Aplicações e processamento de ligas metálicas

Question 1

Quais os meio de modificar as propriedades de uma liga?

Answer 1

Processos de fabricação e tratamentos térmicos apropriados.

Question 2

As ligas são divididas em 2 grupos, quais são?

Answer 2

Ligas ferrosas (as quais o ferro é o principal constituinte) e não ferrosas.

Question 3

Aço e ferro fundido são de qual grupo de ligas?

Answer 3

Ligas ferrosas

Question 4

Qual a principal desvantagem das ligas ferrosas?

Answer 4

Susceptibilidade à corrosão.

Question 5

O que são aços?

Answer 5

Os aços são ligas de ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que normalmente é inferior a 1,0 %p.
‘
Aço extra doce - < 0,15 %p C
Aço meio doce -
Aço meio duro -
Aço duro -
Aço extra duro - 0,7 a 2 %p C

Question 6

Qual a diferença entre aço carbono comum e aço liga?

Answer 6

Os aços-carbono comuns contêm apenas concentrações residuais de impurezas além do carbono, e um pouco de manganês. Nos aços-liga, mais elementos de liga são intencionalmente adicionados em concentrações específicas.

Question 7

Quais as características dos aços com baixo teor de carbono.

Answer 7

Baixo teor de carbono:

• Contêm geralmente menos de 0,25 %p C e não respondem a tratamentos térmicos para formar martensita
• Um aumento na resistência mecânica é conseguido por trabalho a frio
• As microestruturas consistem nos constituintes ferrita e perlita.
• Apresentam relativamente baixa dureza e baixa resistência, mas ductilidade e tenacidade excepcionais.
• São usináveis, soldáveis e, entre todos os aços, sua produção é mais barata.
• Aplicações típicas incluem componentes das carcaças de automóveis, formas estruturais (vigas I, canaletas e cantoneiras) e chapas que são usadas em tubulações, edificações, pontes e latas estanhadas.

Question 8

O que são aços HSLA?

Answer 8

São aços de alta resistência e baixa liga
(ARBL ou HSLA — high-strength, low-alloy), eles compõe o grupo de ligas de baixo teor de carbono:

• Eles contêm outros elementos de liga, tais como cobre, vanádio, níquel e molibdênio.
• Apresentam maiores resistências que os aços carbono comuns com baixo teor de carbono.
• A maioria pode ter sua resistência mecânica aumentada por tratamento térmico, alcançando
  limites de resistência à tração superiores a 480 MPa.
• São dúcteis, conformáveis e usináveis.
• Sob atmosferas normais, os aços ARBL são mais resistentes à corrosão do que os aços-carbono comuns, os quais eles substituíram em muitas aplicações em que a resistência estrutural é crítica (por exemplo, em pontes, torres, colunas de sustentação em prédios altos e vasos de pressão).

Question 9

Quais as características dos aços com médio teor de carbono?

Answer 9

Alto teor de carbono:

• Apresentam concentrações de carbono entre aproximadamente 0,25 e 0,60 %p.
• Podem ser tratadas termicamente por meio de etapas que compreendem a austenitização, têmpera e revenido.
• Têm baixa temperabilidade e podem ser termicamente tratados com sucesso apenas em seções muito finas e com taxas de resfriamento muito rápidas.
• Essas ligas, quando tratadas termicamente,
  são mecanicamente mais resistentes do que os aços com baixo teor de carbono, porém com o sacrifício da ductilidade e da tenacidade.
• Suas aplicações incluem rodas de trens e trilhos de ferrovias, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas e componentes estruturais de alta resistência que exigem uma combinação de alta resistência mecânica, resistência à abrasão, e tenacidade.

Question 10

Quais as características dos aços com alto teor de carbono?

Answer 10

Alto teor de carbono:

• Apresentam teores de carbono entre 0,60 e 1,4 %p.
• São os mais duros e mais resistentes, porém menos dúcteis entre os aços-carbono.
• São quase sempre empregados na condição temperada e revenida e, como tal, são especialmente resistentes ao desgaste, e capazes de manter a aresta de corte afiada.
• Os aços-ferramenta e para matrizes são ligas
  com alto teor de carbono, contendo geralmente cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio. Esses elementos de liga combinam-se com o carbono para formar carbetos, muito duros e resistentes ao desgaste (por exemplo, Cr23C6, V4C3 e WC).
• São usados como ferramentas de corte e como matrizes para deformar e conformar materiais, assim como para a fabricação de facas, lâminas de corte, lâminas de serras, molas e arames de alta resistência.

