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  • 1. Materiais 1 Tiago Cruztiagoitajai@gmail.com
  • 2. Metais
  • 3. Elemento, substância ou ligaElemento químico que forma aglomerados de átomos com caráter metálico. Definição
  • 4. Os metais são materiais sólidos* que, na temperatura ambiente, possuem alta densidade, refletem a luz quando polidos e apresentam uma grande resistência mecânicaSão encontrados, em sua maioria, na natureza sob a forma de óxidos, exceto os chamados metais raros, encontrados puros, como o ouro e a prata. Os óxidos dos metais são conhecidos por minérios, como por exemplo, os minérios de ferro, de alumínio (bauxita) e de magnésio (magnesita), entre outros. Definição
  • 5. Metal líquido:Mercúrio *Exceção
  • 6. Elementos Químicos
  • 7. 1. Condutibilidade térmica e elétrica alta2. Maleabilidade (ser transformado em lâminas)3. Elasticidade (voltar ao normal após ser esticado)4. Plasticidade (sofrer uma mudança em sua forma mesmo depois que cessa o esforço que a causou)5. Ductilidade (deformar antes de romper)6. Alta resistência mecânica7. Alto ponto de fusão e de ebulição8. Grande diversidade de propriedades físicas e químicas, conforme a pressão, temperatura e outras variáveis9. Brilho10. Alta reciclabilidade11. Resiliência (absorver energia de ordem elástica, armazenando-a e devolvendo-a) Carac. Físicas
  • 8. Diferentes tipos de mecanismos e estruturas de cristalização, o que também lhe altera as características. Estrutura Cristalina
  • 9. FCC alumínio, níquel, prata, cobre e ouroDúcteis à temperatura ambiente, permanecem dúcteis a baixastemperaturasBCC ferro, crómio, vanádio e nióbiotornam-se muito quebradiços a baixas temperaturasHCP zinco, magnésio, titânio e cádmioApresentam um comportamento intermédio entre as estruturascristalinas dos tipos FCC e BCC, isto é, podem permanecer dúcteis oupodem tornar-se quebradiças. A baixas temperaturas, enquanto otitânio se mantém dúctil, o zinco torna-se quebradiço. Estrutura Cristalina
  • 10. O tamanho, forma e disposição das partículas metálicas, especificados pela metalografia*, são fundamentais para o reconhecimento das propriedades físicas que determinam a plasticidade, resistência à tração, dureza e outras propriedades do material.Esses fatores podem ser alterados por tratamentos térmicos (ciclos de aquecimento resfriamento controlados) ou mecânicos (forjamento, trefilação, laminação, etc.). Estrutura Cristalina *Metalografia é o estudo da morfologia e estrutura dos metais.
  • 11. Metais ferrososaços e ferros fundidosMetais não ferrososalumínio, cobre, ouro, titânioLigas de metais não ferrososlatão, bronze, alpacaOutro grupo de metais são os sinterizados, obtidosatravés da metalurgia do pó, que são classificados comocerâmicas avançadas.Classificação de Metais
  • 12. Metais Ferrosos
  • 13. Metais Ferrosos
  • 14. São todos aqueles que contêm ferroPodem conter pequenas quantidades deoutros elementos, como carbono ou níquel,em uma proporção específica, que sãoadicionados para alcançar as propriedadesdesejadasSão geralmente magnéticos e têm altaresistência à tração Metais Ferrosos
  • 15. Resistência à tração
  • 16. Magnetismo
  • 17. Carbono
  • 18. É o produto imediato da redução dominério de ferro pelo coque ou carvãoe calcário num alto fornoNormalmente contém até 5% decarbono, o que faz com que seja ummaterial quebradiço e sem grande usodireto Ferro Gusa
  • 19. Mina de Minério de Ferro
  • 20. Minério de Ferro Ferro Gusa AçoFe2O 3 Fe Fe + C Ferro Gusa
  • 21. Alto forno
  • 22. minério de ferro 3Fe2 O3 + CO  2Fe3O4 +CO2gás de alto forno carvão calcário Fe3O4 + CO  3FeO +CO2 FeO + CO  Fe +CO2 ferro gusa ar escória Fe (gusa) Alto forno
