Sumário

Capítulo 1 – O sistema ferro-carbono..........................................23
1.1 O ELEMENTO FERRO .......................................................................................................... 23
1.2 SOLUÇÕES SÓLIDAS DE FERRO ........................................................................................ 25
1.3 DIAGRAMA FERRO-GRAFITA.............................................................................................. 27
1.4 DIAGRAMA FERRO-CEMENTITA......................................................................................... 28
1.4.1 Ferrita (α) .................................................................................................................... 29
1.4.2 Austenita (γ) ................................................................................................................ 29
1.4.3 Ferrita (δ)..................................................................................................................... 29
1.4.4 Cementita (Fe3C)......................................................................................................... 29
1.5 PONTOS RELEVANTES DO DIAGRAMA FERRO-CEMENTITA ............................................ 29
1.5.1 Linha A1 ........................................................................................................ 29
1.5.2 Linha A2..................................................................................................................... 30
1.5.3 Linha A3..................................................................................................................... 30
1.5.4 Linha Acm .................................................................................................................. 30
1.5.5 Linha A4..................................................................................................................... 30
1.5.6 Linha Liquidus............................................................................................................ 30
1.5.7 Linha Solidus.............................................................................................................. 30
1.6 EFEITO DO RESFRIAMENTO E AQUECIMENTO NAS LINHAS DE TRANSFORMAÇÃO... 30
1.7 REAÇÕES INVARIANTES.............................................................................................. 31
16 Aços e ligas especiais
1.8 OBSERVAÇÕES DA MICROESTRUTURA....................................................................32
1.9 DETERMINAÇÃO DA FRAÇÃO VOLUMÉTRICA DAS FASES............................................ 33
1.10 EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO NA FRAÇÃO VOLUMÉTRICA
DA FERRITA E PERLITA .....................................................................................................36
Exercícios..................................................................................................................................... 37
Respostas ................................................................................................................................. 37
Referências bibliográficas............................................................................................................. 38
Capítulo 2 – Decomposição da austenita e curvas TTT...............39
2.1 FERRITA E CEMENTITA........................................................................................................ 40
2.2 PERLITA................................................................................................................................ 45
2.3 CURVAS ITT .............................................................................................................55
2.4 BAINITA E FERRITA ACICULAR .................................................................................... 56
2.5 MARTENSITA....................................................................................................................... 66
2.6 CONSTRUÇÃO DAS CURVAS TTT...................................................................................... 72
2.6.1 Curvas ITT............................................................................................................. 73
2.6.2 Curvas CCT ou TRC ............................................................................................... 79
2.6.3 Austenita retida .......................................................................................................... 84
Exercícios..................................................................................................................................... 86
Respostas ................................................................................................................................. 87
Referências bibliográficas............................................................................................................. 88
Capítulo 3 – Tratamentos térmicos ...........................................91
3.1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................... 91
3.2 RECOZIMENTO................................................................................................................... 92
3.2.1 Recozimento pleno ou simplesmente recozimento..................................................... 92
3.2.2 Recozimento subcrítico............................................................................................... 94
3.2.3 Esferoidização............................................................................................................. 95
3.2.4 Recozimento para usinabilidade ................................................................................ 96
3.3 PROTEÇÃO DA SUPERFÍCIE................................................................................................ 96
3.4 NORMALIZAÇÃO ............................................................................................................... 97
3.5 TÊMPERA........................................................................................................................... 100
3.5.1 Meios de têmpera ..................................................................................................... 100
3.5.2 Tensões na têmpera............................................................................................. 102
3.6 TEMPERABILIDADE (HARDENABILITY).................................................................... 105
3.6.1 Taxa de resfriamento crítico ...................................................................................... 105
3.6.2 Ensaio Grossmann..................................................................................................... 106
3.6.3 Ensaio Jominy ........................................................................................................... 106
3.6.4 Fatores que afetam a temperabilidade...................................................................... 108
3.6.5 Técnicas para se revelar o contorno do grão austenítico.......................................... 108
Sumário 17
3.6.6 Crescimento do grão austenítico................................................................................114
3.7 REVENIMENTO...................................................................................................................116
3.7.1 Efeito nas propriedades..............................................................................................116
3.7.2 Transformações no revenimento de aços carbono............................................................ 118
3.7.3 Revenimento múltiplo...............................................................................................119
3.7.4 Fragilidade do revenido ............................................................................................119
