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OBTENÇÃO EPROPRIEDADES
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ROCHA, MINERAIS, MINÉRIOS,METAIS
Rocha conjunto de um ou mais tipos de minerais. Mineral substância natural presente na crosta terrestre. Minérios nome dado a um mineral do qual se extrai,
com vantagem econômica, uma substância química deinteresse industrial.
“ Hematita é um minério de ferro”
“ Bauxita é um minério de alumínio”
Bauxita = Al + Sílica + Óxido de ferro + Água Metal Substância simples – Ex: AlBauxita -------- (purificação)------ Al2O3 (Alumina)
Alumina -----(reação química)---- Al (Alumínio)
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METALURGIADefinição: Nome utilizado para designar a sequência deprocessos que são executados visando obter umelemento metálico a partir do minério correspondente.
(Reações de redução)
Al2O3 ----- Al (Reação de redução)
X
Fe ----- Fe2O3 (Reação de oxidação) ==== Corrosão
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METALURGIA
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NOBREZA DOS METAIS Aumenta facilidade sofrer redução (aumenta a nobreza)
---------------------------------------------------
Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
--------------------------------------------------- Aumenta facilidade de sofrer oxidação (corrosão)
Quanto + difícil de reduzir, + fácil de oxidar Quanto + nobre o metal, < capacidade de oxidação
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METAISDefinição: é um elemento químico que existe com cristal
ou agregado de cristais no estado sólido.
Propriedades: resistência mecânica e dureza altas.
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ESTRUTURA CRISTALINADefinição: Regularidade estrutural – ligações covalentesdeterminam um número específico de vizinhos paracada átomo e orientação espacial entre eles.
Formas de cristalização:
Sistema cúbico de corpo centrado;
Sistema cúbico de face centrada;
Hexagonal compacto.Célula cristalina é a menor porção que se repete em
todas as direções.
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SISTEMA CÚBICO DE CORPO CENTRADO(CCC)
Exemplos de metais CCC: Ferro (Fe), Cromo (Cr),Molibdênio (Mo) e Tungstênio (W)
N° de coordenação (que representa o n° de vizinhos mais
próximos): 8 N° átomos no interior do reticulado: (8 x 1/8 + 1) = 2
Fator de empacotamento atômico: 0,68 (68% do volume da
célula é ocupado por átomos)
Parâmetro do reticulado: a = 4R / √3 a=dimensão da célula R=raio atômico
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CCC
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SISTEMA CÚBICO DE FACE CENTRADA
(CFC) Exemplos de metais CFC: Alumínio (Al), Cobre (Cu),
Ouro (Au), Chumbo (Pb), Níquel (Ni), Platina (Pt),Prata (Ag)
N° de coordenação: 12 (nº átomos mais próximos)
N° de átomos no interior do reticulado:(8 x 1/8 + 6 x1/2) = 4
Fator de empacotamento atômico: 0,74 (74% do volume da célula é ocupado por átomos)
Parâmetro do reticulado: a =4R/ √2
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CFC
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FATOR DE EMPACOTAMENTO
ATÔMICO F = Volume de átomos em uma célula unitária
Volume da célula unitária
Exercício:
Achar o fator de empacotamento atômico para ossistemas CCC e CFC.
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SIDERURGIA
Definição: Ramo da metalurgia que reduz os minérios deFERRO em alto forno (forno de cerâmica refratária)
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Calcário – elimina impurezas do minério (areia ealumina). A decomposição produz CaO que reageformando a escória (T = 500-600ºC);
Temperatura interna do forno > Temperatura de fusão doferro;
Reação de Redução:
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2Hematita + Monóx.Carbono Ferro metálico + Gás Carbônico
Destino do Ferro gusa = Aciaria
Destino da Escória = Cimentos,Fertilizantes, etc.
