METAIS FERROSOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA. Prof.(a) : Graziele Braga ENGENHARIA MECÂNICA.

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1 METAIS FERROSOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA ENGENHARIA MECÂNICA Prof.(a) : Graziele Braga grazi_gbraga@hotmail.com Betim 2016

2 DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO Fases presentes Composição dessas fases Percentual ou fração das fases - Regra da alavanca

3 DIAGRAMA FE - C

4 DIAGRAMA FE - C - MICROESTRUTURAS Micrografias da (a) ferrita e austenita (b)

5 DIAGRAMA FE - C - REAÇÕES INVARIANTES Reação Eutética L L 4, 3%C S1 + S2 γ 2, 11%C + Fe 3 C (6, 67%C) Reação Eutetóide S1 S2 + S3 Reação Peritética γ 0, 76%C α 0, 02%C + Fe 3 C (6, 67%C) L + S1 S2 L 0, 17%C + δ 0, 02%C γ(0, 17%C)

6 DIAGRAMA FE C LIGA EUTETÓIDE Aço eutetóide microestrutura 100 % perlitica Ampliação: 500x

7 DIAGRAMA FE - C FORMÃÇÃO DA PERLITA Perlita é um constituinte formado por uma matriz de ferrita com lamelas de cementita Representação esquemática da formação da perlita a partir da austenita

8 DIAGRAMA FE - C LIGA HIPOEUTETÓIDE Aço com 0,38%C Microestrutura: perlita e ferrita proeutetóide Ampliação: 635x

9 DIAGRAMA FE - C LIGA HIPEREUTETÓIDE Aço com 1,4%C Microestrutura: perlita e cementita proeutetóide Ampliação: 1000x

10 DIAGRAMA FE - C REGRA DA ALAVANCA Cálculo da fração de ferrita e cementita em C = 0,76%, C = 0,4 e C = 1,3

11 EXEMPLO 1 Cálculo da fração dos constituintes em C = 0,76%, C = 0,4 e C = 1,3

12 EXEMPLO 2 Para uma liga composta por 99,65p% Fe e 0,35p%C, a uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, determine o seguinte: a) As frações das fases ferrita e cementita b) As frações de ferrita proeutetóide e perlita

13 DIAGRAMA FE C INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA Dependência da temperatura eutetóide em relação à concentração da liga para vários elementos de liga no aço. Dependência da composição eutetóide em relação à concentração da liga para vários elementos de liga no aço.

14 DIAGRAMA FE C LIGA EUTÉTICA Ledeburita 1 Liga eutética Ledeburita 2

15 DIAGRAMA FE C LIGA HIPOEUTÉTICA Liga Hipoeutética

16 DIAGRAMA FE C LIGA HIPEREUTÉTICA Liga Hipereutética

17 LIGAS FERROSAS Importância??? Compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes; A produção das ligas ferrosas são relativamente econômicas; Versatilidade de propriedades físicas e mecânicas.

18 CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS METÁLICAS

19 AÇO Liga ferro-carbono com teores de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais, resultantes do processo de fabricação. Estes elementos adicionais são chamados de elementos ligas que podem ser: manganês, cromo, silício, nióbio, molibdênio, níquel e vários outros. Por outro lado, alguns elementos presentes no aço são prejudiciais às suas propriedades, ou seja, são classificados como impurezas. As principais impurezas no aço são os elementos fósforo e enxofre, e gases dissolvidos, como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. vídeo

20 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS variação nos teores dos elementos de liga XXXX classe do aço Teor médio de carbono **Normas

21 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS %C Aços 10XX - aço carbono simples (outros elementos em porcentagens desprezíveis, teor de Mn de no máximo 1,0%) 11XX - aço carbono com S (Enxofre) fácil usinagem 12XX - aço carbono com S e P (Fósforo) - fácil usinagem 13XX - aço com 1,6% a 1,9% de Mn (Manganês) (aço-manganês) 14XX - aço carbono com 0,10% de Nb (Nióbio) 15XX - aço carbono com teor de Mn de 1,0% a 1,65% (aço-manganês)

22 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Ni 2XXX Ni - Cr 3XXX Mo 4XXX Cr - V 6XXX Ni-Cr-Mo 8XXX Cr 5XXX Cr - W 7XXX Si - Mn 92XX

23 AÇOS CARBONO Aços carbono são aqueles no qual estão presentes o carbono e os elementos residuais, manganês, silício, fósforo, enxofre e outros, nos teores considerados normais; Baixo teor de carbono Médio teor de carbono Alto teor de carbono

24 AÇOS LIGA Aços baixa liga Aços alta liga ligantes < 8% ligantes > 8% Aumentar a dureza e a resistência mecânica; Resistência uniforme na seção em peças de grandes dimensões; Resistência à corrosão, ao calor e ao desgaste; Aumentar a capacidade de corte; Melhorar propriedades elétricas e magnéticas.

