O documento descreve os processos de obtenção de ferro e aço a partir do minério de ferro, incluindo a extração do minério, sua fusão em alto-fornos para produzir ferro-gusa, e processos posteriores para reduzir o teor de carbono e produzir ferro fundido e aço. Também discute as principais propriedades mecânicas de metais como resistência à tração, módulo de elasticidade, dureza e tipos de falha.

1. MATERIAIS METÁLICOS
Profª Janaína Araújo

2. 1. METAIS FERROSOS
Ferro
Não é encontrado puro na natureza. Encontra-se
geralmente combinado com outros elementos formando
rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.
Minério de ferro
Retirado do subsolo, porém muitas vezes é encontrado
exposto formando verdadeiras montanhas.
Principais minérios: Hematita e Magnetita.
Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido
em pedaços menores e em seguida levados para a
usina siderúrgica.

3. 1. METAIS FERROSOS
Obtenção do ferro gusa
Na usina, o minério é derretido num forno denominado
ALTO FORNO.
No alto forno, já bastante aquecido, o minério é
depositado em camadas sucessivas, intercaladas com
carvão coque (combustível) e calcário (fundente)
Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo
especial injeta-se ar em seu interior. O ar ajuda a
queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºC derrete
o minério.

4. 1. METAIS FERROSOS
Obtenção do ferro gusa
O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto
forno. A este ferro dá-se o nome de ferro-gusa ou
simplesmente gusa.
As impurezas ou escórias por serem mais leves,
flutuam sobre o ferro gusa derretido.
Através de duas aberturas especiais, em alturas
diferentes são retiradas, primeiro a escória e em
seguida o ferro-gusa que é despejado em panelas
chamadas CADINHOS.

5. 1. METAIS FERROSOS
Obtenção do ferro gusa
O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado
em formas denominadas lingoteiras.
Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira
recebendo o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA.
A seguir são armazenados para receberem novos
tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, é
usado apenas na confecção de peças que não
passarão por processos de usinagem.

6. 1. METAIS FERROSOS
Ferro fundido
Liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% de
carbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a
porcentagem de carbono do ferro gusa. É portanto um
ferro de segunda fusão.
A fusão de ferro gusa, para a obtenção do ferro
fundido, é feita em fornos apropriados sendo o mais
comum o forno “CUBILÔ”.
O ferro fundido tem na sua composição maior
porcentagem de ferro, pequena porcentagem de
carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo.

7. 1. METAIS FERROSOS
Aço
Um dos mais importantes materiais metálicos usados
na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças
em geral.
Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de
carbono do ferro gusa.
A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a
1,7%.

8. 1. METAIS FERROSOS
Principais características do aço:
Pode ser trabalhado com ferramenta de corte;
Pode ser curvado;
Pode ser dobrado;
Pode ser forjado;
Pode ser soldado;
Pode ser laminado;
Pode ser estirado (trefilado);
Possui grande resistência à tração;

9. 1. METAIS FERROSOS
Aço ao carbono
São os que contém além do ferro, pequenas
porcentagens de carbono, manganês, silício, enxofre e
fósforo.
Os elementos mais importantes do aço ao carbono são
o ferro e o carbono. O manganês e silício melhoram a
qualidade do aço, enquanto que o enxofre e o fósforo
são elementos prejudiciais.
Ferro - É o elemento básico da liga.
Carbono - Depois do ferro é o elemento mais
importante do aço.
A quantidade de carbono define a resistência do aço.

10. 1. METAIS FERROSOS
Formas comerciais do aço
Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado
no comércio na forma de vergalhões, perfilados,
chapas, tubos e fios.
Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis,
sem tratamento posterior à laminação.

11. 1. METAIS FERROSOS
Formas comerciais do aço
Perfilados - São vergalhões laminados em perfis
especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.

12. 1. METAIS FERROSOS
Chapas - São laminados planos, encontradas no
comércio nos seguintes tipos:
Chapas pretas - sem acabamento após a laminação,
sendo muito utilizadas nas indústrias.
Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma
fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a
umidade, tais como calhas e condutores etc.
Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de
Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada
de estanho. São usadas principalmente na fabricação de
latas de conservas devido sua resistência à umidade e
corrosão.

13. PROPRIEDADES
MECÂNICAS DOS METAIS
Profª Janaína Araújo

14. PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Definem o comportamento do material quando
sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão
relacionadas à capacidade do material de resistir
ou transmitir estes esforços aplicados sem
romper e sem se deformar de forma
incontrolável.

15. Principais propriedades mecânicas
 Resistência à tração
 Elasticidade
 Ductilidade
 Fluência
 Fadiga
 Dureza
 Tenacidade,....
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade
do material de resistir às forças mecânicas e/ou de
transmiti-las

16. Tipos de tensões que uma estrutura
esta sujeita
 Tração
 Compressão
 Cisalhamento
 Torção

17. Como determinar as propriedades
mecânicas?
 Feita através de ensaios mecânicos.
 Utiliza-se normalmente corpos de prova para o
ensaio mecânico, não é praticável realizar o
ensaio na própria peça, que seria o ideal.
 Geralmente, usa-se normas técnicas para o
procedimento das medidas e confecção do corpo
de prova para garantir que os resultados sejam
comparáveis.

