METAIS FERROSOS

Ferro fundido – é uma liga ferro-carbono cujo teor de carbono é superior a 2%

Aço – é uma liga ferro-carbono cujo teor de carbono é inferior a 2%

Aço de Construção – teor de carbono entre 0,2 a 05%

 

A classificação dos aços é feita segundo a NP EN 10020, com base na composição química dos elementos presentes:

- não ligados,

- ligados (aços especiais ligados).

Processo de fabrico de aço:

O ferro (minério de onde é extraído: magnetite Fe₃O₄, hematite Fe₂O₃) é extraído por reacções de redução através da acção do carbono sob a forma de carbono.

O minério é aquecido na presença de um redutor (carvão-coque) que combina com o oxigénio do minério e transforma-se em monóxido e dióxido de carbono, sob a forma de gasosa. Normalmente também se adiciona carbonato de cálcio (função de fundente).

O ferro que sai de alto-forno chama-se gusa, o qual ainda não serve para construção, pois contém impurezas.

A parte: o coque é obtido através do aquecimento a altas temperaturas do carvão mineral.

Principais impurezas de gusa:

Carbono – com percentagens de 2 a 4%, quanto maior o teor de carbono maior dureza, mas baixa-lhe o ponto de fusão e a maleabilidade.

Enxofre – com teores de 2 a 3% é um elemento indesejável no aço com valores superiores a 0,1% pois reduz a sua resistência, a forjabilidade e torna-o menos soldável.

Fósforo – torna o ferro quebradiço, diminui a sua tenacidade e aumenta a fluidez.

Magnésio – aumenta a dureza e a resistência, mas dificulta a maleabilidade.

Silício – endurece a fundição, torna o ferro macio e compacto, diminui a maleabilidade e a forjabilidade.

Purificação da gusa:

Para se tornar um material de construção, há que purifica-la o que se consegue pela oxidação da gusa em fusão nos convertidores de aciaria.

Após a purificação o aço em fusão é moldado sob a forma de lingotes ou bilhetes, para serem armazenados e depois transformados em operações de laminagem nos produtos usados na construção.

Curvas de arrefecimento:

Metal puro – o seu comportamento durante o processo de arrefecimento é indicado pela sua curva de arrefecimento.

Liga – o comportamento é dado por diagramas designados por diagramas de equilíbrio.

 

Variedades alotrópicas – são estruturas cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas temperaturas, denominadas temperaturas de transição. O ferro apresenta três variedades.

                       Austenite:

o   Estrutura cúbica de faces centradas,

o   Não é magnética,

o   Boa resistência,

o   Existe acima da temperatura crítica de 723ºC,

o   Percentagem de carbono varia entre 0,8% a 723ºC e 2,08ºC.

       Ferrite (α):

o   Máximo de carbono é de 0,02% a uma temperatura de 723ºC,

o   Baixa dureza e resistência à tracção,

o   Tem características magnéticas.

Cementite (Fe₃C):

o   Máximo teor de carbono é de 6,67%,

o   Elevadas resistências e durezas (2000MPa, valor estimado),

o   Baixa ductibilidade.

Perlite:

o   Estrutura tetragonal de corpo centrado,

o   Possui propriedades intermédias entre a ferrite e a cementite,

o   Desenvolve-se no arrefecimento lento do aço,

o   Presente nos aços recozidos

 

Eutéctico – ponto onde o equilíbrio é invariável, portanto o equilíbrio entre as três fases ocorre a uma determinada temperatura e as componentes das três fases são fixas.

Hipoeutético – composição menor que o eutéctico.

Hipereutético – composição maior que o eutéctico.

Reacção eutéctica: transformação da fase por arrefecimento, toda a fase liquida transforma-se isotermicamente em duas fases sólidas.

L-->α+β

Reacção eutetóide: é a mistura resultante da recristalização por ser realizada numa solução sólida.

α-->β+ϒ

Reacção Peritética: transformação de fase por arrefecimento em que numa fase liquida reage com uma fase sólida originando uma nova fase sólida.