25 AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO C < 0,3% Baixa resistência mecânica e dureza, alta ductilidade e tenacidade Facilmente usináveis e soldáveis Baixo custo de produção Não são tratáveis termicamente para endurecimento O aumento de resistência é conseguido através do trabalho a frio Perlita e Ferrita

26 AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO LE 275 MPa LRT ( ) MPa AL 25 % Aplicações Chapas automobilísticas Perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos Construção cívil

27 AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO Ferrita Perlita

28 AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO - ARBL C < 0,2% Elementos de Liga: Cu, V, Ni e Mo Até 10% em peso de ligantes Melhor resistência à corrosão que os aços comum ao carbono Boa ductilidade São conformáveis e usináveis Podem ter sus resistência aumentada mediante tratamento térmico

29 AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO - ARLB LE > 290 MPa LRT > 480 MPa AL ~ 20 % Aplicações Pontes, torres Colunas de suporte Vasos de pressão

30 AÇOS COM MÉDIO TEOR EM CARBONO 0,20% < C < 0,60% Podem ser tratáveis termicamente ( Têmpera - Revenimento) Baixa endurecibilidade porém se tratados com alta taxa de resfriamento e com adição de Cr, Ni, Mo Variedade de combinações entre resistência e ductilidade São mais resistentes do que os aços baixo teor de carbono, porém menos dúcteis e tenazes Martensita Revenida

31 AÇOS COM MÉDIO TEOR EM CARBONO Aplicações Rodas e trilhos de trem Engrenagens, virabrequim Componentes estruturais de alta resistência que exigem uma boa combinação entre resistência, resistência à abrasão e tenacidade

32 AÇOS COM MÉDIO TEOR EM CARBONO Ferrita Perlita Aço Martensita em forma de ripas

33 AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO 0,60% < C < 1,40% Podem ser tratáveis termicamente ( Têmpera - Revenimento) Elevada resistência e dureza Baixa ductilidade Elevada resistência ao desgaste Utilizados em ferramentas

34 AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO Aços ferramenta São ligas que contém alto teor de carbono e de outros elementos de liga (V, W, Mo, Cr) Aplicações Ferramentas e matrizes de corte Matrizes para a conformação Lâminas de serra Molas, arames

35 AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO Perlita Martensita

36 AÇOS INOXIDÁVEIS Aços inoxidáveis são ligas altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes, especialmente à atmosfera ambiente. Cr > 11% Resistência à corrosão: Mo, Ni Ferríticos, Austeníticos, Duplex, Martensiticos

37 AÇOS INOXIDÁVEIS O cromo, em contato com o oxigênio permite a formação de uma película finíssima de óxido de cromo (Cr 2 O 3 ) sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel em meios corrosivos usuais

38 AÇOS INOXIDÁVEIS

39 AÇOS INOXIDÁVEIS - AUSTENÍTICOS Melhor resistência à corrosão, com exceção do duplex Ligas ternárias Fe - Cr - Ni - 16% < Cr < 25% - 7% < Ni < 20% Classificação AISI 3XX (eventualmente AISI 2XX) Estrutura austenítica (CFC) A presença do níquel estabiliza a austenita a temperatura ambiente

40 AÇOS INOXIDÁVEIS - AUSTENÍTICOS Elevada capacidade de deformação Ni contribui para a resistência por à corrosão Não magnéticos Não temperáveis São endurecíveis por deformação plástica a frio Ótima soldabilidade

41 AÇOS INOXIDÁVEIS - AUSTENÍTICOS Corrosão intergranular: Soldagem ou aquecimento C a 870 C C < 0,03% Nb ou Ti (se combinam com o carbono mais rápido do que o Cr

42 AÇOS INOXIDÁVEIS - AUSTENÍTICOS Microestrutura inox austeníticos

43 AÇOS INOXIDÁVEIS - AUSTENÍTICOS Liga Composição Química Estado LE LRT Aplicações Cr; 7Ni Recozido Liga de elevada taxa de encruamento; aplicações estruturais Cr; 10Ni Recozido Equipamento de processamento químico e de alimentos 304L 19Cr; 10Ni; 0,03C Recozido Baixo carbono para soldadura; reservatórios químicos Cr; 10Ni; Ti = 5x %Cmin Recozido Estabilizado para soldadura; equipamento de processamento Cr; 10Ni; Cb (Nb) = 10x Cmin. Recozido Estabilizado para soldadura; reservatórios de transporte de produtos químicos

44 AÇOS INOXIDÁVEIS - MARTENSÍTICO Ligas binárias Fe - Cr - 12% <Cr <17% Série AISI 4XX Magnéticos e endurecíveis por têmpera Maior resistência mecânica e duzeza Baixa soldabilidade (podem temperar e fissurar na solda) Baixa resistência a corrosão comparando com os ferríticos e austeníticos

45 AÇOS INOXIDÁVEIS - MARTENSÍTICO Microestrutura inox austeníticos

46 AÇOS INOXIDÁVEIS - MARTENSÍTICO Liga Composição Química Estado LE LRT Aplicações ,5Cr; 0,15C Recozido Temperado e Revenido Uso geral para Tratamento térmico; orgãos de máquinas, veios de bombas, válvulas 440A 17Cr; 0,7C Recozido Temperado e Revenido Cutelaria, rolamentos, intrumentos cirúrgicos. 440C 17Cr; 1,1C Recozido Temperado e Revenido Esferas, rolamentos, pistas, componentes de válvulas.

