METAIS. Devido à ligação metálica, possuem propriedades típicas

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2 Compreendem a maioria dos elementos químicos conhecidos Podem formar sólidos metálicos METAIS Devido à ligação metálica, possuem propriedades típicas LIGAÇÃO METÁLICA Ligações: íons metálicos Elétrons: deslocalizados em nuvem eletrônica que se movimenta entre íons da rede cristalina Energia média nos elétrons da nuvem eletrônica < elétrons de átomo isolado Atração: nuvem eletrônica cátions estabilidade reticular Baixa energia de ionização: perda de elétrons para a rede metálica estabilidade

3 LIGAÇÃO METÁLICA Ligação metálica para metais alcalino-terrosos

4 REDE CRISTALINA Cromo Ouro Zinco

5 PROPRIEDADES MECÂNICAS Resistência mecânica: É a propriedade apresentada pelo material em resistir a esforços externos, estáticos ou lentos (tração, compressão, flexão, torção, cisalhamento); Elasticidade: Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a forma primitiva tão depressa cesse o esforço que tenha provocado a deformação. A deformação elástica é reversível e desaparece quando a tensão aplicada é removida.

6 PROPRIEDADES MECÂNICAS Plasticidade: a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura. São influenciados pelo calor (aumentam com o calor); O inverso da plasticidade é a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um material é dito frágil ou quebradiço quando o mesmo ao romper-se apresenta uma pequena deformação. Pode ser subdividida em: Ductibilidade e Maleabilidade Ductibilidade: Capacidades de um metal ser estirado em fios sem sofrer rupturas. Maleabilidade: Capacidades de um metal ser estirado em folhas sem sofrer rupturas.

7 PROPRIEDADES MECÂNICAS Dureza: È definida pela resistência da superfície do material à penetração, ao desgaste e ao atrito; Fluência: Fenômeno de alongamento contínuo e que pode conduzir à ruptura é denominado fluência. Esta característica é típica de materiais ferrosos quando submetidos a cargas de tração constantes por longo tempo a elevadas temperaturas. A fluência ocorre mesmo quando o material é solicitado na temperatura ambiente, mas nessa temperatura a fluência é praticamente desprezível comparada com a que ocorre em temperaturas elevadas. O fenômeno da fluência ocorre nos instrumentos de corda, violão, por exemplo.

8 PROPRIEDADES MECÂNICAS Resiliência: É a propriedade do material resistir a esforços externos dinâmicos (choques, pancadas, etc.) sem sofrer deformação permanente. Como exemplo, as molas são feitas de materiais de elevada resiliência. Tenacidade: É dada pela energia consumida para fraturá-lo. Em outras palavras, tenacidade mede a capacidade que o material tem de absorver a energia até fraturar-se.

9 PROPRIEDADES MECÂNICAS Metais são flexíveis à ação da força Cristal iônico sofrem ruptura à ação da força

10 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se deixar trabalhar pelos processos de fabricação usuais. Fusibilidade: É a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação do calor. Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura. Principais temperaturas de fusão. -Alumínio: 650 o C - Gusa: 1150 o C a 1300 o C -Ferro puro: 1530 o C - Aços: 1300 o C a 1500 o C - Zinco: 420 o C - Chumbo 330 o C - Cobre 1080 o C - Estanho 235 o C

11 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS Soldabilidade: É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos. Temperabilidade: Propriedade que possuem alguns metais e ligas de modificarem a sua estrutura cristalina (endurecimento) após um aquecimento prolongado seguido de resfriamento brusco. Usinabilidade (ou maquinabilidade): É a propriedade de que se relaciona com a resistência oferecida ao corte e é medida pela energia necessária para usinar o material no torno, sob condições padrões. Fadiga: Quando um material é sujeito a esforços dinâmicos, durante longo tempo, é observado um enfraquecimento das propriedades mecânicas ocasionando desgaste ou a ruptura.

12 PROPRIEDADES TÉRMICAS Condutividade térmica: São propriedades que possuem certos corpos de transmitir mais ou menos calor. Neste caso, materiais bons condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: Ag, Cu, Al, latão, Zn, Aço e Pb. Dilatação: Propriedade pela qual um corpo aumenta quando submetido à ação do calor. A capacidade de dilatação de um material está relacionada ao chamado coeficiente de dilatação térmica.

