Prof. Mayara Queiroz Moraes. Materiais metálicos

Transcrição

1 Materiais metálicos

2 METAIS Metais Materiais Metálicos: combinação de elementos metálicos. Ligação Metálica Possui como principal característica a presença de elétrons livres em torno de cátions e átomos neutros no retículo ( mar de elétrons ).

3 METAIS Características de compostos metálicos: Sólidos nas condições ambientes (exceto o Hg); Brilho (efeito fotoelétrico); Altos pontos de fusão e de ebulição; Bons condutores de corrente elétrica no estado sólido ou fundidos; Ductibilidade (fios) e maleáveis (lâminas). Principais ligas metálicas (Soluções Sólidas) Ouro 18 quilates (Au + Cu); Aço (Fe + C); Latão (Cu + Zn); Metal monel (Ni + Cu).

4 METAIS As ligas ferrosas (aquelas em que o ferro é o constituinte principal) são produzidas em maior quantidade do que qualquer outro tipo de metal. Essas ligas são especialmente importantes como materiais de construção civil. Seu amplo uso é o resultado de três fatores: Abundância de matéria prima; Produção relativamente econômica; Versatilidade. Desvantagem: Suscetibilidade à corrosão.

5 Ferro Não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO. Minério de ferro Geralmente formado no subsolo, mas muitas vezes encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. Principais minérios: Hematita (Fe 2 O 3 ) e Magnetita (Fe 3 O 4 ). Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em pedaços menores e em seguida passa pelo processo de fabricação do ferro gusa em usina siderúrgica.

6 Exploração e mineiração para colheita de minério de ferro.

7 METAIS Ligas Ferro-Carbono Na prática, não são ligas binárias, pois sempre há a presença de elementos químicos secundários oriundos da forma de obtenção das matérias primas ou adicionados propositalmente para melhorar as propriedades mecânicas. AÇOS: liga Fe-C contendo geralmente 0,008% até cerca de 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes do processo de obtenção; FERROS FUNDIDOS: liga Fe-C, com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%.

8 Ferro Gusa Produto primário da produção do aço. Resultado da redução do teor de oxigênio do minério de ferro em alto forno. Presença de elevados teores de carbono remanescentes do coque.

9 Coque Obtido pelo processo de coqueificação, Aquecimento do carvão mineral a altas temperaturas, em câmaras hermeticamente fechadas.

10 Processo de obtenção do ferro gusa Na usina, o minério é fundido num forno com pressões controladas denominado ALTO FORNO. No alto forno, o minério é depositado em camadas intercaladas com coque (combustível) e calcário (fundente). Depois de carregado, injeta-se ar no interior do alto forno. O ar sobe pelo alto forno e ajuda na queima do coque que, ao atingir cerca de 1200ºC, derrete o minério. Ao derreter-se, o ferro, de maior densidade, fica depositado no fundo do forno, ao passo que os demais óxidos, que formam a escória, ficam sobre ele, o que possibilita a separação das duas fases. Nesta condição, o ferro ainda é muito impuro, contendo elevado teor de carbono, recebe o nome de ferro gusa.

11 Processo de obtenção do ferro gusa Entre 300º C e 350º C temos a dessecação, onde o vapor de água contido na carga é liberado; Entre 350º C e 750º C ocorre a redução, onde o óxido de ferro perde o oxigênio; Entre 750º C e 1150º C temos a carburação, onde o ferro se combina com o carbono presente no coque, formando o ferro gusa; Entre 1150º C e 1800º C ocorre a fusão, onde o ferro gusa passa para o estado líquido; Em torno dos 1600º C ocorre a liquefação, onde o ferro gusa se separa da escória.

12 Processo de obtenção do ferro gusa Através de uma abertura especial em altura específica, são retiradas as escórias e, em seguida, o ferro-gusa é despejado em recipientes localizados na parte de baixo do alto forno, chamados CADINHOS. O ferro-gusa derretido é transportado no cadinho e despejado em fôrmas denominadas LINGOTEIRAS. Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira, recebendo então o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA. A seguir, os lingotes são armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, é usado apenas na confecção de peças que não passarão por processos de usinagem.

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15 Ferro fundido Liga de Fe-C que contém de 2,11 a 6,67% de carbono. É obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro gusa por meio de fusão. É considerado, portanto, um ferro de segunda fusão. A fusão do ferro gusa para a obtenção do ferro fundido, é feita em fornos apropriados sendo o mais comum o forno chamado CUBILÔ.

16 Aço Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da injeção de oxigênio puro sob pressão no ferro gusa líquido, dentro de um conversor. A reação constitui na redução do ferro gusa através da combinação de elementos da liga (silício, manganês) com o oxigênio injetado, o que provoca uma grande elevação na temperatura, atingindo aproximadamente 1700º C. Os gases resultantes do processo são queimados e os resíduos indesejáveis são eliminados em forma de uma fumaça que, após filtrada, transforma-se em um elemento muito fino (sílica ativa).

17 Aço Um dos mais importantes materiais metálicos usados nas indústrias mecânica e de construção civil. Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,008% a 2,11%. Geralmente, além de ferro e carbono, há certos elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação.

