Baixe Materiais metálicos e não metálicos e outras Notas de estudo em PDF para Mecânica, somente na Docsity! Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 3 CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Mecânica Materiais Metálicos e Não Metálicos Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 4 Companhia Siderúrgica de Tubarão Materiais Metálicos e Não Metálicos - Mecânica © SENAI - ES, 1996 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) Coordenação Geral Supervisão Elaboração Aprovação Editoração Luís Cláudio Magnago Andrade (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST) Alberto Farias Gavini Filho (SENAI) Rosalvo Marcos Trazzi (CST) Evandro Armini de Pauli (SENAI) Fernando Saulo Uliana (SENAI) José Geraldo de Carvalho (CST) José Ramon Martinez Pontes (CST) Tarcilio Deorce da Rocha (CST) Wenceslau de Oliveira (CST) Ricardo José da Silva (SENAI) SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (027) 325-0255 Telefax: (027) 227-9017 CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injeta-se ar em seu interior. O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºC derrete o minério. (Fig.4) O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A este ferro dá-se o nome de ferro-gusa ou simplesmente gusa. As impurezas ou escórias por serem mais leves, flutuam sobre o ferro gusa derretido. (Fig. 5) Fig. 3 Fig. 4 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 8 Companhia Siderúrgica de Tubarão Através de duas aberturas especiais, em alturas diferentes são retiradas, primeiro a escória e em seguida o ferro-gusa que é despejado em panelas chamadas CADINHOS. (Fig. 6) O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em formas denominadas lingoteiras. Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendo o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA. (Fig. 7) Fig. 8 A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, é usado apenas na confecção de peças que não passarão por processos de usinagem. Ferro fundido É uma liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% de carbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. É portanto um ferro de segunda fusão. Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 9 A fusão de ferro gusa, para a obtenção do ferro fundido, é feita em fornos apropriados sendo o mais comum o forno “CUBILÔ”. (Fig. 9) O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem de ferro, pequena porcentagem de carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Tipos de ferro fundido Os tipos mais comuns de ferro fundido são o ferro fundido cinzento e o ferro fundido branco. Ferro fundido cinzento Características: • Fácil de ser fundido e moldado em peças. (Fig. 10) Fig. 10 • Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte. (Fig. 11) Fig. 11 • Absorve muito bem as vibrações, condição que torna ideal para corpos de máquinas. (Fig. 12) Fig. 12 • Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura, devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, em forma de palhetas de grafite. • Porcentagem de carbono variável entre 3,5% a 4,5%. Fig. 9 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 12 Companhia Siderúrgica de Tubarão Nos aços com 0,4% até 0,7% de carbono as fagulhas saem em forma de estrelinhas. (Aço de média porcentagem de carbono). (Fig.22) Acima de 0,7% de carbono as estrelinhas saem em forma de um feixe. (Aço de alto teor de carbono). (Fig.23) Classificação segundo a ABNT A fim de facilitar as interpretações técnicas e comerciais, a ABNT, (Associação Brasileira de Normas Técnicas) achou por bem dar números para a designação dos aços de acordo com a porcentagem de carbono. Principais designações: Designação Porcentagem de carbono Aço 1006 0,08% C 1010 0,08% a 0,13% C 1020 0,18% a 0,23% C 1030 0,28% a 0,34% C 1040 0,37% a 0,44% C 1050 0,48% a 0,55% C 1060 0,55% a 0,65% C Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe do aço. Os dois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado. Exemplo: Aço 10 20 Fig. 21 Fig. 22 Fig. 23 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 13 10 - significa que é aço ao carbono 20 - significa que a porcentagem média de carbono é 0,20%. Então, o aço 1020, é um aço ao carbono cuja porcentagem de carbono varia entre 0,18% a 0,23%. Formas comerciais do aço Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios. 1) Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação. (Fig.24). redondo chato quadrado sextavado Fig. 24 Quando se necessita de barras com formas e medidas precisas recorre-se aos aços trefilados, que são barras que após laminadas passam por um processo de acabamento denominado trefilação. (Fig.25) Fig. 25 2) Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z. (Fig.26). ( L ) ( U ) ( T ) ( T ) ( Z ) Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 14 Companhia Siderúrgica de Tubarão Fig. 26 - Perfilados Chapas - São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos: • Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias. • Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores, etc. • Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho. São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido sua resistência à umidade e corrosão. (Fig.27) Tubos - Dois tipos de tubos são encontrados no comércio: • com costura - Obtidos por meio de curvatura de uma chapa. Usados em tubulações de baixa pressão, eletrodutos, etc.