Question 11

Como é a especificação da AISI/SAE? Os aços 1010 e 1020 possuem quantos % de carbono?

Answer 11

Consiste em um número com quatro dígitos: os dois primeiros dígitos indicam o tipo da liga e os dois últimos dígitos dão a concentração de carbono, nos casos de médio teor de carbono.

• Por exemplo aços 1010 e 1020 - correspondem à 0,10% e 0,20% de carbono.
  ‘
  Nos casos de aço liga o terceiro e o quarto
  dígitos representam a porcentagem em peso de carbono multiplicada por 100.

*Por exemplo, um aço 1060 é um aço-carbono comum que contém 0,60 %p C.

Question 12

O que são aços inoxidáveis?

Answer 12

• Os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão (ferrugem).
• São divididos em três classes — martensíticos, ferríticos ou austeníticos.
• Os aços inoxidáveis martensíticos suportam serem tratados termicamente, de maneira que a
  martensita é o principal microconstituinte. Já, os aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos são endurecidos e têm sua resistência aumentada por trabalho a frio, uma vez que não são tratáveis termicamente.
• Os aços inoxidáveis austeníticos são os mais resistentes à corrosão, em razão de seus altos teores de cromo e também de adições de níquel, e são produzidos em maior quantidade.
• Tanto os aços inoxidáveis martensíticos quanto os ferríticos são magnéticos; os aços inoxidáveis austeníticos não o são.
• Alguns aços inoxidáveis são empregados com frequência em temperaturas elevadas e em
  ambientes severos, uma vez que resistem à oxidação e mantêm sua integridade mecânica sob tais condições; o limite superior de temperatura em atmosferas oxidantes é de aproximadamente 1000°C
• Os equipamentos que empregam esses aços incluem turbinas a gás, caldeiras de vapor para altas temperaturas, fornos para tratamento térmico, aeronaves, mísseis e unidades geradoras de energia nuclear
  ‘
  IMPORTANTE: Seu elemento de liga predominante é o cromo, uma concentração de pelo menos 11 %p Cr é necessária. A resistência à corrosão também pode ser melhorada pela adição de níquel e molibdênio.

Question 13

Existe aço inoxidável de resistência ultra-alta?

Answer 13

Sim, existe um denominado [17-7PH (do inglês precipitation hardening — endurecível por precipitação)], o qual é, de modo anormal, mecanicamente resistente e resistente à corrosão. O aumento de resistência é obtido por
tratamentos térmicos de endurecimento por precipitação.

Question 14

O que são ferros fundidos?

Answer 14

• Os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas que contêm teores de carbono
  acima de 2,14 %p.
• São fundidas com facilidade.
• São muito quebradiços para serem forjados, e a fundição é a técnica de fabricação mais conveniente.
• A maioria do carbono existe na forma de grafita.

Question 15

Como controlamos a formação da grafita nos ferros fundidos?

Answer 15

A formação da grafita é promovida pela presença de SILÍCIO em concentrações superiores a aproximadamente 1 %p. Além disso, taxas de resfriamento mais lentas durante a solidificação favorecem a grafitização (isto é, a formação de grafita).
Essa tendência em formar grafita é regulada pela composição e pela taxa de resfriamento.

Question 16

Quais são os 5 tipos mais comuns de ferro fundido?

Answer 16

• cinzento
• nodular (dúctil)
• branco
• maleável
• vermicular (grafita compacta)

Question 17

Qual a característica do ferro fundido cinzento?

Answer 17

• O ferro cinzento é pouco resistente e frágil em tração.
• A resistência e a ductilidade são muito maiores sob cargas de compressão.
• São MUITO eficientes no amortecimento de energia vibracional.
• As estruturas das bases de máquinas e equipamentos pesados que são expostas às
  vibrações são construídas, com frequência, com esse material.
• Exibem uma elevada resistência ao desgaste.
• No seu estado fundido, eles têm alta fluidez na temperatura de fundição, o que permite a fundição de peças com formas complexas.
• ## Estão entre os materiais metálicos mais baratos que existem.

