1- MAT. CTR. MEC. 1ª AULA 17.1

(1)

MATERIAL DE CONTRUÇÃO MECÂNICA

Turma: MC

Introdução

Objetivos

Programa

Bibliografia

Avaliação

1

Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota Engenheiro Mecânico e Metalúrgico

(2)

PROGRAMA - EMENTA

• _{1. Produtos siderúrgicos.} • _{2. Fabricação dos aços.}

• _{3. Tratamentos térmicos e termoquímicos.} • _{4. Ferros fundidos.}

• _{5. Metalografia.}

• _{6. Aços para construção mecânica.} • _{7. Aços para fins especiais.}

• _{8. Materiais resistentes a corrosão e ao calor.} • _{9. Metais não ferrosos.}

• _{10. Materiais para ferramentas e matrizes.} • _{11. Produtos da metalurgia do pó.}

• _{12. Materiais compósitos.}

• _{13. Novos materiais usados na engenharia.} • _{14. Seleção de materiais.}

(3)

BIBLIOGRÁFIA BÁSICA

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecânica. vol.III. São Paulo:

McGraw-Hill,1986, 2ª ed.

CHIAVERINI, Vicente. Aços e ferros fundidos.São Paulo: ABM, 1977.

COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos

comuns. São Paulo: Edgar Blücher, 2008,4ª ed.

TELLES, Pedro C. Silva.Materiais para Equipamentos de Processos.

Editora Interciência. 6ª ed.

SITES: www.cimm.com.br

www.brasimet.com.br

www.acesita.com.br

www.villares.com.br

www.comercialgerdau.com.br

3

(4)

Seleção e Especificação de Materiais

Metálicos para Construção Mecânica:

do Cálculo Mecânico ao Tratamento

Térmico

BIBLIOGRÁFIA COMPLEMENTAR

Cod. de Referência: 2119 Associado R$ 20,00 Não Associdado R$ 20,00 Associado Junior R$ 20,00

(5)

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

Peckner, D; Bertein, J. M. Handbook of Stainless Steell.

American Society for Metals. Metals Handbook.

Catálogos e publicações dos fabricantes de materiais.

“O saber a gente aprende com os mestres e os livros.

A sabedoria, se aprende é com a vida e com os humildes”.

Cora Coralina

(6)

HOMEPAGE DA DISCIPLINA

6



Note bem, a leitura destes apontamentos não dispensa de modo

algum a leitura atenta da bibliografia principal da cadeira.

Prof. Antonio Fernando de Carvalho Mota, M.Sc. Eng.

(7)

Bibliografia

7

VICENTE CHIAVERINI

Hubertus Colpaert

Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns

(8)

(9)

Bibliografia (continuação)

(10)

OBJETIVOS

A Relação da Microestrutura com as propriedades Mecânicas.

Importância e aplicações dos Tratamentos Térmicos.

Trinômio: Matéria-prima, Processo de fabricação e Projeto.

Estabilidade dos Materiais nas Condições de Serviços.

Questões Ambientais.

Segurança.

Seleção de Materiais.

Novos Materiais.

Viabilidade Técnica e Econômica do Projeto.

(11)

DATAS DAS PROVAS

Data limite do primeiro exercício 06 de maio de 2017

Data limite do segundo exercício 01 de julho de 2017

Final:

08 de julho de 2017

NOTA IMPORTANTE:

Os trabalhos e seminários, participação voluntária, não ajuda na avaliação,

serão computados depois da aprovação por média, somente para melhorar a

média.

(12)

A ENGENHARIA DO PRODUTO

E QUALIFICAÇÃO PROFISSIONAL

BENS INTERMEDIÁRIOS:

(chapas, tubos, perfis)

BENS DE CAPITAL:

(navios, turbinas, caldeiras, vasos de pressão, torno mecânico, máquina de solda, aerogeradores, etc )

BENS DE CONSUMO DURÁVEIS:

(automóveis, eletrodomésticos)

Processos de Fabricação

(13)

O QUE É UMA USINA SIDERÚRGICA?

(14)

A SOLDAGEM EQUIVALE A UMA MINI ACIARIA

Adição de Ferro-Liga: Fe-Mo, Fe-Mn, Fe-Cr, Fe-Ni

ACIARIA

(FORNO ELÉTRICO)

SOLDAGEM

(ELETRODO REVESTIDO)

Avaliação: Quais as funções do revestimento do eletrodo?

Quando ocorre o sopro magnético?