  • 23. Ferros fundidosBranco: carbono inteiramente combinado com o ferroCinzento: carbono quase na totalidade em estado livreNodular: carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém emforma esferoidalAçosAço carbono: constituído basicamente por ferro e carbonoAço-liga: apresentam elementos de ligação adicionados propositadamente paramelhorar as propriedades do aço carbono comum Metais Ferrosos
  • 24. Ferros fundidoscarbono entre 2,11 e 6,67%Açoscarbono entre 0,008 e 2,11% Ferro Fundido x Aço
  • 25. O ferro fundido é uma liga de ferro emmistura facilmente fundida com elementosà base de carbono e silício.Forma uma liga metálica de ferro, carbono(entre 2,11 e 6,67%), silício (entre 1 e3%), podendo conter outros elementosquímicos. Ferro Fundido
  • 26. Carbono inteiramente combinado com o ferroQuando quebrado, a parte fraturada é brilhante e branca;Tem baixo teor de carbono (2,5 a 3%) e de silício (menos de 1%)Muito duro, quebradiço e difícil de ser usinadoFunde-se a 11600oC, mas não é bom para a moldagem, poispermanece pouco tempo no estado líquidoSó pode ser trabalhado com ferramentas especiaisÉ usado apenas quando se deseja dureza e resistência aodesgaste muito elevadas como cilindros de laminação, matrizes deestampagem, etc. Ferro Fundido Branco
  • 27. Ferro Fundido Branco
  • 28. Carbono quase na totalidade em estado livreQuando quebrado, a parte fraturada é escura, devido à grafitaElevadas porcentagens de carbono (3,5 a 5%) e de silício(2,5%)Muito resistente a compressão; não resiste bem a traçãoÉ menos duro e menos frágil do que o branco e pode sertrabalhado com ferramentas comuns de oficina.Apresenta uma boa resistência a corrosão e capacidade superiorao do aço de absorver vibraçõesÉ o mais utilizado em produtos de uso cotidiano Ferro Fundido Cinzento
  • 29. Ferro Fundido Cinzento
  • 30. Ferro Fundido Cinzento
  • 31. Carbono permanece livre, porém em forma esferoidalDuctilidade superior, conferindo ao material características que oaproximam do açoBoa usinabilidade e razoável estabilidade dimensionalCusto é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundidocinzentoÉ utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitemde maior resistência a impactoMaior resistência à tração e à compressão e resistência aoescoamento, característica que os ferros fundidos cinzentoscomuns não possuem à temperatura ambiente. Ferro Fundido Nodular
  • 32. Ferro Fundido Nodular
  • 33. Ferro Fundido Nodular
  • 34. Liga de Ferro e CarbonoO aço é o mais importante material metálico empregado industrialmente.Com maior quantidade de carbono são mais duros e podem ser temperados. Já os aços que possuem pequena quantidade de carbono não adquirem têmpera e são chamados de aços doces.Têm suas propriedades enriquecidas pela adição de elementos de liga (como manganês, níquel, cromo e molibdênio) dando origem aos chamados aços ligas e melhoram as características do aço, deixando-o adequado a usos específicos. Aço
  • 35. Baixo: < 0,25% (aço estrutural)Médio: < 0,5% (trilhos de trem)Alto Carbono: < 1,6% (piano)Ferro Fundido: < 2,11% propriedades piores que o ferro Tipos de Aço
  • 36. Trilhos, armação de concreto, partes de carros, placas metálicas, latas...Aço Carbono (baixo)
  • 37. Engrenagens, manivelas, eixos, rolamentos...Aço Carbono (médio)
  • 38. Peças de engenharia de alta performance, facas, patins de gelo...Aço Carbono (alto)
  • 39. Modo prático de identificar os aços:Na parte A, um aço macio (doce) está sendo esmerilhado. Esseaço desprende fagulhas em forma de riscos. Na parte B, está-se esmerilhando um aço duro, que desprende fagulhas emforma de estrelas. aço doce aço duro Identificação de Aços
  • 40. Classificação dos Aços
