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Aços de baixo carbono para conformação mecânica(até 0,05%)
Baixo custo e formab.(utilizado em latas de bebidas -> excelente acabam. superf.(ausência de escoamento visível) e rígida tolerância dimensional), otimização da formab. com laminação à frio seguido de recozimento, estrutura predom. ferrítica à Tambiente.
OBS: Aços IF(Intersticial Free)
Teores de C e N com adição de elementos formadores de carbonetos e nitretos(Ti e Nb)
Aços estruturais para caldeiras, vasos de pressão e tubulações
Aços estruturais: atendem requisitos mecânicos. Vergalhões para concreto (NBR 7480 -> 2 classes: laminados à quente ou à frio(encruados), NBR 7482 -> 3 classes: lamin. à quente, à frio ou temperados), chapas e perfis estruturais.
Aços de alta resistência e baixa liga(ARBL)
São aços com baixo teor de C e elevado teor de Mn. Aplicados na indústria automobil. aços para tubulações, etc. Grão finos, boa soldabilidade e tenacidade. Com o advento da soldagm, exigiu-se a reduç da %C. P/ manter a resist, a%Mn foi aumentda.Falhas catastróficas de estruturas soldadas levaram ao reconhecimento da importncia do controle da tenacidade. Começaram a dar +impotncia ao limite de escoamnt. A %C foi reduzid ainda+, mantendo-se %Mn elevada. A importância do tam. de grão foi reconhecida. Aços de grãos finos c/ AlN precptad na austenita foram desenvolvido.
Aços para construção mecânica
Atendem faixas de composição química, geralmente são tratados termicamente.A principal característica visada, ao se definir a comp. química, é a temperabilidade. A microestr. que apresenta a melhor resist. e tenacid. é a martensita revenida.
Classificação ABNT: YYXX(onde YY é a família e XX é o teor de C)após os algar.: H(temperab. assegurada), B( contém boro, que aumenta a temperabilidade)
Seleção dos aços: curvas Jominy(etapas)
Estabelecer a RM desejada em determinada posição da peça
Determinar a dureza correspondente a essa resist.
Escolher o teor de martensita(menor teor de C para melhor tenacidade)
Estabelecer dureza após a têmpera
Escolher têmpera compatível com a peça
Determinar quais aços atingem a dureza selecionada
Selecionar o aço em função do preço, disponibilidade, etc
A dureza é menor no centro, aumento do teor de C compromete usinabilidade, as curvas Jominy mostram valores de dureza do material como temperado, quanto mais severa for a têmpera, maior a distorção e o número de trincas.
Aços de ultra-alta resistência
Tensão de escoamento acima de 1400 MPa. Indústria aeroespacial, mísseis, etc. Deve-se fazer revenimento à T baixas(até 350°C – aços de construção revenidos abaixo dessa ) e ter endurecimento secundário. Si e Co são benéficos e teores de C, P, S e elementos residuais devem ser mantidos baixos. Deve-se controlar a formação de inclusões não-metálicas, por isso a refusão é recomendada (para eliminar as inclusões não metálicas).
Aços para cementação
Aços de baixo teor de C(0,08% à 0,25%), comuns ou ligados. Introdução de C na superf., superf. de alta dureza e ResDesgaste e núcleo tenaz. Engrenagens, pinos, comando de válvulas, etc.
Aços para molas
Resistência à fadiga é fundamental. Molas de pqnas dimens. são enroladas a frio e tratadas posteriormente. Outras molas são conformadas à quente.
AÇOS FERRAMENTA
Homogeneidade de composição química e microestrutura, limpeza interna e tratamento térmico.Classificações:
Aços resistentes ao choque(série S): alta res. à fadiga e ao choque mecânico, tenacidade, baixo C(~0,5%), revenidos a Tbaixas(~200°C). Utilizados em aplicações estruturais.