18 Aço Características e propriedades: Cor acinzentada; Densidade = 7,8 g/cm³; Temperatura de fusão entre 1250 e 1450º C; Ductibilidade, tenacidade, elasticidade, resistência mecânica elevada e resiliência; Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, forjabilidade.

19 Aço Características e propriedades: Pode ser trabalhado com ferramenta de corte; Pode Cor ser acinzentada; curvado; Pode Densidade ser dobrado; = 7,8 g/cm³; Pode Temperatura ser forjado; de fusão entre 1250 e 1450º C; Pode Ductibilidade, ser soldado; tenacidade, elasticidade, resistência Pode mecânica ser laminado; elevada e resiliência; Pode ser estirado (trefilado); Soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade, Possui grande resistência à tração. forjabilidade.

20 Aço Classe A Barras ou fios laminados a quente Apresentam patamar de escoamento Classe B Barras ou fios laminados a frio ou encruados Não apresentam patamar de escoamento

21 NORMALIZAÇÃO NBR 7480 Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado Publicação: Fevereiro de Normaliza sobre: Barras (CA-25 ou CA-50): 5 mm (laminação a quente) Fios (CA-60): < 10 mm (laminação a frio trefilação e encrunhamento) C A = AÇO DESTINADO AO CONCRETO ARMADO 25, 50 e 60 = Valor característico da resistência de escoamento: CA-25 CA-50 CA-60 f y = 25 kgf/mm² f y = 50 kgf/mm² f y = 60 kgf/mm² f y = 250 MPa f y = 500 MPa f y = 600 MPa

22 Aço Laminação a quente A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura crítica (de recristalização do metal), a fim de reduzir a resistência à deformação plástica e permitir a recuperação da estrutura do metal ao final do processo. Os tarugos são pressionados entre cilindros, onde sofrem redução de seção transversal e aumento de comprimento. Após a laminação, as barras de aço resfriam-se em contato com o ar ambiente. Produz os aços CA-25 e CA-50. Os produtos chamados de Aços Naturais.

23 Aço Laminação a quente A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura crítica (de recristalização do metal), a fim de reduzir a resistência à deformação plástica e permitir a recuperação da estrutura do metal ao final do processo. Os tarugos são pressionados entre cilindros, onde sofrem redução de seção transversal e aumento de comprimento. Após a laminação, as barras de aço resfriam-se em contato com o ar ambiente. Produz os aços CA-25 e CA-50. Os produtos chamados de Aços Naturais.

24 Aço Laminação a frio (trefilação) Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico; Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do limite elástico do aço; Reduz a ductilidade do aço. Depois da trefilação, quando necessário, o material é submetido a um processo de encruamento, para uniformizar a superfície ou obter uma dureza determinada. Produz os aços CA-60.

25 Aço Laminação a frio (trefilação) Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico; Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do limite elástico do aço; Reduz a ductilidade do aço. Depois da trefilação, quando necessário, o material é submetido a um processo de encruamento, para uniformizar a superfície ou obter uma dureza determinada. Produz os aços CA-60.

26 Aço Laminação a frio (trefilação) Deformação do aço a temperaturas abaixo do ponto crítico; Obtida pela deformação da estrutura cristalina e resulta numa elevação da resistência à tração, da dureza superficial e do limite elástico do aço; Reduz a ductilidade do aço. Depois da trefilação, quando necessário, o material é submetido a um processo de encruamento, para uniformizar a superfície ou obter uma dureza determinada. Produz os aços CA-60.

27 AÇO Formas comerciais do aço: Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de: Barras (Vergalhões); Fios. Perfilados; Chapas; Tubos...

28 Formas comerciais do aço: Vergalhões: São barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação.

29 Formas comerciais do aço: Perfilados: São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z...

30 Formas comerciais do aço: Chapas: São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos: Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias. Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco. Usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores etc. Chapas estanhadas - revestidas com uma fina camada de estanho. Usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido a sua resistência à umidade e corrosão.

31 Vergalhões CA 50

32 Vergalhões CA 50

33 Vergalhões CA 25

34 Aço CA 60

35 Arame Recozido

36 Aços de Protenção

37 Aços de Protenção

38 ENSAIOS EM MATERIAIS METÁLICOS

39 ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO Resistência à tração Alongamento NBR Materiais Metálicos: Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração - Métodos de Ensaio

40 ENSAIO DE DOBRAMENTO NBR 6153 Corpo-de-prova é dobrado a 180º Diâmetro do pino: Depende da resistência e do diâmetro do aço ensaiado

41 ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE CONFORMAÇÃO SUPERFICIAL Avalia a aderência da barra e do fio de aço ao concreto pelo espaçamento de fissuras Comparativo entre a barra nervurada e lisa Não é um ensaio de recebimento

42 PROPRIEDADES MECÂNICAS

43 AÇO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO NORMALIZAÇÃO BITOLAS CA 25 CA 50 NBR 7480

44 AÇO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO NORMALIZAÇÃO BITOLAS CA60 NBR 7480

45 DEFEITOS As barras e fios de aço devem estar isentos de defeitos prejudiciais (a norma não especifica!!). Aceita-se oxidação superficial (uniforme e leve) removível com tecido grosseiro ou escova qualquer.