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~O ferro gusa tem alta dureza, mas é quebradiço;~O ferro gusa contém impurezas,como carbono, silício e fósforo;~Com sua purificação, torna-se o
FERRO DOCE.- Este tem baixos teores de Carbono, por isso tem baixa
dureza.- Alta tenacidade (resist. impacto)
- Alta maleabilidade/flexibilidade/ductibilidade.
FERRO DOCE + CARBONO = AÇO, que adquire apropriedade de dureza.
FERRO GUSA e FERRO DOCE
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FABRICAÇÃO EPROPRIEDADES
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ACIARIASDefinição: unidade de uma usina siderúrgica ondeexistem máquinas e equipamentos voltados para oprocesso de transformar o ferro gusa em diferentestipos de aço.
Processo de conversão O principal destes
equipamentos é o convertedor, que é um tipo de forno,revestido com tijolos refratários e que transforma oferro gusa e a sucata em aço.
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INTERIOR DE UMA ACIARIA
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PROCESSO NA ACIARIAUma lança sopra oxigênio em alta pressão para o interiordo forno, produzindo reações químicas que separam asimpurezas gases e a escória.
Reação química no convertedor entre o oxigênioinjetado e o carbono presente no ferro gusa = gera
gases que são eliminados no convertedor. Eles secombinam e retiram o carbono do gusa, dando origemao aço.
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PROCESSOS NA ACIARIA Refino primário acontece no convertedor, onde o
ferro-gusa, geralmente adicionado à sucata de aço, étransformado em aço. São removidos o silício, omanganês, e principalmente o carbono.
Refino secundário Correções mais específicas e
controladas. A composição de outros elementosquímicos é corrigida com adição de ferro-ligas.Geralmente utiliza-se Forno-Panela para este acerto decomposição química.
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FORNO PANELA
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LINGOTEAMENTO Após o acerto da temperatura e da composição
química, o aço líquido é solidificado.
Lingoteamento convencional blocos, tarugos ou placas sãoconformados a quente em laminadores;
Lingoteamento contínuo
blocos, tarugos e placas sãoobtidos diretamente das máquinas de lingotamento.
Blocos => dimensões 150 x 150 mm a 300 x 300 mm. (Perfis estruturais - vigas I, U, T -ou trilhos ferroviários)
Tarugos => seção quadrada ou circular com dimensões que variam de 50 x 50 mm até125 x 125 mm (Barras de diferentes seções transversais, arame, etc.)
Placas => seção retangular cuja espessura varia de 50 a 230 mm e largura entre 610 e1520 mm. (Chapas grossas para a indústria naval ou chapas laminadas a quentecom espessuras de até 3,5 mm
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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
aços de “dureza natural” laminados a quente; aços trabalhados a frio (encruados);
aços para concreto protendido (aços duros).
Dependendo de como é fabricado, os aços apresentamdiferentes propriedades mecânicas.
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AÇOS DE “DUREZA NATURAL”
LAMINADOS A QUENTEFabricação: laminação a alta temperatura, acima de 800º C
Laminação: processo de conformação mecânica no qual ometal é forçado a passar (T = 900 a 1200º C) entre doiscilindros opostos , distanciados entre si a uma distânciamenor que a espessura da peça a ser deformada.
Produtos: Planos: chapas, tiras.Não planos: barras, fios, perfis, cantoneiras.
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LAMINAÇÃO A QUENTE
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AÇOS LAMINADOS A QUENTE
Características: Alta resistência mecânica;
Boa ductibilidade (grandes deformações sem ruptura) região plástica acentuada;
Possui saliências (mossas)
aderência do concreto;
Podem apresentar patamar de escoamento durante oensaio de tração curva tensão deformação.
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CURVA TENSÃO x DEFORMAÇÃO COM
PATAMAR DE ESCOAMENTO
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AÇOS TRABALHADOS A FRIO
(ENCRUADOS)Fabricação: trabalho mecânico à temperatura
ambiente por laminação ou trefilação.
Produtos: fios, barras, chapas e perfis.
