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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos metálicos e que também podem conter alguns elementos não-metálicos. Visando à melhoria das suas propriedades a maioria dos materiais metálicos são ligas metálicas.
Prof. Fábio Henrique de Melo Ribeiro, MSc. MSc. Eng. Civil e Eng. Seg. Trab.
Os metais e suas ligas podem ser divididos em duas grandes classes: materiais metálicos ferrosos e nãoferrosos. Os ferrosos contêm uma percentagem elevada de ferro em sua composição química, sendo este elemento o seu principal constituinte (aços e ferros fundidos). Os não-ferrosos não contêm ferro ou contêm o ferro apenas em pequena quantidade (tais como o alumínio e o cobre,assim como as suas respectivas ligas)
As ligas metálicas são constituídas pela combinação química de dois ou mais elementos metálicos (como a liga cobre-zinco) ou por um ou mais elementos metálicos combinados comum ou mais elementos não-metálicos (como o aço, liga ferro-carbono)
As ligas ferrosas (principalmente os aços) contribuem com a grande parte da produção mundial de materiais metálicos, em função de uma combinação de boa resistência mecânica, tenacidade e ductilidade, associadas a um custo de produção relativamente baixo. As ligas ferrosas possuem algumas limitações quando comparadas com as ligas não ferrosas, incluindo principalmente: massa específica relativamente alta, baixa condutividade elétrica e susceptibilidade à corrosão em alguns ambientes comuns.
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Aço (Acero, Steel) O aço, como produto industrial, é uma liga ferro-carbono na qual se adicionam elementos de liga para conseguir propriedades especiais que o deixem em condições de uso dentro dos objetivos para o qual foi fabricado.
MINÉRIO DE FERRO Matéria-prima fundamental
Os elementos de liga mais usuais são: cromo (Cr), níquel (Ni), tungstênio (W), vanádio (V), molibdênio (Mo), cobalto (Co), manganês (Mn), silício (Si), alumínio (Al), fósforo (P), enxofre (S), entre muitos outros.
CARVÃO MINERAL Energia térmica e química para redução do minério de ferro
1. Preparo das matérias primas
2. Produção do Ferro-gusa
3. Produção do aço
Etapas na Produção do AÇO
5. Conformação mecânica
4. Refinamento lingotamento
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1. PREPARO INICIAL DAS MATÉRIAS-PRIMAS
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA REDUÇÃO INICIAL DO MINÉRIO DE FERRO EM UM ALTO FORNO.
CARVÃO MINERAL
MINÉRIO DE FERRO
COQUEIFICAÇÃO
SINTERIZAÇÃO
CARBONO (COQUE)
Eliminação de impurezas. Destilação do carvão (ausência de ar). Liberação de substâncias voláteis 1300ºC
COQUE METALÚRGICO
Aglutinação de finos de minério. Elevados teores de finos dificultam a entrada de ar. Adição de um fundente (finos de calcário ou areia silicosa e os finos de coque).
+
OXIGÊNIO (MINÉRIO) REAÇÃO EXOTÉRMICA
SÍNTER + COQUE + FUNDENTE (Calcário)
SÍNTER
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
2. PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA
CALOR E ÓXIDO DE CARBONO VÃO REDUZINDO O MINÉRIO DE FERRO, SENDO QUE O EXCESSO DE CARBONO CARBONATA O FERRO RESULTANTE. GOTEJAMENTO DO FERRO NO CADINHO. A ESCÓRIA (MAIS LEVE QUE O FERRO-GUSA) FLUTUA NO MATERIAL LÍQUIDO, SENDO FACILMENTE SEPARÁVEL.
1. FERRO-GUSA 2. ESCÓRIA DE ALTO FORNO 3. GASES
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3. PRODUÇÃO DO AÇO - ACIARIA
ESCÓRIA DE ALTO-FORNO
FERRO GUSA + SUCATAS DE AÇO OU FERRO FUNDIDO ADIÇÃO DE FERRO-LIGAS PARA AJUSTE DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
FORMADO PRINCIPALMENTE POR ALUMINOSSILICATOS DE CÁLCIO
ESTRUTURA VÍTREA E ALTA REATIVIDADE DESCARGA DA MATÉRIA-PRIMA PARA QUEIMA OU CALCINAÇÃO
RESFRIAMENTO RÁPIDO
- TANQUES DE GRANULAÇÃO
FERRO GUSA
AÇO
ESCÓRIA GRANULADA DE ALTO-FORNO
3. PRODUÇÃO DO AÇO - ACIARIA
4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
REFINAMENTO Refinamento e ajuste de sua composição final aço é levado a fornos menores. Fornos elétricos fornos panela 1600ºC Ao final do período de refino amostras são enviadas para controle laboratorial. Ferros-liga podem ser adicionados para enquadramento do produto final nos limites requeridos.
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4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
4. REFINAMENTO E LINGOTAMENTO
LINGOTAMENTO O aço líquido é despejado em moldes de seção quadrada, definindo sua forma. O molde tem o nome de lingoteira, a qual, por ser refrigerada com água é conhecida como lingoteira refrigerada. 1200º C As barras são cortadas em comprimentos de aproximadamente 15 metros.