Question 18

Qual a característica do ferro fundido nodular (ou ferro dúctil) ?

Answer 18

• É originado da adição de uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério ao ferro cinzento antes da fundição.
• A grafita ainda se forma, porém em nódulos, ou partículas com formato esférico, em vez de flocos.
• São mais resistentes e muito mais dúcteis que o ferro cinzento.
• As aplicações típicas para esse material incluem válvulas, corpos de bombas, virabrequins, engrenagens, e outros componentes automotivos e de máquinas.

Question 19

Quais as características do ferro fundido branco?

Answer 19

• Baixo teor de silício (que contêm menos de 1,0 %p Si) e taxas de resfriamento rápidas.
• É extremamente duro, mas também muito frágil, a ponto de sua usinagem ser virtualmente impossível.
• Seções grossas podem apresentar apenas uma camada superficial de ferro branco, a qual foi “resfriada mais rapidamente” durante o processo de fundição; o ferro cinzento se forma nas regiões do interior, que se resfriam mais lentamente.
• Seu uso está limitado a aplicações que necessitam de uma superfície muito dura e resistente à abrasão, sem um elevado grau
  de ductilidade.
• Em geral, o ferro branco é usado como um intermediário na produção de outro tipo de ferro fundido, o ferro maleável.

Question 20

Quais as características do ferro fundido maleável?

Answer 20

• É originado do aquecimento do ferro branco em temperaturas entre 800°C e 900°C por um período de tempo prolongado e em uma atmosfera neutra (para prevenir a oxidação).
• Possui resistência relativamente elevada e uma ductilidade ou maleabilidade considerável.
• Aplicação em barras de ligação, engrenagens de transmissão e cárteres do diferencial para a indústria automotiva, e também flanges, conexões de tubulações e peças de válvulas para serviços marítimos, em ferrovias e em outros serviços pesados.

Question 21

Quais as características do ferro fundido vermicular?

Answer 21

• A grafita nas ligas tem forma semelhante a um verme.
• Magnésio e/ou cério também é adicionado, mas as concentrações são mais baixas que no ferro dúctil.
• Os limites de resistência à tração
  e de escoamento para os ferros fundidos vermiculares são comparáveis aos valores dos ferros dúcteis e maleáveis, e são maiores que os observados para os ferros cinzentos de maior resistência.
• As ductilidades são intermediárias entre os valores para os ferros cinzento e dúctil.
• Em comparação aos outros tipos de ferro fundido os vermiculares possuem maior condutividade térmica, melhor resistência a choques térmicos (ou seja, a fratura que resulta de mudanças rápidas na temperatura) e menor oxidação em temperaturas elevadas.
• Empregados em blocos de motores diesel, distribuidores de exaustão, carcaças de caixas de
  engrenagens, discos de freio para trens de alta velocidade, e volantes de motores.

Question 22

De modo geral quais as desvantagens das ligas ferrosas quando comparadas com as ligas não ferrosas?

Answer 22

(1) massa específica relativamente elevada
(2) condutividade elétrica comparativamente baixa
(3) suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes comuns.

Question 23

O que significa o termo “termicamente tratável” ?

Answer 23

O termo “termicamente tratável” designa uma liga cuja resistência mecânica é aumentada por endurecimento por precipitação ou por uma transformação martensítica, ambos envolvem procedimentos específicos de tratamento térmico.

Question 24

Qual a característica do cobre quando está SEM elemento de liga?

Answer 24

• É tão macio e dúctil que é muito difícil de ser usinado.
• Capacidade quase ilimitada de ser trabalhado a frio.
• É altamente resistente à corrosão em diversos ambientes, que incluem a atmosfera ambiente, a água do mar e alguns produtos químicos industriais.

Question 25

As ligas de cobre aceitam tratamento térmico?