  • 41. Normas SAE (Society of Automotive Engineers) , AISI (American Iron and SteelInstitute-EUA) e ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)Exemplo:SAE 1045: os dois primeiros algarismos representam o tipo de composiçãoquímica do aço, os dois algarismos seguintes representam a porcentagem decarbono multiplicada por 100). Ou seja, o aço do exemplo possui 0,45% de Carbono(C).Tabela para os dois primeiros algarismos:10: aço comum11: aço de usinagem fácil13: aço ao manganês20, 21, 23 e 25: aço ao níquel30, 31, 32, 33 e 34: aço ao níquel-cromo (inoxidáveis)40, 41, 43, 46 e 48: aço ao molibdênio Classificação dos Aços
  • 42. Carbono: depois do ferro, é o elemento mais importante. Aquantidade de carbono determina o tipo de aço. Influencia aresistência do aço.Manganês: no aço doce, em pequena quantidade, torna-o dúctile maleável. Nos aços ricos em carbono, endurece o aço e aumentasua resistência.Silício: faz com que o aço se torne mais duro e tenaz. É elementopurificador que evita a porosidade e ajuda na remoção de gases eóxidos.Fósforo: em teor elevado, torna o aço frágil e quebradiço.Enxofre: torna o aço granuloso e áspero, enfraquece a resistênciado aço. Elementos de Liga
  • 43. Contêm quantidades específicas de elementos diferentesdaqueles normalmente utilizados nos aços comunsA introdução de outros elementos se dá quando é desejado alcançarefeitos específicos dos aços como aumentar a dureza e aresistência mecânica; conferir resistência uniforme atravésde toda a secção em peças de grandes dimensões; diminuiro peso; conferir resistência à corrosão; aumentar a resistênciaao calor; aumentar a resistência ao desgaste; aumentar acapacidade de corte e melhorar as propriedades elétricas emagnéticas Aços-Liga
  • 44. A soma de todos esses elementos, inclusive carbono, silício,manganês, fósforo e enxofre não pode ultrapassar 6%. No casode elementos como silício, manganês e alumínio, semprepresentes nos aços carbono, os aços são considerados ligadosquando seus teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e 0,1%,respectivamente.Costumam ser designados de acordo com o elemento predominante,por exemplo: aço-níquel, aço-cromo, aço-cromo-vanádioPodem ser encontrados em praticamente todos os segmentosindustriais, desde a construção civil e naval, passando pelaindústria petrolífera, automobilística e aeronáutica. Aços-Liga
  • 45. Esferas de rolamentos, molas, virabrequins, bielas...Aços-Liga
  • 46. Níquel: aumenta a resistência e a tenacidade, além de dar boaductilidade e boa resistência a corrosão. Teores entre 12 e 21%produzem os aços inoxidáveis.Manganês: quando adicionado em quantidade conveniente,aumenta a resistência ao desgaste e aos choques, sem perder aductilidade.Tungstênio: aumenta a resistência ao calor, a dureza e aresistência a ruptura. Elementos de Liga
  • 47. Molibdênio: produz aços com grande resistência a esforçosrepetitivos.Vanádio: melhora a resistência à tração, sem perder aductilidade, e eleva os limites de elasticidade e de fadiga.Cobalto: melhora as propriedades magnéticas do aço.Alumínio: desoxida o aço, forma uma camada superficialdura,que protege o açoCromo: fornece ao aço alta resistência, dureza, elevado limite deelasticidade e boa resistência à corrosão. Entre 11 e 17% produz oaço cromo inoxidável. Elementos de Liga
  • 48. Liga de Ferro e Cromo, Níquel e mais 4 ou 5 elementosPossui no mínimo 11% de CromoNão enferruja: resiste à corrosãoCustos muito altosSuperfície pode sofrer tratamento Aço Inoxidável
  • 49. Equipamento de cozinha, de lavanderia, instrumentos cirúrgicos...Aço Inoxidável
