolecidos
a
repetidas vezes e moldados para as formas desejadas. Sofrem altera¸˜es
co
com a temperatura e amolecem a partir de 60o C.
Termofixos Os materiais termoest´veis, ao contr´rio dos termopl´sticos, nõ po-
a a a a
dem ser amolecidos e remoldados. Sofrem modifica¸˜es qu´
co ımicas com o
calor, e a sua temperatura de amolecimento ´ bastante elevada (acima
e
de 250o C).

Figura 5.2: (a)Molćula linear. (b)molćula ramificada (c)pol´
e e ımero em rede, como em pl´sticos
a
termoest´veis (ou termofixos).
a

e a 53

Tabela 5.2: Caracter´
ısticas e aplica¸˜es t´
co ıpicas dos materiais termopl´sticos.
a
´
TERMOPLASTICOS
NOME CARACTER´ ISTICA PRINCIPAIS AMPLICACOES ¸˜
Acrilonitrila - butadieno - es- Excelente resistˆncia mecˆnica
e a Forro para refrigeradores,
tireno (ABS) dureza, resistente a distorcõ a equipamentos para jardinagem,
pelo calor, boas propriedades brinquedos, prote¸˜es em auto-
co
el´tricas, inflam´vel e sol´vel em
e a u estradas, l˜ sint´tica, tapetes,
a e
alguns solventes orgˆnicos
a etc.
Acr´
ılico (metacrilato de metila) Extremamente transparente Lentes, janelas transparentes de
e resistˆncia e degrada¸õ
e ca aeronaves, material de desenho.
pela luz solar e a maioria das
substˆncias
a qu´ımicas, pro-
priedades mecˆnicas razo´veis
a a
Fluorcarbonos (PTFE (Teflon), Quimicamente inerte, excelentes Selos anticorrosivos, tubos
TFE) propriedades el´tricas, baixo coe-
e e v´lvulas para substˆncias
a a
ficiente de atrito, pode ser usado qu´
ımicas, tintas antiadesivas,
a at´ 260o C
e partes eletrˆnicas de alta tem-
o
peratura, revestimento interno
de panelas.
Poliamidas (Nylon) Boas propriedades mecˆnicas, re-
a Engrenagens, tecidos, cordas, es-
sistˆncias a abrasivos, baixo coe-
e covas, para-quedas.
ficiente de atrito, absorve ´gua e
a
muitos l´ ıquidos
Policarbonatos Dimens˜es est´veis, baixa ab-
o a Capacetes de seguran¸a, lentes,
c
sor¸õ de ´gua, transparente, ex-
ca a globos de luz, base para filme fo-
celente resistˆncia ao impacto
e togr´fico.
a
e alta ductibilidade, ´tima re-
o
sistˆncia qu´
e ımica
Polietileno (PE) Resistˆncia qu´
e ımica, isolante Brinquedos, garrafas flex´ ıveis,
el´trico, boa dureza, coeficiente
e copos, bandejas de gelo, embala-
de atrito relativamente baixo gens, baldes, sacos de lixo, sacos
de embalagens.
Polipropileno (PP) Resistˆncia a distor¸õ a quente
e ca Embalagens de filmes, material
e a fadiga, quimicamente inerte, estereliz´vel, gabinetes de TV,
a
relativamente barato, pouca re- malas, cadeiras, poltronas, p´ra-
a
sistˆncia a luz ultra-violeta
e choques de autom´veis.
o
Poliestireno (PS) Excelentes propriedades el´tricas
e Caixas de bateria, aplica¸˜es co
e ´pticas, boas estabilidades
o dom´sticas,
e brinquedos,
t´rmicas e dimensional, relativa-
e painís luminosos, materiais
e
mente barato descart´veis,
a
isopor Vinil Baixo custo, pouca rigidez, mas Revestimentos de pisos, canos,
pode torna-se flex´ ıvel quando isolantes el´tricos, mangueiras de
e
adicionados plastificantes, jardim, grava¸˜es fonogr´ficas
co a
suscet´ a distor¸õ pelo calor
ıvel ca
Poliester Um dos filmes pl´sticos mais re-
a Grava¸oes magn´ticas, roupas,
c˜ e
sistentes, resistˆncia a: fadiga,
e autom´veis, recipientes para be-
o
rasgo, umidade, ćidos, graxas,
a bidas
o
´leos solventes

e a 54

Tabela 5.3: Caracter´ısticas e aplica¸˜es t´
co ıpicas dos materiais termoest´veis.
a
TERMOFIXOS
NOME CARACTER´ ISTICA PRINCIPAIS AMPLICACOES ¸˜
Epoxis Excelente combina¸˜es entre pro- Moldes el´tricos, tintas protetoras,
co e
priedades mecˆnicas e resistˆncia a Fiberglass
a e
corrosõ, dimensionalmente est´vel,
a a
boa adesõ, relativamente barato, boas
a
propriedades el´tricas
e
Fen´licos Excelente estabilidade t´rmica acima Alongamento para motores, telefones,
o e
de 150 C, pode ser composto de v´rias instala¸˜es el´tricas.
a co e
resinas, barato.
Poliester Excelente propriedades el´tricas, baixo Capacetes, ventiladores, barcos de
e
custo, pode ser usado a altas temper- fiberglass, componentes para au-
aturas. tom´veis, cadeiras.
o

