Composição e Fabricação do Ferro Gusa e Aço

CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO ENGENHARIA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÃNICA Alfredo Maccari Neto 1 Produto Ferro Gusa Composição 92 Fe 3 a 4 C 05 a 3 Si 025 a 25 Mn 004 a 2 P e traças de S C H2O CO H2 CaCO3 CO2 CaO 3 CO Fe2O3 2 Fe 3 H2O 3 H2 Fe2O3 2 Fe 3 CO C CO2 2 CO CaO SiO2 CaSiO3 l 6 CaO P4O10 2 Ca3PO42 MnO C Mn CO SiO2 2 C Si 2 CO P4O10 10 C 4 P 2 C O2 2 CO Conversores 3 Oxigênio Puro Oxidação controlada C e Si 6 Sistema de classificação dos aços e ferros eprodução 4 ALTO FORNO 5 John A Ricketts Ispat InlandInc 5 AÇOS E FERROS FUNDIDOS 6 FABRICAÇÃO DO AÇO Das ligas metálicas existentes no mundo o aço é o material de construção maisutilizado Aços carbono comuns são assim classificados por serem basicamente uma liga binária de Fe C São classificados em baixo médio e alto teores deC Aços liga possuem outros elementos na mistura São classificados em baixo médio e alto teores dos elementos deliga FABRICAÇÃO DOAÇO Alguns percentuais comparativos Ferro Gusa C 4 Mn 1 Si 1 S 001 a 05 Aço típico C 02 Mn 02 Si 02 S 005 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 7 FABRICAÇÃO DO AÇO Contaminantes Enxofre S O efeito do enxofre sobre as propriedades mecânicas do aço é mínimo quando o teor de carbono é muito baixo Quando o teor de Cé alto as propriedades mais afetadas são a resistência à tração a ductilidade e a tenacidade Tendência a formar sulfetos prejudiciais à resistência do aço Máximo admissívelde 01 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 8 FABRICAÇÃO DO AÇO Contaminantes Silício Si A função principal do silício é a de agente desoxidante Evita a combinação do oxigênio com o carbono o que provocaria o desprendimento de COou CO2 com a resultante formação de bolhas Varia nos aços comuns de 005 a03Tendênciaaformar silicatos prejudiciais àresistência mecânicado aço Em química um silicato é um composto de silício e oxigênio SixOy um ou mais metaise possivelmentehidrogênio AÇO AÇO É UMA LIGA METÁLICA FORMADA ESSENCIALMENTE POR FERRO E CARBONO COM PERCENTAGENS DESTE ÚLTIMO VARIANDO ENTRE 0008 E 211 O CARBONO É UM MATERIAL MUITO USADO NAS LIGAS DE FERRO PORÉM VARIA COM O USO DE OUTROS ELEMENTOS COMO MAGNÉSIO CROMO ETC APRESENTA DUSCTIBILIDADE E É FACILMENTE DEFORMÁVEL POR FORJA LAMINAÇÃO E EXTRUSÃO 9 Diagrama das ligas FeC metaestável FERRITA AUSTENITA FERRITA AÇOS APRESENTAM TEOR DE CARBONO DE ATÉ 1 São Classificados em Baixa Liga e Alta Liga Baixa Liga classificados pelo teor de carbono 11 ARBL de Alta Resistência e Baixa Liga A sua produção pode envolver a pequenas adições de elementos formadores de carbetos e nitretos microligantes b laminação controlada c resfriamento controlado d controle de forma de inclusões Classificação Quando os dois primeiros algarismos forem 1 e 0 tratase de açocarbono A mudança de um desses algarismos ou de ambos indica um novo tipo de aço com a presença de outros elementos que não os comuns ou com estes elementos comuns em teores superiores aos que são considerados normais 1045 açocarbono com teor médio de C 045 1120 aço de usinagem fácil com 020 de carbono médio 4420 aços ao NiCrMo com 185 Ni 050 Cr 025 Mo e 020 C 5140 aço ao Cr com 070 a 090 Cr e 040 C DESIGNAÇÃO DE AÇOS DESIGNAÇÃO AISI SAE ASTM Designação possui quatro dígitos tipo 1020 Para aços comuns os dois primeiros são 10xx outras combinações de dois dígitos designam aços liga 13xx 41xx 43xx Dois últimos dígitos designam o teor de carbono 1040 04 C Designação UNS aplicado para ligas ferrosas e não ferrosas para aços a letra G no AISISAE 0 G10200 1020 13 AÇOS DE BAIXA LIGA BAIXO CARBONO APRESENTAM TEORES DE CARBONO INFERIORES A 025 Não Respondem a tratamentos térmicos Aumento de resistência mecânica por trabalho a frio Microestrutura consiste de ferrita e perlita Ligas dúcteis e de baixa resistência Elevada trabalhabilidade Boa soldabilidade e usinabilidade Baixos custos de produção 14 AÇOS DE BAIXA LIGA APLICAÇÕES EM CARCAÇAS DE AUTOMÓVEIS FORMAS ESTRUTURAIS CHAPAS PARA TUBULAÇÕES PONTES LATAS ESTANHADAS Limite de escoamento σe 275 MPa e σu 415 a 550 MPa Ductilidade 15 AÇOS DE BAIXA LIGA E ALTA LIGA NI MO E V Limite de escoamento σu 480 MPa Somatória dos outros elementos de liga 10 Aços ditos microligados produzidos por laminação controlada Respondem tratamento térmicos Dúcteis conformáveis usináveis e soldáveis Aplicação automobilística construção civil vasos de pressão etc 16 AÇOS DE BAIXO TEOR AISISAE ou ASTM Limite de Resistência à tração MPa Limite de Escoamento MPA Ductilidade AL em 50 mm Aplicações Típicas Aços Comuns ao Carbono com Baixo Teor de Carbono 1010 325 180 28 Painéis de automóveis pregos e