Aços para fins especiais(série L > baixa liga, série F > C-W, série P > para moldes) L: alto teor de C e Cr como princ. elemento de liga. Calibres de precisão, tesouras, brocas para rochas. F: alta res. ao desgaste e manutenção do gume cortante. Ferramentas para usinagem de rolos. P: baixa dureza no estado recozido, resis. ao desgaste e ao impacto, RM no núcleo, usinabilidade, polibilidade. PROCESSAMENTO: recozimento, têmpera(amb. controlado, banho de sal, óleo morno ou vácuo), revenimento(no mínimo duplo)
Aços para trabalho à quente(série H: H1 até H19 > Cr, H20 até H39 > W, H40 até H59 > Mo) média ou alta liga e baixo teor de C. Resis. à deform. na T de uso, ao impacto, à "lavagem", à deformação no trat. térmico, a trincas à quente, usinabilidade, ter tenacidade. PROCESSAMENTO: forjamento(com resfr. em forno), normalização(melhora ductilidade), recozimento, têmpera(pqnas dim > no ar, usuais > óleo ou fornos), revenimento(tenacidade e estabilidade estrutural)
Aços para trabalho à frio:(série O > temp. em óleo, série A > temp. em ar, série W > temp. em água, série D > alto C e Cr) Usadas em oper. de corte, conformações e rebarbação prox. à Tamb. Manutenção do gume cort., baixo desgaste da ferr..Elevada dureza após têmpera e reven., alta temperab. Metal. do pó > maior res. ao desgaste. PROCESSAMENTO: forjamento, recozimento, usinagem, alívio de tensões e usinagem final, têmpera, revenimento(múltiplos). O: alto C, elem de liga sufic. Para garantir têmpera em óleo, elevada dureza após têmp., boa temperab., baixa tend à trincas, manut. do gume. Molas, guilhotinas, calibres, brocas, trefilas. A: elev temperab., boa resis. à abrasão, ao impacto, boa tenacidade. Punções, matrizes. W: médio C, baixa temperab., superf. dura e núcleo tenaz. D: alta res. ao desgaste, indeformabil., alto C(1,5%~2,20%) e Cr(~12%).OBS: aços 0,8C e 8Cr > comparada a série D: reduz dureza, aumenta tenacidade, res. à fadiga, temperab.
Aços rápidos: (série T > com W, série M > com Mo) Ferramentas de corte(usinagem de mat. de média e alta resist.) quando tem grande veloc. e avanço. Mantém dureza à Taltas, res. ao choque e à abrasão, tenaz, estabil. dimensional., temperam compl(dureza max em ar)., tem endur. 2º. Metalur. do pó > melhor desemp. PROCESSAMENTO: pré-aquecimento(reduz choques térm., descarb., tensões), forjamento, recozimento(controlado), têmpera(em óleo, ar, banho de sal ou em Pb), revenimento(múltiplos devido a aust. retida), nitretação e trat. superf.(dureza e res. à corrosão)APLICAÇÕES: conformação(à quente ou à frio. Ferr. em contato com metal sólido portanto res. ao desgaste, ao impacto e usinab.(tipos de desgaste: abrasivo(metais de elevada dureza) e adesivo(microsoldagem do cavaco na ferramenta, causado por materiais de baixa dureza, para evitar isso deve-se usar uma ferr. de alta dureza))), cisalhamento (facas, punções. Alta res. ao impacto e ao desgate(manut. do gume)), corte(usinagem: dureza à quente, alta res. ao desgaste, ao impacto ), moldes (para fundição, para met. do pó, fund. sob pressão. Sujeitas ao desg. abrasivo e à fadiga térm. com mat. operados à quente), diversos (peças suj. à desg., ferr. de percussão, calibres)
OBS: res. ao desg. varia diretam. com o teor de C enquanto a res. ao impacto decresce. Elem de liga: contr. para temperab., dureza à quente.Elem formadores de carbon. aum. à res. ao desgaste e dim. a res. ao impacto.
Ligas Ni: Ni puro tem boa combinação de propriedd, incluindo resist à corrosão em diversos meios, boa RM e elevada ductilidade, mesmo a temperatura muito baixa. Aplicações eqpamnts p/ indústria de alimntos, components elétricos e eletrônicos, na indústria qmica, especialmnt no manuseio de bases e meios de pH elevados.
Ligas de Ni tem estreutura CFC e podem ser conformadas a quente ou a frio.
Adição de Cu implica nas ligas Monel q possuem melhor RM do q Ni puro e tbm excelente resist a corrosão em águas do mar corrente. Boa soldabilidd e tenacidd em ampla faixa de temperaturas. Bombas,válvulas,hélices. Ligas Ni-Cr e Ni-Cr-Fe tbm apresentam estas crctrtc.
A liga +important p/ aqcimnto elétrico é a 80Ni-20Cr (NiCr80 Nimonic) aplicada em atmosfera oxidant até 1150 ºC. Característica: alto ponto de fusão, alta resistivid/ elétrica, reprodutibilid/ do coef de variação da resistivid/ com a temp, resist a oxidação no forno,resist contaminação.
Superligas:ligas a base de Fe, Ni ou Co, contendo Cr para resist à oxidação e corrosão, e outros elementos para RM em temp altas (acima de 540°C).
