Apont.(slides) de Tecnologia dos Materiais sem 1º folha

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CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA

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ASSIM COMO SE PODEM ESCREVER TODAS AS PALAVRAS

USANDO SÓMENTE AS POUCAS LETRAS DO ALFABETO

TAMBÉM

OS MILHÕES DE COMPOSTOS QUIMICOS EXISTENTES,

RESULTAM DA COMBINAÇÃO DE APENAS 92 INGREDIENTES

BÁSICOS, CHAMADOS

ELEMENTOS

ÁTOMO

é a menor porção possível dum

elemento


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A dimensão relativa de um ÁTOMO


cada um dos seus

átomos seria

inferior a esta

esfera

Se esta chave

crescer

até circundar

completamente

a TERRA

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A ESTRUTURA DO ÁTOMO

NO CENTRO HÁ UM NÚCLEO COM CARGA ELÉCTRICA

POSITIVA

(este núcleo é muito pequeno comparado com a

dimensão total do átomo, sendo o seu diâmetro

cerca de 20 000 vezes menor)

EM VOLTA DESTE GIRAM OS ELECTRÕES (COMO OS

PLANETAS EM VOLTA DO SOL), E QUE POSSUEM CARGA

ELÉCTRICA NEGATIVA

(giram a velocidades muito elevadas, alterando

continuamente a sua trajectória, permitindo assim a

formação duma espécie de camada permanente em

torno do núcleo.

Em cada segundo um electrão percorre milhares de

quilómetros dando triliões de voltas ao núcleo)


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5

NUMERO ATÓMICONUM ÁTOMO NORMAL, AS CARGAS NEGATIVAS DOS ELECTRÕES

ESTÃO EQUILIBRADAS COM AS POSITIVAS DE IGUAL Nº DE PROTÕES

DO NÚCLEO.

O nº de protões do núcleo é o NUMERO ATÒMICO do elemento


NUMERO DE MASSAO ELECTRÃO TEM MASSA,..…..MAS QUE COMPARADA COM A DO

PROTÃO É INSIGNIFICANTE

NO NÚCLEO ALEM DOS PROTÕES, EXISTEM AINDA OUTRAS

PARTÍCULAS, SEM CARGA ELÉCTRICA, MAS COM MASSA DE VALOR

IGUAL Á DOS PROTÕES - OS NEUTRÕES

A soma do nº de protões e neutrões é o NUMERO de MASSA

6


A INFLUÊNCIA DOS NEUTRÕES NAS PRINCIPAIS

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE CADA ELEMENTO É

MUITO REDUZIDA, SENDO O NÚMERO DE ELECTRÕES O

PRINCIPAL RESPONSÁVEL PELAS PROPRIEDADES DE CADA

MATERIAL.

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4

7


Alguns dados interessantes:

O raio do Neutrão é a menor medida conhecida

tendo, 0,000 000 000 000 007mm

O peso do electrão é expresso em gramas pelo

numero 91 precedido de 28 zeros depois da

virgula.

O protão pesa 1838 vezes mais que o electrão e

em gramas esse peso equivale ao numero 167,

precedido de 25 zeros depois da virgula.

1 ELÉCTRÃO

1 PROTÃO

Para o HIDROGÈNIO

PROTÔES (+) ELÉCTRÕES(-)

1 (+) EQUILIBRAM (-) 1

1 ELECTRÃO EM ORBITA

Partículas existentes

no NUCLEO :

Protões 1

Neutrões 0

PESO ATÓMICO = 1


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Para o CARBONO


6 EQUILIBRAM 6+ +

+ + +

+

- -

- - - -


no NUCLEO :

Protões 6

Neutrões 6

PESO ATÓMICO = 12

6 ELECTRÕES EM ORBITA

2 na camada interna

4 na camada externa


10

Para o OXIGÉNIO


no NUCLEO :

Protões 8

Neutrões 8

PESO ATÓMICO = 16

8 ELECTRÕES EM ORBITA

2 na camada interna

6 na camada externa



8 EQUILIBRAM 8+ +

+ + + +

+ +

- -

- - - - - -

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6

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OS CORPOS EM QUE OS ATOMOS ESTÃO AGRUPADOS DE

FORMA DESORDENADA E SEM NENHUM SISTEMA, CHAMAM-

SE CORPOS AMORFOS.

NESTES AS PROPRIEDADES SÃO IGUAIS EM TODAS AS

DIRECÇÕES ( isotropia).

Ex: o vidro, a resina, a cera, etc

CHAMAM-SE CORPOS CRISTALINOS AQUELES EM

QUE OS ATOMOS ESTÃO AGRUPADOS NUMA ORDEM

DEFINIDA.

AS PROPRIEDADES DIFERENTES EM DIRECÇÕES DIVERSAS

( anisótropia).

Ex: todos os metais e ligas quando no estado sólido

ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS

12


OS METAIS, AO SOLIDIFICAREM, CRISTALIZAM, OU SEJA, O

MOVIMENTO QUE OS SEUS ÁTOMOS POSSUÍAM, PERDE

ENERGIA E ESTABILIZAM EM POSIÇÕES ORDENADAS, QUE SE

REPETEM EM TRÊS DIMENSÕES E QUE FORMAM UMA FIGURA

GEOMÉTRICA REGULAR DENOMINADA “CRISTAL”.

cúbica centrada,

uma cúbica de

faces centradas

uma hexagonal

compacta,

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ETAPAS DE FORMAÇÃO DOS CRISTAIS, NA SOLIDIFICAÇÃO

Imagine-se, o metal na fase líquida

no interior de um recipiente, num

meio em que a temperatura ambiente

seja bastante inferior à temperatura

de solidificação do metal.