(Fig.28) • sem costura - Obtidos por perfuração a quente. São usados em tubulações de alta pressão.(Fig.29). Fig. 29 Fig. 27 Fig. 28 Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 • Aço 1040 a 1060 - (Meio duro) Resistência à ruptura - 65 a 75 kg/mm2 Teor de carbono - 0,40% a 0,60% Adquire boa têmpera Muito difícil para soldar-se Usos: peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas, trilhos, etc. • Aço acima de 1060 - (Duro a extra-duro) Resistência à ruptura - 75 a 100 kg/mm2 Teor de carbono - 0,60% a 1,50% Tempera-se facilmente Não solda Usos: peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria, etc. Aços especiais ou aços-ligas Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência levaram à descoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos no aço ao carbono. Conseguiram-se assim aços-liga com características tais como resistência à tração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc., bem melhores que a dos aços ao carbono comuns. Conforme as finalidade desejadas, adiciona-se ao aço-carbono um ou mais dos seguintes elementos: níquel, cromo, manganês, tungstênio, cobalto, vanádio, silício, molibdênio e alumínio. Dessa forma, são obtidos aços de grande emprego nas indústrias, tais como: Aço cromo (inoxidável) Aço silício manganês Aço rápido Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 18 Companhia Siderúrgica de Tubarão Aço cromo-vanádio Aço cobalto Aço cromo-níquel Os tipos de aços especiais, bem como composição, características e usos industriais são encontrados em tabelas. Tipos de aços especiais, características e usos. 1) Aços Níquel 1 a 10% de Níquel - Resistem bem à ruptura e ao choque, quando temperados e revenidos. Usos - peças de automóveis, máquinas, ferramentas, etc. 10 a 20% de Níquel - Resistem bem à tração, muito duros - temperáveis em jato de ar. 20 a 50% de Níquel - Resistentes aos choques, boa resistência elétrica, etc. Usos - válvulas de motores térmicos, resistências elétricas, cutelaria, instrumentos de medida, etc. 2) Aços Cromo até 6% Cromo - Resistem bem à ruptura, são duros, não resistem aos choques. Usos - esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens, etc. 11 a 17% de Cromo - Inoxidáveis. Usos - aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc. 20 a 30% de Cromo - Resistem à oxidação, mesmo a altas temperaturas.. Usos - válvulas de motores a explosão, fieiras, matrizes, etc. 3) Aços Cromo-Níquel 8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Níquel - Inoxidáveis, resistentes à ação do calor, resistentes à corrosão de elementos químicos. Usos - portas de fornos, retortas, tubulações de águas salinas e gases, eixos de bombas, válvulas e turbinas, etc. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 19 4) Aços Manganês 7 a 20% de Manganês - Extrema dureza, grande resistência aos choques e ao desgaste. Usos - mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas, cruzamentos e curvas de trilhos, peças de dragas, etc. 5) Aços Silício 1 a 3% de Silício - Resistências à ruptura, elevado limite de elasticidade e propriedades de anular o magnetísmo. Usos - molas, chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de bobinas elétricas, etc. 6) Aços Silício-Manganês 1 silício, 1% de Manganês - Grande resistências à ruptura e elevado limite de elasticidade. Usos - molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc. 7) Aços Tungstênio 1 a 9% de tungstênio - Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da abrasão (fricção) e propriedades magnéticas. Usos - ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação de ímãs, etc. 8) Aços Cobalto Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência à abrasão, (fricção). Usos - ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc. Não é usual o aço cobalto simples. 