TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - Técnicos Online · PDF fileFerro Fundido Dúctil ou Nodular ... Ferro Fundido Dúctil ou Nodular Elementos de liga como níquel, ......

TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Aula 5:

� Aços e Ferros Fundidos� Produção

� Feito de Elementos de Liga

� Ferros FundidosCEPEP - Escola Técnica

Prof.: Kaio Hemerson Dutra

Aços e Ferros Fundidos

�O Ferro é o metal mais utilizado pelohomem. A abundância dos minerais, ocusto relativamente baixo de produçãocusto relativamente baixo de produçãoe as múltiplas propriedades físico-químicas que podem ser obtidas comadição de outros elementos de liga sãofatores que dão ao metal uma extensavariedade de aplicações.

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Aços e Ferros Fundidos

�O ferro no uso prático, está sempreligado ao carbono e a outros elementose, assim, no âmbito da ciência dose, assim, no âmbito da ciência dosmateriais e também na linguagem dodia-a-dia, a palavra ferro pode serentendida como uma liga doselementos químicos ferro, carbono eoutros.

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Definições Básicas

�Aço: Ligas de ferro-carbono com teoresde carbono de 0,08 a 2,11%, contendooutros elementos residuais do processooutros elementos residuais do processode produção e podendo conter outrospropositalmente adicionados(elementos de liga).

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Definições Básicas

�Aço-carbono: Aço sem adição deelementos de liga.

�Aço-liga: aço com adição de elementos�Aço-liga: aço com adição de elementosde liga.

�Ferro fundido: designação genéricapara ligas de ferro-carbono com teoresde carbono acima de 2,11%.

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Produção

�O aço é produzido a partir do ferro, queé refinado (reduzido), em umequipamento chamado de Alto-Forno.equipamento chamado de Alto-Forno.

�O Alto-Forno é um equipamento deformato cilíndrico vertical de grandealtura.

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Alto-Forno

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Alto-Forno

�Três os ingredientes são dispostos noalto-forno :�Minério de Ferro�Minério de Ferro

�Calcário (rocha à base de carbonato decálcio), cuja função básica é a remoção deimpurezas.

�Coque, que é o agente combustível eredutor.

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Produção

�O ferro que saí do alto-forno,denominado ferro gusa, contémelevados teores de carbono (até 5%) eelevados teores de carbono (até 5%) ede impurezas. Sendo muito quebradiço,frágil, não possui aplicação industrial.

�Há necessidade, portanto, de umprocesso de refino para transformá-loem aço de utilidade prática.

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Processo de Siemens-Martin

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Efeitos do Teor de Carbono

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Efeitos do Teor de Carbono

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Efeitos de Elementos de Liga

�Quando mencionado elementos de liga,deve ficar subentendido que são outroselementos além do ferro e do carbono,elementos além do ferro e do carbono,uma vez que estes últimos são osconstituintes básicos do aço.

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Efeitos de Elementos de Liga

�Segue os elementos que normalmentesão acrescentados aos aços:�Alumínio (Al) Chumbo (Pb)�Alumínio (Al) Chumbo (Pb)

�Cobre (Cu) Cromo (Cr)

�Enxofre (S) Fósforo (P)

�Manganês (Mn) Molibdênio (Mo)

�Níquel (Ni) Silício (Si)

�Tungstênio (W) Vanádio (V)CEPEP - Escola Técnica Prof.:

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Alumínio (Al)

� É usado em pequenas proporções,como desoxidante e agente de controledo crescimento dos grãos.do crescimento dos grãos.

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Chumbo (Pb)

� Não se liga ao aço mas, quandoadicionado, distribui-se na estrutura emforma de partículas microscópicas, oforma de partículas microscópicas, oque resulta em maior facilidade deusinagem. Entretanto, devido ao baixoponto de fusão (cerca de 327°C), açoscom chumbo não devem ser usados emtemperaturas acima de 250°C.

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Cobalto (Co)

�Aumenta a dureza do aço sob altas temperaturas.