ϒ+L-->β

Reacção Monotéctica: transformação de fase por arrefecimento, em que numa fase liquida se transforma numa sólida e numa fase liquida (com composição diferente da primeira fase liquida).

L-->α+L

Tratamentos Térmicos:

A base dos tratamentos térmicos existentes nos, é baseado nas velocidades de arrefecimento.

Conforme se doseia a % de ferrite, cementite, perlite e austenite podem obter-se determinadas propriedades dos aços, sendo estas conseguidas através de tratamentos térmicos.

No caso de tratamentos térmicos o diagrama de equilíbrio não pode ser considerado por ser obtido para velocidades de arrefecimento lentos, sendo assim considerados os diagramas TTT (tempo-temperatura-transformação)

Obtenção dos diagramas TTT:

o   As amostras são aquecidas até uma determinada temperatura (austenitica),

o   Posteriormente são arrefecidas em banhos de sais a temperaturas inferiores à temperatura critica (723ºC),

o   Sendo depois retiradas do banho de sais e imersas em água,

o   Depois são feitos exames metalográficos para verificação da estrutura resultante e transformação verificada.

A partir dos exames metalográficas será possível quantificar a % de austenite transformada durante a sua imersão em sais a temperatura constante, já que o produto da transformação às temperaturas da água só pode ser a martensite.

A partir da fase austenitica, e por tratamentos térmicos, podem ser obtidas diferentes microestruturas que devem de ser seleccionadas de acordo com a utilização pretendida.

 

Tratamento Térmicos Básicos:

Têmpera – é um processo que impede a difusão dos átomos de carbono, originando a sua prisão em condições instáveis na rede cubica do corpo centrado. Este tratamento é obtido por arrefecimento brusco em água, óleo ou salmoura, sendo a microestrutura resultante a martensite.

Revenido – tem como objectivo essencial o alívio ou eliminação das tensões resultantes daquele tratamento.

Recozimento – o processo de arrefecimento é muito lento e tem por objectivo principal a restituição do aço às características que foram alterados por tratamentos mecânicos ou térmicos.

Tratamentos Mecânicos:

Quando um metal sofre uma deformação plástica a frio, há modificações da sua estrutura, originando que os seus grão fiquem distorcidos e com defeitos estruturais, sobretudo lineares, mas conferindo maior capacidade de tração embora menor capacidade de deformação.

A modificação da estrutura pode ser restaurada por aquecimento, da qual se destacam três fases:

Recuperação – existem alterações nos defeitos estruturais e não se processam movimentos nas juntas dos grãos ou cristais de aço.

Recristalização primária – é caracterizada pela formação de novos grãos.

Crescimento do grão – quando a temperatura de coalescência (temperatura em que se verifica o desaparecimento de alguns grãos em geral os mais pequenos) é ultrapassada.

Influencia do tamanho do grão nas propriedades do aço:

o   O limite de elasticidade e a dureza diminuem muito significativamente,

o   O alongamento aumenta também de um modo significativo,

o   A ductibilidade aumenta na fase de recristalização e depois decresce com o tamanho do grão.

Processos:

Laminagem a frio – deformação longitudinal permanente por compressão transversal.

Trefilagem – estiragem através de fieiras (aços de pré-esforço). No caso dos aços de pré-esforço tem de ser precedida de um tratamento térmico especial, patentagem, que consiste em aquecer num forno, o aço acima da temperatura em que a ferrite e cementite se transforma em austenite, seguindo-se um arrefecimento brusco a cerca de 500ºC.

EUROCÓDIGOS:

Eurocódigo 0 – Bases de Cálculo em Estruturas,

Eurocódigo 1 – As acções em Estruturas de Engenharia Civil,

Eurocódigo 2 – Projecto de Estruturas em Betão,

Eurocódigo 3 – Projecto de Estruturas de Aço,

Eurocódigo 4 – Projecto de Estruturas Compósitas de Aço e Betão,

Eurocódigo 5 – Projecto de Estruturas de Madeira,

Eurocódigo 6 – Projecto de Estruturas de Alvenaria,

Eurocódigo 7 – Projecto Geotécnico,

Eurocódigo 8 – Projecto de Estruturas Resistentes à Acção Sísmica,

Eurocódigo 9 – Projecto de Estruturas de Aluminio.