9) Aços Rápidos 8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8% de molibdênio, 3 a 4% de cromo - Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade. A ferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue usinar até o aço-manganês de grande dureza. Usos - ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 22 Companhia Siderúrgica de Tubarão Metais Não Ferrosos Cobre O cobre é um metal vermelho-marrom, que apresenta ponto de fusão corresponde a 1.083ºC e densidade correspondente a 8,96 g/cm3 (a 20ºC), sendo, após a prata, o melhor condutor do calor e da eletricidade. Sua resistividade elétrica é de 1,7 x 10-6 ohm-cm (a 20º). Por este último característico, uma de suas utilizações principais é na indústria elétrica. O Cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. Além disso, o cobre possui boa resistência à corrosão: exposto à ação do ar, ele fica, com o tempo, recoberto de um depósito esverdeado. A oxidação, sob a ação do ar, começa em torno de 500ºC. Não é atacado pela água pura. Por outro lado, ácidos, mesmo fracos, atacam o cobre na presença do ar. Apresenta, finalmente, resistência mecânica e característicos de fadiga satisfatórios, além de boa usinabilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposição ou por aplicação de verniz. O cobre, forma uma série de ligas muito importantes. Segundo classificação da ABNT, os principais tipos de cobre são os seguintes: • cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP), fundido a partir de cobre eletrolítico, contendo no mínimo 99,90% de cobre (e prata até 0,1%); • cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC), contendo um mínimo de 99,90% de cobre (incluída a prata); • cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP), fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% a 99,85% no mínimo de cobre (incluída a prata); • cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor de fósforo (Cu DLP), obtido por vazamento em molde, isento de óxido cuproso por desoxidação com fósforo, com um teor mínimo de 99,90% de cobre (e prata) e teores residuais de fósforos (entre 0,004 e 0,012%); • cobre desoxidado com fósforo, de alto teor de fósforo (Cu DHP), obtido como o anterior, com teor mínimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fósforo (entre 0,015 e 0,040%); • cobre isento de oxigênio (Cu OF), do tipo eletrolítico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata); processado de modo a não conter nem óxido cuproso e nem resíduos desoxidantes; Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 23 • cobre refundido (Cu CAST), obtido a partir de cobre secundário e utilizado na fabricação de ligas de cobre; o teor mínimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B). Esses tipos de cobre são fornecidos em forma de placas, chapas, tiras, barras, arames e fios, tubos, perfis ou conformados por forjamento. Suas propriedades mecânicas variam dentro dos seguintes limites: − limite de escoamento - 5 a 35 kgf/mm2 − limite de resistência à tração - 22 a 45 kgf/mm2 − alongamento - 48 a 60% − dureza Brinell - 45 a 105 HB − módulo de elasticidade - 12.000 a 13.500 kgf/mm2 Alguns tipos apresentam boa resistência ao choque e bom limite de fadiga. Os valores dependem do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado. O grau de encruamento ou recozimento é designado pela expressão “têmpera”, a qual não tem nada a ver com o tratamento térmico de têmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono. As aplicações industriais dos vários tipos de cobre acima mencionados são as seguintes: • cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP) e cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC) - de qualidade mais ou menos idêntica - aplicações onde se exige alta condutibilidade elétrica e boa resistência à corrosão, tais como: na indústria elétrica, na forma de cabos condutores aéreos, linhas telefônicas, motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, contatos, fiação para instalações domésticas e industriais, interruptores, terminais, em aparelhos de rádio e em televisores tec.; na indústria mecânica, na forma de peças para permutadores de calor, radiadores de automóveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios; na indústria de equipamento químico, em caldeiras, destiladores, alambiques, tanques e recipientes diversos, em equipamento para processamento de alimentos; na construção civil e arquitetura, em telhados e fachadas, calhas e condutores de águas pluviais, cumieiras, pára-raios, revestimentos artísticos etc; • cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP) - embora contendo maior teor de impurezas, as aplicações são mais ou menos Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 24 Companhia Siderúrgica de Tubarão semelhantes às anteriores no campo mecânico, químico e construção civil; na indústria elétrica, esse tipo de cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade elétrica exigida não for muito elevada; • cobre isento de oxigênio (Cu OF) - devido a sua maior conformabilidade, é particularmente indicado para operações de extrusão por impacto; aplicações importantes têm-se em equipamento eletro-eletrônico, em peças para radar, anodos e fios de tubos a vácuo, vedações vidro-metal, válvulas de controle termostático, rotores e condutores para geradores e motores de grande porte, antenas e cabos flexíveis e em peças para serviços a altas temperaturas, na presença de atmosferas redutoras; • cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor em fósforo (Cu DLP) - é utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamento que conduz fluidos, tais como evaporadores e permutadores de calor, tubulações de vapor, ar, água fria ou quente e óleo; em tanques e radiadores de automóveis; em destiladores, caldeiras, autoclaves, onde se requer soldagem, em aparelhos de ar condicionado etc.; • cobre desoxidado com fósforo, de alto teor em fósforo (Cu (DHP) - aplicações praticamente semelhantes às do tipo anterior. Latão Os latões comuns são ligas de cobre-zinco, podendo conter zinco em teores que variam de 5 a 50%, o que significa que existem inúmeros tipos de latões. A presença do zinco, obviamente, altera as propriedades do cobre. À medida que o teor de zinco aumenta, ocorre também uma diminuição da resistência à corrosão em certos meios agressivos, levando à “dezinficação”, ou seja, corrosão preferencial do zinco. No estado recozido, a presença de zinco até cerca de 30% provoca um ligeiro aumento da resistência à tração, porém a ductilidade aumenta consideravelmente. Nessa faixa de composição, pode-se distinguir vários tipos representados na Tabela I, com as respectivas propriedades mecânicas. Os valores das propriedades estão representadas numa larga faixa, devido à condição da liga - se recozida ou mais ou menos encruada. Os latões indicados na Tabela I apresentam as seguintes aplicações: Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 Bronze A Tabela II apresenta os principais tipos. Nos bronzes comerciais o teor de estanho varia de 2 a 10%, podendo chegar a 11% nas ligas para fundição. Tabela II PRINCIPAIS TIPOS DE BRONZE Propriedades mecânicas N. ASTM Designação Sigla Composição % Limite de resistência à tração kgf/mm2 Limite de escoamento kgf/ mm2 Alongamento % Dureza Brinell 505 Cobre-zinco 98-2 CuSn2 Sn-1,0/2,5 P-0,02/0,30 Cu-restante 28-65 11-50 45-2 16-150 511 Cobre-zinco 96-4 CuSn4 Sn-3,0/4,5 P-0,02/0,40 Cu-restante 33-90 13-58 50-2 70-195 510 Cobre-zinco 95-5 CuSn5 Sn-4,4/5,5 P-0,02/0,40 Cu-restante 35-95 13-62 55-2 75-205 519 Cobre-zinco 94-6 CuSn6 Sn-5,5/7,5 P-0,02/0,40 Cu-restante 37-100 15-76 60-2 80-225 521 Cobre-zinco 92-8 CuSn8 Sn-7,5/9,0 P-0,02/0,40 Cu-restante 42-105 17-82 65-2 85-240 524 Cobre-zinco 90-10 CuSn10 Sn-9,0/11,0 P-0,02/0,04 Cu-restante 44-100 19-85 65-3 95-245 À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com a resistência mecânica, sem queda da ductilidade. Essas ligas podem, geralmente, ser trabalhadas a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e escoamento, como está indicado na Tabela, pelas faixas representativas dos valores dessas propriedades. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 28 Companhia Siderúrgica de Tubarão As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que atua como desoxidante; nessas condições, os bronzes são chamados fosforosos. Os bronzes possuem elevada resistência à corrosão, o que amplia o campo de seu emprego. Freqüentemente adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de anti fricção das ligas, além da usinabilidade. O zinco é da mesma forma eventualmente adicionado, atuando como desoxidante em peças fundidas e para a resistência mecânica. As principais aplicações dos vários tipos de bronze são as seguintes: • tipo 98-2 - devido a sua boa condutibilidade elétrica e melhor resistência mecânica que o cobre, é empregado em contatos, componentes de aparelhos de telecomunicação, molas condutoras etc,; em construção mecânica, como parafusos com cabeça recalcada a frio, tubos flexíveis, rebites, varetas de soldagem etc.; • tipo 96-4 - em arquitetura; em construção elétrica, como molas e componentes de interruptores, chaves, contatos e tomadas; na construção mecânica, como molas, diafragmas, parafusos com cabeça recalcada a frio, rebites, porcas etc.; • tipo 95-5 - em tubos para água ácidas de mineração, componentes para as indústrias têxteis, químicas e de papel; molas, diafragmas, parafusos, porcas, rebites, varetas de soldagem etc.; • tipo 94-6 - mesmas aplicações anteriores em condições mais críticas, devido a sua maior resistência à fadiga e ao desgaste. É produzido também nas formas de chapas, barras, fios e tubos; • tipo 92-8 - melhor resistência à fadiga e ao desgaste; na forma de chapas, barras, fios e tubos. Além das aplicações da liga anterior, emprega-se em discos antifricção, devido a suas características antifricção; • tipo 90-10 - é a liga, entre os bronzes, que apresenta as melhores propriedades mecânicas, sendo por isso a mais empregada. Entre algumas aplicações típicas, incluem-se molas para serviços pesados. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 29 Alumínio Seu peso específico é de 2,7 g/cm3 a 20ºC; seu ponto de fusão corresponde a 660ºC e o módulo de elasticidade é de 6.336 kgf/mm2. Apresenta boa condutibilidade térmica e relativamente alta condutibilidade elétrica (62% da do cobre). É não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica. Esses característicos, além da abundância do seu minério principal, vêm tornando o alumínio o metal mais importante, após o ferro. O baixo peso específico do alumínio torna-o de grande utilidade em equipamento de transporte - ferroviário, rodoviário, aéreo e naval - e na indústria mecânica, numa grande variedade de aplicações. O baixo ponto de fusão, aliado a um elevado ponto de ebulição (cerca de 2.000ºC) e a uma grande estabilidade a qualquer temperatura, torna a fusão e a moldagem do alumínio muito fáceis. A condutibilidade térmica, inferior somente às da prata, cobre e ouro, o torna adequado para aplicações em equipamento destinado a permutar calor. Sua alta condutibilidade elétrica e ausência de magnetismo o tornam recomendável em aplicações na indústria elétrica, principalmente em cabos condutores. Finalmente, o baixo fator de emissão o torna aplicável como isolante térmico. Entretanto, a resistência mecânica é baixa; no estado puro (99,99% Al), o seu valor gira em torno de 5 a 6 kgf/mm2; no estado encruado (laminado a frio com redução de 75%) sobe para cerca de 11,5 kgf/mm2. É muito dúctil: alongamento de 60 a 70%. Apresenta boa resistência à corrosão, devido à estabilidade do seu principal óxido Al2O3 que se forma na superfície do metal. Essa resistência à corrosão é melhorada por anodização, que ainda melhora sua aparência, tornando-o adequado para aplicações decorativas. As ligas de alumínio não apresentam a mesma resistência à corrosão que o alumínio puro, de modo que quando se deseja aliar a maior resistência mecânica das ligas com a boa resistência à corrosão do alumínio quimicamente puro, utiliza-se o processo de revestimento da liga por capas de alumínio puro (“cladding”), originando-se o material “Alclad”. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 32 Companhia Siderúrgica de Tubarão Materiais Não Metálicos Madeira Constituição da madeira A madeira se origina das árvores e é constituída por um conjunto de tecidos que forma a massa de seus troncos. O tronco é a parte da árvore donde se extrai a madeira. Situado entre as raízes e os ramos, o tronco é composto de células alongadas, de várias naturezas, segundo sua idade e suas funções, reunidas por uma matéria intercelular. A Figura 34 mostra o corte transversal de um tronco de árvore. Na parte externa, o tronco compreende a casca, que se subdivide em casca externa e casca interna. A casca é uma camada protetora que protege e isola os tecidos da árvore contra os agentes atmosféricos. Debaixo da casca, situa-se o liber, que é um tecido cheio de canais que conduzem a seiva Fig. 34 - Corte transversal de um tronco de árvore. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 33 descendente. Debaixo do liber, encontra-se o alburno (ou câmbio) que é uma camada viva a formação recente, formada de células em plena atividade de proliferação, igualmente cheia de canais, que conduzem a seiva ascendente ou seiva bruta; sua espessura é mais ou menos grande, segundo as espécies. Sob o alburno, encontra-se o cerne, formado por madeira dura e consistente, impregnada de tanino e lignina. O cerne é a parte mais desenvolvida da árvore e a mais importante sob o ponto de vista de material de construção. É formado por uma série de anéis concêntricos de coloração mais clara e mais escura alternadamente; são os anéis ou camadas anuais, que possibilitam conhecer a idade da árvore, sobretudo nos países temperados, onde são mais nítidos. Finalmente, no centro do tronco, encontra-se a medula, constituída de material mole. A madeira é constituída quimicamente por celulose e lignina. Sua composição química é aproximadamente 50% de carbono, 42 a 44% de oxigênio, 5,0 a 6,0% de hidrogênio, 1% de nitrogênio e 1,0% de matéria mineral que se encontra nas cinzas. As madeiras, pela sua estrutura anatômica, compreendem dois grandes grupos: − coníferas ou resinosas, da classe botânica das gimnospermas; − frondosas, da classe