AÇOS E FERROS FUNDIDOS Prof. MSc: Anael Krelling 1
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AÇOS Aços são ligas Fe-C que podem conter outros elementos Propriedades mecânicas dependem da % C. % C < 0,25% - baixo carbono. 0,25% < % C < 0,60% - médio carbono. 0,60% < % C < 1,4% - alto carbono. Aços carbono Baixíssima concentração de outros elementos (concentração residual ou impureza). Aços liga Outros elementos em concentração apreciável. 3
AÇOS BAIXO CARBONO (% C < 0,25%) Microestrutura de perlita e ferrita; Macios e pouco resistentes, muito dúcteis e tenazes; Insensíveis a tratamentos térmicos; Custo mais baixo de produção; Usos em painéis de carros, tubos, pregos, arame... Chapas. 4
AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL OU HSLA) Elementos de liga (Cu, V, Ni, Mo) até 10%p; Maior resistência mecânica e à corrosão; Podem ser tratados termicamente; AÇOS E FERROS FUNDIDOS Conformáveis, podem ser usinados; Usados em estruturas para baixas temperaturas, chassis de caminhões, vagões, etc. 5
AÇOS MÉDIO CARBONO (0,25% < %C < 0,60%) Tratamento térmico para melhorar propriedades; Mais resistentes que aços de baixo C; Utilizados na forma de martensita (fase extremamente dura, mas frágil) revenida (tratamento térmico para melhorar a tenacidade da martensita; Se tornam mais resistentes mas menos dúcteis e tenazes; A presença de impurezas aumenta a resposta a tratamentos térmicos; Usos em molas, pistões, engrenagens, rodas e trilhos de trens, virabrequins, etc. 6
Tab.: Sistemas de designação AISI/SAE e UNS e faixas de composição para aços comuns ao carbono e vários aços de baixa liga. Conteúdo da lida AÇOS E FERROS FUNDIDOS Teor de C X 100 7
AÇOS COM ALTO CARBONO (>0,60%) Mais duros e mais resistentes; Menos dúcteis dentre os aços carbono; Usado na condição endurecida e revenida; Resistentes ao desgaste e à abrasão; Aços ferramentas e matrizes; Alto teor de carbono; Cr, V, W e Mo; Formam carbonetos duros e resistentes; Ex.: Ferramentas de corte e matrizes para modelação e conformação de materiais; Facas e lâminas de corte, lâminas de serra para metais; Molas e arames com alta resistência. 8
Tab.: Designações, composições e aplicações para seis aços-ferramenta. W Aços temperáveis em água S Aços resistentes ao choque P Aços para moldes L e F Aços para fins especiais O, A, D Aços para trabalho a frio H Aços para trabalho a quente T e M Aços rápidos 9
AÇOS INOXIDÁVEIS Altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes; Principal elemento de liga, Cr > 11%p; Ni e Mo melhoram a resistência à corrosão; Podem ser: Martensíticos tratamento térmico martensita principal constituinte; Ferríticos compostos por ferrita (CCC); Austeníticos fase γ se estende até a temperatura ambiente (elementos de liga produzem grandes alterações no diagrama Fe-C). Mais resistentes à corrosão. Não magnéticos. Resistentes à corrosão a temperaturas de até 1000 C; São utilizados em turbinas a gás, caldeiras de vapor, fornos, aeronaves, mísseis e unidades geradoras de energia nuclear. 10
FERROS FUNDIDOS Ferros fundidos são ligas Fe-C com concentração acima de 2,1%p C (tipicamente entre 3 e 4,5%p C). Nesta faixa de concentrações, a temperatura de fusão é substancialmente mais baixa do que a dos aços. Isto facilita os processos de fundição e moldagem. Suas propriedades mudam radicalmente em função da concentração de C e outras impurezas (Si, Mg, Ce) e do tratamento térmico. Cementita (Fe 3 C) Composto metaestável, sob algumas circunstâncias dissocia-se em ferrita α e grafita. 11
Sistema Estável Formação de austenita + grafita Ferro Fundido Cinzento Sistema Metaestável Formação de austenita + Fe 3 C Ferro Fundido Branco Fatores que influem no equilíbrio Velocidade de resfriamento Elementos de liga 12
INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA Si Grafitizante Favorece a formação de FoFo Cinzento Cr Estabilizador de Carbonetos Favorece a formação de FoFo Branco 13
FERRO FUNDIDO CINZENTO AÇOS E FERROS FUNDIDOS %p C entre 2,5 e 4,0, %p Si entre 1,0 e 3,0; Grafita em forma de veios/flocos (corn flakes) cercados por ferrita/perlita; O nome vem da cor típica da superfície de fratura; Fraco e frágil sob tração; Os veios funcionam como pontos de concentração de tensão e iniciam fratura sob tração (extremidades dos veios são afiladas e pontiagudas); Mais resistente e dúctil sob compressão; Ótimo amortecedor de vibrações; Resistente ao desgaste, baixa viscosidade quando fundido, permitindo moldar peças complexas; Mais barato de todos os materiais metálicos. 14
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FERRO FUNDIDO NODULAR AÇOS E FERROS FUNDIDOS A adição de Magnésio e/ou Cério ao ferro fundido cinzento faz com que a grafita se forme em nódulos esféricos e não em veios; Esta microestrutura leva a muito maior ductilidade e resistência, aproximando-se das propriedades do aço; Esta microestrutura lembra a de um material compósito; Usado em válvulas, corpos de bombas, engrenagens, etc. 16
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FERRO FUNDIDO BRANCO E FERRO FUNDIDO MALEÁVEL Para concentrações de Si abaixo de 1% e taxas rápidas de resfriamento a maior parte do carbono se mantém na forma de Cementita; A superfície de fratura neste caso é branca; Seções espessas podem ter apenas uma camada superficial de ferro branco, com ferro cinzento nas interiores; Muito duro e muito frágil; AÇOS E FERROS FUNDIDOS Se reaquecido a T=800 C por dezenas de horas (em atmosfera neutra para evitar oxidação) a cementita se decompõe formando grafite em pequenas regiões (rosetas), análogo ao ferro nodular - Ferro Maleável 19
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FERRO FUNDIDO VERMICULAR C entre 3,1 e 4,0%p; Formação da grafita promovida pelo Si (1,7 a 3,0%p); Grafita na forma vermicular (forma de vermes), microestrutura intermediária entre ferro nodular e cinzento. Alguma grafita (< 20%) pode estar na forma de nódulos; Mg e Ce em quantidades menores do que no nodular; Matriz pode ser perlita e/ou ferrita; AÇOS E FERROS FUNDIDOS Propriedades intermediárias entre cinzento e nodular; Usados em blocos de motores diesel. 21
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RESUMO FERROS FUNDIDOS 23