Answer 25

A maioria das ligas de cobre não pode ser endurecida ou ter sua resistência aumentada por procedimentos de tratamento térmico; consequentemente, o trabalho a frio e/ou a formação de ligas por solução sólida devem ser utilizados para melhorar essas propriedades
mecânicas.

Question 26

Quais as ligas de cobre mais comuns?

Answer 26

Latão, bronze e cobre-berílio.

Question 27

Quais as características do latão?

Answer 27

• Contém o zinco, como uma impureza substitucional, é o elemento de liga predominante.
• Alguns dos usos comuns para os latões incluem bijuterias, cartuchos de munição, radiadores automotivos, instrumentos musicais, placas de componentes eletrônicos, e moedas.

Question 28

Quais as características do bronze?

Answer 28

• Os bronzes são ligas de cobre e vários outros elementos, incluindo estanho, alumínio, silício e níquel.
• São relativamente mais resistentes que os latões, mas ainda assim têm alto grau de resistência à corrosão.
• São utilizadas quando, além de resistência à corrosão, é preciso também haver boas propriedades de tração. (IMPORTANTE)

Question 29

Quais as características das ligas de cobre-berílio?

Answer 29

Elas têm excelente combinação de propriedades: - limites de resistência à tração tão altos.
- excelentes propriedades elétricas
- resistência à corrosão
- resistência à abrasão quando lubrificadas de maneira apropriada
- podem ser fundidas, trabalhadas a quente ou a
frio
- resistências mecânicas elevadas são obtidas por tratamentos térmicos de endurecimento por
precipitação.
‘
Porém são caras por causa das adições de berílio, que variam entre 1,0 %p e 2,5 %p.
‘
Suas aplicações incluem os mancais e as buchas dos trens de pouso de aeronaves a jato, molas e instrumentos cirúrgicos e dentários.

Question 30

Quais as principais características do alumínio?

Answer 30

• massa especifica relativamente baixa (2,7 g/cm3, em comparação com 7,9 g/cm3 para o aço).
• condutividades elétrica e térmica elevadas
• resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, incluindo a atmosfera ambiente.
• suas ligas são conformadas com facilidade, em virtude de sua elevada ductilidade; isso fica evidenciado nas finas folhas de papel-alumínio nas quais o material relativamente puro pode ser laminado.
• sua ductilidade é mantida, mesmo em temperaturas muito baixas.
• Os principais elementos de liga incluem cobre, magnésio, silício, manganês e zinco.
• as ligas de alumínio são classificadas como fundidas ou forjadas.
  ‘
  Porém a principal limitação do alumínio é sua baixa temperatura de fusão [660°C (1220°F)], o que restringe a temperatura máxima na qual ele pode ser utilizado.

Question 31

Quais as características do magnésio?

Answer 31

• BAIXISSIMA massa específica, 1,7 g/cm3, que
  é a mais baixa entre todos os metais estruturais; dessa forma, suas ligas são usadas onde um baixo peso é uma consideração importante.
• relativamente macio e apresenta um baixo módulo de elasticidade.
• na temperatura ambiente, é difícil o magnésio e suas ligas se deformarem.
• o magnésio, tal como o alumínio, apresenta
  temperatura de fusão moderadamente baixa.
• a resistência à corrosão ou oxidação é razoavelmente boa na atmosfera normal, entretanto, são suscetíveis à corrosão em ambientes marinhos.
• Alumínio, zinco, manganês e algumas terras raras são os principais elementos de liga.

Question 32

Porque deve-se ter cautela ao manusear o pó de magnésio?

Answer 32

O pó de magnésio finamente dividido entra facilmente em ignição quando aquecido ao ar; consequentemente, deve-se tomar cuidado ao manusear esse material nesse estado.

Question 33

Quais as características do titânio?