botânica das angiospermas dicotiledôneas. Às coníferas pertencem o pinho e o pinheirinho. Às frondosas pertence a maioria das madeiras utilizadas, tais como aroeira-do- sertão, sucupira amarela, eucaliptos citriodora, jatobá, cabreúva vermelha, guarantã, pau-marfim, peroba-rosa, caviúna, eucaliptos robusta, canela, amendoim, peroba-de-campos,, imbuia, pinho brasileiro, freijó, cedro, jequitibá-rosa, etc. Característicos físicos e mecânicos da madeira São característicos físicos a umidade, o peso específico e a retratilidade. São característicos mecânicos as resistências à compressão, à tração, à flexão ao cisalhamento, ao fendilhamento e ao choque. A umidade afeta grandemente a resistência mecânica da madeira, de modo que é importante a sua determinação. As madeiras, logo após o corte, ou seja, ainda “verdes”, apresentam 80% ou mais de umidade. Com o tempo, secam, perdendo inicialmente a água chamada embebição, alcançando o ponto de saturação ao ar: cerca de 25% de umidade. Continuando a secar, as madeiras perdem a água de impregnação, contida nas fibras e paredes dos vasos, resultando contração. A secagem ao ar, ao abrigo das intempéries, ocasiona perda de umidade até o seu teor alcançar o equilíbrio com o grau hidrométrico do ar. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 34 Companhia Siderúrgica de Tubarão A secagem em estufa, a 105ºC, durante determinado tempo, pode ocasionar total evaporação da água de impregnação, chegando a umidade a 0%. A água de constituição, ou seja, aquela contida nas moléculas da madeira não se altera. O peso específico das madeiras varia de 0,30 a 1,30 g/cm3, dependendo da espécie da madeira, da árvore de origem, da localização do corpo de prova retirado da madeira em exame etc. As madeiras comerciais brasileiras apresentam pesos específicos que variam de 0,35 a 1,30 g/cm3. A retratilidadede corresponde às contrações lineares e volumétricas e sua determinação é feita em corpos de prova retirados da madeira com vários teores de umidade: madeira verde, madeira seca ao ar e madeira seca em estufa. Quanto às propriedades mecânicas propriamente ditas, elas dependem do teor de umidade da madeira e, principalmente, do seu peso específico. As propriedades que interessam, sob o ponto de vista prático são: − resistência à compressão paralela às fibras − módulo de elasticidade à compressão − resistência à flexão estática − módulo de elasticidade à flexão − resistência à flexão dinâmica ou ao choque − resistência à tração normal às fibras − resistência ao fendilhamento − dureza − resistência ao cisalhamento. As melhores madeiras para construção são as que provêm de árvores de maior altura, com troncos retos e regulares. Devem apresentar boa homogeneidade, boa resistência mecânica e dureza, sem, contudo, serem muito densas e difíceis de trabalhar. Quando as aplicações são de natureza mecânica, como em certas máquinas, cabos de ferramentas e aplicações semelhantes, as madeiras devem aliar à resistência à compressão boa resistência ao choque, ou seja, tenacidade. A seguir, indicam-se algumas das principais madeiras encontradas no Brasil, com os respectivos pesos específicos, variáveis dentro dos limites assinalados e aplicações comuns: Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 37 Gerais e Espírito Santo, empregada em móveis, compensados etc.; • pau-ferro ou muirapixuma, com densidade entre 0,90 e 1,20, ocorrente nas caatingas do Nordeste, empregada em tornearia, construção civil, dormentes, emplementos agrícolas, construção naval etc.; • pau-marfim ou marfim, com densidade entre 0,75 e 0,95, ocorrente no Sul do país, empregada em móveis, implementos agrícolas, tornearia etc.; • peroba ou amargoso, com densidade entre 0,75 e 0,85, ocorrente no Paraná, Mato Grosso, Minas Gerais, São Paulo e Bahia, empregada em móveis, esquadrias, carrocerias, construção civil etc.; • peroba-do-campo ou ipê-peroba, com densidade entre 0,75 e 0,80, encontrada na Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Goiás e Mato Grosso, empregada em móveis, tacos, construção naval etc.; • pinho brasileiro ou pinho do Paraná, com densidade entre 0,50 e 0,60, encontrada no Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Minas Gerais e São Paulo, empregada em móveis, acabamentos de interiores, compensados etc.; • sucupira-parda ou sucupira, com densidade entre 0,90 e 1,10, ocorrente no Pará, Amazonas, Goiás, Mato Grosso e Bahia, empregada em móveis, tornearia, tacos de assoalhos, implementos agrícolas, construção naval etc.; • vinhático ou amarelinho, com densidade entre 0,55 e 0,65, ocorrente no litoral fluminense, Minas Gerais, Bahia e Mato Grosso, empregada em móveis, acabamentos de interiores, compensados, construção naval