(15)

Processo Siderúrgico – Usina Integrada

Preparação

da carga Redução Refino

Lingotamento Laminação

(16)

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

(VARIÁVEIS METALÚRGICAS)

1- Endurecimento por Solução Sólida

(Sólid-Solition Hardening)

2- Endurecimento por Deformação Plástica a Frio

(Strain Hardening)

3- Endurecimento por refino de grão

(Grain Refining)

Eq. Hall e Petch:



_e

=



₀

+ k

_y

.d

-1/2

4 – Endurecimento por reação Martensítica

(MARTENSITE REACTIONS)

5- Endurecimento devido a partículas finas ou

Envelhecimento (Precipitation Hardening)

(17)

Classificações e Aplicações dos Aços

Diferença entre Classificação e Especificação

Influência dos elementos de Ligas

17

0,60%  C  1,40

0,25%  C  0,60%

(18)

SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS

SAE (Society Automotive Engineers) e ABNT

ABNT- NBR 6006 – Classificação por composição química de aços para

construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01%

10XX  Aços-carbono de uso geral

11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre

13XX  Manganês (1,75%)

40XX  Molibdênio (0,25%)

43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

51XX  Cromo (0,8-1,05%)

86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%)

98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

ABNT- NBR 6006 – Classificação por composição química de aços para

construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01%

10XX  Aços-carbono de uso geral

11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre

13XX  Manganês (1,75%)

40XX  Molibdênio (0,25%)

43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

51XX  Cromo (0,8-1,05%)

86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%)

98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%)

(19)

(20)

20

TRATAMENTOS TÉRMICOS

(21)

21 21

Avaliação



Quais os tratamentos térmicos que

promovem o amolecimento dos aços?



Quais os tratamentos térmicos que

promovem o endurecimento dos aços?

(22)

(23)

(24)

TRATAMENO

TÉRMICO FINALIDADE PROCESSO

RECOZIMENTO trabalho a frio. Diminui a dureza e as tensões de Remoção de tensões deixadas no aço por escoamento e ruptura. Amolece o aço.

Aquecimento seguido de resfriamento no próprio forno (lentamente).

NORMALIZAÇÃO Homogeneização da microestrutura e alívio de _{tensões internas causadoras de empenamento.} Aquecimento seguido de resfriamento ao _ar.

PATENTEAMENTO

Obtenção de uma estrutura que combine com alta resistência a tração, boa ductilidade (especial para arames de alta taxa de trefilação), resultando

em alta tenacidade.

Aquecimento seguido de resfriamento em banhos de chumbo líquido a 450C.

TÊMPERA

Obtenção de uma micro estrutura interna extremammente dura (martensita) que aumenta o

limite de resistência a traça e também a sua dureza.

Aquecimento a alta temperatura seguido de resfriamento rápido (em água ou óleo)

REVENIMENTO

Acompanha a têmpera, aliviando ou removendo as tensões internas deixadas por ela, e corrigindo

as excessivas dureza e fragilidade do material, melhorando sua ductilidade.

Aquecimento e permanência em temperatura de 250 a 550 C, seguido de

resfriamento.

CEMENTAÇÃO

Aumentar a dureza e resistência ao desgaste superficial (por fricção ou atrito), enquanto mantém o núcleo (miolo) do material ainda

dúctil.

Aquecimento em conjunto com uma substância em carbono permitindo a

(25)

25

Diagrama Fe-Fe

₃

C

Diagrama Fe-Fe

₃

C

Avaliação:

Quais os tratamentos Térmicos não

previstos no diagrama de equilíbrio Fe-C?

Resposta: Têmpera (Martensita) e

Austêmpera (Bainita)

1 . 5 0 0 1 . 2 5 0 1 . 0 0 0 7 5 0 5 0 0 o o o o o 0 % 1 2 3 4 5 6 C 7 2 3 Co L í q u i d o ( L ) 2 , 0 0 , 8 + C e m e n t i t a + L  + C e m e n t i t a  +    + L  +  



T e o r d e C a r b o n o T e m p e r a t u r a

(26)

26

Tratamentos térmicos

Austenita F E R R I T A F e r r o  A U S T E N I T A F e r r o  C F C C C C

(27)

(28)

28

TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIMENTO

(29)

29

QUAL A IMPORTÂNCIA DO REVENIMENTO?

Operação de têmpera com posterior revenimento

(30)

TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIMENTO

(31)

AUSTÊMPERA

(32)

32 32

Tratamentos Térmicos

Recozimento

Normalização

Tempera

e Revenido

Esferoidização ou

Coalescimento



Total ou Pleno



Isotérmico



Alívio de tensões



Recristalização

Reduz a dureza e facilita a asinagem de aços alto carbono Aumenta a Resist. Mec. e dureza

Confere

homogeneidade

(33)

33

Influência da composição química

e do tratamento térmico

(34)

Equação de Hall-Petch

Equação de Hall-Petch, “σ

_y

” é o limite de escoamento, “d” é o

tamanho médio do grão e “σ

₀

” e “k

_y

” são constantes

particulares do material.