As primeiras células sólidas que se

formam, solidificam, em pontos com

localizações diferentes no seio do metal líquido,

Vão crescendo, por anexação de outras células vizinhas, dando assim

origem a um contorno irregular, que delimita uma área onde se encontram

milhares dessas pequenas células unitárias.

Um conjunto de células unitárias forma um “cristal”, com contornos

geométricos, bem definidos mas irregulares. Cada um desses

conjuntos designa-se “grão”

14

MATERIAIS METÁLICOS E NÃO METÁLICOS

MATERIAIS METÁLICOSFERROSOS Ex: Aço

NÃO FERROSOS Ex: Cobre

Bons condutores de calor e electricidade eléctrica

MATERIAIS NÃO METÁLICOS

Maus condutores de electricidade e calor (isolantes)

Ex: Borrachas , plásticos, etc

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PROPRIEDADES FISICAS

SÃO AQUELAS EM QUE PARA AS DETERMINAR NÃO

TENHO DE EMPREGAR QUAISQUER FORÇAS OU

ACÇÕES QUIMICAS

COR

CONDUCTIBILIDADE ELÉCTRICA

CONDUCTIBILIDADE TERMICA

FUSIBILIDADE

DILATABILIDADE

DENSIDADE

Como definir cada uma delas?

16

PROPRIEDADES MECÂNICAS

OS METAIS E LIGAS DEVEM POSSUIR UM CERTO Nº DE

PROPRIEDADES MECÂNICAS QUE LHES PERMITAM

RESISTIR AOS ESFORÇOS A QUE SÃO SUBMETIDOS ,

SEM CORREREM O RISCO DE ROTURA (partir).

AS PROPRIEDADES MECÂNICAS SÃO AQUELAS QUE PARA AS

DETERMINAR NECESSITO DE UTILIZAR FORÇAS EXTERIORES

SENDO NORMALMENTE DETERMINADAS POR MEIO DE ENSAIOS

MECÂNICOS, QUER ESTES SEJAM DESTRUTIVOS. QUER SEJAM

NÃO DESTRUTIVOS.

São elas:

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Dureza

Maleabilidade

Ductilidade

Elasticidade

Plasticidade

Fragilidade ou Resiliência

Tenacidade

Resistência á fadiga


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Durezaresistência á penetração por outros corpos

Brinell

Rockwell

Vickers

Shore

( Para determinado tipo de aços existe uma

correspondência directa entre a Dureza e Carga de

Rotura)

(para aços vulgares: tmax = HB x0,35 ( kg/mm2)


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Maleabilidade Capacidade para se deixarem deformar

grandemente por uma acção mecânica

violenta (martelagem ou prensagem) sem que

se verifiquem quaisquer fendas.

ex : Chumbo a frio em oposição ao ferro fundido


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DuctilidadeCapacidade para se deixarem reduzir por a

laminas de reduzidas espessuras ou a fios de

muito pequeno diâmetro.

ex : Cobre


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ElasticidadeCapacidade para retomarem a forma primitiva

logo que cesse de actuar a força que os tenha

deformado


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Plasticidade

Capacidade para que quando deixa de actuar

a força externa que os tenha deformado

manterem a forma final com carácter

definitivo.

( não retornam à forma primitiva)

PROPRIEDADES MECÂNICAS - Ensaios

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Fragilidade ou ResiliênciaCapacidade para resistir a choques sem se

quebrar ou romper


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Tenacidade

Capacidade de resistir a

ESFORÇOS DE APLICAÇÃO LENTA

E

PROGRESSIVA


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ESFORÇOS DE APLICAÇÃO LENTA

E

PROGRESSIVA

Tracção

Compressão

Flexão

Corte

Torção


FF

F-F F-F

F-F

F

-F

F

F

FF

F

-F

-F

-F-F

L

F

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Resistência à Fadiga

Capacidade para suportarem esforços de

acção variável sem se desagregarem.


Exemplo: Partir um arame por fadiga aplicando esforços alternados de tracção

e compressão (flexão)

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ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA

SÓLIDOQualquer substancia física que

mantém a sua forma

independentemente do recipiente que

a contem

LÍQUIDOSubstancia física que livremente toma

a forma do recipiente que a contem

GASOSOSubstancia física que tem de estar

contido num recipiente fechado para

não escapar para a atmosfera

ATRACÇÃO

MOLECULAR

+

-

MUITAS SUBSTANCIAS PODEM ALTERAR O SEU ESTADO FÍSICO,

QUANDO SE RETIRA OU ADICIONA CALOR, NOMEADAMENTE OS METAIS

CALOR SENSIVEL E CALOR LATENTE

Se uma substancia está a aquecer é porque estamos a fornecer-lhe

calor, e a sua temperatura aumenta. Quando a temperatura de uma

substancia aumenta os seus átomos movem-se com maior

velocidade, sendo portanto maior a agitação molecular.

O CALOR SENSÍVEL É O QUE INVESTIDO NO AUMENTO

DA TEMPERATURA DA SUBSTÂNCIA.

Este fenomeno acontece até determinada temperatura, (em que as

vibrações são tão violentas que se rompe o equilibrio molecular

passando então os atomos a movimentar-se com maior facilidade)

denominada temperatura de fusão. Uma vez atingida esta

temperatura mantem-se constante até que o sólido funda

completamente.

O CALOR LATENTE É O CALOR FORNECIDO DURANTE

TODO O PROCESSO DE MUDANÇA DE FASE

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CALOR SENSÍVEL

A quantidade de calor

necessário fornecer ou

retirar a uma substancia

para provocar a sua

mudança de estado sem

alterar a temperatura .