P/ aplicações estruturais temp até 950°C e sem solicitações MEC. até 1200°C.
Foram desenvolvidas a partir da necessidd de turbinas a gás.
Superligas são forjadas ou laminadas e ligas comuns são fundidas.
Propriedades: Resist a fluência, à fadiga térmica e mecânica. Estabilidd estrutural. Resist à corrosão/oxidação a qente. Soldabilidd. Formabilidd.
Superligas apresentam matriz CFC e fases secundárias, como carbonetos. Os principais mecanismos responsáveis pelas notáveis propriedades MEC. é o endurecimnto por precptção e por solução sólida. A principal função dos carbonetos é estabilizar os contornos de grão.
Superligas de Fe e Ni: derivam dos aços inox austenitcs.
A adição de Ti e Al nestas ligas possibilita o endurecmnto por prcptção de austenita', originando a classe +important destas ligas, como o Inconel. Nestas ligas, a fração volumétrica da fase precptda controla as suas propriedd. Estas ligas requerem um processamento especial para diminuir defeitos. Em algumas aplicações, como palhetas e turbinas de avião, o efeito dos contrn de grão sobre a fluência é importante. Aplicações: turbinas, válvulas, palhetas.
Ligas Ti:sua baixa densidade(excelente relação resist./peso), sua rigidez, propriedades MEC. a altas temp e resist a corrsão o faz ser tão importante. É obtido a partir do rutilo(TiO2) pelo processo Kroll. Aplicado em estruturas de aviões;Peqnos parafusos;Truques de trens de pouso; Longarinas de asas. Entretanto ele entra em combustão em contato com o O2 e altas temp ou partes qntes de turbinas. Tbm é usado na industria de papel e celulose, pois resiste a elementos branqueadores(como o Cl) utilizados por elas. Ti-5Al-2,5Sn é a liga +usada de Ti, tem boa propriedd criogênica e exclnt soldabilidd.
Liga Mo: é um material refratário por ter alto pto fusão. Tem alto modulo elesticidd, alta RM a temp elevd, alta condutividade térmica, boa resist a corrosão. Seu problema a alta temp é a sua rpida oxidação(é bom até 540°C).Produzido metlrgia do pó ou VAR ou EB. CCC. Tem temp de transiç dúctil-frgl elevada, o q reqr fabricaç em temp alta.Componentes eletrônicos, nuclear, aeroespaciais. A liga TZM(Mo;0,5Ti;0,1Zr) é usada em ferramental para trab a qnte e qndo RM alta é desejada a alta temp.
FoFo
Si: promove a fundibilidade(dimnui a viscosidd da massa liqda, facilitndo o procsso de fundição); grafitização; desoxidação; desloca o Pto eutetico p/ esqrda, e com isso menos C precisa ser adicionado p/ se ter grafita livre e economiza energia pois o Si tbm abaixa a T°C do Pto eutetico.
Carbono Eqvalente:%C + ¼%Si = 2,0. Com isso, msm em metais com 1,6%C e 1,8%Si porde-se ter FoFo, não precisndo necessariamnte ter-se %C maior que 2,1%.
Cunha de Coqilhamnto:Branco[+rápido]; mesclado e cinzento. O coqilhamnto ajuda a escolher o tipo de molde em que será produzida a peça projetada, pois ele determina o tamanho do molde com base no seu processo de rsfriamnto.
Superaquecimento: resulta em início de grafitização a Temp mais baixas, promovendo a formação de veios menores e mais finos de grafita.
Efeito dos elementos de liga nos FoFo:
Si, Al e Ni:aumentam a atividade do C, ou seja, favorecem a formação da grafita,
ampliando a faixa de temperatura entre os eutéticos estável e metaestável;
P e S:são consideradas impurezas e devem ser mantidos em concentrações baixas. O S tem o efeito de segregar para os contornos de grão diminuindo a tenacidade do material. O P combina-se com o Fe e forma uma fase eutética de alta dureza, a esteadita (Fe3P);
Cr, Mn, V, Mo e W:diminuem a atividade de C, ou seja, favorecem a formação da
cementita e carbonetos, diminuindo a faixa entre os eutéticos estável e metaestável;
Mn: também é adicionado como dessulfurante, visando reduzir os efeitos deletérios do
S (combina-se com o S formando inclusões de MnS);
Al, B e Ni possuem efeito grafitizante.
Velocidade de resfriamento durante a solidificação:Vel elevadas, promovidas pelo resfriamento contra superfícies metálicas(resfriadores ou coquilhas)- aumentam a formação de cementita ou carbonetos (dependendo da% de C e Si). Vel baixas, promovidas, por exmplo, por resfriamnt em areia- aumentam a formação de grafita.
