Engenharia de Materiais
METAIS - 1
METAIS
Os materiais metálicos consistem normalmente
em combinações de elementos metálicos.
Eles possuem um grande número de elétrons
não localizados.
Esses elétrons não estão ligados a qualquer
átomo em particular.
METAIS
Muitas das propriedades dos metais são
atribuídas diretamente a esses elétrons.
Os metais são condutores de eletricidade
e calor extremamente bons.
METAIS
Não são transparentes à luz visível.
Uma superfície metálica polida possui
uma aparência brilhosa.
METAIS
Os metais são muito resistentes.
Ao mesmo tempo em que são deformáveis,
o que é responsável pelo seu amplo uso
em aplicações estruturais.
AÇO E FERRO FUNDIDO
Aço é uma liga metálica formada por ferro
e carbono,com percentagens deste último
variando entre 0,008% e 2,11%.
Distingue-se do ferro fundido, que também
é uma liga de ferro e carbono,mas com teor
de carbono entre 2,11% e 6,67%.
AÇO E FERRO FUNDIDO
A diferença fundamental entre ambos é que
o aço,pela sua ductibilidade(deformabilidade
extensa e permanente) é facilmente:
 deformável por forja
 laminação e extrusão
AÇO E FERRO FUNDIDO
Uma peça em ferro fundido é fabricada
pelo processo de fundição ou usinagem
A classificação mais comum é de acordo
com a composição química, dentre os
sistemas de classificação química o
SAE ( Society of Automotive Engineers )
é o mais utilizado.
Adota a notação ABXX, em que AB se refere
a elementos de liga adicionados
intencionalmente
Adota a notação ABXX, em que AB se
refere a elementos de liga adicionados
intencionalmente,e XX ao percentual em
peso de carbono multiplicado por 100.
Por exemplo:
10XX – aços carbono
11XX - aços carbono com muito enxofre e
pouco fósforo
12XX – aços carbono com muito enxofre e
muito fósforo
13XX – manganês ( 1,75 % )
23XX – níquel ( 3,5% )
Os dois números representados pelas
letras ¨XX¨ indicam a quantidade de
carbono do aço.
Por exemplo: AÇO 1020 apresenta 0,2%
de carbono.
Os aços que possuem requisitos de
temperabilidade adicionais recebem
um H após a sua classificação.
LIMITE DA COMPOSIÇÃO QUIMICA
AISI
SAE
C%
Mn %
C 1010
1010
0,08 ∕ 0,13
0,30 ∕ 0,60
C 1011
-------
0,08 ∕ 0,13
0,60 ∕ 0,90
C 1012
1012
0,10 ∕ 0,15
0,30 ∕ 0,60
C 1015
1015
0,13 ∕ 0,18
0,30 ∕ 0,60
C 1016
1016
0,13 ∕ 0,18
0,60 ∕ 0,90
C 1017
1017
0,15 ∕ 0,20
0,30 ∕ 0,60
C 1018
1018
0,15 ∕ 0,20
0,60 ∕ 0,90
C 1019
1019
0,15 ∕ 0,20
0,70 ∕ 1,00
C 1020
1020
0,18 ∕ 0,23
0,30 ∕ 0,60
SAE ( Society of Automotive Engineers )
AISI ( American Iron and Steel Institute)
Tipos de aços estruturais
AÇOS CARBONO
AÇOS LIGA
Tipos de aços estruturais
O aço é uma liga de ferro e carbono com outros
elementos adicionais como silício, manganês,
fósforo , enxofre e outros.
O teor de carbono varia de 0% a 1,7%.
Os aços utilizados em estruturas são divididos
em dois grupos:
aços carbono e aços de baixa liga.
Tipos de aços estruturais
Os aços – carbonos são os tipos mais usados,
nos quais o aumento de resistência em relação
ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em
menor escala, pelo manganês.
Tipos de aços estruturais
Eles contem as seguintes porcentagens máximas
de elementos adicionais:
Carbono
1,7%
manganês
1,65%
Silício
0,60%
cobre
0,60%
Composição Química
Os aços carbono apresentam determinados
teores de impurezas consideradas normais,
como o:
P ( fósforo) : (0,04% Máx.)
S ( enxofre) : ( 0,05% Máx.)
Si( silício): ( entre 0,10% e 0,35%)
Mn(manganês): ( entre 0,25% e 0,90%).
