Materiais de Construção Mecânica
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Materiais de Construção Mecânica
• Introdução: Seleção de Materiais• Materiais Ferrosos e Não Ferrosos• Materiais Ferrosos: Ferro fundido e Aço• Não Ferrosos: Alumínio, Cobre, Ligas Metálicas• Os materiais mais utilizados são ferro fundido
e o aço• Ferro fundido tem de 2 a 4,5% de Carbono (C )• Aço tem < 2% de Carbono
Seleção de Materiais e Projeto
• Ferro gusa : Ferro fundido e Aço• Gusa é duro e quebra fácil. (qto + duro + frágil)• Ferro Fundido: Fe + C + Si (boa resistência
mecânica; utilizado para máquinas, estrutura, veículos
• A qualidade diferencia no processo: Forno Cubilot e Forno Elétrico)
• Cinzento, Branco, Maleável, Nodular
Ferro Fundido
• A aparência da FRATURA, é que determina o tipo de ferro fundido depois que ele resfria.
• Aparência ser branca ou cinzenta é a forma como o carbono se apresenta depois que o metal fica sólido.
• Cementita (branca) ou Grafita (cinzento)• Cinzento: forma de flocos ou lâminas; boa
dureza; alta resistência ao desgaste, fácil de usinar, capacidade de absorver vibrações.
Ferro Fundido Cinzento / Branco
• Aplicações:• Fabricação de Blocos e cabeçotes de motor,
tambores de freios, peças para máquinas industriais.
• Ferro Fundido Branco: se forma quando o ferro fundido se solidifica e duas condições, não formar a grafita e todo carbono formar cementita, a cor da fratura fica clara e o ferro fica duro e frágil.
Ferro Fundido Maleável
• Reúne algumas vantagens do ferro fundido cinzento e algumas do aço.
• Alta fluidez no estado liquido e resistência mecânica
• Utilizado em peças complexas e finas.• Produzido a partir do ferro fundido branco,
após horas de tratamento térmico, ficando mais resistente ao choque e as deformações.
Ferro Fundido Maleável / Nodular
• Pode ter núcleo preto ou branco, dependendo do tratamento térmico.
• Núcleo Preto é utilizado: fabricação de suporte de molas, caixas de direção, cubo de rodas, bielas, conexões para tubulações.
• Núcleo Branco: capas de mancais, barra de torção e flanges para tubo de escapamento.
• Ferro Fundido Nodular: tem na sua estrutura partículas arredondas de grafita, quando se adiciona Mg, ainda na fase líquida.
Ferro Fundido Nodular
• Recebendo tratamento térmico adequado, apresenta: boa ductibilidade, tenacidade, usinabilidade, resistência a corrosão, melhor as vezes que algum tipo de aço.
• Utilização: Mancais, Virabrequins, cubos de roda, e peças de transmissão de veículos.
Exemplos
• ImagensBloco de motor
Cx Direçãotransmissão
Conexão Tubulações
IDENTIFICAÇÃO Ferro Fundido
• Catálogo Técnico• Normalizadas (mundo inteiro)• São baseadas na, resistência a tração,
alongamento e limite de escoamento.• Exemplo: fe fundido cinzento----- tração• FC – 100 ferro cinzento, resistencia a tração em
MPA (100).• NODULAR: FE50007 (500 resistência a tração e
o 07 porcentagem de alongamento.
AÇO: Composição
Aços Especiais - Liga
São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C, em quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas.
Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificam-se em:– Aços de baixa liga – quando o somatório dos teores dos
elementos de liga é inferior a 5%.– Aços de alta liga – quando o somatório dos elementos de
liga (teores) é superior a 5%.
Aços: Quanto a Aplicação•Aços de construção: são usados na manufatura de
componentes de equipamentos industriais.•Aços para ferramentas e matrizes: compreendem
os aços resistentes ao choques, para trabalho a frio e a quente e aços rápidos.
•Aços Inoxidáveis e resistentes ao calor: correspondem aos aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos, mais aços refratários.
•Aços com características especiais: como por exemplos, aços para imans permanentes, para núcleos de transformadores,...
