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Aula 1:� Aços e Ferros Fundidos

�Produção�Feito de Elementos de Liga�Ferros Fundidos

CEPEP - Escola Técnica

Prof.: Kaio Hemerson Dutra

Aços e Ferros Fundidos

• O Ferro é o metal mais utilizado pelo homem.A abundância dos minerais, o custorelativamente baixo de produção e asmúltiplas propriedades físico-químicas quemúltiplas propriedades físico-químicas quepodem ser obtidas com adição de outroselementos de liga são fatores que dão aometal uma extensa variedade de aplicações.

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Aços e Ferros Fundidos

• O ferro no uso prático, está sempre ligado aocarbono e a outros elementos e, assim, noâmbito da ciência dos materiais e também nalinguagem do dia-a-dia, a palavra ferro podelinguagem do dia-a-dia, a palavra ferro podeser entendida como uma liga dos elementosquímicos ferro, carbono e outros.


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Definições Básicas

• Aço: Ligas de ferro-carbono com teores decarbono de 0,08 a 2,11%, contendo outroselementos residuais do processo de produçãoe podendo conter outros propositalmentee podendo conter outros propositalmenteadicionados (elementos de liga).


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Definições Básicas

• Aço-carbono: Aço sem adição de elementosde liga.

• Aço-liga: aço com adição de elementos de liga.

• Ferro fundido: designação genérica para ligas• Ferro fundido: designação genérica para ligasde ferro-carbono com teores de carbonoacima de 2,11%.


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Produção

• O aço é produzido a partir do ferro, que érefinado (reduzido), em um equipamentochamado de Alto-Forno.

• O Alto-Forno é um equipamento de formato• O Alto-Forno é um equipamento de formatocilíndrico vertical de grande altura.


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Alto-Forno


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Alto-Forno

• Três os ingredientes são dispostos no alto-forno :

– Minério de Ferro

– Calcário (rocha à base de carbonato de cálcio),– Calcário (rocha à base de carbonato de cálcio),cuja função básica é a remoção de impurezas.

– Coque, que é o agente combustível e redutor.


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Produção

• O ferro que saí do alto-forno, denominadoferro gusa, contém elevados teores decarbono (até 5%) e de impurezas. Sendo muitoquebradiço, frágil, não possui aplicaçãoquebradiço, frágil, não possui aplicaçãoindustrial.

• Há necessidade, portanto, de um processo derefino para transformá-lo em aço de utilidadeprática.


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Processo de Siemens-Martin


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Efeitos do Teor de Carbono


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Efeitos de Elementos de Liga

• Quando mencionado elementos de liga, deveficar subentendido que são outros elementosalém do ferro e do carbono, uma vez queestes últimos são os constituintes básicos doestes últimos são os constituintes básicos doaço.


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Efeitos de Elementos de Liga

• Segue os elementos que normalmente sãoacrescentados aos aços:

– Alumínio (Al) Chumbo (Pb)

– Cobre (Cu) Cromo (Cr)– Cobre (Cu) Cromo (Cr)

– Enxofre (S) Fósforo (P)

– Manganês (Mn) Molibdênio (Mo)

– Níquel (Ni) Silício (Si)

– Tungstênio (W) Vanádio (V)


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Alumínio (Al)

• É usado em pequenas proporções, comodesoxidante e agente de controle docrescimento dos grãos.


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Chumbo (Pb)

• Não se liga ao aço mas, quando adicionado,distribui-se na estrutura em forma departículas microscópicas, o que resulta emmaior facilidade de usinagem. Entretanto,maior facilidade de usinagem. Entretanto,devido ao baixo ponto de fusão (cerca de327°C), aços com chumbo não devem serusados em temperaturas acima de 250°C.


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Cobalto (Co)

• Aumenta a dureza do aço sob altas temperaturas.


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Cobre (Cu)

• Melhora a resistência à corrosão por agentesatmosféricos, se usado em teores de 0,2 a0,5%.


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Cromo (Cr)

• Melhora a resistência à corrosão (aço comcerca de 12% Cr resiste à ação da água e devários ácidos), aumenta a resistência à tração(em média, 80 MPa para cada 1% de cromo),(em média, 80 MPa para cada 1% de cromo),melhora a facilidade de têmpera, aumenta aresistência à alta temperatura e ao desgaste.


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Fósforo (P)

• É considerado um elemento prejudicial,resultante do processo de produção. Torna oaço frágil, efeito que se acentua com oaumento do teor de carbono. Assim, os teoresaumento do teor de carbono. Assim, os teoresmáximos permitidos devem ser controladoscom rigor em aços para aplicações estruturaisou críticas.


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Manganês (Mn)

• Em média, para cada 1% de manganês, aresistência à tração aumenta 100 MPa. Paraaços temperáveis, aumenta a dureza após oprocesso de têmpera.processo de têmpera.


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Molibdênio (Mo)

• Melhora a resistência a altas temperaturas, aresistência ao desgaste e a dureza após atêmpera. Para aços inoxidáveis, melhora aresistência à corrosão.resistência à corrosão.