13 PROPRIEDADES FÍSICAS Peso Específico (densidade): É o peso da unidade de volume do corpo. Por exemplo: o peso específico do aço é 7,8 kg/dm 3. Opacidade: Transparência a radiação de alta frequência raios-x e raios-γ (gama)

14 PROPRIEDADES QUÍMICAS Fragilidade galvânica suscetibilidade à corrosão química ou eletrolítica Degradação do metal ou liga metálica Ataque corrosivo: defeitos no retículo cristalino Ferro + Oxigênio Óxido de Ferro(III) 2Fe + 3O 2 Fe 2 O 3

15 PROPRIEDADES QUÍMICAS Reatividade Menos reativo Mais reativo Au Ag Cu [H] Pb Sn Fe Zn Al Mg Ca Na K Reações vigorosas e rápidas Corrosão

16 LIGAS METÁLICAS Não Ferrosas Ferrosas Aços Ferros Fundidos Baixa Liga Alta Liga Ferro Cinzento Ferro Dúctil Ferro Branco Ferro Maleável Baixo carbono Médio carbono Alto carbono Carbono Alta Resistência, Baixa liga Carbono Tratável termicamente Carbono Ferramenta Inox

17 METAIS FERROSOS O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.

18 ALGUNS MINÉRIOS

19 MINÉRIOS DE FERRO Os principais minérios de ferro encontrados na natureza são: Magnetita: (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe 3 O 4, contendo 72,4% Fe. Hematita: (óxido férrico), de fórmula Fe 3 O 3, contendo 69,9% Fe. Limonita: (óxido hidratado de ferro), de formula 2Fe 2 O 3 3H 2 O, contendo, em média, 48,3% Fe.

20 MINÉRIOS DE FERRO Minério de ferro antes de ser inserido no alto-forno sofre um processo de beneficiamento com o objetivo de torná-los mais adequados para a utilização nos alto-fornos. Essas operações são, geralmente: britamento, peneiramento, mistura, moagem, classificação e aglomeração.

21 OBTENÇÃO DO FERRO O principais minérios de ferro são a Hematita e Magnetita. Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em pedaços menores e em seguida levados para a usina siderúrgica.

22 OBTENÇÃO DO FERRO GUSA Na usina, o minério é derretido num forno denominado ALTO FORNO. No alto forno, já bastante aquecido, o minério é depositado em camadas sucessivas, intercaladas com carvão coque (combustível) e calcário (fundente).

23 Carvão Têm várias funções dentro do processo que são: Atuar como combustível gerando calor para as reações. Atuar como redutor do minério, que é basicamente constituído de óxidos de ferro atuar como fornecedor de carbono, que é o principal elemento de liga dos produtos siderúrgicos O carvão também sofre um pré-processamento antes de ser introduzido no alto-forno. Esta operação consiste no processo de coqueificação: aquecimento a altas temperaturas, com ausência total de ar, exceto na saída dos produtos voláteis, do carvão mineral. c) Calcário O calcário atua como fundente, ou seja, reage, pela sua natureza básica, com substâncias estranhas ou impurezas contidas no minério e no carvão (geralmente de natureza ácida) formando a escória, subproduto, por assim dizer, do processo clássico do alto-forno.

24 OBTENÇÃO DO FERRO GUSA Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injetase ar em seu interior. O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºC derrete o minério.

25 OBTENÇÃO DO FERRO GUSA O ferro ao derreter-se depositase 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. 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.

26 OBTENÇÃO DO FERRO GUSA 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. A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos.

27 Introduz-se a carga, composta de minério de ferro, coque e fundente. Entre 300ºC e 350ºC dessecação - vapor de água contido na carga é liberado. Entre 350ºC e 750ºC redução - óxido de ferro perde o oxigênio. Entre 750ºC e 1150ºC carburação -ferro se combina com o carbono formando a gusa. Entre 1150ºC e 1800ºC fusão - gusa passa para o estado líquido Em torno dos 1600ºC liquefação - gusa se separa da escória.

28 REAÇÕES EM ALTO FORNO C + O 2 CO 2 CO 2 + C 2CO (agente redutor) 3 Fe 2 O 3 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O + CO 3 FeO + CO 2 FeO + CO Fe + CO 2 2Fe 2 O 3 + 3C 4Fe + 3CO 2

29 FERRO GUSA É uma liga ferro-carbono com elevados teores de carbono (3,4 a 4,5% C) que é vendido em blocos como matéria-prima para a produção de aços e ferros fundidos. O ferro gusa é extremamente frágil devido a significativa quantidade de impurezas presentes na liga (fósforo, silício, enxofre, etc). Por esse motivo, ele tem praticamente nenhuma aplicação na indústria.

30 FERRO FUNDIDO O ferro GUSA quando refundido junto com sucatas de ferro fundido e aço, dá origem ao ferro fundido de segunda fusão ou ferro fundido propriamente dito. 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. 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.

31 Ferro fundido cinzento Características: Fácil de ser fundido e moldado em Peças; Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte. Absorve muito bem as vibrações, condição que torna ideal para corpos de máquinas. 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%.

32 Ferro fundido branco Características: Difícil de ser fundido. Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo ser trabalhado com ferramenta de corte especiais. É usado apenas em peças que exijam muito resistência ao desgaste. Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhante, pois o carbono apresenta-se totalmente combinado com o ferro. Porcentagem de carbono variável entre 2% e 3%. O ferro fundido cinzento, devido às suas características, têm grande aplicação na indústria. O ferro fundido branco é utilizado apenas em peças que requerem elevada dureza e resistência ao desgaste.