arames 1020 380 205 25 Tubos aço estrutural e em chapas A36 400 220 23 Estrutural pontes e edificações A516 Classe 70 485 260 21 Vasos de pressão Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ARBL A440 435 290 21 Estruturas aparafusadas e rebitadas A633 Classe E 520 380 23 Estruturas usadas para baixa temperatura A656 Classe 1 655 552 15 Chassis de caminhões e vagões de trem 17 AÇOS DE MÉDIO TEOR APRESENTAM TEORES DE CARBONO ENTRE 025 A 060 Respondem a tratamentos térmicos Utilizadas em condição de revenido Baixa endurecibilidade adição de elementos de liga Ni Cr Mo aumentam a temperabilidade Mais resistentes porém possuem menor ductilidade 18 AÇOS DE ALTO TEOR E LIGAS ESPECIAIS APRESENTAM TEORES DE CARBONO ENTRE 060 A 140 Mais resistentes mais duros porém menor ductilidade Utilizadas em condição de revenido Elevada endurecibilidade adição de elementos de liga Ni Cr Mo V e W promovem a formação de carbonetos Cr23C6 V4C3 WC resistência à abrasão Adição destes elementos promotores de carbonetos os classificam como aços ferramentas Emprego em peças resistentes a abrasão ferramentas de corte matrizes para conformação 19 AÇOS DE MÉDIO TEOR Designação Composição AISISAE ou ASTM UNS Ni Cr Mo Outros 10xx ao carbono G10xx0 11xx Fácil usinagem G11xx0 008033S 12xx Fácil usinagem G12xx0 010035S 004012P 13xx G13xx0 160190Mn 40xx G40xx0 020030 41xx G41xx0 080110 015025 43xx G43xx0 165200 040090 020030 86xx G86xx0 040070 040060 015025 20 AÇOS DE MÉDIO ALTO TEOR AISISAE ou ASTM Limite de Resistência à tração MPa Limite de Escoamento MPA Ductilidade AL em 50 mm Aplicações Típicas Aços Comuns ao Carbono com Médio Alto Teor de Carbono 1040 605780 430585 3319 Virabrequins parafusos 1080 8001310 480980 2413 Talhadeiras martelos punções 1095 7601280 510830 2610 Facas lâminas serras para metais AçosLigas 4043 7862380 7101710 244 Molas ferramentas manuais 4340 9801960 8951570 2111 Buchas material aeronáutico 6150 8152170 7451860 227 Eixos pistões engrenagens 21 AÇOS INOXIDÁVEIS AÇOS RESISTENTES A CORROSÃO ATMOSFÉRICA E A UMA VARIEDADES DE AMBIENTES Elemento de liga predominante Cr acima de 11 O Ni e o Mo elevam a resistência à corrosão São divididos em três classes base segundo o microconstituinte predominante Martensítico Alta Resistência PH Ferrítico Duplex Austenítico Essas microestruturas promovem uma grande combinação de propriedades mecânicas associadas à resistência a corrosão 22 SISTEMAS SAE e AISI DE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Continuação tabela SAE e AISI O PROCESSO SIDERÚRGICO 25 Carvão duplopapelna fabricação do aço Como combustível permite alcançar altas temperaturas cerca de 1500º Celsiusnecessárias àfusão dominério Como redutor associase ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura deixando livre o ferro alto forno 1 Reduz o rendimento da operação 2 A presença do FeO diminui as propriedades mecânicas do aço Tomase então necessário que após as oxidações parciais se realize uma redução do FeO formado É neste período de redução do FeO que se poderá eliminar o S cujo conteúdo se mantém praticamente inalterável durante a oxidação OXIDAÇÃO REDUÇÃO AFINAÇÃO DA GUSA Oxidação Eliminação do C e O2 Si P Mn Redução Qualidade do aço adição de ferromanganês utilizase também o Si Relação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas Influência da de C sobre as características de tração FS0 MPa 105 C 050 C 035 C 020 C 005 C MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA METAIS Minério Mineral ou associação de minerais dos quais se podem extrair metais economicamenteviáveis Assim um mineral pode durante uma certa época e em função de circunstânciasculturaisou tecnológicasou econômicas tornarseum minério Em quantidade depósitos ou jazidas O processo metalúrgico para obtenção das ligas ferrosas principalmente o aço é chamado desiderurgia EXTRAÇÂO VALE httpswwwyoutubecomwatchvM50bJTXfIA 72 OBTENÇÃO DOSMETAIS Separar o mineral de interesse dos demais minerais que formam o minério Processos de concentração Fragmentação Peneiramento Moagem CALCINA ÇÃO Alguns minérios se decompõem durante o aquecimento e acabam eliminando na maior parte dasvezes H2O ou CO2 A calcinação serve para eliminar o CO2 formando óxidometálico Exemplo 30 PbCO3s PbOs CO2g 31 USTULA ÇÃO Consiste em aquecer um mineral de sulfeto na presença de gás oxigênio convertendo o metal a óxido Austulação é conhecida também como queima desulfeto Exemplo 2 ZnSs 3 O2g 2 ZnOs 2SO2g Geralmente usado para obtenção de metais como chumbocobre prata zinco emercúrio httpswwwyoutubecomwatchvWr7zY46jHI Fluxograma do processo de redução de minério de ferro httpswwwyoutubecomwatchvMp8nsPLXqOg httpswwwyoutubecomwatchvCrqfRuACeqE