Tipos de aços estruturais
AÇOS CARBONOS
Em função do teor de carbono,distinguemse quatro categorias:
Baixo carbono
Moderado
Médio carbono
Alto carbono
C ˂ 0,15%
0,15% ˂ C ˂ 0,29%
0,30% ˂ C ˂ 0,59%
0,60% ˂ C ˂ 1,70%
Quanto ao Teor de Carbono
Até 0,15% C – extra doce
Baixo carbono
De 0,15% C a 0,30%C – doce
De 0,30%C a 0,50%C – meio doce
Médio carbono
De 0,50%C a 0,70%C – meio duro
De 0,70%C a 0,80%C – duro
Alto carbono
Mais de 0,80% C – extra duro
Tipos de aços estruturais
AÇOS CARBONOS
O aumento de teor de carbono eleva a
resistência do aço, porém diminui a sua
ductilidade (capacidade de se deformar).
Em estruturas usuais de aço, utilizam-se
de preferência aços de carbono baixo até
moderado,os quais podem ser soldados
sem precauções especiais.
Tipos de aços estruturais
Os principais tipos de aço-carbono usados em
estruturas são os apresentados no quadro a
seguir:
Especificação
Teor de carbono
%
Limite de escoamento
ƒy
ASTM A7
(MPa)
Resistência a ruptura
ƒu (MPa)
240
370 - 500
ASTM A36
0,25 – 0,29
250
400 - 500
DIN St37(norma
alemã)
0,17 - 0,20
240
370 - 450
O tipo A36 substituiu o A7 que foi o aço mais utilizado nos Estados Unidos até 1960.
Tipos de aços estruturais
Portanto, os aços-carbono possuem na sua
composição apenas quantidades limitadas
dos elementos:
Carbono
Silício
Manganês
Cobre
Enxofre
Fósforo
Outros elementos existem apenas em
quantidades residuais.
AÇO LIGA
Os aços liga,também chamado de aço especial, é
uma liga de ferro - carbono com elementos
de adição:
níquel,
cromo, manganês,
tugstênio, molibidênio, vanádio
silício, cobalto e alumínio.
AÇO LIGA
Essa adição confere a esse aço características
especiais,tais como:
resistência à tração e à corrosão
elasticidade e dureza, entre outras
tornando-os melhores que os aços comuns.
AÇO LIGA
A adição de elementos de liga tem o objetivo de
promover mudanças microestruturais que, por
sua vez,promovem mudanças nas propriedades
físicas e mecânicas,permitindo que ao material
desempenhar funções específicas.
AÇOS LIGA
Os aços liga costumam ser designados de acordo
com os elementos predominantes,como,
por exemplo:
aço-níquel
aço-cromo
aço-cromo-vanádio.
AÇOS LIGA
Seguem a mesma classificação dos aços-carbono,
dividindo-se também em graus,tipos e classes.
Os sistemas de classificação também são os
mesmos,destacando-se ao sistema SAE,AISI,
ASTM e UNS.
AÇOS LIGA
Os aços liga podem ser encontrados em todos os
segmentos industriais:
 construção civil
 construção naval
 petrolífera
 automobilística
 aeronáutica
O aço pode se classificado da seguinte maneira:
1. Quantidade de carbono.
2. Composição química.
3. Quanto à aplicação.
4. Quanto à microestrutura.
5. Quanto ao processo de fabricação.
6. Quanto à marca registrada.
7. Quanto a norma técnica.
Composição Química
Aços comuns (ao carbono)
No aço comum o teor de impurezas (elementos
além do ferro e do carbono) estará sempre abaixo
dos 2%.
Composição Química
Aço de baixa – liga
Com teor de impurezas (elementos além do
ferro e do carbono) acima de 2% até 5% já
pode ser considerado aço de baixa – liga.
AÇOS DE BAIXA-LIGA
Os são aços de baixa liga aços-carbono
acrescidos de elementos liga como:
manganês,cobre,cromo,molibdênio,
níquel,fósforo,vanádio,zircônio.
Tais elementos melhoram algumas
propriedades mecânicas.
AÇOS DE BAIXA-LIGA
Os elementos de liga produzem aumento de
resistência do aço através da modificação
da micro-estrutura para grãos finos.
Graças a esse fato, pode-se obter resistência
elevada com teor de carbono de ordem de 0,20%,
o que permite a soldagem dos aços sem
preocupações especiais.
AÇOS DE BAIXA-LIGA
No quadro a seguir,resumimos alguns tipos
de aços de baixa liga usados em estruturas
Especificação
Principais elementos de
liga (%)
Limite de
escoamento
ƒy (MPa)
Resistência
à ruptura
ƒu (MPa)
ASTM A242
C < 0,22% Mn < 1,25%
290 - 350
435 - 480
DIN St52
C <0,20% Mn < 1,5%
360
520 - 620
A Companhia Siderúrgica Nacional fabrica o tipo A242 com elevada resistência
atmosférica(obtida pela adição de 0,25% a 0,40% de cobre).
AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO
Tanto os aços carbono como os aços de baixa liga
podem ter suas resistências aumentadas pelo
tratamento térmico .
AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO
A soldagem dos aços tratados termicamente é,
entretanto,mais difícil,o que o torna seu emprego
pouco usual em estruturas correntes.
AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO
Os parafusos de alta resistência utilizados como
conectores são fabricados com aço de médio
carbono sujeito a tratamento térmico
( especificação ASTM A325 ).
AÇOS COM TRATAMENTO TÉRMICO
Os aços de baixa liga com tratamento térmico se
empregam na fabricação de barras de aço para
protensão e também de parafusos de alta tensão
(especificação ASTM A490)
Composição Química
Aços de alta-liga
Com teor de impurezas (elementos além do ferro
e do carbono) acima de 5% é considerado de
alta-liga.
Por exemplo:
O aço inoxidável é um aço de alta-liga com teores
de cromo e de níquel em altas doses (que ultrapas
sam 20%) .
Composição Química
O enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais
ao aço pois acabam por intervir nas suas
propriedades físicas, deixando-o quebradiço.
Dependendo das exigências cobradas, o controle
sobre as impurezas pode ser menos rigoroso ou
então podem pedir o uso de um anti-sulfurante
como o magnésio e outros elementos de liga
benéficos.
Os aços inoxidáveis podem ser divididos em
três categorias principais:
 aços inoxidáveis austeníticos (elevados teores
de cromo e níquel.
 aços inoxidáveis martensíticos (elevado teor
de cromo,com baixo teor de níquel e teor de
carbono.
 aços inoxidáveis ferríticos (elevado teor de
cromo e baixos teores de níquel e carbono.
AÇO INOXIDÁVEL
O aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo,
podendo conter também níquel,molibdênio e
outros elementos,que apresenta propriedades
físico – químicas superiores aos aços comuns.
Tem como sua principal característica a alta
resistência à oxidação atmosférica.
AÇO INOXIDÁVEL
AÇO INOXIDÁVEL
Estes elementos de liga,em particular o cromo,
conferem uma excelente resistência à corrosão
quando comparados com os aços carbono.
Eles são na realidade,aços oxidáveis.
AÇO INOXIDÁVEL
O cromo presente na liga oxida-se em contacto
com o oxigênio do ar, formando uma película,
muito fina e estável, de óxido de cromo Cr3O3
que se forma na superfície exposta ao meio.
Ela é denominada camada passiva e tem como
função proteger a superfície do aço contra
processos corrosivos.
Para isto e necessária uma quantidade mínima
de cromo de cerca de 11% em massa.
AÇO INOXIDÁVEL
Essa quantidade mínima de cromo de cerca de
11% em massa, forma uma película aderente e
impermeável,isolando o metal abaixo dela do
meio agressivo.
A película tem pouca interação com a luz e permite
que o material continue a apresentar o seu brilho
característico.
AÇO RÁPIDO ( High Speed Steel – HSS )
É uma liga de aço composta por:
C 0,67% a 1,3%
Co 5% a 12% Cr 3,75% a 4,5%
Mn 0,3% Mo 4% a 9% W 2% a 20% V 1% a 5%
e apropriado tratamento térmico.
AÇO RÁPIDO ( High Speed Steel- HSS )
O uso principal do aço rápido continua a ser na
fabricação de várias ferramentas de corte:
 brocas, fresas, serras,
 plainas,discos para corte em engrenagens
AÇOS DE ALTO TEOR DE CARBONO
Continuam sendo uma boa escolha para uso
em baixas velocidades onde uma boa precisão
é necessária,como :
 plainas manuais, entalhadeiras,
 formões e outros
Composição Química
Existe uma classe de aços carbono ,conhecida
como aços de fácil usinabilidade, que contem
teores mínimos de fósforo e enxofre.
Estes dois elementos proporcionam um melhor
corte as ferramentas de usinagem,provendo a
quebra do cavaco e evitando a aderência do
mesmo na ferramenta.
Composição Química
Estes aços carbonos são utilizados quando as
propriedades de usinabilidade são prioritárias,
em relação as propriedades mecânicas e microestruturais.