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Cobre (Cu)

�Melhora a resistência à corrosão poragentes atmosféricos, se usado emteores de 0,2 a 0,5%.teores de 0,2 a 0,5%.

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Cromo (Cr)

�Melhora a resistência à corrosão (açocom cerca de 12% Cr resiste à ação daágua e de vários ácidos), aumenta aágua e de vários ácidos), aumenta aresistência à tração (em média, 80 MPapara cada 1% de cromo), melhora afacilidade de têmpera, aumenta aresistência à alta temperatura e aodesgaste.

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Fósforo (P)

�É considerado um elemento prejudicial,resultante do processo de produção.Torna o aço frágil, efeito que seTorna o aço frágil, efeito que seacentua com o aumento do teor decarbono. Assim, os teores máximospermitidos devem ser controlados comrigor em aços para aplicaçõesestruturais ou críticas.

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Manganês (Mn)

�Em média, para cada 1% de manganês,a resistência à tração aumenta 100MPa. Para aços temperáveis, aumentaMPa. Para aços temperáveis, aumentaa dureza após o processo de têmpera.

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Molibdênio (Mo)

�Melhora a resistência a altastemperaturas, a resistência ao desgastee a dureza após a têmpera. Para açose a dureza após a têmpera. Para açosinoxidáveis, melhora a resistência àcorrosão.

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Níquel (Ni)

�Em média, para cada 1% de níquel, aresistência à tração aumenta 40 MPa,mas o limite de elasticidade é maismas o limite de elasticidade é maisfavorecido. Melhora significativamente acapacidade de têmpera, possibilitandoredução da velocidade de resfriamento.

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Níquel (Ni)

�Com 36% de Ni, o aço tem o menorcoeficiente de dilatação térmica e éusado em instrumentos de medição.usado em instrumentos de medição.Em conjunto com o cromo, o aço podeser austenítico com a combinação 18%Cr e 8% Ni.

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Silício (Si)

�É um agente desoxidante na produçãodo aço. Aumenta a resistência àcorrosão e a resistência à tração, mascorrosão e a resistência à tração, masprejudica a soldagem. O silício aumentasignificativamente a resistividade elétricado aço e, por isso, aços com silício sãoamplamente usados em núcleosmagnéticos (motores, transformadores,etc)

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Tungstênio (W)

� aumenta a resistência à tração em altastemperaturas. Forma carbonetosbastante duros e é usado em aços parabastante duros e é usado em aços paraferramentas (aços rápidos)

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Vanádio (V)

�Refina a estrutura do aço, impedindo ocrescimento dos grãos. Formacarbonetos duros e estáveis e é usadocarbonetos duros e estáveis e é usadoem aços para ferramentas paraaumentar a capacidade de corte edureza em altas temperaturas.

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Codificação dos Aços

�Existem várias entidades queestabelecem normas para codificaçãode aços de acordo com o teor dede aços de acordo com o teor decarbono e dos elementos de liga. Umadelas é a SAE (Society of AutomotiveEngineers).

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Ferro Fundido

�Ferros fundidos, conforme informaçõesbásicas já vistas em página anterior sãoligas de ferro e carbono, com teoresligas de ferro e carbono, com teoresdeste último acima de 2,11%. O silícioestá quase sempre presente, e contêmoutros elementos, residuais deprocesso ou propositalmenteadicionados.

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Ferro Fundido

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Ferro Fundido

�Comercialmente existem quatro tiposde ferros fundidos, a diferença entreeles é basicamente a forma deeles é basicamente a forma deresfriamento e a presença deelementos de liga.

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Tipos de Ferro Fundido

�Ferro Fundido Branco;

�Ferro Fundido Cinzento;�Ferro Fundido Cinzento;

�Ferro Fundido Dúctil ou Modular;

�Ferro Fundido Maleável.

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A Presença do Silício

�Rigorosamente, os ferros fundidosdeveriam ser estudados como ligas Fe-C-Si. Entretanto, o uso de diagramas deC-Si. Entretanto, o uso de diagramas detrês elementos é um tanto complexo e,na prática, é adotado um conceitoaproximado mais simples.

