Aplicações e processamento de ligas metálicas Flashcards
1
Q
Quais os meio de modificar as propriedades de uma liga?
A
Processos de fabricação e tratamentos térmicos apropriados.
2
Q
As ligas são divididas em 2 grupos, quais são?
A
Ligas ferrosas (as quais o ferro é o principal constituinte) e não ferrosas.
3
Q
Aço e ferro fundido são de qual grupo de ligas?
A
Ligas ferrosas
4
Q
Qual a principal desvantagem das ligas ferrosas?
A
Susceptibilidade à corrosão.
5
Q
O que são aços?
A
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
6
Q
Qual a diferença entre aço carbono comum e aço liga?
A
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.
7
Q
Quais as características dos aços com baixo teor de carbono.
A
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.
8
Q
O que são aços HSLA?
A
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).
9
Q
Quais as características dos aços com médio teor de carbono?
A
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.
10
Q
Quais as características dos aços com alto teor de carbono?
A
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.
11
Q
Como é a especificação da AISI/SAE? Os aços 1010 e 1020 possuem quantos % de carbono?
A
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.
12
Q
O que são aços inoxidáveis?
A
- 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.
13
Q
Existe aço inoxidável de resistência ultra-alta?
A
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.
14
Q
O que são ferros fundidos?
A
- 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.
15
Q
Como controlamos a formação da grafita nos ferros fundidos?
A
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.
16
Q
Quais são os 5 tipos mais comuns de ferro fundido?
A
- cinzento
- nodular (dúctil)
- branco
- maleável
- vermicular (grafita compacta)
17
Q
Qual a característica do ferro fundido cinzento?
A
- 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.
18
Q
Qual a característica do ferro fundido nodular (ou ferro dúctil) ?
A
- 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.
19
Q
Quais as características do ferro fundido branco?
A
- 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.
20
Q
Quais as características do ferro fundido maleável?
A
- 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.
21
Q
Quais as características do ferro fundido vermicular?
A
- 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.
22
Q
De modo geral quais as desvantagens das ligas ferrosas quando comparadas com as ligas não ferrosas?
A
(1) massa específica relativamente elevada
(2) condutividade elétrica comparativamente baixa
(3) suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes comuns.
23
Q
O que significa o termo “termicamente tratável” ?
A
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.
24
Q
Qual a característica do cobre quando está SEM elemento de liga?
A
- 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.
25
As ligas de cobre aceitam tratamento térmico?
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.
26
Quais as ligas de cobre mais comuns?
Latão, bronze e cobre-berílio.
27
Quais as características do latão?
- 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.
28
Quais as características do bronze?
- 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)
29
Quais as características das ligas de cobre-berílio?
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.
30
Quais as principais características do alumínio?
- 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.
31
Quais as características do magnésio?
- 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.
32
Porque deve-se ter cautela ao manusear o pó de magnésio?
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.
33
Quais as características do titânio?
- 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.
34
O que são metais refratários?
- 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.
35
Onde são aplicadas as superligas?
- 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.
36
Quais as características dos metais nobres?
- têm baixa dureza, são dúcteis e resistentes à oxidação, são: prata, ouro, platina, paládio, ródio, rutênio, irídio e ósmio.
37
Onde geralmente é empregada as ligas de níquel?
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.
38
Onde são aplicados chumbo e estanho?
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.
39
Onde é preferencialmente utilizado zinco?
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.
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Qual é a principal característica do zircônio?
Sua resistência à corrosão em inúmeros meios corrosivos, incluindo a água superaquecida.
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