etc.; Defeitos e enfermidades das madeiras As madeiras estão sujeitas a defeitos ou anomalias que alteram sua estrutura e a enfermidades que afetam sua composição química, reduzem sua resistência e causam o seu “apodrecimento”. As anomalias principais são as seguintes: • fibra torcida ou revirada, defeito esse caracterizado pelo fato das fibras das árvores não crescerem paralelamente ao eixo, mas sim em forma de hélice, devido ao excessivo crescimento das fibras periféricas com relação às internas. Estas madeiras servem somente para postes e pés-direitos; Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 38 Companhia Siderúrgica de Tubarão • irregularidades nos anéis de crescimento ou nós, o que, quase sempre, rejeita a madeira; • excentricidade do cerne, causada por crescimento heterogênio, resultado em pouca elasticidade e baixa resistência; • fendas ou gretas mais ou menos profundas, no sentido transversal; outras fendas de diversos tipos e denominações constituem igualmente anomalias que podem dificultar a utilização plena da madeira. Quanto às enfermidades das madeiras, os principais agentes destruidores são fungos, bactérias, insetos, moluscos e crustácios marinhos. Os fungos que atacam a celulose e a lignina são os mais nocivos. A madeira saturada de água ou com umidade inferior a 20% é mais difícil de ser atacada pelos fungos. Há moluscos que atacam as madeiras de embarcações, de diques e outras construções navais, incrustando-se na madeira e abrindo galerias verticais. O meio de combatê-los consiste em tratar-se a madeira com creosoto. Depois de atacadas por esses moluscos, as madeiras podem ser tratadas com sultato de cobre. Preservação da madeira Um dos meios utilizados para preservar as madeiras é por intermédio da secagem, natural ou artificial. Além da secagem, há os tratamentos superficiais, os quais são aplicados por pintura ou por imersão da madeira ou por impregnação ou por outros métodos. Os materiais aplicados são chamados “preservativos”. Quando se utiliza o processo de pintura, os preservativos são de preferência previamente aquecidos, para penetrar mais profundamente na madeira. Na imersão, mergulha-se a madeira no preservativo durante 15 a 20 minutos, com melhores resultados que a simples pintura superficial, pois todas as possíveis trincas e fendas ficam em total contato com o material protetor. Sem entrar em pormenores, os processos de impregnação que podem utilizar, numa mesma operação, vapor, vácuo e pressão, são os mais eficientes de todos, pois, por seu intermédio, as partes internas das madeiras são também atingidas e ficam protegidas da ação dos agentes destruidores. Os preservativos mais comumente empregados são: o creosoto, já mencionado e o mais importante de todos, o sulfato de cobre, o bicloreto de mercúrio, óleos crus (parafinados, asfálticos) etc. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 39 Materiais Plásticos Os materiais plásticos são compostos de resinas naturais ou resinas sintéticas. Quase todas as resinas plásticas são de natureza orgânica, tendo em sua composição Hidrogênio, Carbono, Oxigênio e Azôto. As matérias-primas para a fabricação dos materiais plásticos provêm do carvão mineral, do petróleo ou de produtos vegetais. O verdadeiro início da indústria dos materiais plásticos data de 1909, quando foram descobertos os primeiros materiais plásticos denominados Bakelite, Durez, Resinox e Textolite. Classificação Geral dos Materiais Plásticos Há duas categorias principais: Termoplásticos e Plásticos de endurecimento a quente. 1) Termoplásticos São os que, quando aquecidos, começam a amolecer a partir de cerca de 60ºC, podendo então ser moldado sem qualquer alteração de sua estrutura química. Os materiais termoplásticos mais conhecidos são: acrílicos, celulósicos, fluorcarbonos, naturais (shellac, asfalto, copal, etc.) nylon, polietilenos, poliestirenos, polivinils e proteínicos. 2) Plásticos de endurecimento a quente Estes, ao contrário dos primeiros, sofrem alteração química da sua estrutura quando moldados e não podem ser amolecidos novamente pelo calor para uma operação de reforma. Suas temperaturas de moldagem são muito mais altas que as dos termoplásticos. Por outro lado, o produto acabado deste plástico resiste a temperaturas muito mais altas, sem deformação. Os plásticos de endurecimento a quente mais conhecidos são: alkyds, epoxides, furan, inorgânicos, melaminos, fenólicos, poliesters, silicones e formaldeídos de uréia. Componentes dos Materiais Plásticos 1. Resina - Uma das acima citadas, que é o componente básico e que dá as principais características, o nome e a classificação do material plástico. 