5.2 ˆ
ELASTOMEROS
De um modo geral, elastˆmeros, semelhantes a borracha, sõ materiais que possuem a pro-
o a
priedade de readquirir o seu tamanho inicial ap´s terem sofrido uma grande deforma¸õ, dentro
o ca
de um per´ıodo relativamente curto. Como material de constru¸õ, desejam-se dos elastˆmeros:
ca o

• Grande elasticidade;

• Pequena rigidez, isto ´, pequenas tens˜es para grandes deforma¸˜es;
e o co

• Grande resiliˆncia, isto ´, capacidade de restituir a energia recebida com pequena perda.
e e

O comportamento el´stico que deve ser dependente do tempo, isto ´, deve existir um inter-
a e
valo finito de tempo para o material retornar ` sua forma primitiva.
a
Sua dureza ´ um dos dados mais comumente citados. Dentro de uma faixa de precisõ relati-
e a
vamente larga, pode-se relacionar o m´dulo de elasticidade do elastˆmero ` sua dureza. Esses
o o a
valores podem ser adotados, onde a precisõ nõ seja essencial.
a a
Os elastˆmeros sõ raramente utilizados com carregamento de tra¸õ, no entanto esse carrega-
o a ca
mento ´ comumente usado para efeitos comparativos. Valores pequenos indicam tamb´m valores
e e
pequenos para as demais propriedades mecˆnicas, o mesmo ocorrendo para valores elevados.
a
Dentre os elastˆmeros os mais conhecidos sõ:
o a

a) Borracha natural A borracha natural ´ uma resina de grande variedade de ´rvores e
e a
plantas, mas especialmente Hevea brasiliensis.
A borracha crua nõ tem a elasticidade e outras propriedades da borracha comercial. Esta ´
a e
purificada e vulcanizada pelo seu aquecimento junto com enxofre varia de 3 a 3,5%, dependendo
da classe da borracha desejada. Os fatores mais importantes da borracha sõ elasticidade e
a
flexibilidade, mas tamb´m sõ importantes as suas propriedades de adesõ e de resistˆncia `
e a a e a
´gua. Sua flexibilidade mant´m-se at´ aproximadamente −55
a e e o C. Pela modifica¸õ na sua
ca
composi¸õ pode-se cobrir uma faixa larga de condi¸˜es, inclusive alta resiliˆncia e resistˆncia
ca co e e
mecˆnica. O principal inconveniente da borracha natural ´ a sua fraca resistˆncia aos ´leos
a e e o
minerais.
b) Borracha sint´tica Nõ ´ propriamente borracha, mas sim um produto semelhante.
e a e
Nõ tem a mesma elasticidade, mas ´ mais resistente ` ruptura, ao envelhecimento, ao calor, ao
a e a
o
´leo e aos agentes qu´
ımicos.

e a 55

Tabela 5.4: Propriedades comparativas de materiais pl´sticos.
a
Propriedade Baixa M´dia
e Alta
Termo- Termo- Termo- Termo- Termo- Termo-
pl´stico
a est´vel
a pl´stico
a est´vel
a pl´stico
a est´vel
a
Densidade Olef´ ınicos Uretanos Nílon
a Al´ılicos Fluoro- Alguinos
ABS Poli´ster
e ´
Oxidos po- Aminos pl´sticos
a Fen´licos
o
lifen´ılenos Silicones Van´ ılicos
Estirenos Ep´xis
o Acetais
Carbonatos Polim´ ıdios
Acr´ ılicos
Celul´sicos
o
Sulfonas
Resistˆncia Olef´
e ınicos Silicones Estirenos Fen´licos
o Nílons
a Ep´xis
o
a
` tra¸õ
ca Fluoro- Uretanos ABS Aminos Polimidos Poli´steres
e
pl´sticos
a Celul´sicos
o Alquidos Carbonatos
Vin´ ılicos Al´ılicos Acr´ ılicos
Acetai
´
Oxidos po-
lifenilenos
Rigidez Olef´ ınicos Uretanos Carbonatos Poli´steres
e Acr´ ılicos Fen´licos
o
(m´dulo
o Fluoro- Celul´sicos
o Aminos Estirenos Silicones
de elastici- pl´sticos
a Vin´ ılicos Al´ılicos Acetais Ep´xis
o
dade) ABS Alquidos Polimidos
´
Oxidos po- Nílons
a
lifen´ılenos
Sulfonas
Resistˆncia Estirenos
e Aminos Celul´sicos
o Alquidos Carbonatos Fen´licos
o
ao choque Sulfonas Polipropileno Ep´xiso Vinil
Acr´ ılicos ABS Es- Silicones (PVC)
´
Oxidos po- tirenos Poli´steres
e Polie-
lifen´ılenos Acetais stirenos
Nílons
a
Resistividade Acetais Fen´licos
o ´
Oxidos po- Silicones Estirenos Ep´xis
o
el´trica
e Celul´sicos
o Poli´steres
e lifen´ılenos Aminos Fluoro- Al´
ılicos
Nílons
a Sulfonas Alquidos pl´sticos
a
Vin´ ılicos Carbonatos Olef´ ınicos
Acr´ ılicos ABS
Emprego a Celul´sicos o Nílons
a Poi´steres
e Polimidos Silicones
altas tem- Vin´ ılicos Carbonatos alquidos Fluoro- Al´ılicos
peraturas Estirenos Propilenos pl´sticos
a Aminos
Polietilenos ´
Oxidos po- Ep´xis
o
Acetais lifen´ılenos
ABS Sulfonas
Acr´ ılicos