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A Presença do Silício

�Considera-se que o silício produz efeitosimilar a um teor de carbonoequivalente Ce de carbono dado pelaequivalente Ce de carbono dado pelafórmula:

Ce = %C + (1/3) %Si

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A Presença do Silício

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A Presença do Silício

�Exemplo: um ferro com 3,6%C e2,3%Si pode ser consideradoequivalente a um com 3,2%C e 3,5%Si.equivalente a um com 3,2%C e 3,5%Si.Em geral, pode-se dizer que o silíciofavorece a formação de grafita no ferrofundido.

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Ferro Fundido Branco

�Elevada velocidade de resfriamento.

�Possui teores de carbono e silício.

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Ferro Fundido Branco

�A superfície recém-cortada temaparência clara devido à ausência degrafite, uma vez que quase todo ografite, uma vez que quase todo ocarbono está na forma de carboneto. Éextremamente duro e resistente aodesgaste, mas é quebradiço e de difícilusinagem, mesmo com as melhoresferramentas.

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Ferro Fundido Branco

�Aplicações:� cilindros de laminação

�matrizes de estampagem�matrizes de estampagem

�É geralmente acrescentado algunselementos de liga, como níquel, cromoe molibdênio

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Ferro Fundido Cinzento

�Ferro Fundido Cinzento Perlítico�Mediana velocidade de resfriamento

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Ferro Fundido Cinzento

�Ferro Fundido Cinzento Ferrítico�Velocidade de resfriamento muito baixa

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Ferro Fundido Cinzento - Vantagens

� Dispõe de um elevado fator deamortecimento de vibrações, característicaimportante no caso de máquinas operatrizes.

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Ferro Fundido Cinzento - Vantagens

� Usinagem facilitada pelos veios de grafita,que favorecem a quebra de cavacos e adurabilidade das ferramentas.

Razoavelmente resistente à corrosão de� Razoavelmente resistente à corrosão devários ambientes comuns (superior aos aços-carbono).

� Boa fluidez, facilitando a fundição de peçascomplexas.

� Baixo custo de produção.CEPEP - Escola Técnica Prof.:

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Ferro Fundido Cinzento -

Desvantagens

�Estruturalmente, os veios de grafitaatuam como espaços vazios, reduzindoa resistência mecânica.a resistência mecânica.

�É quebradiço, pouco resistente aimpactos.

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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular

�Ferro Fundido Dúctil Perlítico�Mediana velocidade de resfriamento

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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular

�Ferro Fundido Dúctil Ferrítico�Velocidade de resfriamento muito baixa.

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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular

�Amplamente empregado porapresentar boas propriedadesmecânicas. A ductilidade é claramentemecânicas. A ductilidade é claramentevista pelos valores de alongamento,que podem chegar a 18%. Outracaracterística importante é a baixacontração na solidificação, o que facilitaa produção e reduz o custo de peçasfundidas.

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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular

�Elementos de liga como níquel,molibdênio ou cromo podem ser usadospara aumentar dureza e outraspara aumentar dureza e outraspropriedades.

�Algumas aplicações: válvulas paravapor e produtos químicos, cilindrospara papel, virabrequins, engrenagens,etc.

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Ferro Fundido Maleável

�Ferro Fundido Maleável Perlítico�Rápida velocidade de resfriamento

�Ferro Fundido Maleável Ferrítico�Ferro Fundido Maleável Ferrítico�Baixa velocidade de resfriamento

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Ferro Fundido Maleável

�Algumas vantagens são a facilidade deusinagem e a boa resistência aochoque. Mas apresenta certa contraçãochoque. Mas apresenta certa contraçãona solidificação, o que exige cuidadosna fundição para evitar falhas.

�Algumas aplicações: conexões paratubulações, sapatas de freios, caixas deengrenagens, cubos de rodas, bielas,etc. CEPEP - Escola Técnica Prof.:

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