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Níquel (Ni)

• Em média, para cada 1% de níquel, aresistência à tração aumenta 40 MPa, mas olimite de elasticidade é mais favorecido.Melhora significativamente a capacidade deMelhora significativamente a capacidade detêmpera, possibilitando redução davelocidade de resfriamento.


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Níquel (Ni)

• Com 36% de Ni, o aço tem o menorcoeficiente de dilatação térmica e é usado eminstrumentos de medição. Em conjunto com ocromo, o aço pode ser austenítico com acromo, o aço pode ser austenítico com acombinação 18% Cr e 8% Ni.


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Silício (Si)

• É um agente desoxidante na produção doaço. Aumenta a resistência à corrosão e aresistência à tração, mas prejudica aresistência à tração, mas prejudica asoldagem. O silício aumentasignificativamente a resistividade elétrica doaço e, por isso, aços com silício sãoamplamente usados em núcleos magnéticos(motores, transformadores, etc)


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Tungstênio (W)

• aumenta a resistência à tração em altastemperaturas. Forma carbonetos bastanteduros e é usado em aços para ferramentas(aços rápidos)(aços rápidos)


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Vanádio (V)

• Refina a estrutura do aço, impedindo ocrescimento dos grãos. Forma carbonetosduros e estáveis e é usado em aços paraferramentas para aumentar a capacidade deferramentas para aumentar a capacidade decorte e dureza em altas temperaturas.


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Codificação dos Aços

• Existem várias entidades que estabelecemnormas para codificação de aços de acordocom o teor de carbono e dos elementos deliga. Uma delas é a SAE (Society of Automotiveliga. Uma delas é a SAE (Society of AutomotiveEngineers).


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Ferro Fundido

• Ferros fundidos, conforme informaçõesbásicas já vistas em página anterior são ligasde ferro e carbono, com teores deste últimoacima de 2,11%. O silício está quase sempreacima de 2,11%. O silício está quase semprepresente, e contêm outros elementos,residuais de processo ou propositalmenteadicionados.


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Ferro Fundido

• Comercialmente existem quatro tipos deferros fundidos, a diferença entre eles ébasicamente a forma de resfriamento e apresença de elementos de liga.presença de elementos de liga.


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Tipos de Ferro Fundido

• Ferro Fundido Branco;

• Ferro Fundido Cinzento;

• Ferro Fundido Dúctil ou Modular;

• Ferro Fundido Maleável.


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Ferro Fundido Branco

• Elevada velocidade de resfriamento.

• Possui teores de carbono e silício.


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• A superfície recém-cortada tem aparênciaclara devido à ausência de grafite, uma vezque quase todo o carbono está na forma decarboneto. É extremamente duro e resistentecarboneto. É extremamente duro e resistenteao desgaste, mas é quebradiço e de difícilusinagem, mesmo com as melhoresferramentas.


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• Aplicações:

– cilindros de laminação

– matrizes de estampagem

• É geralmente acrescentado alguns elementos• É geralmente acrescentado alguns elementosde liga, como níquel, cromo e molibdênio


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Ferro Fundido Cinzento

• Dispõe de um elevado fator de amortecimento devibrações, característica importante no caso demáquinas operatrizes.


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Ferro Fundido Cinzento

• Exemplos:


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Ferro Fundido Cinzento - Vantagens

• Usinagem facilitada pelos veios de grafita, quefavorecem a quebra de cavacos e a durabilidade dasferramentas.

• Razoavelmente resistente à corrosão de váriosRazoavelmente resistente à corrosão de váriosambientes comuns (superior aos aços-carbono).

• Boa fluidez, facilitando a fundição de peçascomplexas.

• Baixo custo de produção.


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Ferro Fundido Cinzento - Desvantagens

• Estruturalmente, os veios de grafita atuamcomo espaços vazios, reduzindo a resistênciamecânica.

• É quebradiço, pouco resistente a impactos.• É quebradiço, pouco resistente a impactos.


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Ferro Fundido Dúctil ou Nodular

• Amplamente empregado por apresentar boaspropriedades mecânicas. A ductilidade éclaramente vista pelos valores dealongamento, que podem chegar a 18%. Outraalongamento, que podem chegar a 18%. Outracaracterística importante é a baixa contraçãona solidificação, o que facilita a produção ereduz o custo de peças fundidas.


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• Elementos de liga como níquel, molibdênio oucromo podem ser usados para aumentardureza e outras propriedades.


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• Algumas aplicações: válvulas para vapor eprodutos químicos, cilindros para papel,virabrequins, engrenagens, etc.


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Ferro Fundido Maleável

• Algumas vantagens são a facilidade deusinagem e a boa resistência ao choque. Masapresenta certa contração na solidificação, oque exige cuidados na fundição para evitarque exige cuidados na fundição para evitarfalhas.


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Ferro Fundido Maleável

• Algumas aplicações: conexões paratubulações, sapatas de freios, caixas deengrenagens, cubos de rodas, bielas, etc.


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