3.8 MARTÊMPERA ................................................................................................................... 121
3.9 AUSTÊMPERA.................................................................................................................... 122
3.10 AUSTENITA RETIDA........................................................................................................... 123
3.11 TÊMPERA SUPERFICIAL..................................................................................................... 124
3.11.1 Aquecimento indutivo............................................................................................. 124
3.11.2 Aquecimento por chama......................................................................................... 126
3.12 EXEMPLOS DE MICROESTRUTURAS OBTIDAS COM TRATAMENTOS TÉRMICOS..... 127
3.13 AUSTENITA REVERTIDA.................................................................................................... 134
3.14 TÊMPERA E PARTIÇÃO ..................................................................................................... 134
3.15 SOLUBILIZAÇÃO .............................................................................................................. 139
Referências bibliográficas........................................................................................................... 147
Capítulo 4 – Tratamentos termoquímicos ..................................151
4.1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................. 151
4.2 DIFUSÃO E SOLUBILIDADE DOS ELEMENTOS QUÍMICOS ............................................ 152
4.3 PERFIL DE DISTRIBUIÇÃO DO SOLUTO .......................................................................... 153
4.4 CEMENTAÇÃO .................................................................................................................. 154
4.4.1 Cementação sólida.................................................................................................... 154
4.4.2 Cementação gasosa................................................................................................... 155
4.4.3 Cementação líquida.................................................................................................. 157
4.4.4 Cementação a vácuo ................................................................................................ 162
4.4.5 Cementação iônica ou a plasma ............................................................................... 162
4.5 NITRETAÇÃO..................................................................................................................... 165
4.5.1 Nitretação a gás ........................................................................................................ 166
4.5.2 Nitretação líquida ..................................................................................................... 167
4.5.3 Nitretação iônica ou a plasma .................................................................................. 170
4.6 CIANETAÇÃO (CARBONITRETAÇÃO LÍQUIDA OU CIANETAÇÃO LÍQUIDA)................. 172
4.6.1 Reações principais.................................................................................................... 173
4.7 CARBONITRETAÇÃO ........................................................................................................ 173
4.7.1 Profundidade da camada carbonitretada.................................................................. 175
4.8 NITROCARBONETAÇÃO .................................................................................................. 175
4.8.1 Nitrocarbonetação ferrítica ....................................................................................... 175
4.8.2 Oxinitrocarbonetação ............................................................................................... 177
4.8.3 Nitrocarbonetação austenítica .................................................................................. 177
18 Aços e ligas especiais
4.9 BORETAÇÃO ..................................................................................................................... 179
4.9.1 Vantagens.................................................................................................................. 181
4.9.2 Desvantagens............................................................................................................ 181
4.10 TRATAMENTOS TERMORREATIVOS ................................................................................. 184
4.11 RESUMO DOS TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS ......................................................... 186
4.12 MICROESTRUTURAS OBTIDAS NOS TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS...................... 187
Exercícios................................................................................................................................... 187
Respostas ............................................................................................................................... 188
Referências bibliográficas........................................................................................................... 191
Capítulo 5 – Influência dos elementos de liga nos aços .............193
5.1 ELEMENTOS ESTABILIZADORES DA AUSTENITA E DA FERRITA [1,2] ............................. 193
5.1.1 Tipo A1 (ou campo austenítico aberto) ...................................................................... 193
5.1.2 Tipo A2 (ou campo austenítico expandido)............................................................... 194
5.1.3 Tipo B1 (ou campo austenítico fechado) ................................................................... 194
5.1.4 Tipo B2 (ou campo austenítico contraído)................................................................. 194
5.2 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS NÃO ENDURECIDOS .................. 196
5.3 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NA FORMAÇÃO DA FERRITA................................... 196
5.3.1 Nucleação ................................................................................................................ 196
5.3.2 Crescimento.............................................................................................................. 196
5.3.3 Propriedades da ferrita .............................................................................................. 198
5.4 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NA FORMAÇÃO DA PERLITA................................... 200
5.5 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS CARBONETOS ................................................. 202
5.5.1 Distribuição .............................................................................................................. 202
5.5.2 Solubilidade.............................................................................................................. 203
5.5.3 Formas de precipitação............................................................................................. 204
5.5.4 Composição dos carbonetos ..................................................................................... 206
5.5.5 Cinética da precipitação e coalescimento dos carbonetos........................................ 207
5.5.6 Efeito da precipitação dos carbonetos finos nos aços................................................ 208
5.5.7 Efeito dos carbonitretos na laminação....................................................................... 214
5.6 EFEITO DAS INCLUSÕES NÃO METÁLICAS ..................................................................... 227
5.7 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS COMPOSTOS INTERMETÁLICOS .................... 227
