Resenhas técnicas: Engenharia de Metais

Metais – Relevância e Perspectiva Histórica

Até o momento, dos 118 elementos conhecidos na Tabela periódica, 88 podem ser certamente classificados como metais. O nome metal origina-se do latim metallum, por sua vez do grego metallon. Os metais são atualmente definidos como qualquer elemento que tende a perder elétrons das camadas externas de seus átomos. Os íons positivos resultantes são mantidos conexos na estrutura cristalina pela nuvem de elétrons livres no que é denominado ligação metálica, que confere as três caraterísticas físicas principais dos metais no estado sólido: (i) os metais são bons condutores de eletricidade; (ii) são também bons condutores de calor e (iii) têm uma aparência brilhosa...


Átomos

Sob o ponto de vista da Ciência dos Materiais, é suficiente saber que o átomo é a unidade fundamental da matéria, a menor fração capaz de identificar um elemento químico...


Ligações Metálicas e Estruturas Cristalinas dos Metais

Em um átomo isolado, os elétrons encontram-se sob influência do núcleo, porém quando um segundo átomo se aproxima, estes elétrons sofrem influência de outro núcleo e de outros elétrons. Essa interação pode produzir atração entre os átomos e é produzido um novo arranjo atômico energeticamente mais favorável (uma configuração mais estável), uma ligação química...


Defeitos Cristalinos e Plasticidade

Cristais reais nunca são perfeitos, sempre contêm uma considerável densidade de defeitos e imperfeições que afetam suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e eletrônicas. Os defeitos na estrutura cristalina são classificados como...


Difusão e Diagramas de Equilíbrio

Difusão é a migração de átomos de uma área de alta concentração na rede cristalina para uma de baixa concentração resultando em uma distribuição uniforme. Para que ocorra a movimentação de átomos é necessário que exista um espaço livre adjacente e que o átomo possua suficiente energia para romper as ligações químicas que o unem a seus átomos vizinhos durante seu deslocamento...


Propriedades e Ensaios Mecânicos

O teste de tração permite derivar inúmeras propriedades dos metais e outros materiais. Nesse tipo de ensaio o material é tracionado e se deforma até fraturar. Os valores de força e alongamento são medidos a cada instante e gera uma curva tensão – deformação. As propriedades mecânicas definem o comportamento de um material quando sujeito a esforços mecânicos...


Tornando os Metais Mais Resistentes

A capacidade de os metais se deformarem plasticamente depende da liberdade de movimento das discordâncias. Se este movimento for reduzido ou inibido, a resistência mecânica desses é aumentada, ou seja, maiores forças mecânicas serão requeridas para iniciar a deformação plástica. Quanto mais livre o movimento das discordâncias maior a facilidade com que um metal se deforma e mais dúctil o é. Pode-se, então, definir a dureza como uma medida da dificuldade de se mover discordâncias...


Recuperação, Recristalização e Crescimento de Grãos

Durante o trabalho a frio, a maior parte da energia dispendida aparece, além da deformação propriamente dita, como calor. Porém, uma pequena embora significativa parcela dessa energia aumenta a energia interna do metal. Esse aumento é associado com um aumento na densidade de discordâncias e de defeitos pontuais. Com o trabalho a frio, os grãos se tornam distorcidos e alongados no sentido deste trabalho. O resultado é o aumento da resistência do metal. Quanto mais intenso for o trabalho a frio...


Solidificação

Antes de tudo é oportuno dizer que solidificação é um processo traumático. A natureza sempre converge para a redução de energia e o aumento da desordem (entropia). Disso resultam os defeitos cristalinos, como abordado na Resenha Técnica Defeitos Cristalinos e Plasticidade, os quais emergem como uma tentativa de acomodação da violação ao princípio de aumento da entropia, a entropia dos líquidos é maior do que a dos sólidos...