1kJ/kg = 0,2388 kcal/kg

1 kcal/kg = 4,187 kJ/kg

O calor que causa uma mudança de temperatura numa

substancia

CALOR LATENTE DE

Temperatura ºC

Quantidade de calor kj/kg

-50

0

50

100

-500 0 500 2500

A

BC

DE

335 Kj/KG

2257 KJ7KG

FUSÃO

VAPORIZAÇÃO CONDENSAÇÃO

SOLIDIFICAÇÃO

GELO

ÁGUA

VAPOR

Vejamos o caso da agua á pressão atmosférica como exemplo:

30

Tempo

Te

mp

era

tura

LIQUIDO

SÓLIDO

PARA UM METAL PURO

(a igual pressão)

Tempo

Te

mp

era

tura

LIQUIDO

SÓLIDO

Temp. de Fusão Temp. de Solidificação

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LIGAS METÁLICAS

FERROSAS NÃO FERROSASEx: Aço (Fe + C) Ex: Bronze ( Cu + Sn)

ASSOCIAÇÃO HOMOGÉNEA DE DOIS OU

MAIS METAIS EM PROPORÇÕES VARIADAS

FUNDIDOS CONJUNTAMENTE E DE TAL

MODO QUE SOLIDIFICANDO CONSTITUEM UM

PRODUTO DE CARACTERÍSTICAS BEM

DEFINIDAS E DIFERENCIADAS E DIFERENTES

DAS DOS ELEMENTOS QUE ENTRAM NA

CONSTITUIÇÃO DA LIGA.

(Ferro + Carbono) (Cobre+ Estanho)

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LIGAS METÁLICAS – Diagrama de equilíbrio

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LIGAS METÁLICAS – Diagrama de equilíbrio

O processo de solidificação é diferente, ou seja verifica-se dentro

duma zona de temperaturas e não a uma temperatura constante. ( há

excepções)Te

mp

era

tura

(ºC

)

Composição (%)

50% de C

50% de A70% de C

30% de A

100% de C 100% de ES2

t1

t2

t0

L2

LIQUIDUS

Lin

ha

ca

rac

terí

sti

ca

du

ma

lig

a

50

% d

e C

e 5

0 %

de

E

Composição

da parte

liquida á

temperatura t2

Composição

dos cristais

solidificados á

temperatura t2

30% de C

70% de A

34

MATERIAIS FERROSOS

Produção do Ferro Fundido (Gusa)

A INDUSTRIA NÃO PRODUZ FERRO PURO !!!!

Contém sempre outros elementos:

CARBONO ( em maior %)

SILICIO

FOSFORO

ETC.

SÃO AS LIGAS FERRO-CARBÓNICAS

FERRO FUNDIDO DE 1ª FUSÃO OU GUSA( % C > 1,6%)

AÇOS ( 0,1%< C < 1,6% )

% C < 0,1 FERRO OU AÇO MACIO

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Produção do Ferro Fundido (Gusa)

O

Alto Forno

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Produção do Ferro Fundido (Gusa) – O Alto Forno

MATERIAS PRIMAS

COMBUSTÍVEL

FUNDENTES

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MATERIAS PRIMAS – Minerais de ferro mais utilizados:

MAGNETITE Oxido magnético ferro ( O4 Fe3 ) com cerca de 72% de ferro

HEMATITE Oxido de ferro ( O3 Fe2 ) com cerca de 70% de ferro

LIMONITEOxido de ferro hidratado com cerca de 60% de ferro

COMBUSTÍVEL – O coque metalúrgico obtido por destilação

da hulha ( carvão mineral)

- Grande porosidade e resistência á compressão sem risco

esmagamento

- Elevado poder calorífico

38


FUNDENTES – Materiais utilizados com a finalidade de reagirem

com as impurezas do minério (ganga) e cinzas do combustível, geralmente

siliciosas e contendo enxofre.

(As gangas do minério não fundem com a restante carga, e a ficarem

incorporados na gusa seriam prejudiciais.)

Garantem a fusão da ganga, assim como a separação da mistura por

diferença de densidades, dando origem a chamada:

ESCÓRIA ( menos densa que a gusa, quando no estado líquido)

São ÁCIDOS ( com base em silício ou alumina), ou BÁSICOS ( carbonato de

cálcio) dependendo da natureza da ganga do minério, de forma a que a

ESCÓRIA produzida seja quimicamente neutra.

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Nomenclatura

Boca

Cuba

Ventre

Zona de

FusãoCadinho

270ºC

700ºC

1100ºC

1750ºC

1600ºC

40


Nomenclatura

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41


Nomenclatura

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PRINCIPAL REACÇÃO

O3Fe2 + 3CO ==> 2Fe + 3 CO2

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FIME 1 FILME 2

ABRINDO A SAIDA

DO FERRO FUNDIDO

DESCARGA DA

ESCÓRIA

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MATERIAIS FERROSOS

Ligas Ferro - Carbonicas

Nestas ligas o CARBONO pode apresentar-se sob diferentes aspectos

( em função do processo de obtenção da liga e portanto do arranjo dos

seus átomos e moléculas):

O FERRO puro praticamente não tem aplicação industrial.

Aparece ligado com o CARBONO formando

LIGAS FERRO CARBÓNICAS

D:/Os meus Documentos (D)/ITN/TECNOLOGIA1/Apresentações/alto forno H.mp4

D:/Os meus Documentos (D)/ITN/TECNOLOGIA1/Apresentações/Altos Fornos.mp4

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MATERIAIS FERROSOS


Tanto o ferro como o carbono podem apresentar-se com características

diferentes em função do arranjo dos seus átomos e moléculas.