e a 56

c) Buna S Sua designa¸õ ´ formada pelas primeiras s´
ca e ılabas de Butadieno e Natrium
o ´
(s´dio), componente principal e catalisador utilizado originalmente. E tamb´m conhecida por
e
SBR (Styrene-Butadiene-Rubber). A Buna S apresenta excelente resistˆncia ao envelhecimento,
e
quando composta covenientemente. Em compara¸õ com a borracha natural, tem menor re-
ca
a ca e ´
sistˆncia ` tra¸õ e ao calor e menor resiliˆncia. E ainda um material de custo relativamente
e
baixo.
d) Borracha but´ ılica Apresenta grande impermeabilidade a gases, o que indica o seu em-
prego em selos de veda¸õ, principalmente para vćuo. Apresenta ainda excelentes propriedades
ca a
diel´tricas, boa resistˆncia ao cisalhamento, mesmo envelhecida e em temperaturas elevadas.
e e
Tem excelente resistˆncia `s condi¸˜es atmosf´ricas, luz do sol e ´leos animais e vegetais e
e a co e o
tamb´m ao cisalhamento, flexõ, abrasõ e corte.
e a a
e) Borracha n´ ıtrica Apresenta excelente resistˆncia aos ´leos, baixa solubilidade e in-
e o
chamento e boa resistˆncias ` tra¸õ e abrasõ. Tem boa resistˆncia a v´rios solventes comuns,
e a ca a e a
excetuando-se alguns, como acetona e benzina. As borrachas nitr´ ılicas nõ devem ser guardadas
a
nas proximidades de qualquer fonte de ozˆnio (motor, luz solar direta, etc.).
o
f ) Borracha poliuretano Possui extraordin´ria resistˆncia ` abrasõ e ao rasgamento,
a e a a
assim como aos derivados do petr´leo, aos hidrocarbonetos clorados, acetonas, vapor e ´gua
o a
quente. Apresenta excelente resistˆncia ` tra¸õ e cisalhamento.
e a ca
g) Neoprenos (borracha cloropreno) Na verdade Neopreno ´ marca comercial do pro-
e
duto, mas a pr´tica vem adotando essa designa¸õ para a borracha cloropreno. E um ´timo
a ca ´ o
produto, aplic´vel para v´rias finalidades. Apresenta boa resistˆncia aos ´leos, ` oxida¸õ, ao
a a e o a ca
a a a ´
envelhecimento, ao ozˆnio, ` luz solar e ` abrasõ. E aplic´vel a altas temperaturas, mas nõ
o a a
para as baixas, quando entõ apresenta tendˆncia ao endurecimento.
a e
h) Borracha silicˆnica Suas propriedades se mantˆm por larga faixa de temperatura,
o e
sendo utiliz´vel `s baixas temperaturas, como −70
a a o C (ainda com boa flexibilidade), at´ aprox-
e
imadamente 230o C. Apresenta ´tima resistˆncia ao ozˆnio, certos produtos qu´
o e o ımicos e ´leos.
o
Nõ ´ recomend´vel seu uso com hidrocarbonetos, como querosene e parafina, ´leos minerais
a e a o
leves. Seu custo ´ mais elevado que dos outros elastˆmeros comuns.
e o
i) Fluocarboneto Existe grande s´rie de borrachas desse tipo, produzidas para atender
e
a aplica¸˜es espec´
co ıficas, com grande resistˆncia qu´
e ımica e para altas temperaturas, tais como
200 a 250o C, em servi¸o cont´
c ınuo.

Cap´
ıtulo 6

ˆ
MATERIAIS CERAMICOS

57

Cap´
ıtulo 7

´
MATERIAIS COMPOSITOS

58

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