Segregação (Micro, Macro e Nano) e Porosidade

Segregação é definida como qualquer desvio da distribuição uniforme de elementos químicos em uma liga metálica, ou seja, a separação de impurezas e elementos de liga em diferentes regiões do material lingotado no estado sólido...


Anisotropia em Metais

Anisotropia é um fenômeno no qual as propriedades de um material variam dependendo da direção em que são medidas. Essa direcionalidade não é aplicável para propriedades volumétricas como densidade e calor específico, mas todos os demais tipos de comportamento são suscetíveis à anisotropia. No caso dos metais, os importantes aspectos de anisotropia são os relativos às propriedades mecânicas e magnéticas...


O que é o Aço - Fundamentos

O aço é indiscutivelmente o material industrial mais importante de nossa sociedade, com um consumo anual que supera 1,5 bilhões de toneladas. Um material inovativo e versátil, que oferece inúmeras possibilidades de desenvolvimento que parecem não ter fim. Os aços podem ser conformados por deformações plásticas em inúmeras formas e ...


O que é o Aço - Diagrama de Equilíbrio

Entre os diagramas binários de equilíbrio de fases, o das ligas Fe-C é dos mais complexos devido à alotropia do ferro CFC-CCC. Como em todo diagrama de equilíbrio, sua leitura inicia-se no estado líquido e a liga metálica é considerada sofrendo um resfriamento lento até à temperatura ambiente. Lento para permitir suficiente tempo para os processos de difusão atômica no estado sólido...


O que é o Aço - Bainita

Bainita é um produto de decomposição isotérmica que se forma quando um aço é resfriado (temperado) em uma faixa de temperatura intermediária entre a de formação da perlita e da martensita. Do mesmo modo que a perlita, a bainita forma-se quando a austenita γ se transforma em ferrita ∂ e cementita Fe3C. A bainita preserva algumas das características ...


Bandeamento nos Aços Laminados a Quente

No caso intitulado Ocorrência de Empeno em Barras Laminadas a Quente é mencionada uma microestrutura bandeada nas barras empenadas, apresentando exemplo de ocorrência desta. Bandeamento microestrutural em aços laminados a quente é definido como uma morfologia de duas microestruturas diferentes, frequentemente ferrita e perlita...


O Envelhecimento dos Metais e as Ligas de Alumínio

O fenômeno de transformação física dos metais ao longo do tempo é denominado envelhecimento (ageing), que se sucede por meio de dois mecanismos distintos:(i) interação como o meio ambiente, que provoca alterações de textura e cor em suas superfícies, como a oxidação, ou (ii) tratamento a temperaturas elevadas (envelhecimento artificial) de modo a acelerar mudanças em suas propriedades físicas, pois estas alteram-se muito vagarosamente à temperatura ambiente (envelhecimento natural)...


Aços de Alta Resistência e Baixa Liga - Parte I - Fundamentos

Os denominados aços de alta resistência e baixa liga – ARBL (High Resistance Low – Alloy Steels - HSLA) ou microligados consistem em uma das mais inovadoras ligas metálicas. O advento desses tipos de aço deu-se por pressões para redução dos pesos de materiais estruturais e que concomitantemente propiciassem mais elevadas resistências mecânicas. Essa combinação de menos peso e mais resistência na condição de laminado a quente ou normalizada foi obtida pela adição de pequenas quantidades de elementos de liga. Os aços ARBL são então designados para ...


Aços de Alta Resistência e Baixa Liga - Parte II - Soldabilidade

A soldabilidade (weldability) dos materiais ou a habilidade de poderem ser unidos (joinability) pode ser definida como a capacidade de serem soldados. Muitos metais e outros materiais não metálicos, como os termoplásticos, podem ser soldados, mas alguns são mais fáceis de o serem do que outros. O conceito de soldabilidade é usado para determinar o processo de soldagem e comparar a qualidade do material soldado com a de outros materiais. Não há critério de definição quantitativa para a soldabilidade...