Aços Carbono
Existem vários sistemas de designação para os
Aços, como:
-SAE (Society of Automotive Engineers)
-AISI (American Iron and Steel Institute)
-ASTM (American Society of Testing and Materials)
-ABNT
(Associação
Brasileira
de
Normas
Técnicas). A normalização unificada vem sendo
utilizada com freqüência cada vez maior, e é
designada pela sigla UNS (Unified Numbering
System).
Aços Baixo Carbono
Usos:
- chapas automobilísticas
- perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos
- construção civil, pontes
- latas de folhas-de-flandres.
Até 0,15% C – extra doce
Baixo carbono
De 0,15% C a 0,30%C – doce
aços baixo carbono = baixas resistência e dureza
altas tenacidade e ductilidade.
Outras características:
-são bastante usináveis e soldáveis
-apresentam baixo custo de produção
-não são tratados termicamente
B a ixo C arbo no
Aplicações típicas
Auto-peças;
Componentes eletroeletrônicos;
Equipamentos de escritório;
Fivelas;
Fechos;
Rebites e botões de pressão;
Peças para bicicletas,
motocicletas e automóveis;
Eletrodos tubulares;
Ferragens;
Fechaduras e dobradiças;
Gaiolas e capas de rolamentos
Outras.
Aços Baixo Carbono
Processo de Fabricação - Um Exemplo
laminação e desbaste
rolos
Decapagem
blank
corte inicial
recozimento
corte final
laminação de acabamento
Aços Médio Carbono
Usos:
-rodas e equipamentos ferroviários
-Engrenagens
-virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de
elevadas resistências mecânica e resistência ao desgaste e boa
tenacidade.
maior resistência e dureza que os baixo-C
De 0,30%C a 0,50%C – meio doce
Médio carbono
De 0,50%C a 0,70%C – meio duro
menor tenacidade e ductilidade que os baixo-C
Outras características:
-são usináveis e soldáveis
-apresentam médio custo de produção
- possuem uma quantidade de carbono suficiente para a realização de
tratamentos térmicos de têmpera e revenimento, muito embora seus
tratamentos térmicos necessitem ser realizados com taxas de
resfriamento elevadas e em seções finas para serem efetivos
Aços Alto Carbono
Usos:
-tem grande aplicação em talhadeiras
-folhas de serrote
-Martelos
-facas
maior resistência e dureza
De 0,70%C a 0,80%C – duro
Alto carbono
Mais de 0,80% C – extra duro
menor tenacidade e ductilidade
Outras características:
-são usináveis e soldáveis
-apresentam médio custo de produção
- quase sempre utilizados na condição temperada e revenida, possuindo
boas características de manutenção de um bom fio de corte
A ços de A lto C arbono Tem perado
Aplicações
típicas
Molas em geral /
Membrana de buzina /
Correntes industriais,
agrícolas, bicicletas /
Varetas para guardachuvas / Serras para
mármore e granito /
Trenas / Cabo de
panelas de pressão /
Arruelas / Reforços de
calçados / Biqueiras
de calçados para segurança / Serra manual para corte /
Armas / Cinto de segurança / Lâminas para raspar pneus /
Disco arraste freio / Arco de serra / Disco de embreagem /
Limas Corrente de motoserra / Dobradiças
Aços Alto Carbono
Processo de Fabricação - Um Exemplo
laminação e desbaste
acabamento de superfície rolos
blank
corte inicial
recozimento
linha de têmpera corte final
laminação de acabamento
Aços Carbono
Aplicações na indústria
Aços Carbono
Aplicações na indústria
Aços Carbono
Placas
Tarugos
Blocos
Recapitulando...
Aços Carbono
Aços Carbono
Aços Carbono
Voltando... Classificação dos Aços Carbono
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
Os critérios usados na classificação dos aços são:
1. Quanto à composição química;
2. Quanto à aplicação;
3. Quanto à microestrutura;
4. Quanto ao processo de fabricação;
5. Quanto à marca registrada;
6. Quanto a norma técnica.
Aços Carbono – Nomenclatura - Normas
Sistema de classificação - Nomenclatura
O sistema de classificação mais adotado na prática é o
SAE-AISI. Nele, o Aço-carbono utiliza o grupo 1xxx, e é
classificado da seguinte forma:
· 10xx : Aço-carbono comum (Mn : 1,00% máx.)
· 11xx : Ressulfurado
· 12xx : Ressulfurado e Refosforizado
· 15xx : Aço-carbono comum (Mn : 1,00 a 1,65%)
Obs: Os últimos dois dígitos, representados pelo xx,
representam o conteúdo de carbono do aço.
www.marciliocunha.com.br