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LAMINAÇÃO A FRIO
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TREFILAÇÃO POR TRAÇÃO
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AÇOS TRABALHADOS A FRIOCaracterísticas:
Maior resistência mecânica;
Baixa ductibilidade (pequenas deformações até suaruptura) região plástica reduzida;
Não apresentam patamar de escoamento durante oensaio de tração curva tensão deformação típica.
à Ã
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CURVA TENSÃO x DEFORMAÇÃOSEM PATAMAR DE
ESCOAMENTO
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CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOSOs aços são classificados segundo sua dureza:
Aços doces: contém cerca de 0,25% de Carbono.(perfis de estruturas metálicas quando ligados a outroselementos: Cr, Cu )
Aços meio-duros: entre 0,25% e 0,50% de Carbono.
(aços para concreto armado – CA-50 e CA-60) Aços duros: teor de carbono acima de 0,50%.
(cordoalhas para concreto)
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TRATAMENTOS TÉRMICOS Antes de serem utilizadas, as ligas são submetidas a
tratamentos térmicos conferir determinadaspropriedades.
Definição: aquecer as ligas e resfriar posteriormente.Tipos: Recozimento – resfriamento muito lento(↓ resistência mecânica e ↑ ductibilidade)
Normalização – resfriamento ao ar(Equilíbrio entre resistência mecânica e ductibilidade) Têmpera – resfriamento rápido(↑ resistência mecânica e ↓ ductibilidade)
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CORROSÃO
Corrosão fenômeno de deteriorização e perda do materialdevido a modificações químicas e eletrônicas com o meio.
Para que ocorra a corrosão:
- Deve haver umidade;- Deve haver oxigênio;- Deve haver diferença de potencial;- Pode existir agentes agressivos (H2S; SO2; SO3, etc.)
Tipo mais comum processo de oxidação metálica = formaçãodo óxido hidratado de ferro (“ferrugem”)
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PROTEÇÃO DE SUPERFÍCIES
METÁLICAS Escolha de metais e ligas que resistam à corrosão:- metais não ferrosos (Cu, Zn e Al);- aços inoxidáveis (contém teor de Cr > 11% e Ni)
Emprego de revestimentos protetores:- galvanização: cobertura com zinco (calhas)- estanhagem: revestimento anti corrosivo (latas de
conserva)- eletro deposição: cuba eletrolítica (maioria dos metais)
Proteção física: cobrimento.
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COBRIMENTO
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PRODUTOS METÁLICOSPARA CONSTRUÇÃO CIVIL
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PRODUTOS DE AÇO PARA CONSTRUÇÃOCIVIL
Cordoalhas de aço para concreto protendido;
Perfis laminados e soldados para estruturas metálicas;
Telas soldadas para armação; Chapas em geral;
Barras de aço para concreto armado. σ
cconcreto ~15 MPa a 60 MPa
σt concreto ~1/10 σc concreto
σt aço ~ σc aço ~500 a 1000 MPa
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AÇOS CONVENCIONAIS PARA CONCRETO ARMADO
Aços laminados a quente: são fabricados em barras com diâmetro variando de 5,0 a 38,0
mm (NBR 7480)
• Aços encruados: são fabricados em fios (lisos) com diâmetro variando de 2,4 a
12,5mm
em menos freqüência são fornecidos em barras (com
saliências ou mossas) de diâmetro entre 5,0 e 38,0mm
• Classificação dos aços convencionais (NBR 7480):
exemplos: aços CA-60 e CA-50
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CORDOALHAS DE AÇO PARA CONCRETOPROTENDIDO
Protensão: introdução de um estado prévio de tensõesde maneira à compensar tensões da estrutura emserviço;
Vantagens: possibilita a construção de estruturas maisesbeltas, suportando maiores esforços e com maiores
vãos livres; Figura: esquema de protensão; Aços patenteados: usados na fabricação de cordoalhas
de aço para protensão; Tipos de cordoalhas: 2, 3 e 7 fios (tabela) Aplicações: barragens, viadutos, pontes, etc.