Answer 33

• tem massa específica relativamente baixa (4,5 g/cm3), elevado ponto de fusão (1668°C) e módulo de elasticidade de 107 GPa.
• são extremamente resistentes, sendo possíveis limites de resistência à tração à temperatura ambiente tão elevados quanto 1400 MPa.
• são muito dúcteis e podem ser forjadas e usinadas com facilidade.
• As ligas de titânio α, ligadas com frequência com alumínio e estanho, são as preferidas para
  aplicações a altas temperaturas, em razão de suas características superiores em face da fluência. A resistência e a tenacidade são satisfatórias, enquanto a capacidade de forjamento é inferior à de outros tipos de ligas de titânio.
  ‘
  Porém, a principal limitação do titânio é sua reatividade química com outros materiais em temperaturas elevadas. Essa propriedade exigiu o desenvolvimento de técnicas não convencionais de refino, fusão e fundição; consequentemente, as ligas de titânio são bastante caras.
  ‘
  Apesar dessa reatividade em temperaturas elevadas, a resistência à corrosão das ligas de titânio nas temperaturas normais é anormalmente alta; elas são virtualmente imunes ao ar, a ambientes marinhos e a diversos ambientes industriais.

Question 34

O que são metais refratários?

Answer 34

• São metais com temperaturas de fusão extremamente elevadas.
• Nesse grupo estão incluídos o nióbio 2468°C (Nb), o molibdênio (Mo), o tungstênio 3410°C (W) e o tântalo (Ta).
• Possuem elevados módulos de elasticidade e altas resistências mecânicas e durezas, tanto na temperatura ambiente quanto em temperaturas elevadas.
• As aplicações desses metais são variadas. Por
  exemplo, o tântalo e o molibdênio são usados como elementos de liga no aço inoxidável para melhorar sua resistência à corrosão. As ligas de molibdênio são utilizadas em matrizes de extrusão e peças estruturais em veículos espaciais; nos filamentos de lâmpadas incandescentes, nos tubos de raios X e eletrodos de solda são empregadas ligas de tungstênio. O tântalo é imune ao ataque químico em virtualmente todos os ambientes em temperaturas abaixo de 150°C, e é empregado com frequência em aplicações que exigem um material com esse nível de resistência à corrosão.

Question 35

Onde são aplicadas as superligas?

Answer 35

• A maioria é utilizada em componentes
  de turbinas de aeronaves, que devem suportar a exposição a ambientes altamente oxidantes e temperaturas elevadas durante períodos razoáveis de tempo.
• Esses materiais são classificados de acordo com o(s) metal(is) predominante(s) na liga, existindo três grupos — ferroníquel, níquel e cobalto.
• Além das aplicações em turbinas, as superligas são empregadas em reatores nucleares e em
  equipamentos na indústria petroquímica.

Question 36

Quais as características dos metais nobres?

Answer 36

• têm baixa dureza, são dúcteis e resistentes à oxidação, são: prata, ouro, platina, paládio, ródio, rutênio, irídio e ósmio.

Question 37

Onde geralmente é empregada as ligas de níquel?

Answer 37

O níquel é empregado frequentemente como revestimento de metais que são suscetíveis à corrosão, como um modo de prevenção. O monel, uma liga à base de níquel, possui resistência muito elevada e é extremamente resistente à corrosão; ele é usado em bombas, válvulas e outros componentes que estão em contato com alguma solução ácida ou à base de petróleo. Como já mencionado, o níquel é um dos principais elementos de liga nos aços inoxidáveis, e um dos principais constituintes das superligas.

Question 38

Onde são aplicados chumbo e estanho?

Answer 38

Tanto o chumbo quanto o estanho são mecanicamente de baixa dureza e baixa resistência, apresentam baixas temperaturas de fusão, porém, são bastante resistentes a muitos ambientes corrosivos e possuem temperaturas
de recristalização abaixo da temperatura ambiente. Muitas soldas comuns são de ligas chumbo- estanho, com baixas temperaturas de fusão. As aplicações para o chumbo e suas ligas incluem barreiras contra raios X e baterias de armazenamento de energia.

Question 39

Onde é preferencialmente utilizado zinco?

Answer 39

Quimicamente, ele é reativo em diversos ambientes comuns e, portanto, suscetível à corrosão. O aço galvanizado é simplesmente um
aço-carbono comum que foi revestido com uma fina camada de zinco; o zinco é corroído preferencialmente e protege o aço.

Question 40

Qual é a principal característica do zircônio?

Answer 40

Sua resistência à corrosão em inúmeros meios corrosivos, incluindo a água superaquecida.