Cobre e Suas Ligas

O cobre destaca-se por sua ductilidade, resistência à corrosão e elevadas condutividades térmica e elétrica, as mais altas entre as ligas metálicas classificadas como engineering metals, que são aquelas usualmente empregadas em estruturas e na fabricação de componentes. O cobre só perde para a prata nesse particular, que não é um metal de engenharia...


O Fósforo nos Aços

O fósforo é um usual contaminante dos minérios de ferro e acaba por se incorporar em maior ou menor extensão ao ferro-gusa produzido nos altos-fornos, e é comumente considerado como uma impureza nos aços. Como abordado na Resenha Técnica de Tecnologias de Processos Os Processos Pneumáticos de Produção de Aço, a crescente aceitação dos convertedores básicos em substituição ao convertedor Bessemer originalmente em meio ácido deveu-se à incapacidade...


O Enxofre nos Aços

O enxofre está sempre presente nos aços, introduzido principalmente pelo carvão e coque, e, a exemplo do fósforo, é considerado uma impureza. O enxofre pode dissolver-se no ferro líquido em qualquer concentração, mas no ferro no estado sólido a solubilidade desse elemento é limitada a 0,002% em peso no ferro alfa à temperatura ambiente e 0,013% no ferro gama a 1.000⁰C...


Soldabilidade das Ligas de Alumínio, Solda por Fricção e Rebitagem

As ligas de alumínio podem ser soldáveis ou não soldáveis por fusão a arco, não soldáveis sob o conceito de susceptíveis à ocorrência de defeitos que comprometem a integridade estrutural. Ligas 1XXX. São essencialmente alumínio 99% puro e são facilmente soldáveis. Ligas 2XXX. São ligas aeroespaciais de alta resistência, e em sua grande maioria susceptíveis a trincamento a quente. Ligas 3XXX. Compreendem ligas de média resistência. São muito mecanicamente conformáveis e prontamente soldáveis...


Básico em Fratura e Fadiga - Parte I

Na Resenha de Casos Falhas em Ligas Metálicas são relacionados os fatores que contribuem para a falha de um material ou componente. Nessa também é mencionado que os mecanismos de fratura e fadiga são objeto da Engenharia de Metais, os assuntos aqui abordados. Inicialmente cabe destacar a distinção entre trinca e fratura. Trincas são descontinuidades em corpos sólidos, caraterizadas por processos de iniciação ou nucleação, as quais crescem a partir destes, conduzindo ou não à divisão ou...


Básico em Fratura e Fadiga - Parte II

Todos os metais cúbicos de corpo centrado e, em alguma extensão, hexagonais compactos, associam temperaturas de transição abaixo das quais a fratura é de natureza frágil, que deve ser evitada como medida de prevenção de falhas catastróficas. Os metais cúbicos de face centrada, como o alumínio e o cobre, permanecem ainda suficientemente dúcteis a temperaturas muito baixas. O comportamento da transição dúctil-frágil nos metais cúbicos de corpo centrado resulta de uma competição entre o crescimento de microtrincas e a geração e movimento de discordâncias...


Básico em Fratura e Fadiga - Parte III

Fadiga é o dano estrutural progressivo e localizado que ocorre quando um material é submetido a ciclos alternados ou flutuantes (dinâmicos) de deformação a tensões nominais de valores máximos inferiores aos limites de escoamento estático deste material. As tensões resultantes são ainda bem abaixo dos limites de ruptura, mas mesmo assim conduzirão a falhas catastróficas. As principais características da fadiga são: (i) o longo período de deformação cíclica, tipicamente muito mais do que 100.000 ciclos de carga...


Fluência

Na Resenha de Casos Degradação Estrutural em Termelétricas e Refinarias são mencionados os fenômenos de fadiga e fluência (creep) como mecanismos de degradação estrutural. A fadiga já foi tema de Resenha Técnica anterior, e nesta é abordada a fluência, que designa o fenômeno de deformação permanente e eventualmente fratura que pode ocorrer nos metais a elevadas temperaturas ao longo de um período de tempo quando submetidos a tensões bem abaixo do limite de escoamento...