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PRODUTOS DE AÇO PARA CONSTRUÇÃO CIVIL
Chapas: Especificadas no projeto através do símboloCH, seguido da espessura da chapa em mm e o nomedo aço.
Exemplo: Chapa CH 25 – ASTM A 588
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Perfis laminados: Utilizados em estruturas metálicas. As seções transversais dos perfis produzidos no Brasil
são:
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Perfis H, I e C
Símbolo, altura nominal d (mm) x massa por unidade decomprimento (kg/m) – Aço
Exemplo: PERFIL H 152 X 37,1 – ASTM A 36
Cantoneiras
Símbolo L, dimensões nominais das abas (mm),espessura (mm), aço.
Exemplo: L 127 X 127 X 9,5 – ASTM A 36L 102 X 76 X 7,9 - NIOCOR
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Aços para barras: As de maior interesse na construçãocivil são as barras de aço para concreto armado.
Exemplo: CA 60 (6,3mm)CA 50 (12,5mm)
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Aços para tubos: Podem ter seção circular, quadradaou retangular.
- Especificações:
Tubos redondos: Símbolo “tubo” (diametro externo(mm)) x espessura da parede (mm) – AçoExemplo: Tubo (101,6 x 6,3 – ASTM A 500)
Tubos quadrados e retangulares: Símbolo “tubodimensões externas (mm), espessura (mm), aço
Exemplo: Tubo (100 x 100 x6,3 – ASTM A 500
Tubo (90 x 50 x5 – DIN 17100
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Chapas de piso: Têm uma das superfícies com ressalto,para evitar o escorregamento. As mais usadas são as
chapas xadrez e chapas USIPISO da Usiminas.
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Chapas zincadas: Produzidas pela CSN, tendoresistência à corrosão atmosférica superior à chapa
comum. Tem aplicação em telhas de aço.
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Trilhos ferroviários (aços alto carbono):
TR 37 KG / M, TR 45 KG / M, etc.(0,5% < C < 0,85%)
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Telas soldadas: É uma armadura pré fabricada,formada por fios de aço longitudinais e transversais
sobrepostos e soldados entre si em todos os pontos decruzamento (nós), formando malhas quadradas ouretangulares.
Os fios longitudinais são obtidos por trefilação.
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Vantagens:
TÉCNICAS: - aderência ao concreto através das juntas soldadas;- espaçamento uniforme dos fios.
ECONÔMICAS: - não há perdas por cortes nas pontas;- dispensa o uso de amarração;- facilita a montagem;- libera mais rápido para concretagem;
Alguma aplicações:- Lajes, pilares e vigas- Cortinas de contenção- Paredes auto-portantes- Revestimento de túneis- Fundações em geral- Pontes e viadutos
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PRODUTOS NÃO FERROSOS PARA
CONSTRUÇÃO CIVIL
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PRODUTOS NÃO FERROSOS PARACONSTRUÇÃO CIVIL
Esquadrias metálicas de alumínio;
Ferragens para esquadrias e metais sanitários;
Tubos para instalações de água fria, água quente egás;
Outras aplicações de metais não ferrosos.
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ESQUADRIAS DE ALUMÍNIO
Vantagens: Facilidade de conservação do material.
Leves e de grande resistência mecânica.Durabilidade – resistência ao intemperismo.
Tipos de esquadrias: Janelas e portas de correr, portas deabrir, fachadas convencionais.
Fabricação: Extrusão,
anodização,selagem, montagem
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FERRAGENS PARA ESQUADRIAS
Fechos, fechaduras, dobradiças e puxadores.
Requisitos comuns para as ferragens:
-Boa resistência mecânica e à oxidação
- Facilidade de manufatura e manuseio- Resistência ao desgaste.
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METAIS SANITÁRIOS
Válvulas e torneiras
• Tipos de válvulas: gaveta, prato e retenção;
• Tipos de torneiras: com válvula de prato e a de macho
Fabricadas em latão e bronze
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FIM DA AULA!