Diferentes tipos de aços:

o   Aços para betão armado,        REBAP

o   Aços para pré-esforço,                LNEC (EC2)

o   Aços para estruturas metálicas.    REAE

     EN 10025 (EC3)

REBAP – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado:

·         Define os tipos de armaduras e suas características,

·         Estipula a obrigatoriedade da sua previa classificação pelo LNEC,

·         Estabelece as características de dobragem, soldabilidade e aderência,

·         Caracterisitcas mecânicas:

o   Tensão de cedência f_syk ou tensão limite convencional de proporcionalidade de 0,2%,

o   Tensão de rotura f_suk,

o   Extensão após rotura ε_suk,

o   Classes de resistência – A235, A400 e A500.

Identificação de um aço para betão armado:

Especificação do LNEC:

 

Estes aços têm reduzido teor em carbono e baixos teores de outros elementos prejudiciais. O teor de carbono equivalente é inferior a 0,52%.

 

REBAP: tipos correntes de armaduras ordinárias

Designação	Processo de fabrico	Configuração da superfície	Características de aderência	Características mecânicas
				Tracção				Dobragem
				Tensão de cedência	Tensão de rotura	Extensão após rotura	Dobragem simples	Dobragem-desdobragem
								12Ø18	18Ø25	25Ø32	32Ø40
A235NL	Laminado a quente	Lisa	Normal	235	360	24	2Ø	-	-	-	-
A235NR		Rugosa	Alta					5Ø	7Ø	8Ø	10Ø
A400NR	Laminado a quente	Rugosa	Alta	400	460	14	3Ø	6Ø	8Ø	10Ø	12Ø
A400ER	Endurecido a frio	Rugosa	Alta			12
A400EL	Endurecido a frio c/ torção	Lisa	Normal
A500NR	Laminado a quente	Rugosa	Alta	500	550	12	4Ø	8Ø	10Ø	12Ø	14Ø
A500ER	Endurecido a frio	Rugosa	Alta			10
A500EL		Lisa	Normal					-	-	-	-

Características mecânicas dos aços: diagrama de tracção de aços

 

P - até este instante não há deformação permanente,

S – tensão limite superior de cedência,

I – tensão limite inferior de cedência,

Até um pouco à frente de I dá-se a anulação de defeitos,

A partir de aqui o aço passa a ter maior capacidade resistente,

Se quando alcançar A retirar a carga ficarei em A’,

Se em A’ voltar a fazer o mesmo ensaio que fiz inicialmente (esperar uma semana), o aço vai ter uma deformação recta A’ A D F,

Em C e F dá-se a rotura.

O aço obtido a partir de A’ tem uma capacidade resistente muito maior e uma capacidade de deformação menor.

A estes aços chamam-se endurecidos.

Diagrama de tracção de aços (exemplo):

 

A235N – aço laminar a quente.

A500E – aço endurecido a frio.

A tensão limite convencional de proporcionalidade é de 0,2%.

LNEC: fios de Aço para betão pré-esforçado (E-452)

Y  1860  C  6,0  I

Y- aço para pré-esforço

1860 – tensão de rotura (MPa)

C – frio trefilado

S – cordão

6,0 – Diâmetro nominal

I – cuja superfície apresenta reentrâncias.

M – marcado, cuja superfície apresenta marcas.

 

A tensão limite convencional de proporcionalidade é de 0,1%.

 

Tratamentos mecânicos:

Aço para betão armado:

·         Laminagem a quente,

·         Laminagem a frio.

Aço para betão pré-esforçado:

·         Estiragem,

·         Trefilagem.