47 AÇOS INOXIDÁVEIS - FERRÍTICOS 12 % < Cr < 30 % Ni < 1% Mo eleva a resistência à corrosão, Nb/Ti melhora a soldabilidade Estrutura essencialmente ferrítica (CCC) Relativamente baratos, pois não contém níquel Resistência à corrosão menor do que os austeníticos

48 AÇOS INOXIDÁVEIS - FERRÍTICOS Série AISI 4XX Microestrutura inox ferrítico

49 AÇOS INOXIDÁVEIS - FERRÍTICOS Liga Composição Química Estado LE LRT Cr; 0,012C Recozido Cr; 0,20C Recozido Aplicações AISI 430: Uso geral, em que não se requer endurecimento, capotas de automóveis, equipamento para restaurantes AISI 446: Aplicações a alta temperatura, aquecedores, câmaras de combustão

50 AÇOS INOXIDÁVEIS - DUPLEX 50% α e 50% ϒ Boa relação entre resistência mecânica e resistência à corrosão 20% < Cr < 25% 1% < Ni < 7% Mo (0,3-4%) e N melhoram as resistência à corrosão Magnéticos

51 AÇOS INOXIDÁVEIS - DUPLEX

52 AÇOS INOXIDÁVEIS - DUPLEX

53 AÇOS INOXIDÁVEIS - DUPLEX Aplicações - indústrias petroquímica, químicas, óleo e gás, papel e celulose, naval e nuclear

54 FERRO FUNDIDO Definição: designação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono de 2,11% a 6,7%. - maioria contém entre 3% e 4,5% de carbono Outros elementos Silicio - elemento grafitizante, favore a decomposição do carboneto de ferro em grafita; Manganês - estabiliza a cementita, atua também como dessulfurante; Fósforo - em teores elevados é um estabilizador da cementita; Enxofre - nos teores normais, não tem ação significativa

55 FERRO FUNDIDO - Se tornam liquidos em temperaturas entre 1150 C e 1300 C - Por serem muito frágeis, a fundição é muitas vezes a técnica mais adequada Tipos Cinzento Branco Nodular Maleável Vermicular

56 FERRO FUNDIDO Campos de composição química típica dos ferros fundidos mais comuns

57 FERRO FUNDIDO CINZENTO Carbono 2,5% e 4,0% Silício 1,0 e 3,0% Matriz de ferrita ou perlita com veios de grafita

58 FERRO FUNDIDO CINZENTO A grafita existe na forma de veios, os quais se encontram envoltos por uma matriz ferrítica ou perlítica. Si promove a grafitização Propriedades Frágil Eficiente no amortecimento de energia vibracional Elevada resistência ao desgaste Baixa contração ao fundido Material mais barato que existe

59 FERRO FUNDIDO CINZENTO Aplicações Estruturas de base de máquinas e equipamentos pesados, expostos a vibrações.

60 FERRO FUNDIDO NODULAR A adição de magnésio ou cério no ferro fundido cinzendo antes da fundição leva a nodularização. Matriz ferrítica ou perlítica. Matriz de ferritíca com nódulos de grafita

61 FERRO FUNDIDO NODULAR Propriedades Mais resistentes e mais duros do que o ferro cinzento Aplicações Válvulas Corpos de bombas Virabrequins Componentes de máquinas

62 FERRO FUNDIDO BRANCO Quase todo carbono está na forma de cementita Duro e resistente ao desgaste Frágil e de difícil usinagem

63 FERRO FUNDIDO BRANCO Aplicações Cilindros de laminação Moinho de bolas

64 FERRO FUNDIDO MALEÁVEL Obtido por meio do aquecimento do ferro branco (800 C a 900 C) por um período prolongado. Decomposição da cementita em grafita Aglomerados ou rosetas em uma matriz perlitica ou ferrítica

65 FERRO FUNDIDO MALEÁVEL Propriedades Resistência relativamente alta e ductilidade considerável Aplicações Barras de ligação Engrenagens de transmissão Válvulas para serviços marítimo

66 FERRO FUNDIDO VERMICULAR Carbono 3,1% e 4,0% Silício 1,7% e 3,0%

67 FERRO FUNDIDO VERMICULAR Grafita em forma de verme (Si) Magnésio e cério são adicionados porém em menor quantidade do que o nodular Matriz ferrítica ou perlítica. Propriedades Maior condutividade térmica Melhor resistência a choques térmicos Menor oxidação em temperaturas elevadas

68 FERRO FUNDIDO VERMICULAR Aplicações Bloco de motor Exaustores de distribuição Carcaça de caixas de engrenagens Discos de freios para trens Polias volantes

69 METAIS FERROSOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA ENGENHARIA MECÂNICA Prof.(a) : Graziele Braga grazi_gbraga@hotmail.com Betim 2016