Aplicações: Ductibilidade e Maleabilidade
O aço-carbono pode ser:
- Soldado - Curvado
- Forjado - Torcido
- Dobrado - Trabalho com ferramentas de corte
- Trefilados - Laminados
Imagens de Aplicação
Aplicações do AçoAplicações
1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce)Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria
2) 0,15% a 0,30% (doce)Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas.
3) 0,30% a 0,40% (meio doce)Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura
4) 0,40% a 0,60% (meio duro)Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos
5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc
Aços LIGA
• A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos:– aumentar a dureza e a resistência mecânica;– conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças de
grandes dimensões;– diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de modo a
reduzir a inércia de uma parte móvel;– conferir resistência à corrosão;– aumentar a resistência ao calor;– aumentar a resistência ao desgaste;– aumentar a capacidade de corte;– melhorar as propriedades elétricas e magnética
ElementoDe ligas
Influência na estrutura Influência nas propriedades
Aplicações Produtos
Níquel Refina o grão.Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço.
Aumenta a LRT.Boa ductilidade.
Aço para construção mecânica.
Peças para automóveis.Utensílios domésticos.Caixa para tratamento térmico.
Manganês. Estabiliza os carbonetos.Aumenta temperabilidade.Diminui a velocidade de transformações.
Aumento da resistência mecânica e temperabilidade.Resistência ao choque.
Aço para construção mecânica.
Peças para automóveis e peças para usos gerais em engenharia mecânica
Cromo. Forma carbonetos.Acelera o crescimento dos grãos.
Aumenta a resistência a corrosão e a oxidação.Aumento da resistência a altas temperaturas.
Aços para a construção mecânica. Aços-ferramentas.Aços inoxidáveis.
Indústria química; talheres; válvulas e peças para fornos.Ferramentas de cortes.
Molibdênio Influência na estabilidade do carboneto.
Alta dureza ao rubro.Aumento da LRT.Aumento da temperabilidade.
Aços-ferramentas, Aço cromo-níquel, substitui W em aços rápidos.
Ferramentas de cortes.
Vanádio Inibe o crescimento grãos.Forma carbonetos.
Maior resistência mecânica, tenacidade e temperab.Resistência a fadiga e abrasão.
Aços cromo-vanádio. Ferramentas de cortes.
Tungstênio Forma carbonetos duros.Diminui a velocidade das transformações.Inibe crescimento dos grãos.
Aumento da dureza.Resistência da resistência a altas temperaturas.
Aços rápidos.Aços-ferramentas.
Ferramentas de corte.
Cobalto. Forma carboneto.(fracamente).
Aumento da dureza.Resistência à tração.Resistência à corrosão.Resistência à erosão.
Aços rápidos.Aços ferramenta.
Ferramentas de cortes.
Silício. Auxilia na desoxidação.Auxilia na grafitização.Aumenta a fluidez.
Resistência a temperaturas elevadas.Melhora temperab./ LRT.
Aços alto carbono.Aços para a fundição em areia.
Peças fundidas.
Identificação de Aço
• SAE 1 0 4 0
• Quatro algarismos para designar os aços;• Os dois últimos algarismos teor de carbono• Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a
quantidade aproximada dos elementos da liga;• Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são
simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero;
Identificação dos Aços
IDENTIFICAÇÃO: Quanto ao 1º Número
1 Aço Carbono
2 Ni
3 Ni - Cr
4 Mo
5 Cr
6 Cr - Va
7 W
8 Ni – Cr - Mo
9 Si - Mn
Exemplos
• Exemplos– SAE 2350
• Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C;
– SAE 5130• Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C;
– SAE 9220• Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C.
Aços LigaEfeito dos elementos de adição (liga):- Vanádio (V): Tenacidade e excelente desoxidante;- Cromo (Cr): Aumento a resistência ao desgaste;- Boro (B): Resistência a fadiga;- Níquel (Ni): Boa ductilidade e resistência à corrosão;- Tungstênio (W): Alta resistência mesmo em altas TºC;- Manganês (Mn): Ductilidade, resistência ao desgaste/choque;- Silício (Si): Aumenta a elasticidade e resistência;- Alumínio (Al): Desoxidante; - Molibdênio (Mo): alta resistência ao amolecimento;
Condições de Aplicação : Aço Liga
– Altas temperaturas: fluência, oxidação;– Baixa temperaturas: fratura frágil;– Meio corrosivo: corrosão acelerada;– Produtos especiais: contaminação;– Segurança: materiais tóxicos, explosivos, inflamáveis;– Alta resistência: grandes esforços.