A ESTA PROPRIEDADE CHAMA-SE ALOTROPIA

FORMAS ALÓTRÓPICAS

DO CARBONO

DIAMANTE

GRAFITE

CARVÃO

46

Temperatura

ºC

tempo

Não

Mág

néti

co

Má

gn

éti

co

FERRO a

FERRO g

FERRO d

LIQUIDO

768

911

1392

1536

FORMAS ALÓTRÓPICAS

DO FERRO

MATERIAIS FERROSOS


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Temperatura

ºC

tempo

Não

Mág

néti

co

Mág

né

tico

FERRO a

FERRO g

FERRO d

LIQUIDO

768

911

1392

1536

MATERIAIS FERROSOS


Ferro a existe ate 911ºC

Dissolve muito pouco Carbono

( 0,006%), que aumenta com a

temperatura ( a 700ºC dissolve

cerca de 0,04%-MARTENSITE)

Ferro g existe ate 1392ºC

Dissolve até 1,7% de

Carbono, à temperatura de

1145ºC.- A solução sólida

resultante chama-se

AUSTENITE

Ferro d existe ate 1536ºC

Náo dissolve praticamente

Carbono .

48

MATERIAIS FERROSOS


Gusa ou ferro fundido de 1ª fusãoContem elevada % de Carbono ,fósforo e enxofre

Grande Dureza e baixa Resiliência Difícil Maquinação

GUSA BRANCA Fabricação de AÇO

GUSA CINZENTA Para 2ª fusão

(carbono sob a forma de grafite) ( peças em FerroFundido)

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FERRO FUNDIDO DE 2ª FUSÃO

A 2ª fusão da gusa cinzenta vai permitir reduzir os vários teores de

impurezas que esta contem sendo normalmente efectuada em:

FORNOS DE CUBA ou Cubilotes

FORNOS ELECTICOS

FORNOS DE SOLEIRA

obtendo-se

Ferro Fundido de 2ª fusãoou simplesmente

Ferro Fundido.

50

FERRO FUNDIDO DE 2ª FUSÃO

Em função da carga que é introduzida nestes fornos, em conjunto com a

gusa podemos obter:

Ferros Fundidos Brancos

( % C entre 2 e 2,5%)- para posterior novo

tratamento

Ferros Fundidos Cinzentos

(cerca de 4% de C em Grafite)- vazamento de

peças.

Ferros Fundidos Especiais

Por adição de silício, tungsténio, vanádio,

crómio, etc

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FABRICAÇÃO DOS AÇOS

MÉTODOS:

CONVERTIDORESBESSEMER

THOMAS

L.D. ( Linz Doenewitz)

FORNO SIEMENS –MARTIN

FORNO ELÉCTRICO

52


Método BESSEMERutilizado quando os minérios de

ferro existentes dão origem a

gusas siliciosas e magnésicas,

pobres em fósforo e enxofre.

A oxidação do silício é uma

reacção altamente exotérmica

sendo responsável pelo aumento

da temperatura e pela formação

duma escória de características

acidas, obrigando a que o

revestimento interior do

convertidor seja à base de silício

(características ácidas)

Agente Oxidante

AR

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Método…THOMASutilizado onde as gusas obtidas

no AF devido ao minério de ferro

disponível eram de

características fosforosas, e

demasiadamente pobres em

silício para poderem ser tratadas

no Método Bessemer.

A oxidação do fósforo só é

possível com base numa escoria

de características básicas

obrigando a um revestimento

interior do convertidor de

características também básicas –

Dolomite (carbonato duplo de

cálcio e magnésio)

Agente Oxidante

AR

54


( Linz Doenewitz)

Para gusas demasiadamente pobres

em silício para serem tratadas no

convertidores Bessemer e

demasiadamente pobres em fósforo

para serem tratadas no processo

Thomas

A natureza química do revestimento

interior (ácido ou básico) varia de

acordo com o tipo de gusa a tratar

Agente Oxidante

Oxigénio

Método L.D

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FORNO

SIEMENS -MARTIN

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FORNO

SIEMENS -MARTIN

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FORNO

ELÉCTRICO

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VARIAÇÃO

DAS

PROPRIEDADES

DOS AÇOS

COM

A % DE

CARBONO

INFLUÊNCIA DOS PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS

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PROCESSO DE PRODUÇÃO - DA MINA AOS AÇOS COMERCIAIS

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CRÓMIO (Cr) – 30%

Dureza

Resistência à tracção

Resistência ao desgaste

Resistência á corrosão

(aços inoxidáveis)

Cond. Térmica

Cond. Eléctrica

NÍQUEL (Ni) – 30%Resiliência


Limite elásticidade


Coefic. dilatação

Cond. Témica

Cond. Eléctrica

Magnetização

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MANGANÊS (Mn) – 14%



Resistência ao choqueCond. Térmica

Magnetização

TUNGSTÉNIO (W) – 20%Dureza

(até elevadas temperaturas)

Resistência mecânica

Tenacidade

Não magneticos

62


VANÁDIO (Va) – 5%

MOLIBDÉNIO (Mo) – 8%




Propriedades de corte


Carga de rotura

Resistencia à fadiga(quando junto com o Crómio)

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COBALTO (Co) – 20%

c

SILÍCIO (Si) – 4%Limite elásticidade

(fabrico de molas)

Cond. Eléctrica

Ponto de fusão da liga

Temperatura de têmpera

64


Quanto a temperaturas de fusão

Tungsténio = 3 380ºC

Molibdénio = 2 620ºC

Crómio = 1 920ºC

Vanádio = 1 730 ºC

Cobalto = 1 490ºC

Alumínio = 660ºC

Quanto a Densidades

Tungsténio = 19,2

Níquel e Cobalto = 8,9 e 8,8

Crómio = 7,1

Manganês = 7,3

Alumínio = 2,7

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CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS

LIGAS FERRO- CARBÓNICAS

OBTIDAS POR FUSÃO, COM

TEORES DE CARBONO

INFERIORES A 1,7% SÃO

NORMALMENTE DESIGNADAS

POR

AÇOS

66


QUANTO AO

TEOR EM

CARBONO

QUANTO À

COMPOSIÇÃO

QUÍMICA

QUANTO À

APLICAÇÃO

AÇO EXTRA – MACIO (ATÉ 0,15%)

AÇO MACIO ( 0,15 A 0,30%)

AÇO SEMI DURO ( 0,30 A 0,6%)

AÇO DURO ( 0,6 A 0,8%)

AÇO MUITO DURO ( 0,8 A 1%)

AÇO EXTRA-DURO ( 1 A 1,6%)

AÇOS SEM LIGA (AÇOS AO CARBONO)

AÇOS - LIGA

AÇOS PARA FERRAMENTA)

AÇOS DE CONSTRUÇÃO

AÇOS ESPECIAIS

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QUANTO AO

TEOR EM

CARBONOAÇOS COM TEOR CARBONO < 0,85%

Hipoeutetóides

Constituidos por Perlite e Ferrite

Baixa tenacidade

Baixa dureza

Fáceis de maquinar e forjar

Boa maleabilidade

Boa ductilidade

Aplicação em peças sujeitas a esforços pouco

severos

Grande parte dos produtos estampados e laminados

( chapas e perfilados ) utilizados em mecânica geral

são aços hipoeutetóides mesmo um “aço rápido”

com elevadas % de elementos de liga.

68


QUANTO AO

TEOR EM

CARBONOAÇOS COM TEOR CARBONO > 0,85%

Hipereutetóides

Constituidos por Perlite e Cementite

Maior tenacidade

Maior dureza

Bons de maquinar e forjar

Boa maleabilidade

Boa ductilidade

Aplicação em peças sujeitas a esforços mais

severos e fabrico de ferramentas

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QUANTO À

COMPOSIÇÃO

QUÍMICA AÇOS AO CARBONOPropriedades dependam das % de carbono

Grande % de aços utilizados na construção em geral

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QUANTO À

APLICAÇÃO AÇOS PARA FERRAMENTA

Aços Rápidos (teor de Carbono entre 0,6 e 0,8%)

Grandes velocidades de corte, mantendo a dureza

mesmo a elevadas temperaturas (600ºC)

Aço Rápido Extra Superior A.R.E.S.

20% de Tungsténio

10% Cobalto

4% de Crómio

1% de Molibdénio e Vanádio

Aço Rápido Superior A.R.S.

18% de Tungsténio

4% de Crómio

1% de Molibdénio e Vanádio

Aço Rápido Ordinário A.R.O.

10% a 18% de Tungsténio

4 a 5% de Crómio

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QUANTO À

APLICAÇÃO AÇOS DE CONSTRUÇÃO

São os que se aplicam em construção mecânica

em geral

- Aços para tratamentos térmicos sem liga ( 0,1% < C < 0,6%)

Para fabrico de veios, parafusos, cavilhas, peças de

automóveis, etc

-Aços para Tempera superficial ( C < 0,85%; Cr e Va)

Para construção de veículos, motores etc

-Aços para Cementação ( C > a 0,25%)

Para engrenagens, rodas dentadas, veios etc

- Aços para molas ( Si aprox 2% e 0,8% Mn)

-Aços para Nitruração ( Cr; Mo; Al)

Para engrenagens e moldes

-Aços inoxidáveis ( Cr, Mo, Va,)

-Peças sujeitas a corrosão, moldes, ind cirúrgica, etc

72


QUANTO À

APLICAÇÃO AÇOS DE CONSTRUÇÃO

Exemplo: Aço X 40 Cr Mo Va 18

Aço de liga com mais de 5% de elementos de liga que

nos é indicado pela letra X com 0,4 % de Carbono

sendo o elemento de liga mais importante o Crómio que

apresenta um teor de 18%. As % de Mo e Va não são

apresentadas.

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QUANTO À

APLICAÇÃOAÇOS ESPECIAIS

Na sua composição verifica-se a influencia de um

ou mais elementos de liga que comunicam ao aço

uma dada propriedade que o caracteriza

relevantemente:

Aços Inoxidáveis ( Cr > 12% e max. 18%)

-Aços ao crómio (Cr >12% ; 0,4 < C < 1%)

-Aços cromo-níquel ( C< 0,1%; Cr 18% e Ni 8%; estrutura austenitica)

-Aços cromo-níquel ( Cr 26% e Ni 5% estrutura ferritica)

-Aços cromo-niquel-molibdénio (Mo < 5% resistencia aos acidos

Aços baixo coef. dilatação -INVAR- ( Ni cerca 36%)Para fabricar aparelhos de medição rigorosa paquímetros

micrómetros, escalas,etc

Aços p/ resistências eléctricas - (Ni cerca de 32%)

Aços p/ imanes e relés ( Co < 20%)

74

TRATAMENTOS DOS AÇOS

MECÂNICOSPROCESSOS DE DEFORMAÇÃO PARA ORIENTAR AS

FIBRAS MELHORANDO AS PROPRIEDADES

MECÂNICAS

TÉRMICOSPROCESSOS DE AQUECIMENTO E ARREFECIMENTO

DESTINADOS A ALTERAR A ESTRUTURA SEM

ALTERAR A COMPOSIÇÃO QUIMICA, MAS

MELHORANDO AS PROPRIEDADES MECÂNICAS

TERMOQUÍMICOSPROCESSOS QUE COMBINAM OS

TRATAM TERMICOS COM REACÇÕES

QUIMICAS DE ACÇÃO SUPERFICIAL

SUPERFICIAIS DEPOSITO DE OUTROS ELEMENTOS

NA SUPERFICIE

A QUENTE

A FRIO

ESTAMPAGEM

ESTIRAGEM

FORJAMENTO

TEMPERA

RECOZIMENTO

REVENIDO

CEMENTAÇÃO

NITRURAÇÃO

CARBONITRURAÇÃO

SULFONITRURAÇÃO

ELETRÓLISE

METALIZAÇÃO IMERSÃO

PROJECÇÃO

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TRATAMENTOS TÉRMICOS

TÊMPERA

Dureza

Resistência

Limite ElásticoResistência

ao choque

Alongamento

TRÊS FASES:

1. AQUECIMENTO ATÉ TEMPERATURA DE TÊMPERA

2. ESTÁGIO Á TEMPERATURA DE TÊMPERA

3. ARREFECIMENTO

OBJECTIVO

Alterando a

estrutura do

aço à

temperatura

ambiente

76


TEMPERA

AQUECIMENTO

Lentamente até 700ºC

com estágio para

homogeneização da

temperatura por toda a

peça e somente depois

aquecimento rápido até à

temperatura de têmpera.

A Temperatura de

têmpera depende da %

de carbono e dos

elementos de liga.

Austenite

Austenite

+

Cementite

D=40ºC

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TEMPERA

ESTÁGIO Á TEMPERATURA

Tempo necessário para toda a massa da peça adquira a estrutura

pretendida.Tempo reduzido - propriedades diferentes no exterior e no interior

Tempo excessivo - aumenta o tamanho do grao diminuindo a ductilidade

Principais factores que determinam o tempo de estagio.

Dimensões da peça

Temperatura de têmpera

Modo de aquecimento

Composição do aço

Por regra:

Aços ao Carbono – 5 min / 10 mm de espessura

Aços média liga – 7 min / 10 mm de espessura

Aços muita liga – 10 min / 10 mm de espessura

78


TEMPERA

ARREFECIMENTO

Efectuando um arrefecimento rápido, quando se atinge a temperatura de

transformação em ferro a , o carbono dissolvido no ferro g não tem

tempo para se libertar, ficando preso nas malhas do ferro obtendo-se

uma solução sobre-saturada de carbono em ferro a.:

A MARTENSITE

(responsável pelas propriedades do aço após a têmpera)

A velocidade mínima de arrefecimento à qual se forma a MARTENSITE,

chama-se

velocidade crítica de têmpera

Meios arrefecedores:

ÁGUA - OLEO - BANHO DE SAIS - JACTOS DE AR - AR

Velocidade de arrefecimento

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TEMPERA

FACTORES QUE INFLUENCIAM A TÊMPERA

Meio de arrefecimento

Composição química do aço

Tamanho do grão

Dimensões da peça

Temperatura da têmpera

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TEMPERA

REALIZAÇÃO PRÁTICA DUMA TÊMPERA

Caso de uma peça em aço ao carbono com 0,6% de carbono

a) TEMPERATURA DE TÊMPERA

-Como é um aço hipoeutetoide ( menos de

0,85% de Carbono) temos de aquecer a

peça até que toda a estrutura seja

austenítica, pelo que pelo Diagrama Fe-C

retiramos a temperatura de tempera. cerca

de 800ºC

b) PROCEDIMENTO

-Aquecer lentamente até 700ºC e estagiar a

essa temperatura.

-Aquecer até 800ºC

-Estagio a essa temperatura de em função

da espessura da peça.

-Sendo a % de Carbono baixa a velocidade

crítica de têmpera é elevada obrigando a

um arrefecimento rápido (água)

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RECOZIMENTO

OBJECTIVO

Estabilizar a estrutura do aço após anteriores

tratamentos térmicos e mecânicos.

TRÊS FASES:

1. AQUECIMENTO LENTO E GRADUAL ATÉ À TEMPERATURA DE

RECOZIMENTO.

2. ESTÁGIO Á TEMPERATURA DE RECOZIMENTO.

3. ARREFECIMENTO MUITO LENTO AO AR

TIPOS DE RECOZIMENTO:-DE NORMALIZAÇÃO.

-DE AMACIAMENTO

-DE ELEMINAÇÃO DE TENSÕES

-CONTRA ENCRUAMENTO

-DE REGENERAÇÃO

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REVENIDO

Dureza

Resistência

Limite ElásticoResistência

ao choque

Alongamento

OBJECTIVO

TRATAMENTO EFECTUADO LOGO APÓS A

TÊMPERA PARA ATENUAR ESTES EFEITOS

NEGATIVOS

TRÊS FASES:1. AQUECIMENTO LENTO E GRADUAL ATÉ 300ºc

2. ESTÁGIO Á TEMPERATURA DE REVENIDO PARA

UNIFORMIZAÇÃO DA ESTRUTURA E REDUZIR TENSÕES

INTERNAS.

3. ARREFECIMENTO MUITO LENTO AO AR

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COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DE UMA TEMPERA, COM OS

DE UMA TÊMPERA SEGUIDA DE REVENIDO PARA UM AÇO CO

0,6% DE CARBONO

TEMPERATURA

(ºc)

RESISTÊNCIA

À

TRACÇÃO

(Kg/ mm2)

LIMITE

ELÁSTICO

(Kg/ mm2)

DUREZA

(HB)

ALONGAMENTO

(%)

RESISTÊNCIA

AO

CHOQUE

(Kg/ mm2)

SEM

TRATAMENTO 75 50 234 20 0,1

TEMPERADO

EM AGUA 800 200 150 760 7 0,04

REVENIDO

APÓS

TÊMPERA250 A 300 100 80 525 15 0,1

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TRATAMENTOS TÉRMOQUIMICOS

CEMENTAÇÃO

A CEMENTAÇÃO É DOS TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS O MAIS

UTILIZADO

Aplica-se a aços com reduzida % de C (cerca de 0,2% ) e tem por

finalidade conferir maior dureza superficial enquanto o núcleo

mantém a suas características iniciais.