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA LAMINAÇÃO A QUENTE
REAQUECIMENTO DAS BARRAS
SUBMISSÃO A UM ESFORÇO DE COMPRESSÃO LATERAL E POSTERIORMENTE DIAMETRAL
REDUÇÃO DE SEÇÃO TRANSVERSAL (TRANSFORMADA EM SEÇÃO CILÍNDRICA)
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA LAMINAÇÃO A QUENTE CONTATO DO METAL QUENTE COM O MEIO AMBIENTE PROVOCA UMA OXIDAÇÃO SUPERFICIAL NA BARRA. FORMAÇÃO DA CAMADA SUPERFICIAL DE ÓXIDOS – “CAREPA DE LAMINAÇÃO” A ESPESSURA DA CAREPA É PROPORCIONAL À VELOCIDADE DO RESFRIAMENTO. NO CASO DO CA-50 O RESFRIAMENTO RECEBE AINDA A PRESENCA DE ÁGUA COM A CONSEQUENTE FORMAÇÃO DE UMA CAREPA DE ÓXIDOS DE COLORAÇÃO CINZA OU AZULADA.
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5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA TREFILAÇÃO (AÇO CA-60) DEFORMAÇÃO A FRIO – “ESTIRAMENTO” DO AÇO. OS FIOS DE AÇO SÃO FORÇADOS A PASSAR ATRAVÉS DE VÁRIOS ANÉIS OU FIEIRAS. DEFORMAÇÃO MICROESTRUTURAL, COM ALONGAMENTO DOS GRÃOS PARALELAMENTE AO ESFORÇO DE TRAÇÃO. É NECESSÁRIO QUE SE REMOVA A CAREPA DE LAMINAÇÃO (BANHO DE AÇO CLORÍDRICO) BANHOS DE ÁGUA BANHOS COM CAL.
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
5. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TREFILAÇÃO (AÇO CA-60) ESTRUTURA ENCRUADA APRESENTA GRÃOS SEVERAMENTE DISTORCIDOS (INSTABILIDADE). COM “ESTÍMULO” OS CRISTAIS TENDERÃO A SE REACOMODAR (TRATAMENTOS TÉRMICOS, COMO POR EXEMPLO RECOZIMENTO). CARACTERÍSTICAS DA TREFILAÇÃO: AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E RESISTÊNCIA À TRAÇÃO REDUÇÃO DA DUCTILIDADE
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CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS
FABRICAÇÃO DE PERFIS
FABRICAÇÃO DE PERFIS
USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
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USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
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USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
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USOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
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FUNÇÃO DA ARMADURA Resistir aos esforços de tração, jáque o concreto não possui esse tipo de resistência. Compatibilidade Física O aço e o concreto têm deformações próximas quanto às variações térmicas Compatibilidade Química O aço não é corroído estando no ambiente alcalino do concreto
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MONTAGEM
MONTAGEM
TRELIÇAS
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TRELIÇAS
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TELAS SOLDADAS
STEEL DECK
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PROTENSÃO Matéria-prima e fabricação As cordoalhas e fios para concreto protendido têm sua origem em fio-máquina produzido com matéria prima especial, com baixíssimos níveis de impurezas. Outra característica principal do aço para protensão que o destaca fundamentalmente dos demais aços destinados às estruturas deconcreto é a sua compsição química, onde o elemento mais diferente e elevado é o carbono, o qual confere ao aço inicialmente uma grande resistência.
PROTENSÃO CORDOALHAS: 3 a 7 Fios BAINHAS: Tubos de chapa galvanizada com costura e ondulações ANCORAGENS Blocos de aço com furos cônicos, cunhas e placas
Composição química (%): C – 0,80 a 0,85, Mn – 0,60 a 0,90, Cr – 0,18 a 0,30, P – 0,015 máx. e S – 0,012 máx.
PROTENSÃO
PROTENSÃO
• Cordoalha engraxada e plastificada Trazida para o Brasil em1997, tornou-se a razão da desmistificação da dificuldade de se fazer em obras protendidas: pela sua simplicidade de aplicação e praticidade do sistema de protensão, tornou viável a protensão leve de pequenas obras e vãos menores. É composta por cordoalha comum, que recebe camada de graxa protetora contra a corrosão e depois ganha uma capa plástica contínua (bainha plástica) em todo o seu comprimento.
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PROTENSÃO
PROTENSÃO
PROTENSÃO
PROTENSÃO
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PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
CORROSÃO DAS ARMADURAS
A corrosão da armadura é um problema crítico, que pode comprometer severamente a segurança e a capacidade de serviço das estruturas.
Deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
Na corrosão eletroquímica, os elétrons
movimentam-se no aço, partindo das regiões anódicas para as catódicas, completando-se o circuito elétrico através do eletrólito que é uma solução iônica (HELENE, 1993). Este tipo de corrosão é resultado da falta de uniformidade do aço, contato com metais menos ativos, assim como também, das heterogeneidades do meio químico ou físico que rodeia o aço.
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
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PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
PATOLOGIA DAS ESTRUTURAS
O dano ao concreto provocado pela corrosão da
armadura, pode se dar na forma de expansão, fissuração, destacamento do cobrimento de concerto e redução da seção transversal da armadura, podendo ocorrer o colapso estrutural.
AULA BASEADA NO LIVRO: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL E PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS (ISAÍA, G. C. (ED.)). SÃO PAULO: IBRACON. 2007.
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