2. Massa - É um material inerte, fibroso, destinado a reduzir o custo de fabricação e melhorar a resistência ou choque e as resistências térmica, química e elétrica. Como massa são utilizados, conforme o caso, dentre outros, os seguintes Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 42 Companhia Siderúrgica de Tubarão Fig. 38 Papelão Hidráulico Os papelões hidráulicos destinam-se à vedação de tubulações com vapor saturado, água quente ou fria, soluções neutras, solventes, e produtos químicos. As juntas confeccionadas em papelão hidráulico oferecem elevada resistência ao esmagamento, baixo relaxamento, resistência à altas temperaturas e a produtos químicos. São fabricados com fibras minerais ou sintéticas ligadas com elastômero. As fibras são responsáveis pela elevada resistência mecânica e o elastômero, vulcanizado sobre pressão e temperatura determina a resistência química e as características de selabilidade, flexibilidade e elasticidade. As borrachas mais usadas na fabricação do papelão hidráulico são a natural (NB), neoprene (CR), nitrílica (NBR) e sintética (SBR). No caso das fibras as mais usadas são: A. Amianto - Mineral incombustível, inerte a maioria dos produtos químicos; B. Fibra Aramida - Material sintético, orgânico com excelente resistência mecânica e boa resistência a produtos químicos; C. Fibra de Carbono - Material sintético, com excelente resistência química e mecânica; D. Fibra Celulose - Material natural de limitada resistência à temperatura. Como principais tipos de papelões hidráulicos, temos: A. Não Amianto - Fabricado a base de fibras de carbono com borracha nitríca; B. Amianto - Fabricado com Amianto ligado com borracha sintética Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 43 Para pressões elevadas, o papelão hidráulico é fabricado com inserção de tela, aumentando a resistência mecânica. Entretanto a selabilidade é reduzida, pois o fluido tende a escapar pela interface (tela x borracha). O papelão hidráulico pode ser fornecido com acabamento do tipo grafitado, natural ou com antiaderente. O acabamento do tipo grafitado facilita a desmontagem, evitando que o material cole no flange. Quando a contaminação por grafite for indesejável, pode- se usar papelão com acabamento antiaderente. Para a escolha correta do tipo de papelão hidráulico é importante o fuido a ser vedado, a temperatura máxima de operação e a pressão máxima de trabalho. Limites de Serviço Cada papelão hidráulico apresenta seu próprio limite máximo de temperatura e pressão em função dos seus componentes (tipos de borracha e das fibras de amianto). Estas condições máximas porém, não devem ocorrer em conjunto, visto que na medida que aumenta a temperatura, o papelão vai perdendo sua resistência mecânica ou à pressão. A borracha sofre processo de envelhecimento e o amianto perde a água de cristalização, que diminui a sua resistência mecânica. O processo de perda de água de cristalização inicia-se a 350ºC. Contudo é mais acentuado na faixa de temperatura de 540 a 600ºC e consequentemente, a resistência a pressão do papelão cai em elevadas temperaturas. Os diversos tipos de borracha usados na fabricação dos papelões hidráulicos, determinam seu grau de resistência em relação aos fluidos a serem vedados. Espírito Santo __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ CST 44 Companhia Siderúrgica de Tubarão Borracha (Elastômero) Definição Substância elástica feita do látex coagulado de várias plantas, principalmente a seringueira, a goma-elástica, o caucho, etc, ou por processos químicos-industriais. Beneficiados para a indústria. Os elastômeros mais usados e suas características são: • Natural (NR): produto extraído de plantas tropicais, possui excelente elasticidade, flexibilidade e baixa resistência química. Envelhece devido ao ataque pelo ozônio, não recomendado para uso em locais expostos ao sol ou em presença de oxigênio. Limites de temperatura: -50ºC a 90ºC; • Sintética (SBR): é o mais comum dos elastômeros. Foi desenvolvido como alternativa à borracha natural apresentando características similares com melhor resistência à temperatura. Recomendado para trabalho em água, os ácidos fracos e álcalis. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC; • Nitrilica (NBR): também conhecida como Buna-N, possui boa resistência a óleos, gasolina, solventes e hidrocarbonetos. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC; • Cloroprene (CR): conhecida pela sua marca comercial Neoprene. Possui excelente resistência aos óleos, gasolina, ozônio, luz solar e envelhecimento, e baixa permeabilidade aos gases. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC. • Fluorelastômero (Vitom): excelente resistência aos ácidos fortes, óleos, gasolina, solventes clorados e hidrocarbonetos. Limites de temperatura: -40ºC a 230ºC.