33 AÇO O aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças em geral. Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%. Os aços utilizados na construção mecânica se dividem em três grandes categorias: - Aços-carbono ou comuns; - Aços-liga; - Aços especiais.

34 AÇO-CARBONO São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo. Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o carbono. O manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais. Ferro - É o elemento básico da liga. Carbono - Depois do ferro é o elemento mais importante do aço. A quantidade de carbono define a resistência do aço.

35 Classificação - ABNT Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe o aço. Os dois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado. Exemplo: Aço Aço ao carbono Porcentagem média de carbono é 0,20 %

36 AÇOS BAIXO CARBONO Aço 1006 a (Extra-macio) Resistência à ruptura - 35 a 45 kg/mm2 Teor de carbono - 0,05% a 0,15% Não adquire têmpera Grande maleabilidade, fácil de soldar-se Usos: chapas, fios, parafusos, tubos estirados, produtos de caldeiraria, etc. Aço 1020 a (Macio) Resistência à ruptura - 45 a 55 kg/mm2 Teor de carbono - 0,15% a 0,30% Não adquire têmpera Maleável e soldável Usos: barras laminadas e perfiladas, peças comuns de mecânica, etc.

37 AÇOS BAIXO CARBONO Ferrita Perlita

38 AÇOS MÉDIO CARBONO Aço 1030 a (Meio macio) Resistência à ruptura - 55 a 65 kg/mm2 Teor de carbono - 0,30% a 0,40% Apresenta início de têmpera Difícil para soldar Usos: peças especiais de máquinas e motores, ferramentas para a agricultura, etc. Aço 1040 a (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.

39 AÇOS MÉDIO CARBONO Ferrita Perlita

40 AÇOS ALTO CARBONO Aço acima de (Duro a extra-duro) Resistência à ruptura - 75 a 100 kg/mm 2 Teor de carbono - 0,60% a 1,50% Tempera-se facilmente Não solda Usos: peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria, etc.

41 AÇOS ALTO CARBONO Somente Perlita

42 AÇO-LIGA 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.

43 AÇO-LIGA 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.

44 3) 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. 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.

45 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.

46 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 açomanganês de grande dureza. Usos - ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc. 10) Aços Alumínio-Cromo 0,85 a 1,20% de alumínio, 0,9 a 1,80% de cromo Possibilita grande dureza superficial por tratamento de nitrelação - (termo-químico). Usos - camisas de cilindro removíveis de motores a explosão e de combustão interna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimensões fixas, etc.

47 AÇO INOXIDÁVEL Os aços inoxidáveis caracterizam-se por uma resistência à corrosão superior à dos outros aços. Quanto à composição química, os aços inoxidáveis caracterizam-se por um teor mínimo de cromo da ordem de 12%. Corrosão é a destruição de um corpo sólido a partir da superfície por processos químicos e/ou eletroquímicos. O processo mais freqüente que provoca esta destruição é o ataque do metal pelo oxigênio da atmosfera. Porém o aço pode ser atacado e destruído por outras substâncias, tais como ácidos, álcalis e outras soluções químicas. A resistência à corrosão do cromo ocorre devido a proteção que é dada por uma fina camada de óxidos, aderente e impermeável, que envolve toda a superfície metálica e impede o acesso de agentes agressivos.

48 METAIS E LIGAS NÂO FERROSOS

49 Alumínio Tem como matéria-prima a bauxita (Al 2 O 3 ). Suas principais características são: - Baixa massa específica, 2,7 kg/dm 3, cerca de 1/3 da do aço. - - Boa resistência à corrosão da atmosfera e de vários produtos químicos (na realidade, em contato com o ar é logo formada uma camada superficial de óxido que impede a continuidade da corrosão). - Boa condutividade elétrica e térmica. - Pode ser ligado com vários outros metais tais como cobre, magnésio, manganês, níquel, silício, formando ligas. - Umas de suas principais limitações é o ponto baixo de fusão.

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51 Cobre (Cu) Principais propriedades: - Alta condutividade térmica. - Boa resistência contra corrosão atmosférica e de ácidos. - Alta condutividade elétrica, inferior apenas à da prata. Esta última faz do cobre o material padrão dos condutores elétricos. Muito usado também em tubulações especiais dada a resistência à corrosão e facilidade de soldagem. Pode ser deformado a frio para a produção de tubos, fios e chapas.

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54 Zinco (Zn) Principais Propriedades: - Baixo ponto de fusão, - Baixa resistência mecânica, - Boa resistência à corrosão atmosférica, - Facilidade de trabalho a frio são suas principais propriedades. Usado em coberturas para telhados, como revestimento anticorrosivo (galvanização), como componente de várias ligas, etc.