Materiais de construção mecânica

(Parte 1 de 8)

Siderurgia e Tratamento Térmico dos Aços Prof. Jaques Jonas Santos Silva

Resende, março de 2009.

Materiais de Construção Mecânica IV 2

1. INTRODUÇÃO	4
1.1. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS	5
1.2. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS	6
2. SIDERURGIA	8
3. MATÉRIAS-PRIMAS DA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA	10
3.1. MINÉRIO DE FERRO	10
3.2. CARVÃO	13
3.3. FUNDENTE	16
3.4. OUTRAS MATÉRIAS-PRIMAS	16
4. PRODUÇÃO DO FERRO GUSA	17
4.1. ALTO FORNO	17
4.2. REAÇÕES DO ALTO FORNO	18
4.3. PRODUTOS E SUBPRODUTOS DO ALTO FORNO	19
4.4. EQUIPAMENTOS AUXILIARES DO ALTO FORNO	21
5. PRODUÇÃO DO AÇO	27
5.1. PROCESSOS PNEUMÁTICOS	27
5.2. CONVERSOR BESSEMER	28
5.3. CONVERSOR THOMAS	30
5.4. CONVERSOR DE SOPRO LATERAL	30
5.5. CONVERSOR DE SOPRO PELO TOPO	30
6. SISTEMA FERRO-CARBONO	3
6.1. FASES DO SISTEMA Fe-Fe3C	3
6.2. PONTOS INVARIANTES	34
6.3. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE Fe-C	35
6.4. DESENVOLVIMENTO DE MICROESTRUTURAS EM LIGAS DE Fe-C	35
6.4.1. Ligas eutetóides	35
6.4.2. Ligas hipoeutetóides	37

7. TRANSFORMAÇÕES DE FASES EM METAIS	40
7.1. TRANSFORMAÇÕES MULTIFÁSICAS	41
7.2. DIAGRAMAS DE TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRIMCAS	41

(DIAGRAMAS T)

42

(SISTEMAS EM NÃO EQUILÍBRIO)	43
7.4.1. Perlita	43
7.4.2. Bainita	4
7.4.3. Martensita	45
7.4.4. Cementita globulizada	46
7.4.5. Martensita revenida	46
8. TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS	48
8.1. RECOZIMENTO	50
8.1.1. Recozimento total (ou pleno)	51
8.1.2. Recozimento isotérmico	52
8.1.3. Recozimento para alívio de tensões	53
8.2. NORMALIZAÇÃO	53
8.3. TÊMPERA	54
8.4. REVENIDO	56
8.5. TÊMPERA SUPERFICIAL	57

Materiais de Construção Mecânica IV 4

1. INTRODUÇÃO

Desde os primórdios da evolução o ser humano utiliza-se de diversos tipos de materiais para a fabricação de utensílios, equipamentos e máquinas. Em ordem crescente de complexidade, pode-se citar alguns exemplos de materiais utilizados pelo homem:

Pedras, madeiras e fibras; Bronze, ferro e outros metais; Borrachas e polímeros; Compostos cerâmicos, novas ligas, materiais compósitos.

A busca do material adequado para uma determinada aplicação pode trazer como resultado uma vasta lista de possibilidades. A escolha deve visar fatores tais como:

Propriedades (mecânicas, físicas, químicas, etc); Custo; Vida útil; Facilidade de obtenção e manipulação.

A ciência dos materiais busca a relação existente entre a estrutura dos materiais e suas propriedades. A estrutura de um material está relacionada ao arranjo interno de seus componentes, seja ao nível atômico, microscópico ou macroscópico.

A estrutura de um material depende de seu processamento. Havendo alterações estruturais, haverão também modificações nas propriedades do material e, conseqüentemente, em sua performance (Figura 1).

Processamento

Estrutura

Propriedades Performance

Tratamento térmico do aço (têmpera)

Formação da martensita Aumento da dureza

Aumento da resistência ao desgaste

Figura 1 – Inter-relacionamento entre o processamento dos materiais e sua performance.

Materiais de Construção Mecânica IV 5

1.1. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Quando em uso, os materiais estão sujeitos a estímulos externos, os quais causam algum tipo de resposta. As propriedades dos materiais referem-se à magnitude da resposta em relação a determinado estímulo (Quadro 1).

Quadro 1 - Relação estímulo / resposta de algumas propriedades de materiais. Estímulo externo Resposta

Tensões externas Deformação

Aumento de temperatura Dilatação volumétrica

Campo elétrico Resistividade elétrica Atmosfera ambiente Resistência à corrosão

A escolha do material adequado à fabricação de um produto deve levar em conta suas propriedades, as quais podem ser divididas em 6 categorias:

Propriedades mecânicas; Propriedades elétricas; Propriedades magnéticas; Propriedades ópticas; Propriedades térmicas; Propriedades deteriorativas.

Dentre as principais propriedades dos materiais, podemos citar:

a) Resistência mecânica: resistência a esforços (tração, compressão, cisalhamento, etc); b) Elasticidade: capacidade de deformar e retornar à forma original; c) Plasticidade: capacidade de se deformar e manter uma parcela da deformação; d) Ductilidade: medida do grau de deformação plástica do material até a ruptura; e) Tenacidade: capacidade de absorver energia até a ruptura. Área sob a curva

Materiais de Construção Mecânica IV 6 σ x ε (tensão x deformação); f) Dureza: resistência à penetração, à deformação plástica e ao desgaste; g) Fragilidade: capacidade do material romper-se sem sofrer deformação plástica significativa; h) Ponto de fusão: temperatura na qual o material passa do estado sólido para o líquido. i) Ponto de ebulição: temperatura na qual o material passa do estado líquido para vapor ou gasoso; j) Dilatação térmica: variação dimensional devido à variação de temperatura; k) Condutividade térmica: capacidade de conduzir calor; l) Condutividade elétrica: capacidade de conduzir correntes elétricas; m) Resistividade: capacidade de resistir à passagem de correntes elétricas (o oposto da condutividade elétrica); n) Resistência à corrosão: capacidade do material de resistir à deterioração causada pelo meio ambiente; o) Densidade: quantidade de matéria por unidade de volume.

1.2. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Os materiais sólidos podem ser agrupados em três classificações básicas:

a) Metais: normalmente os materiais metálicos são combinações de elementos metálicos, os quais possuem um grande número de elétrons não localizados, o que confere a estes materiais algumas características peculiares (bons condutores de calor e eletricidade, resistência mecânica, etc).

b) Polímeros: incluem as borrachas e os materiais plásticos, muitos destes constituídos de compostos orgânicos à base de carbono, hidrogênio e elementos não-metálicos. Possuem estruturas moleculares muito grandes e são, em geral, pouco densos e muito flexíveis.

c) Cerâmicas: são compostos de elementos metálicos e não-metálicos, geralmente óxidos, nitratos e carbetos. São tipicamente isolantes

Materiais de Construção Mecânica IV 7 elétricos e térmicos, duros porém frágeis e mais resistentes a altas temperaturas e ambientes hostis do que os metais e os polímeros.

Alguns exemplos de materiais utilizados na construção mecânica são mostrados abaixo:

– Aço – Ferro fundido (FoFo)

– Fofo branco – Fofo cinzento

– Fofo maleável

– Fofo de grafita compactada

– Fofo dúctil ou nodular

– Ferro – Alumínio

– Cobre

– Chumbo

– Estanho

– Zinco

– Níquel

– Magnésio

Metais

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