5.8 EFEITO DE PARTÍCULAS METÁLICAS DISPERSAS ............................................................. 227
5.9 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NA FORMAÇÃO DA AUSTENITA............................. 227
5.10 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NA TÊMPERA............................................................ 230
5.10.1 Temperaturas mi e mf............................................................................................... 230
5.10.2 Dureza da martensita.............................................................................................. 230
5.10.3 Temperabilidade ..................................................................................................... 231
5.11 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NO REVENIMENTO.................................................. 232
5.11.1 Formação dos carbonetos de ferro .......................................................................... 232
5.11.2 Endurecimento secundário...................................................................................... 232
Sumário 19
5.11.3 AÇOS COM V, Cr, Mo E W .................................................................................... 234
5.11.4 Propriedades mecânicas.......................................................................................... 235
5.11.5 Aços Maraging ........................................................................................................ 235
5.12 EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA NA FORMAÇÃO DA BAINITA................................. 236
5.12.1 Temperatura de início da formação bainítica (BI).................................................... 236
5.12.2 Aços bainíticos de alta resistência........................................................................... 236
5.13 EFEITO DOS PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS............................................ 238
5.13.1 Boro ....................................................................................................................... 243
5.13.2 Cobre ..................................................................................................................... 243
5.13.3 Zircônio ................................................................................................................. 243
5.13.4 Selênio ................................................................................................................... 243
5.13.5 Chumbo ................................................................................................................. 243
5.13.6 Nióbio.................................................................................................................... 243
5.14 IMPUREZAS DOS AÇOS [66]............................................................................................ 243
5.14.1 Fósforo ................................................................................................................... 243
5.14.2 Enxofre................................................................................................................... 243
5.14.3 Estanho................................................................................................................... 243
5.14.4 Hidrogênio............................................................................................................. 243
5.14.5 Oxigênio ................................................................................................................ 244
5.15 PRODUÇÃO E PREÇO DAS MATÉRIAS PRIMAS METÁLICAS PARA
A PRODUÇÃO DE AÇO ..................................................................................................... 244
Exercícios................................................................................................................................... 248
Respostas ............................................................................................................................... 248
Referências bibliográficas........................................................................................................... 250
Capítulo 6 – Classificação e seleção de aços.............................253
6.1 CLASSIFICAÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS ......................................................... 253
6.2 SELEÇÃO DE MATERIAIS ................................................................................................... 254
6.3 SELEÇÃO DE AÇOS ........................................................................................................... 255
6.4 AÇOS BAIXO CARBONO PARA CONFORMAÇÃO MECÂNICA....................................... 255
6.5 AÇOS ESTRUTURAIS......................................................................................................... 260
6.5.1 Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL)............................................................ 261
6.5.2 Aços AHSS ............................................................................................................... 264
6.5.3 Aços estruturais, para caldeiras, vasos de pressão e tubulações ............................... 266
6.6 VERGALHÕES PARA CONCRETO .................................................................................... 270
6.7 PERFIS ESTRUTURAIS........................................................................................................ 270
6.8 AÇOS PARA A CONSTRUÇÃO MECÂNICA ...................................................................... 271
6.8.1 O sistema de classificação ABNT para aços construção mecânica............................ 271
6.8.2 Seleção empregando as curvas Jominy..................................................................... 273
6.8.3 Parâmetros de revenido............................................................................................ 283
6.8.4 Fragilização em aços temperados e revenidos.......................................................... 283
20 Aços e ligas especiais
6.8.5 Fadiga ...................................................................................................................... 286
6.8.6 Outros métodos de seleção de aços para construção mecânica............................... 287
6.9 AÇOS DE ULTRA-ALTA RESISTÊNCIA................................................................................ 289
6.10 AÇOS PARA CEMENTAÇÃO.............................................................................................. 291
6.11 AÇOS PARA MOLAS.......................................................................................................... 293
6.12 AÇOS PARA APLICAÇÕES FERROVIÁRIAS ....................................................................... 293
Referências bibliográficas........................................................................................................... 297
Capítulo 7 – Aços ferramenta, inoxidáveis e ligas especiais........305
7.1 AÇOS PARA FERRAMENTAS................................................................................................ 305
7.1.1 Introdução ................................................................................................................ 305
7.1.2 Classificação ............................................................................................................ 306
7.1.3  Aplicações de aços em ferramentas – características dos aços................................. 306
7.1.4 Aços para trabalho a frio .......................................................................................... 307
7.1.5 Aços para trabalho a quente..................................................................................... 318