  • 50. Tipos principais de aços inoxidáveis:Austeníticos: são aços não temperáveis. Os principais aços desse gruposão o AISI 301 (0,15% C, 16-18% Cr, 6-8% Ni) e AISI 304 (0,8% C, 18-20% Cr, 8-10,5% Ni)Ferríticos: são aços não temperáveis. Os principais tipos são o AISI 409(0,03% C, 10,5-11,7% Cr, 0,5% Ni) e AISI 430 (0,12% C, 16-18% Cr, 0,75% Ni). O AISI 430é o mais utilizado do grupo, sendo aplicado em utensíliosdomésticos (baixelas, pias e talheres) e eletrodomésticosMartensíticos: são aços de resfriamento rápido e adquiremtêmpera em torno de 930 a 1070oC. O principal representante do grupo é oaço AISI 420 (0,15% C, 12-14% Cr, 0,75% Ni) Aços Inoxidáveis
  • 51. Pintura: mecanizada com tratamento térmico (apropriada paraambiente interno) e pintura de poliuretano resinado (para ambienteexterno). Atualmente também emprega-se a tinta de resinafluoretizada, que resiste ao tempo acima de 20 anos.Impressão em Silk-screen: permite a pintura em váriascores sem ter que escolher o material de base. Tratamentos superficiais
  • 52. Etching: gravação de chapas metálicas com produtos químicos.Pode-se usar ou não tintas sobre a gravação.Blast (jateamento): jateamento de alta pressão, utilizapartículas de alumina processada à quente. Obtém texturas comdesenhos irregulares.Cromalim: semelhante ao off-set, emprega cores distintas paraimpressão (azul, vermelho, amarelo e preto), obtendo figurascoloridas. Usa na composição resinas de policarbonato e resinasacrílicas. Tratamentos superficiais
  • 53. Tratamentos térmicos
  • 54. É um ciclo de aquecimento e resfriamentorealizado nos metais com o objetivo de alterar assuas propriedades físicas e mecânicas, semmudar a forma do produto. O tratamento térmicoàs vezes acontece inadvertidamente, como“efeito colateral” de um processo de fabricação quecause aquecimento ou resfriamento no metal,como nos casos de soldagem e de forjamento Tratamentos térmicos
  • 55. O tratamento térmico é normalmente associadocom o aumento da resistência do material, mastambém pode ser usado para melhorar ausinabilidade, a conformabilidade e restaurara ductilidade depois de uma operação a frioÉ uma operação que pode auxiliar outrosprocessos de manufatura e/ou melhorar odesempenho de produtos, alterando outrascaracterísticas desejáveis Tratamentos térmicos
  • 56. Os aços são especialmente adequados para otratamento térmico, uma vez que:1. respondem satisfatoriamente aostratamentos, em termos das característicasdesejadas2. seu uso comercial supera o de todos os demaismateriais Tratamentos térmicos
  • 57. Os aços são tratados para uma das finalidades:Amolecimento (softening)Endurecimento (hardening) Tratamentos térmicos
  • 58. É feito para redução da dureza, remoção de tensões residuais,melhoria da tenacidade, restauração da ductilidade, redução dotamanho do grão ou alteração das propriedadeseletromagnéticas do aço.Restaurar a ductilidade ou remover as tensões residuais é umaoperação necessária quando uma grande quantidade de trabalhoa frio tenha sido executada (como laminação a frio outrefilação).As principais formas de amolecimento do aço são: recozimento derecristalização, recozimento pleno, recozimento deesferoidização e normalização. Amolecimento (softening)
  • 59. É feito para aumentar a resistência mecânica, a resistência aodesgaste e a resistência à fadigaÉ fortemente dependente do teor de carbono do açoA presença de elementos de liga possibilita o endurecimento depeças de grandes dimensões, o que não seria possível quando douso de aços comuns ao carbono.Os tratamentos de endurecimento do aço são têmpera,austêmpera e martêmpera.Para aumentar a resistência ao desgaste é suficiente arealização de um endurecimento superficial, que também levaao aumento da resistência a fadigaEndurecimento (hardening)
  • 60. Vídeo