O Oxigênio nos Aços e Desoxidação

A solubilidade do oxigênio no ferro em seu estado puro a 1.600ºC é por volta de 2.300ppm (0,23% em peso). Essa solubilidade não é normalmente atingida nos processos de produção dos aços, o teor em oxigênio limitado pela presença de outros elementos dissolvidos no aço líquido. Quando o aço líquido é processado pelo refino de ferro-gusa em convertedores ou pela fusão de carga sólida ferrosa em fornos elétricos, algum oxigênio é dissolvido no aço líquido...


Inclusões Não Metálicas nos Aços

A menção a inclusões não metálicas e seus efeitos nas propriedades mecânicas dos aços e das ligas metálicas em geral é recorrente em diversas Resenhas Técnicas e de Casos anteriores. Inclusões não metálicas são parte integrante da metalurgia das ligas metálicas como produtos de reações químicas, efeitos físicos e contaminações que ocorrem durante os processos de fusão, vazamento e lingotamento. Essas inclusões, cabe acrescentar, são usualmente classificadas como endógenas e exógenas. As endógenas resultam de precipitações devido a decréscimos de solubilidades...


O Nitrogênio nos Aços

Os aços sempre contêm algum nitrogênio, que é um elemento eficiente na melhoria das suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão se permanece em solução sólida ou precipita-se como nitretos de morfologia fina e coerente. O nitrogênio adicionado a aços austeníticos concorre simultaneamente para o aprimoramento das resistências mecânicas e à fadiga, taxa de encruamento e resistência à abrasão e corrosão localizada. A solubilidade máxima do nitrogênio no ferro líquido é de aproximadamente 450ppm e inferior a 10ppm...


Aços Avançados de Alta Resistência

A Resenha Técnica Outros Processos de Conformação Mecânica dos Metais em Tecnologias de Processos cita os aços denominados avançados de alta resistência (Advanced High-Strength Steels - AHSS) de emprego difundido na indústria automobilística como exemplo de ligas metálicas conformadas por estampagem a quente. O emprego desses tipos de aços na indústria automobilística prende-se a propósitos de redução de peso e atendimento às exigências cada vez mais severas de segurança automotiva...


Aços Inoxidáveis e a Estabilização da Austenita

Os aços inoxidáveis (stainless steels) devem particularmente sua resistência à corrosão à presença do cromo em um teor superior a 10,5% em peso. A interação desse elemento com o meio ambiente reagindo com o oxigênio forma um filme invisível de óxido de por volta de 5 nanômetros na superfície do aço. Essa camada passivadora autorregenera-se caso danificada mecânica ou quimicamente desde que o oxigênio, mesmo em pequenas quantidades, esteja presente. A resistência à corrosão e outras propriedades dos aços inoxidáveis são aprimoradas pelo aumento do teor de cromo e a adição de outros elementos como o níquel, nitrogênio e molibdênio...


Aços Elétricos

Os denominados aços elétricos são ligas ferrosas especialmente concebidas para alcançar propriedades magnéticas específicas como relativamente alta permeabilidade, elevada resistividade elétrica e reduzidas perdas por histerese, contribuindo deste modo para a redução de perdas energéticas. Os aços elétricos são geralmente fabricados em tiras laminadas a frio e são empregados nos núcleos de dispositivos eletromagnéticos tais como motores, geradores e transformadores...


Zener Pinning, Relação de Hall-Petch, Tamanho de Grão da Austenita e Morfologias da Ferrita - Parte I

Contornos de grãos são defeitos cristalinos, e, como exposto na Resenha Técnica Recuperação, Recristalização e Crescimento de Grãos, estes crescem espontaneamente às expensas dos grãos menores que são menos estáveis, a menos que seja imposto um bloqueio. Esse é o papel, por exemplo, exercido pelos vanádio e nióbio nos aços de alta resistência e baixa liga. Ambos esses elementos provocam aumento da resistência por endurecimento por precipitação e refino de grãos...