7.1.6 Aços para trabalho a morno ..................................................................................... 323
7.1.7 Aços para fins especiais............................................................................................ 323
7.1.8 Aços rápidos ............................................................................................................ 326
7.1.9 A Escolha do aço ferramenta.................................................................................... 331
7.1.10 Revestimentos........................................................................................................ 339
7.2 AÇOS INOXIDÁVEIS........................................................................................................... 339
7.2.1 Introdução................................................................................................................ 339
7.2.2 Relações entre composição química e estrutura....................................................... 340
7.2.3 Inoxidáveis martensíticos.......................................................................................... 342
7.2.4 Inoxidáveis ferríticos ................................................................................................ 344
7.2.5 Inoxidáveis austeníticos ............................................................................................ 346
7.2.6 Aços ferrítico-austeníticos (duplex)........................................................................... 352
7.2.7 Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação....................................................... 354
7.2.8 Resistência à corrosão.............................................................................................. 356
7.2.9 Corrosão em alta temperatura .................................................................................. 361
7.3 AÇOS MARAGING.............................................................................................................. 363
7.3.1 Introdução ................................................................................................................ 363
7.3.2 Metalurgia dos aços Maraging.................................................................................. 364
7.4 NÍQUEL E SUAS LIGAS....................................................................................................... 368
7.5 SUPERLIGAS ....................................................................................................................... 370
7.5.1 Introdução................................................................................................................ 370
7.5.2 Metalurgia das superligas.......................................................................................... 371
7.6 TITÂNIO E SUAS LIGAS...................................................................................................... 380
7.6.1 Introdução................................................................................................................ 380
7.6.2 Metalurgia do Titânio e suas ligas ............................................................................ 381
7.6.3 Obtenção do Titânio ................................................................................................ 383
Sumário 21
7.7 ZIRCÔNIO E SUAS LIGAS .................................................................................................. 383
7.8 METAIS REFRATÁRIOS E SUAS LIGAS ................................................................................ 386
7.8.1 Nióbio e Tântalo ...................................................................................................... 386
7.8.2 Molibdênio .............................................................................................................. 388
7.8.3 Tungstênio................................................................................................................ 388
Referências bibliográficas........................................................................................................... 389
Capítulo 8 – Processos de elaboração de aços ...........................399
8.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 399
8.2  A PRODUÇÃO DE FERRO-GUSA – O ALTO-FORNO......................................................... 400
8.2.1 O ferro-gusa ............................................................................................................. 401
8.2.2 O alto-forno .............................................................................................................. 401
8.3 PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA .................................................................................. 410
8.4 ACIARIA.............................................................................................................................. 412
8.4.1 Fundamentos do refino dos aços.............................................................................. 414
8.4.2 Processos pneumáticos de aciaria (conversores)....................................................... 422
8.4.3 O forno elétrico ........................................................................................................ 427
8.5 LINGOTAMENTO E LINGOTES .......................................................................................... 433
8.5.1 Lingotamento convencional..................................................................................... 433
8.5.2 Lingotamento contínuo ............................................................................................ 434
8.5.3 Transmissão de calor na solidificação....................................................................... 435
8.5.4 Estrutura de lingotes e produtos de lingotamento contínuo ...................................... 445
Referências bibliográficas........................................................................................................... 451
Capítulo 9 – Processos especiais de refino
e obtenção de aços e ligas especiais ......................457
9.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 457
9.2 METALURGIA DE PANELA.................................................................................................. 458
9.2.1  Tratamento sob vácuo – desgaseificação.................................................................. 458
9.2.2  Operações de metalurgia de panela – forno-panela ................................................. 464
9.2.3 Processos de produção de aços inoxidáveis............................................................. 471
9.3 FORNO DE INDUÇÃO SOB VÁCUO (VIM)...................................................................... 474
9.4 PROCESSOS DE REFUSÃO................................................................................................ 475
9.4.1 Refusão sob escória eletrocondutora (ESR) ............................................................... 476
9.4.2 Refusão a arco sob vácuo (Vacuum Arc Remelting – VAR)....................................... 477
9.4.3 Forno de refusão por feixe eletrônico....................................................................... 477
9.5 METALURGIA DO PÓ PARA AÇOS FERRAMENTA............................................................ 478
9.6 CONFORMAÇÃO POR SPRAY (SPRAY FORMING)........................................................... 480
9.7 MANUFATURA ADITIVA ................................................................................................... 481
Referências bibliográficas........................................................................................................... 484
22 Aços e ligas especiais
Capítulo 10 – Conformação mecânica ......................................489