Aço Inoxidável
• Liga de Ferro e Cromo, podendo ter Ni e Mo.• Min. 12% Cr• Normalmente são classificados em:• Austeníticos (liga Fe/Cr/Ni) não temperáveis• Ferríticos (liga Fe/Cr) não temperáveis• Martensíticos (liga Fe/Cr) temperáveis
AÇO INOXIDÁVEL: Famílias
Austeníticos: Fe+ C+ Cr + Ni (não magnéticos) Aço tipo 304 (panelas, baixelas, revestimentos, tanques, pias, equipamentos industriais).Ferríticos: Fe + C + Cr (magnéticos), aço tipo 430 (moedas, fogões, Sistema de exaustão, revestimento de elevadores.Martensíticos: Fe + C alto + Cr (magnéticos), temperáveis, aço tipo 420 (facas, instrumentos cirúrgicos, lâminas, instrumento de medição.
Aço Inoxidável
• Sobre a superfície do aço inox forma-se uma película invisível (camada passiva), que protege contra a oxidação, resultado da reação entre o cromo e o oxigênio do ar.
• Caso haja algum corte (guilhotina), a camada passiva se refaz.
• Cuidados com a camada passiva: proteger de ganchos, correntes, guinchos, não pisar, colocar sobre estrados, bancas revestidas com borracha, etc.
Aço Inoxidável: Família 300 Austeníticos
Aust
304C< = 0,08Cr 18/20Ni 8/10,5
304 HC 0,04 /0,10
Cr 18/20Ni 8/10,5
Propriedades mecânicas em alta temperatura
316C <= 0,08 Cr 16/18Ni 10/14Mo 2/3
Resistência a corrosão por PITES
304 LC <= 0,03Cr 18/20Ni 8/12
316 LC <= 0,03 Cr 16/18Ni 10/14Mo 2/3
- C
Resist. intergranular
321C <= 0,08Cr 17/19Ni 9/12
Ti >5
+ Ti
Mo
- C
301C< = 0,15Cr 16/18
Ni 6/8
- Ni / Cr
EstruturasAlta resistênciamecânica
Resistência Intragranular
• Corrosão que existe ao lado da solda, devido a fenômeno de precipitação de Carboneto de cromo.
• O aço 321 é mais barato que o 304L; ficando mais barato na siderurgica, acrescentar titânio do retirar carbono.
Aço Inoxidável: Familia 400 Ferríticos
• Ferríticos
434C <= 0,12Cr 16/18
Mo 0,75/1,25Res. Pite
Escapamento carro
430C <= 0,12Cr 16/18
Moedas, fogões, pias
444C <= 0,025
Cr 17,5/19,5Mo 1,75/2,50Ti + Nb > 0,20
Tubos evaporadores, caixas d’agua
439C <= 0,07Cr 17/19Ti 0,20
Escapamento carro, micro onda, maqu. lavar
409C <= 0,08
Cr 10,5/11,75Ti > 6xC
Escapamentos
410 DC <= 0,08
Cr 11,5/13,5Recheios de coluna de
destilação
Aço Inoxidável Família 400 Martensíticos
• Martensíticos
430C <= 0,15Cr 12/14
Facas e disco de freio
Din 1.4110(ACE 498)
C 0,42/0,47Cr 13/13,5
Mo 0,50 / 0,55Maior dureza, resistência ao desgaste
Facas p
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO• O que é PITES?• Quais metais melhora a resistência do aço inox contra a corrosão (pites)?• O que é a corrosão intragranular?• Quais as principais familias do aço inoxidável?• Tem se o aço 304 H, o que significa o H, pode o mesmo trabalhar a alta
temperatura?• É o aço da família austeníco magnético?• Qual família de aço inox é temperável?• O que significa FC 100?