Zener Pinning, Relação de Hall-Petch, Tamanho de Grão da Austenita e Morfologias da Ferrita - Parte II

O tamanho de grão dos aços é usualmente entendido como o tamanho de grão da austenita, que é o existente antes de o aço sofrer resfriamento e a austenita ser transformada em outros componentes estruturais, ou seja, o tamanho dos grãos da austenita anterior (prior austenite grains). O tamanho de grão da austenita é uma relevante característica dos aços. Menores os tamanhos de grão, melhores as propriedades mecânicas à temperatura ambiente tais como dureza, limite de escoamento, limite de resistência, resistência à fadiga e resistência ao impacto...


Ligas Metálicas Sofisticadas

A Resenha Técnica Forno de Indução a Vácuo em Tecnologias de Processos menciona as rotas VIM / VAR e VIM / ESR no processamento de ligas metálicas complexas denominadas superligas. Não há uma definição estrita do que seja uma superliga, mas a mais aceita é que esta seja uma liga baseada no grupo VIII da tabela periódica dos elementos (níquel, cobalto e ferro com a adição de elevada percentagem de níquel em peso). As superligas são destinadas a aplicações sob elevadas temperaturas próximas ao seu ponto de fusão, nas quais a resistência a deformações e estabilidade superficial são requisitos determinantes....


Titânio e Suas Ligas

As ligas de titânio encontram aplicação como material estrutural em diversas áreas tais como na medicina sob a forma de implantes, devido à sua alta biocompatibilidade, aeroespacial e naval entre outras. Esse espectro de aplicações das ligas de titânio resulta de suas características que destacam alta resistência à corrosão, elevada resistência específica, baixa densidade e excelentes propriedades a temperaturas elevadas. A tabela a seguir exemplifica valores de propriedades mecânicas...


Guia para Tratamentos Térmicos - Parte I - Conceitos e Categorias

Em diversas Resenhas Técnicas e de Casos são mencionados processos de Tratamentos Térmicos, nos quais o calor é utilizado para alterar as propriedades de um metal ou ligas metálicas. Como o tempo a uma determinada temperatura é fator relevante, os processos de Tratamento Térmico são também definidos como tratamentos tempo-temperatura. Os Tratamentos Térmicos são empregados para diversos propósitos, os mais relevantes sendo o controle das propriedades mecânicas, especialmente dureza, ductilidade, resistência e tensões internas...


Guia para Tratamentos Térmicos - Parte II - Aços

Uma das vantagens dos aços comparativamente às demais ligas metálicas é a capacidade destes de atingir elevados patamares de resistência por meio de Tratamento Térmico enquanto ainda retêm alguma ductilidade. Essa capacidade de os aços terem sua resistência aumentada é uma consequência direta do teor de carbono presente. À medida que o teor de carbono é aumentado são obtidos maiores níveis de resistência. Embora a ductilidade decresça com a elevação da resistência, esta ainda é suficiente alta para satisfazer a maioria das aplicações de engenharia...


Ferros Fundidos

Os ferros fundidos são a segunda das denominadas ligas ferrosas, a primeira os aços, assim classificados quando apresentam teores de carbono acima de 2,1% em peso, tipicamente até 4%. A reação básica que norteia os ferros fundidos é a decomposição da cementita em ferrita e grafite...Ou seja, os ferros fundidos são, em resumo, ligas de ferro, carbono e silício nas quais uma maior quantidade de carbono está presente, superior àquela que pode ser retida em solução na matriz de ferro no estado sólido. Nos ferros fundidos comuns não ligados, o carbono excede o limite de solubilidade e se precipita como carbono grafítico ou carbeto de ferro...