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AÇOS E FERROS FUNDIDOS

Prof. Dr: Anael Krelling

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AÇOS

Aços são ligas Fe-C que podem conter outros elementos

•Propriedades mecânicas dependem da % C.•% C < 0,25% - baixo carbono.•0,25% < % C < 0,60% - médio carbono.•0,60% < % C < 1,4% - alto carbono.

Aços carbono

•Baixíssima concentração de outros elementos (concentração residualou impureza).

Aços liga

•Outros elementos em concentração apreciável.


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AÇOS BAIXO CARBONO (% C < 0,25%)

•Microestrutura de perlita e ferrita;

•Macios e pouco resistentes, muito dúcteis e tenazes;

•Insensíveis a tratamentos térmicos;

•Custo mais baixo de produção;

•Usos em painéis de carros, tubos, pregos, arame...

•Chapas.


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AÇOS DE ALTA RESISTÊNCIA E BAIXA LIGA (ARBL OU HSLA)

•Elementos de liga (Cu, V, Ni, Mo) até 10%p;

•Maior resistência mecânica e à corrosão;

•Podem ser tratados termicamente;

•Conformáveis, podem ser usinados;

•Usados em estruturas para baixas temperaturas, chassis de caminhões,vagões, etc.


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AÇOS MÉDIO CARBONO (0,25% < %C < 0,60%)

•Tratamento térmico para melhorar propriedades;

•Mais resistentes que aços de baixo C;

•Utilizados na forma de martensita (fase extremamente dura, mas frágil)revenida (tratamento térmico para melhorar a tenacidade damartensita;

•Se tornam mais resistentes mas menos dúcteis e tenazes;

•A presença de impurezas aumenta a resposta a tratamentos térmicos;

•Usos em molas, pistões, engrenagens, rodas e trilhos de trens,virabrequins, etc.


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Tab.: Sistemas de designação AISI/SAE e UNS e faixas de composição para aços comuns aocarbono e vários aços de baixa liga.

Conteúdo da lida

Teor de C X 100


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AÇOS COM ALTO CARBONO (>0,60%)

•Mais duros e mais resistentes;•Menos dúcteis dentre os aços carbono;•Usado na condição endurecida e revenida;•Resistentes ao desgaste e à abrasão;•Aços ferramentas e matrizes;

•Alto teor de carbono;•Cr, V, W e Mo;•Formam carbonetos duros e resistentes;

•Ex.: Ferramentas de corte e matrizes para modelação e conformação demateriais;•Facas e lâminas de corte, lâminas de serra para metais;•Molas e arames com alta resistência.


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Tab.: Designações, composições e aplicações para seis aços-ferramenta.

W – Aços temperáveis em águaS – Aços resistentes ao choqueP – Aços para moldesL e F – Aços para fins especiaisO, A, D – Aços para trabalho a frioH – Aços para trabalho a quenteT e M – Aços rápidos


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AÇOS INOXIDÁVEIS

•Altamente resistentes à corrosão em uma variedade de ambientes;•Principal elemento de liga, Cr > 11%p;•Ni e Mo melhoram a resistência à corrosão;•Podem ser:

•Martensíticos – tratamento térmico – martensita principalconstituinte;•Ferríticos – compostos por ferrita (CCC);•Austeníticos – fase γ se estende até a temperatura ambiente(elementos de liga produzem grandes alterações no diagrama Fe-C).Mais resistentes à corrosão. Não magnéticos.

•Resistentes à corrosão a temperaturas de até 1000°C;•São utilizados em turbinas a gás, caldeiras de vapor, fornos, aeronaves,mísseis e unidades geradoras de energia nuclear.


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COMPARAÇÃO DE PROPRIEDADES


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FERROS FUNDIDOS

Ferros fundidos são ligas Fe-C com concentração acima de 2,1%pC (tipicamente entre 3 e 4,5%p C). Nesta faixa de concentrações, atemperatura de fusão é substancialmente mais baixa do que a dos aços.Isto facilita os processos de fundição e moldagem. Suas propriedadesmudam radicalmente em função da concentração de C e outrasimpurezas (Si, Mg, Ce) e do tratamento térmico.

Cementita (Fe3C) – Composto metaestável, sob algumascircunstâncias – dissocia-se em ferrita α e grafita.