Ciclo térmico semelhante ao da tempera ( AQUECIMENTO, ESTÁGIO E

ARREFECIMENTO) mas, em conjunto com um cemento ( substancia

rica em CARBONO)

O ferro g (existente à temperatura a que a peça é aquecida) da

superfície da peça absorve o carbono libertado pelos gases do

cemento, ficando a camada superficial com percentagens de C que

podem variar entre 0,85 e 1%, ( forma-se martensite) enquanto o

núcleo mantém os valores iniciais

APLICAÇÃO: Rodas de engrenagens, eixos, pernos, hastes de

êmbolos, etc

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NITRURAÇÃO

Embora se possa aplicar a qualquer aço, tem melhores resultados

quando aplicada em aços liga que contenham cerca de 1,25% de

Aluminio e 1,5% de Crómio.

Quando se pretende obter grandes durezas superficiais aliadas a

grande resistência ao desgaste

Aquecimento em fornos até cerca de 520ºC na presença duma

substancia rica em AZOTO, estagio a essa temperatura dependendo

da dimensão da peça, seguido de arrefecimento lento dando origem á

formação superficial de NITRETOS

Pode ser também efectuado com:

Cianetos – Cianuração

Amoníaco–Nitruração Gasosa

APLICAÇÃO: Cilindros e segmentos de motores e outras peças que

necessitam ter elevada resistência quando sujeitas a grande atrito e

que devem conservar a dureza a elevadas temperaturas de

funcionamento.

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CARBONITRURAÇÃO e SULFONITRURAÇÃO

A CARBONITRURAÇÃO é uma combinação dos dois tratamentos

anteriores.

O aquecimento é efectuado a temperaturas de cerca de 650 a 750ºC.

- O AZOTO faz baixar o ponto de transformação do ferro g em ferro a

obtem-se uma estrutura Austenitica a temperaturas mais baixas-.

À superfície forma-se martensite contendo azoto.

APLICAÇÃO: Quando se pretende obter grandes durezas superficiais

aliadas a grande resistência ao desgaste e em peças de pequenas

dimensões.

A SULFONITRURAÇÃO consiste em manter as peças a tratar em

fornos com banhos de sais de sulfureto de sódio e de cianeto de

sódio a temperatura de ordem dos 570ºC.

verifica-se uma incorporação simultânea de aómos de enxofre de

carbono e de azoto na superficie da peça.

APLICAÇÃO: Quando se pretende obter grande resistência ao

desgaste

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TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

CONSISTEM EM RECOBRIR AS SUPERFÍCIES DAS PEÇAS COM UMA

PELÍCULA MUITO FINA ( CENTÉSIMOS DE MM ) DE UM METAL AUTO-

PROTECTOR.

Podem ser obtidos por:

- ELECTRÓLISE

- IMERSÃO EM BANHO DE METAL FUNDIDO

- METALIZAÇÃO POR PROJECÇÃO

ELECTRÓLISE

Processos electrolíticos utilizando:

Cobre – Cobreagem

Niquel – Niquelagem

Crómio – Cromagem

Cádmio - Cadmiagem

ânodos

cátodo

Solução de Sulfato de

crómio

eça

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TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

IMERSÃO EM BANHO DE METAL FUNDIDO

Utiliza metais com baixo ponto de fusão

Zinco - Galvanização ou Zincagem (chapas e arames zincados e tubos

galvanizados)

Estanho – Estanhagem ( folha de flandes etc)

METALIZAÇÃO POR PROJECÇÃO

O metal usado como recobrimento ( Zinco ou Aluminio), é projectado

no estado de pulverizado sobre a peça.

Não é tão eficaz como o processo anterior mas é mais prático.

Utiliza-se em tratamento de grades e portões e em construção naval e

estruturas de chassis

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MATERIAIS METÁLICOS NÃO FERROSOS

MATERIAIS SIMPLES

COBRE

ZINCO

ESTANHO

CHUMBO

ALUMÍNIO

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MATERIAIS SIMPLES - COBREDos mais aplicados na industria metalomecânica,

(assim como o aluminio) logo a seguir ao ferro

Obtido a partir de minerais de cobre

CALCOPIRITE – Cobre metalúrgico

Obtido também por refinação electrolítica a partir do cobre metalúrgico

Cobre electrolítico ( mais puro).

CARACTERISTICAS:1.Densidade – 8,9

2.Temperatura de fusão – 1050ºC3.É muito dúctil, não se prestando a ser limado4.Não é adequado para fundição em moldes por ficar poroso5.Melhora com tratamentos mecânicos a frio (laminagem)6.Excelente condutor eléctrico ⇨ maior utilização7.Excelente condutor de calor ⇨ aparelhos térmicos8.Não é atacado pela água mas é atacado por ácidos, originando

“verdete”, muito tóxico9.Com estanho ou com zinco forma ligas designadas por

“bronzes” e “latões”

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MATERIAIS SIMPLES - ZINCOPrincipal minério ⇨ Blenda (ZnS)

Obtém-se por:

Via seca

Via húmidaem ambos os processos se obtêm purezas da ordem de 99,98 %.

CARACTERISTICAS:

1.Densidade - 7,1

2.Temp. de fusão – 420ºC

3.Cor - Branca

4.Bom condutor de electricidade e calor

5.Muito macio e pouco dúctil e baixa elasticidade

6.Tratamentos superficiais de aços (zincagem)

7.Fabrico de chapas de cobertura e tubagens finas

8.Protecção de cascos de aço contra electro-corrosão

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MATERIAIS SIMPLES - ESTANHO

Principal minério (Cassiterite SnO2 )Difícil de obter por conter percentagens muito baixas (1%, máx.