Refino de Grão – segundo mecanismo de endurecimento

(principal variável metalúrgica)

(35)

35

Influência da temperatura e do tempo

sobre o tamanho dos grãos

(36)

Carbono equivalente

Carbono equivalente é um numero empírico que mede a temperabilidade

ou soldabilidade:

CE = C + (Mn)/6 + (Cr+Mo)/5 + (V+Ni+Cu)/15

Fórmula adotada pelo Welding Institute

Onde:

Análise dos resultados:

CE < 0,4 não é temperável e de fácil soldagem;

CE > 0,4 é temperável e exige cuidados especiais na soldagem

.

Símbolo Nome Mn manganês Cr Cromo Mo Molibdênio V Vanádio Ni Níquel Cu Cobre

(37)

Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A - USIMINAS

AÇOS SINCRON

Especialmente concebidos para conciliar e integrar processos, os aços da série Sincron permitem que seus usuários ganhem tempo, produtividade e eficiência na aplicação final do material. As principais características dos aços Sincron são a alta resistência mecânica e a elevada tenacidade.

Produzidos com a exclusiva tecnologia CLC (Continuous on-Line Control) - processo de produção de chapas grossas criado pela Nippon Steel, os aços

Sincron podem ser aplicados, principalmente, na indústria de óleo e gás e

em segmentos que requerem desempenho superior na soldagem de estruturas metálicas.

(38)

38

(39)

(40)

40

TRATAMENTOS PARA

ENDURECIMENTO SUPERFICIAL

(41)

41

ENDURECIMENTO SUPERFICIAL

Têmpera superficial por chama

(42)

42 42

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS



- Cementação;



- Nitretação;



- Carbonitretação.

Forno Câmara

Forno com atmosfera controlada

Macrografia de uma Engrenagem cementada

(43)

43

Têmpera por laser



O processo é muito preciso em impor

aquecimento seletivo sobre áreas bem específicas.



Além disto o processo pode ser feito em alta

(44)

44

Tratamentos térmicos especiais



TRATAMENTO TÉRMICO A VÁCUO

(45)

Conexões

 Ferros Fundidos Brancos  Ferros Fundidos Cinzentos  Ferros Fundidos Mesclados  Ferros Fundidos Maleáveis  Ferros Fundidos Nodulares  Ferros Fundidos Vermiculares

 Fundição contínua TUPY- barras e buchas FUCO

FERROS FUNDIDOS

(Cast Iron)

45

Fundição

Âncora, Porto e Navio

Ponte Maurício de Nassau Mercado de são José

(46)

46 46

DIAGRAMAS Fe-C e Fe-Fe

₃

C

Fe-C importante nos ferros fundidos

Diagrama metaestável: Diagrama estável:

(47)

METALOGRAFIA

Macrografia

Micrografia

(48)

(49)

MATERIAIS RESISTENTES A CORROSÃO E AO CALOR

Aços Inoxidáveis Ferríticos – não endurecível via trat. térmico

Aços Inoxidáveis Martensíticos - endurecível via trat. térmico

Aços Inoxidáveis Austeníticos - não endurecível via trat. térmico

Aços Inoxidáveis Duplex (Austenita e Ferrita )

Aços Inoxidáveis PH (Precipitation Hardeding)

(50)

SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO

(Shielded Metal Arc Welding – SMAW )

(51)

Soldagem de aços inoxidáveis

Quais os processos de soldagem mais indicados?

51

(52)

Soldagem de aços inoxidáveis

Quais as dificuldades na soldagem de aços Inoxidáveis?

Diagrama de Schaeffler

(53)

METAIS NÃO FERROSOS

COBRE E SUAS LIGAS

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

53

(54)

ALUMÍNIO NA INDÚSTRIA MECÂNICA

Quais as dificuldades da soldagem do Alumínio?

(55)

AÇOS PARA FINS ESPECIAIS

 Aços resistêntes ao desgaste

 Aços para fins elétricos e magnéticos  Aços grafíticos

 Aços criogênicos – Industria naval e aeroespacial

55

(56)

METALURGIA DO PÓ

56 Compactação

(57)

(58)

O Cenpes (Centro de Pesquisas e

Desenvolvimento da Petrobras) inaugurou, em outubro, novas instalações na Ilha do Fundão, no Rio de Janeiro. Sua área construída foi ampliada de 122 mil para 305 mil m2, com 227 laboratórios projetados para comportar mais de 3.500

cientistas. Os laboratórios são destinados a

atender as demandas tecnológicas das áreas de negócio da Petrobras, como biotecnologia, meio ambiente e gás e energia, e o pré-sal.

Localizado próximo ao Parque Tecnológico da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), o Cenpes figura agora como um dos maiores centros de pesquisa aplicada do mundo. A

Petrobras é hoje a empresa que mais investe em ciência e tecnologia no país. Nos últimos três anos (2007-2009) foram R$ 4,8 bilhões.

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RECONHECIMENTO DA IMPORTÂNCIA DO PINGA-FOGO

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