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Sistema Estável

Sistema Metaestável

Formação de austenita + grafita

Formação de austenita + Fe3C

Ferro Fundido Cinzento

Ferro Fundido Branco

Fatores que influem no equilíbrio

Velocidade de resfriamento

Elementos de liga


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INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA

Si

Cr

Grafitizante

Estabilizador de Carbonetos

Favorece a formação de FoFo Cinzento

Favorece a formação de FoFo Branco


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FERRO FUNDIDO CINZENTO

•%p C entre 2,5 e 4,0, %p Si entre 1,0 e 3,0;•Grafita em forma de veios/flocos (corn flakes) cercados porferrita/perlita;•O nome vem da cor típica da superfície de fratura;•Fraco e frágil sob tração;•Os veios funcionam como pontos de concentração de tensão e iniciamfratura sob tração (extremidades dos veios são afiladas e pontiagudas);•Mais resistente e dúctil sob compressão;•Ótimo amortecedor de vibrações;•Resistente ao desgaste, baixa viscosidade quando fundido, permitindomoldar peças complexas;•Mais barato de todos os materiais metálicos.


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Os ferros fundidos

cinzentos são classificados pelanorma NBR 6589, de acordo comseus limites de resistência à tração.A classificação é codificada por duasletras e um número de três dígitos:FC-XXX. As letras FC indicam o ferrocinzento e o número indica aresistência à tração em MPa.

Tipo D (mm) (*) d (mm) (**)LR mínimo (MPa)

FC-100 20 20 100

FC-150 13 8 230

20 12,5 180

30 20 150

45 32 110

FC-200 13 8 280

20 12,5 230

30 20 200

45 32 160

FC-250 13 8 330

20 12,5 280

30 20 250

45 32 210

FC-300 20 12,5 330

30 20 300

45 32 260

FC-350 20 12,5 380

30 20 350

45 32 310

FC-400 30 20 400

45 32 360

D - diâmetro da barra no estado bruto-de-fundição

d - diâmetro do cp usinado


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FERRO FUNDIDO NODULAR

•A adição de Magnésio e/ou Cério ao ferro fundido cinzento faz com quea grafita se forme em nódulos esféricos e não em veios;

•Esta microestrutura leva a muito maior ductilidade e resistência,aproximando-se das propriedades do aço;

•Esta microestrutura lembra a de um material compósito;

•Usado em válvulas, corpos de bombas, engrenagens, etc.


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O ferro fundido nodular é designado por um conjunto de duasletras e um número de cinco dígitos, no qual os três primeirosalgarismos indicam a resistência à tração em MPa e os dois últimos, aporcentagem de alongamento.

Segundo a norma NBR 6916, o ferro fundido nodular éclassificado nos seguintes tipos: FE 38017, FE 42012, FE 50007, FE60003, FE 70002, FE 80002.

Um ferro fundido FE 50007 é um ferro fundido nodular, com 500MPa de resistência à tração e com 7,0% de alongamento mínimo.


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NORMA ABNT (NBR 6916/1981)

Classe LR mín (Mpa)

LE min (Mpa)

A (%) A título informativo

HB microestrutura predominante

FE 38012 380 240 17,0 140-180 Ferrítica

FE 42012 420 280 12,0 150-200 Ferrítica

FE 50007 500 350 7,0 170-240 Ferrítica-perlítica

FE 60003 600 400 3,0 210-280 Perlítica

FE 70002 700 450 2,0 230-300 Perlítica

FE 80002 800 550 2,0 240-312 Perlítica

FE 38017-RI 380 240 17,0 140-180 Ferrítica


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FERRO FUNDIDO BRANCO E FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

•Para concentrações de Si abaixo de 1% e taxas rápidas de resfriamentoa maior parte do carbono se mantém na forma de Cementita;

•A superfície de fratura neste caso é branca;

•Seções espessas podem ter apenas uma camada superficial de ferrobranco, com ferro cinzento nas interiores;

•Muito duro e muito frágil;

•Se reaquecido a T=800°C por dezenas de horas (em atmosfera neutrapara evitar oxidação) a cementita se decompõe formando grafite empequenas regiões (rosetas), análogo ao ferro nodular - Ferro Maleável


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FERRO FUNDIDO VERMICULAR

•C entre 3,1 e 4,0%p;

•Formação da grafita promovida pelo Si (1,7 a 3,0%p);

•Grafita na forma vermicular (forma de vermes), microestruturaintermediária entre ferro nodular e cinzento. Alguma grafita (< 20%)pode estar na forma de nódulos;

•Mg e Ce em quantidades menores do que no nodular;

•Matriz pode ser perlita e/ou ferrita;

•Propriedades intermediárias entre cinzento e nodular;

•Usados em blocos de motores diesel.


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RESUMO – FERROS FUNDIDOS


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