18. NORMAS TÉCNICAS
Normas técnicas mais comuns:
ASTM (American Society for Testing and
Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas)

19. Ensaios para determinação das
propriedades mecânicas
 Resistência à tração
 Resistência à compressão
 Resistência à torção
 Resistência ao choque
 Resistência ao desgaste
 Resistência à fadiga
 Dureza

20. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
 É medida submetendo-se o material à
uma carga ou força de tração,
paulatinamente crescente, que promove
uma deformação progressiva de aumento
de comprimento
 NBR-6152 para metais

21. Resistência À Tração
Tensão (s) X Deformação (e)
s = F/Ao Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2
Força ou carga
Área inicial da seção reta transversal
Deformação(e ))= lf-lo/lo=Dl/lo
lo= comprimento inicial
lf= comprimento final

22. Comportamento dos metais quando
submetidos à tração
Resistência à tração
Dentro de certos limites,
a deformação é proporcional
à tensão (a lei de Hooke é
obedecida)
Lei de Hooke: s = E e

23. Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
 Precede à deformação
plástica
 É reversível
 Desaparece quando a
tensão é removida
 É proporcional à tensão
aplicada (obedece a lei de
Hooke)
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 É provocada por tensões que
ultrapassam o limite de
elasticidade
 É irreversível; é resultado do
deslocamento permanente dos
átomos e portanto não
desaparece quando a tensão é
removida
Elástica Plástica

24. Módulo de elasticidade ou Módulo
de Young
E= s/ e =Kgf/mm2
• É o quociente entre a tensão
aplicada e a deformação
elástica resultante.
•Está relacionado com a rigidez
do material ou à resist. à
deformação elástica
Lei de Hooke: s = E e
P
A lei de Hooke só
é válida até este
ponto
Tg a= E
a

25. O Fenômeno de Escoamento
 Esse fenômeno é nitidamente observado
em alguns metais de natureza dúctil,
como aços baixo teor de carbono.
 Caracteriza-se por um grande
alongamento sem acréscimo de carga.

26. Tensão de escoamento
Escoamento
Não ocorre escoamento propriamente dito

27. Resistência à Tração (Kgf/mm2)
 Corresponde à tensão máxima aplicada ao material
antes da ruptura
 É calculada dividindo-se a carga máxima suportada
pelo material pela área de seção reta inicial

28. Tensão de Ruptura (Kgf/mm²)
 O limite de ruptura é geralmente inferior ao
limite de resistência em virtude de que a área da
seção reta para um material dúctil reduz-se
antes da ruptura

29. Ductilidade em termos de alongamento
• Corresponde ao alongamento total do
material devido à deformação plástica
%alongamento= (lf-lo/lo)x100
ductilidade

30. Ductilidade expressa como
estricção
 Corresponde à redução na área da seção
reta do corpo, imediatamente antes da
ruptura
 Os materiais dúcteis sofrem grande
redução na área da seção reta antes da
ruptura
Estricção= área inicial-área final
área inicial

31.  Corresponde à capacidade do material de
absorver energia quando este é
deformado elasticamente
 A propriedade associada é dada pelo
módulo de resiliência (Ur)
Ur= sesc
2/2E
sesc
Resiliência

32. Resiliência
 Materiais resilientes são aqueles que têm
alto limite de elasticidade e baixo módulo
de elasticidade (como os materiais
utilizados para molas)

33.  Corresponde à capacidade do material de
absorver energia até sua ruptura
tenacidade
Tenacidade

34. FALHA OU RUPTURA NOS
METAIS
Fratura
Fluência
Fadiga

35. FRATURA
 Consiste na separação do material em 2 ou
mais partes devido à aplicação de uma
carga estática à temperaturas
relativamente baixas em relação ao ponto
de fusão do material

36. FRATURA
 Dúctil a deformação plástica continua
até uma redução na área
 Frágil não ocorre deformação plástica,
requerendo menos energia que a fratura
dúctil que consome energia para o
movimento de discordâncias e imperfeições
no material

37. FRATURA
Fraturas dúcteis
Fratura frágil

38. Mecanismo da fratura dúctil
a- formação do pescoço
b- formação de cavidades
c- coalescimento das
cavidades para promover
uma trinca ou fissura
d- formação e propagação
da trinca em um ângulo
de 45 graus em relação
à tensão aplicada
e- rompimento do material
por propagação da trinca

39. FLUÊNCIA (CREEP)
 Quando um metal é solicitado por uma
carga, imediatamente sofre uma
deformação elástica. Com a aplicação de
uma carga constante, a deformação
plástica progride lentamente com o tempo
(fluência) até haver um estrangulamento e
ruptura do material

40. FLUÊNCIA (CREEP)
 Definida como a deformação
permanente, dependente do tempo e da
temperatura, quando o material é
submetido à uma carga constante
 Este fator muitas vezes limita o tempo
de vida de um determinado componente
ou estrutura

41. FADIGA
 É a forma de falha ou ruptura que ocorre
nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas
e cíclicas
 Nessas situações o material rompe com
tensões muito inferiores à correspondente
à resistência à tração (determinada para
cargas estáticas)

42. FADIGA
 Os esforços alternados que podem
levar à fadiga podem ser:
 Tração
 Tração e compressão
 Flexão
 Torção,...