4%) vindo associado com Pb, W, Zn e Cu, é primeiramente “concentrado” e depois refinado em fornos.

CARACTERISTICAS:1.Densidade – 7,32.Temperatura de fusão – 230ºC3.Cor – prateado4.Bom condutor de electricidade e calor5.Maleável, macio e pouco tenaz.6.Inoxidabilidade - Protecção superficial de materiais

ferrosos ( aço estanhado)

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MATERIAIS SIMPLES - CHUMBOO principal minério é a Galena (PbS)

cujo teor varia até 12%;

“concentração”, seguido de depurações

pureza da ordem de 99, 94%

CARACTERÍSTICAS

1.É muito maleável

2.Muito denso

3.Oxida superficialmente com facilidade

4.Muito resistente aos ácidos

5.Ponto de fusão muito baixo (330 ºC)

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MATERIAIS SIMPLES - ALUMINIO

CARACTERISTICAS:

1.Muito leve, densidade = 2,72.Bastante maleável 3.Por laminagem, aumenta a resistência mecânica4.Excelente condutor de calor5.Utilizado em ligas - Duraluminio, Alpax, etc.6.Ponto de fusão = 660 ºC7.Resistente à oxidação

Principal minério Bauxite Al2O3.H2O ( 50%)

1ª fase – obtenção da alumina2ª fase – electrólise da alumina

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MATERIAIS SIMPLES e suas ligas

COBRE

ZINCO

ESTANHO

CHUMBO

ALUMÍNIO

Bronzes

Latões

Solda

Duraluminio

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LIGAS METALICAS - BRONZES

ZINCO CHUMBO FOSFORO

Desoxidar o bronze Mais plástico e macio Eliminar óxidos de cobre

e auto lubrificante aumento da tenacidade

aumento da dureza(Casquilhos ,rodas dentadas, chumaceiras)

ALUMINIO

< 8% maleavel > a 14% não maleável

Entre 8 e 14% têm características semelhantes aos Aços após tempera e

revenido além de boa resistência à corrosão

OUTROS ELEMENTOS

( 0,2 a 2%)

(destinados a melhorar

determinadas propriedades)

COBRE ( 88 a 89,8%)ESTANHO

(~10%)

< A 9% MALEÁVEIS

> A 26% DUROS

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LIGAS METALICAS - LATÕES

FERRO ALUMINIO CHUMBO SILICIO ESTANHO MANGANÊS

aumento da tenacidade flexão e da dureza

maior resistência à corrosão

OUTROS ELEMENTOS

( sempre < a 3%)

(destinados a melhorar

determinadas propriedades)

COBRE ( ~73%)

zinco(~25%)

DE 25 A 35% - MALEÁVEIS A FRIO

DE 36 A 45% - MALEÁVEIS A QUENTE

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LIGAS DE ALUMINIO

DURALUMINIO 90 a 94% de ALUMINIO

3,5 a 4,5% de COBRE

0,9 a 1,5% de MANGANÊS

0,5 a 1.0% de MAGNÉSIO

0,2 a 0,9% de SILICIO

Densidade – 2,8

Dureza HB – 50 a 60

Resistência tracção – 16 a 22Kg /mm2

Pode melhorar as suas propriedades mecânicas se submetida a um

tratamento térmico semelhante à tempera dos aços denominada

BENEFICIAÇÃO

(Aquecimento até 500ºC e arrefecimento rápido em agua)

mas….

necessita de maturação.

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LIGAS DE ALUMINIO

ALPAX 87 a 90% de ALUMINIO

pequena% de MANGANÊS

pequena de MAGNÉSIO

10 a 13% de SILICIO

ALUMINIO- COBRE (8 a 12%) - ligas para fundição

ALUMINIO – SILICIO (20%) –COBRE (2%) – dilatação reduzida devido ao

silicio

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COURO

BORRACHA

FIBRAS

PLÁSTICOSSINTÉTICOS

MADEIRA

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MADEIRAOrigem vegetal

MACIAS – Pinho de flandres, Tilia e Acácia

DURAS – Carvalho , castanho, freixo e nogueira

RESINOSAS – pinho manso e bravo, cedro…

FINAS – sobreiro, cerejeira, pereira…

Baixa densidade

Boa resistência à compressão no sentido das fibras

Irregular resistência à flexão

Fácil trabalho por corte

COUROOrigem animal

Necessita de tratamento – curtido ou curtume

Boa tenacidade, elasticidade e flexibilidade

Razoável resistência a agentes químicos

Má resistência ao calor

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BORRACHADe origem vegetal e obtido por coagulação do látex de certas plantas

tropicais

Misturada com algum enxore, a 130ºC – VULCANIZAÇÂO - melhora as

caracteristicas de resistencia a temperarturas negativas assim como

ás temperaturas superiores a 15ºC

Grande elasticidade

Boa maleabilidade

Bom isolante

Fraca resistência ao calor

Alterada pelos lubrificantes normais

Envelhece com o tempo tornando-se quebradiça

Reduz-se com o aumento da % de enxofre

VEGETAIS – cânhamo, linho, algodão etc

MINERAIS – amianto ( silicato hidratado de mgnésio e calcio)

ANIMAIS – lã, seda.

FIBRAS

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PLÁSTICOS SINTÉTICOS

TERMOPLASTICOS - deformam-se pela acção do calor

Ex: policloreto de vinilo (PVC),

polietileno.

poliestireno,

policarbonato,

poliamida,

poliuretano

teflon

TERMOSTESTÁVEIS – dificilmente se deformam pela acção do

calor

Ex: melamina,

fenoplastos

Documents

Apont.(slides) de Tecnologia dos Materiais sem 1º folha