Materiais de Construção Aços

Transcrição

1 Materiais de Construção José Carlos G. Mocito O que é o aço? O aço é uma liga Ferro Carbono (liga FE C), cujo teor em carbono varia entre 0.03 e 2,06%. Uma propriedade característica dos aços é a sua forjabilidade; As ligas ferro carbono com teor em carbono superior a 2,06% são designadas de fundições ou aços de fundições, tendo como limite máximo do teor de carbono 6.67% que corresponde à quantidade máxima de carbono que é possível solubilizar no ferro. 1

2 O que é o aço? No alto forno a entrada do minério é feita pela parte superior ou goela. Obtem se depois a gusa que por ser mais densa fica no fundo (ferro impuro e poroso com alto teor de carbono) e a escória (impurezas) que flutua e é removida pela parte superior. A equação química da redução do minério a 1200 o C é a seguinte: O 3 Fe 2 +3OC > 2Fe+3CO 3 Alto forno 2

3 Materiais Aço Discovery Channel obtenção aço Modo de obtenção Paraaobtençãodoaçooferrobrancoésubmetidoauma nova fundição para oxidação pelo ar e outros gases do enxofre, silício e carbono. O ferro descarboniza e perde as substâncias estranhas que são queimadas. Obtém se: Ferro fundido com teor de C > 1.7% até 6.67% Aço com teor de C > 0.2% e < 1.7% Ferro doce ou forjado com teor de C < 0.2%. 3

4 Modo de obtenção O aço poder então obtido através de: Carbonetando o ferro doce; Descarbonetando o ferro fundido; Através de processos mistos, ex. Siemens Martins, Bessemer, etc. Tipos de aços obtidos Os aços obtidos podem ser de dois tipos: Calmados, quando houve desoxidação total ; Efervescentes, quando não houve desoxidação completa. 4

5 Características da Liga Quando a temperatura sobe para valores superiores a 910 o C, a estrutura do ferro é alterada e os seus átomos dispõem se em unidades cúbicas de faces centradas (cfc). Chamamos a esta nova variedade austenite. O espaço livre entre os átomos aumentou, pelo que a percentagem de carbono que pode ser dissolvida intersticialmente aumenta também. E, sendo o níquel e o manganês metais que preferem estruturas cfc, estes podem dissolver se substitucionalmente na austenite. Características da Liga O carbono e o ferro podem formar também um composto, Fe3C, designado de cementite, material duro e frágil que forma correntemente ligas com crómio, molibdénio e manganês. Como se encontra raramente pura, a esta variedade dá se também o nome de carbeto. 5

6 Características da Liga Um outro composto, designado por perlite, forma se quando a ferrite e a cementite, no processo de arrefecimento da austenite, formam uma mistura íntima com microestrutura lamelar. A mistura (ferrite + cementite) pode ser conseguida de outras formas que, no entanto, não conduzem à estrutura lamelar característica da perlite e não possuem, portanto, as suas propriedades. A importância das diferentes fases presentes numa liga pode ser verificada através da figura seguinte, onde se apresentam algumas propriedades em função da composição (diagrama de equilíbrio). Diagrama da liga Fe-C 6

7 Processamento térmico do aço A austenite pode se decompor de diversas maneiras obtendo se diferentes micoestruturas sendo que as propriedades resultantes variam significativamente. Têmpera se o tempo de arrefecimento for rápido, origina se martensite dura (e relativamente frágil) por se impedir a transformação para ferrite+cementite. Revenido A martensite não permite qualquer deformação plástica. Se for aquecida permite alguma difusão de carbono, formando se pequenos cristais de cementite. Processamento térmico do aço Esquema do processo de transformação da austenite 7

8 Processamento térmico do aço Normalização Arrefecimento ao ar permitindo alguma difusão de carbono para formar a cementite. Têm propriedades intermédias entre os temperados e os recozidos. Recozimento Arrefecimento muito lento no forno para se formarem produtos de equilíbrio. Processamento térmico do aço Na têmpera, se o tempo de arrefecimento for rápido, originase martensite dura (e relativamente frágil) por se impedir a transformação para ferrite + cementite. Este é o objectivo da têmpera nos aços. 8

9 Processamento térmico do aço Esquema do processo de transformação da austenite Processamento térmico do aço Processo Objetivo Procedimento Fases (s) Recozimento Amaciar Resfriamento lento Ferrite + Carbeto Têmpera Endurecer Resfriamento rápido Martensite Têmpera interrompida (Martêmpera) Endirecer sem trincar Resfriamento rápido segudo por um lento Martensite Austêmpera Revenido Endurecer sem formar martensite frágil Conferir tenacidade Resfriamento rápido Reaquecimento da martensite Ferrite + Carbeto Ferrite + Carbeto * Os aços que contêm martensite devem ser tornados tenazes através de um tratamento de revenido 9

10 Características mecânicas dos constituintes do aço Tensão de rotura N.mm 2 Extensão após rotura % Dureza HB Caraterísticas Austenite 88 a a Resistente ao desgaste, dúctil e tenaz Ferrite 15 a 30 +/ Macia e maleável Cementite Dura e frágil Martensite 180 a a a 850 Dura e frágil Perlite 60 a a a 300 Perlite Ultra fina 140 a a Processamento mecânico do aço É o processo mais utilizado para modificar as propriedades mecânicas: tensão limite de cedência e alongamento de rotura. Deve ser complementado por uma recristalização a temperaturas entre os 200 a C permitindo o desaparecimento de tensões internas. Laminagem a frio deformação longitudinal por compressão transversal Estiragem aplicação de tracção às barras ou fios Trefilagem estiragem através de fieiras Torção aplicação de torção 10

11 Processamento mecânico do aço Tipos de materiais: Varões Fios Redes Armaduras especiais Processo de produção: Laminagem a quente Endurecimento a frio Processamento mecânico do aço Endurecimento a frio (aumento da resistência e diminuição da ductilidade): Tensões limite de proporcionalidade e de rotura são mais elevadas Extensões na rotura e pós rotura são mais baixas Módulo de elasticidade mantem se Patamar de cedência desaparece 11

12 Propriedades geométricas dos varões Diâmetro nominal e diâmetro efectivo Superfície lisa e superfície rugosa A235, A400 e A500 Propriedades geométricas dos varões 12

13 Ficha de Ensaio 13