FoFo Branco:são ligas do sistema Fe-C-Si, contendo baixos teores de Si e que apresentam o C qse que inteiramente na forma de Fe3C, formando um constituinte com a austenita, denominado ledeburita. Possui elevada dureza, ductilidade nula, fratura de coloração clara, baixa tenacidade, elevada resist. ao desgast.
Aplicações em equipamts de manuseio de terra, mineração e moagem.
Fatores: teor de Si é mantido em baixos teores, para evitar a formação da grafita e vel de resfriamnto deve ser alta para evitar a formação da grafita.
FoFo Bnco Hipereutético: longos cristais de cementita, um fundo de ledeburita.
FoFo Bnco Hipoeutético: dendritas de perlita, áreas pontilhadas constituídas de ledeburita e partes brancas de cementita.
FoFo Cinzent:é uma liga Fe-C-Si que parte do C está na forma combinada (Fe3C- ortorrômbca) e a outra na forma de grafita livre em veios (Hexagonal). Classe[20,30,40..] representa seu limit resistencia. São os+utilizados. Aplicações em bloco de motores
Caracteristcas:boa RM; alta capacidade de amortecer vibrações; excelente usinabilidade; ductilidade nula e tenacidade superior aos FoFo brancos e fácil fusão: além de apresentar temp de fusão relativamente baixas, a solidificação dos FoFo cinzento apresenta uma expansão de volume devido a precipitação da grafita. Esta expansão pod superar a contração do líqdo,minimizando a qntidd e o volume de massalotes para a alimentação das peças fundds. De fato, peças de geometria complexa podem ser obtidas com projetos de alimentação simples.
precipitados de grafita estão como veios
FoFo Nodular:liga Fe-C-Si em que o C encontra-se na forma de grafita esferoidal
no estado bruto de fundição. É formado a partir do FoFo cinznto.
Características:excelente ductilidade; tenacidd superior aos FoFo bncos e cinznt; limt de escoamnto maior q os demais FoFo e aços comuns;melhor resist ao impacto e a fadiga q os FoFo cinznt; baixa capacidade de absorver vibrações e sua usinabilidd e a resist ao desgaste dependem da microestrutura da matriz.
Fabricação: a grafita esferoidal é obtida pela adição de elementos nodulizantes(Mg e cério) q
modificam a forma de crescimento da grafita. A introdução destes é realizada em fornos
pressurizados. Adições Cr e Ni promovem a estabilização da perlita, aumentand a RM e a resist à corrosão. Este processo diminui a energia de formaç da grafita arredondando-a. Isso é vantajoso, pois em uma trinca em um FoFo cinzent, sua ponta tem raio peqno concentrando as tensões, já no FoFo nodular, devido a grafita ser arredondada, não concentrando assim as tensões, sua ductilidd/tenacidd é maior.
FoFo maleável: nasce do processo de maleabilização do FoFo brnco. Este é um processo de aquecimento a 700°C por 30h. Nele, o Fe3C se dissolve, o C se liga a outro C e a grafita fica em forma de rosetas, que possui formato de nódulos ao invés de veios, conferindo >ductibilidd e tenacidd.
Aplicações exigindo alta tenacidd, resist à corrosão ou alta resist à traç. A combinação única de custo, seguro e propriedd mecânica torna esse material promissor para entrar no próximo século.
grafita está como nódulos
Definição: Os ferros fundidos são, basicamente, ligas do sistema ternário Fe-C-Si contendo
teores de carbono acima de 2%. Sua microestrutura pode apresentar parte do carbono sob
a forma de grafita ou a de cementita (Fe3C). Em ambas as formas, os ferros fundidos
apresentam ductilidade insuficiente para operações de conformação mecânica. Deste
modo, os componentes fabricados em ferros fundidos só podem ser obtidos pelos
processos de fundição. Outra caraterística relevante nos ferros fundidos é a sua relativa
facilidade de fusão, quando comparado aos aços com baixo teor de carbono.
Fatores que influem na formação de grafita:
Além da composição química e da velocidade de resfriamento, outro fator importante que
determina a forma do carbono na microestrutura é a inoculação.
A inoculação consiste na adição de uma ante-liga granulada (Fe-Si) no metal líquido para
favorecer o aparecimento de "núcleos sólidos" no metal fundido nos quais a formação da grafita pode começar. O processo de inoculação promove a formação de microestruturas mais
homogêneas e uniformes e, consequentemente, propriedades mecânicas mais elevadas.
