Baixe Arquitetura, Urbanismo e Química e outras Notas de aula em PDF para Metalurgia, somente na Docsity! Contexto Social e Profissional do Engenheiro Metalurgista “Introdução a Ciência Metalurgia” Prof. Dr. Carlos Frederico Campos de Assis – 2018 Coordenação Eng. Metalúrgica Histórico: • O arqueólogo costuma dividir a história do desenvolvimento humano em três períodos: – Idade da pedra lascada; – do Bronze; – do Ferro. 2Siderurgia I; Prof. C. Frederico Histórico: • Idade do Ferro: – Um marco distinto na história do ferro situa-se no século XVII A.C., quando o povo Chalibes (norte da Armênia) começou a extrair ferro do seu minério e possivelmente até transformá-lo em aço. Vestígios de fornalhas foram encontrados, junto com facas e garfos rudimentares. – Fragmento de ferro mais antigos que se tem notícia encontra-se no Museu Britânico. Foi encontrado na Pirâmide de Kephon, de 3.700 A.C. 5Siderurgia I; Prof. C. Frederico Histórico: • No Brasil: – A atividade metalúrgica começo efetivamente com a forja e Siderurgia. – 1532 – Mestre Bartolomeu (ferreiro) fazia instrumentos e trabalhava com sucatas. – 1591 – O português Afonso Sardinha montou em São Paulo, no morro de Araçoiaba, o primeiro engenho para produção de ferro. – As instalações eram composta por dois fornos rústicos, também chamados forjas catalãs. 6Siderurgia I; Prof. C. Frederico Histórico: • No Brasil: – A metalurgia dos não-ferrosos iniciou-se junto com a mineração do ouro nativo (extração mineralúrgica) no século XVIII, através de fundição. – 1811 – É constituída em Vila Rica (próximo a Congonhas), a fabrica Patriótica, com a finalidade de produzir ferro pastoso em quatro fornos suecos. – 1814 – Na real Fabrica de Ferro do Morro do Pilar, acontece primeira corrida de gusa líquido, feita pelo alemão Schonewolf. 7Siderurgia I; Prof. C. Frederico Histórico: • AVANÇOS DOS ÚLTIMOS 40 ANOS: – Beneficiamento de minério (peneiramento). – Sínter auto-fluxante e pelotização. – Tecnologia do alto-forno (preaquecimento do ar, injeção de combustíveis pela ventaneiras, etc). – Desenvolvimento dos fornos elétricos a arco. – Grandes avanços no lingotamento contínuo (molde curvo para tarugos, obtenção de placas e placas finas). – Tratamento sob vácuo para produção de aço mais limpo. 10Siderurgia I; Prof. C. Frederico Histórico: • E O FUTURO? – A tecnologia tenderá a uma instrumentação mais acurada (automação). – Utilização de robôs. – Obtenção de produtos acabados continuamente. – Produção de novas ligas. – Produção de materiais compósitos (metais + polímeros+ceramicos). 11Siderurgia I; Prof. C. Frederico Definição e as Divisões da Metalurgia: • DEFINIÇÃO: “Metalurgia é a arte e a ciência de extrair os metais de seus minérios e adaptá- los às condições de uso pela sociedade”. - Divisão da metalurgia de acordo com a ciência aplicada; - Divisão da metalurgia de acordo com processos e/ou operações metalúrgica. A forja de Vulcano, 1630, pintura de Velázquez. 12Siderurgia I; Prof. C. Frederico • DIVISÃO DA METALURGIA DE ACORDO COM A CIÊNCIA APLICADA: • Metalurgia Mecânica → Trata de conformar mecanicamente os metais, dos ensaios de propriedades mecânicas, da relação entre estas propriedades e o setor de projeto e seleção de materiais, bem como do comportamento dos metais em serviço. • Ensaios de Materiais. Definição e as Divisões da Metalurgia: 15Siderurgia I; Prof. C. Frederico • DIVISÃO DA METALURGIA DE ACORDO COM PROCESSOS E/OU OPERAÇÕES METALÚRGICA: • Metalurgia Extrativa → É a parte da metalurgia que cuida da extração dos metais de seus minérios e refino dos metais; – Alto-forno. Antigo Alto-forno da CSN, em Valença RJ. Definição e as Divisões da Metalurgia: 16Siderurgia I; Prof. C. Frederico • DIVISÃO DA METALURGIA: • Metalurgia Adaptativa → É a parte da metalurgia que consiste em adaptar os metais para uso específicos; – Laminação. Laminador Trio para Alumínio. Definição e as Divisões da Metalurgia: 17Siderurgia I; Prof. C. Frederico MINAS A are “ETA, MINERALOGIA INGENIERIA a tao E QUIMICA QUIMICA Ç - Cristalo-Química Z sto PREPARACION DE - Química de Superficies ar - Cinética MINERALES gs O x ão - Termodinámica e - Conminución se C O" -Separación FRieciroanimica AL -“ - Lixiviación icotróston a. «€ - Fenómenos de Transferencia Q É METALURGIA DE PROCESOS de masa, energia y momento EA - Tostació Sinterizad S CReducciony Fusion? - Electrometalurgia LER - Fusión y Refinación ECONOMIA ————————————— METALES Físico-Químic SLABO GIONDE METALES METALOORARIA: - Conformado - Constitución - Soldadura =+ - Estructura - Pulvimetalurgia - Textura < - Fundición Tratamiehto Térmico - Transformaciones - Recubrimiento <] , METALURGIA DE APLICACION FISICA DE METALES O Y. - Control de Calidad - Propledades Elécuicas, — (x c - Especificaciones Eca magnéticas ae - Di - Enlace atomico do - Teoria del estado sól. vw L METALURGIA MECANICA o “y | - Elasticidad q FISICA INGENIERIA So Sp pretos o MECANICA op, - Termo-fluencia pp | PROCESOS DE FABRICACION Siderurgia |; Prof. C. Frederico 20 Metalurgia Extractiva 1- Preparación de Minerales a.- Conminución b. Concentración c.- Lixiviación 2. - Metalurgia de Procesos a.- Tostación b- Reducción c.- Refinación d - Electrorefinación e - Lingoteado PROCESOS DE FABRICACION Metalurgia Adaptiva 3- Procesamiento de Metales a.- Conformado de Metales b.- Fundición c.- Soldadura d.- Tratamiento de superfícies e - Metalurgia de Polvos f.- Tratamientos Térmicos 4- Metalurgia de Aplicación a.- Control de Calidad b.- Selección y especificación c.- Disefio de Aleaciones * Modificado de John Chipman; “What is Metallurgy”. Siderurgia |; Prof. C. Frederico 21 • Fluxograma geral da metalurgia: Matérias-Primas/Operação: - Combustíveis (coque)/ Coqueificação. - Minérios/Beneficiamento de minério. - Fundentes/Calcinação. Equipamentos/Operações Metalúrgicas: - Fornos/Redução. - Laminação/Conformação Mecânica. Rejeitos: - Escória, Gases, Lama e Efluentes Produtos: - Aço (liga), Alumínio (metal), Zinco e outros. Definição e as Divisões da Metalurgia: 22Siderurgia I; Prof. C. Frederico Metais e Ligas: • DEFINIÇÃO: • Ligas Metálicas → É um sólido ou líquido metálico formado por combinação íntima de dois ou mais elementos. O elemento predominante tem que ser metal. 25Siderurgia I; Prof. C. Frederico Metais e Ligas: • PROPRIEDADES DOS METAIS E LIGAS: • Propriedades Mecânica; – Resistência mecânica e plasticidade. • Propriedades térmicas; – Ponto de fusão e condutibilidade térmica. • Propriedades Elétricas; – Condutibilidade elétrica. • Propriedades Óticas; – Refletibilidade. • Propriedades Químicas; – Resistência a corrosão. 26Siderurgia I; Prof. C. Frederico Metais e Ligas: • PORQUE PRODUZIR LIGAS METÁLICAS? • Os metais puros vão de 99,0% à 99,99% de pureza; • Elementos “estranhos” são adicionados ao metal para melhorias de propriedade, formando as ligas metálicas – elementos de liga. • A possibilidade de formar ligas é muito grande, com isto pode-se modificar as propriedades dos metais. 27Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • PROCESSOS EXTRATIVOS: Via Úmida: 1) – Lixiviação; 2) – Redução Eletrolítica Úmida. 3) – Biohidrometalurgia; 4) – Amalgamação; Via Seca: 1) – Evaporação; 2) – Desidratação; 3) – Calcinação; 4) – Fusão Redutora; 5) – Redução Eletrolítica Ígnea; 6) – Aluminotermia; 7) – Ustulação. De Refino: 1) – Refino Químico por Fusão; 2) – Refino Eletrolítico; 3) – Ressudação; 4) – Liquação. 30Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • PROCESSOS ADAPTATIVOS: Conformação Mecânica: 1) – Laminação; 2) – Trefilação; 3) – Extrusão; 4) – Forjamento; 5) – Estampagem; 6) – Calandragem; 7) – Soldagem; 8) – Usinagem; 9) – Fundição; 10) – Metalurgia do Pó. 31Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • TRATAMENTOS TÉRMICOS: • Têmpera • Recozimento • Normalização • TRATAMENTO TERMOQUÍMICOS: • Cementação • Nitretação • Cianetação • PROTEÇÃO SUPERFICIAL: • Galvanoplastia • Banho metálico 32Siderurgia I; Prof. C. Frederico Fluxograma de Processo de Lixiviação: 35Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • BIOHIDROMETALURGIA: É uma operação em meio aquoso, com auxílio de organismos, com o propósito de concentrar a parte interessante de certos minério Sulfurosos. É também denominada por lixiviação bacteriana. Ex. → Ouro, Cobre, Zinco, Prata, Níquel, Urânio e outros 36Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • BIOHIDROMETALURGIA: • As espécies Bacterianas: • Thiobacillus Ferrooxidans (Acidithiobacillus Ferrooxidans); • Thiooxidans; • Leptospirillum; • Sulfolobus; • Sulfobacillus; • Acidianus; • Acidiphilium e algumas espécies termofílicas. 37Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • REDUÇÃO OU EXTRAÇÃO ELETROLÍTICA ÚMIDA: É a operação de eletrólise aplicada à extração de metais, quando o eletrólito é aquoso. Ex. → Cobre, Níquel, Cobalto, Zinco, Manganês. 40Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • EVAPORAÇÃO – VIA SECA: É uma operação que consiste em aquecer o minério, contendo um metal de baixo ponto de ebulição, a temperaturas superiores ao ponto de ebulição do metal considerado, sendo assim evaporado o metal que é coletado e dirigido a condensadores apropriados. Ex. → Mercúrio 41Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • DESIDRATAÇÃO: É a operação que consiste no aquecimento de substâncias hidratadas (minério ou não) com o propósito da retirada da água de constituição das moléculas daquelas substâncias. Ex. → Limonita (Fe2O3.nH2O), alumina hidratada (Al2O3.H2O) 42Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • CALCINAÇÃO: MCO3 + calor → MO + CO2 45Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • USTULAÇÃO: É o aquecimento de minerais sólidos, com a finalidade de promover sua reação química com algum dos componentes da atmosfera circundante (ar ou oxigênio). Ex. Sulfetos (PbS, FeS2, ZnS, Cu2S e outros). 46Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: USTULAÇÃO EM LEITO FLUIDIZADO: 2MS + 3O2 → 2MO + SO2 47Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • FUSÃO REDUTORA DO MINÉRIO DE FERRO: • Produção de Ferro-gusa em alto-forno: Fe2O3 + CO → Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO → FeO + CO2 FeO + CO → Fe + CO2 50Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • REDUÇÃO OU EXTRAÇÃO ELETROLÍTICA ÍGNEA: É uma operação eletrometalúrgico que consiste na redução dos óxidos metálicos tendo como agente redutor a corrente contínua de uma cuba eletrolítica, em temperaturas acima do ponto de fusão do metal considerado. Ex. → Al, Li, Mg, Na, K e outros. 51Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • ALUMINOTERMIA: É uma operação de redução, praticada na produção de algumas ferro-ligas, onde o alumínio é o redutor e o combustível simultaneamente. - É empregada quando deseja uma liga isenta de carbono ou com baixíssimo teor desse elemento. - É uma operação denominada de Metalotérmica. Pode-se usar outros elementos químicos como o sílicio (Silicotérmica). Ex. → Fe-Ti, Fe-Nb, Fe-W, Fe-Cr e outros. - Produção de Ferro-Nióbio: 2/5.Nb2O5 + 4/3.Al → 4/5.Nb + 2/3.Al2O3 + Calor Neste caso o pirocloro concentrado apresenta Fe, então o nióbio fica ligado ao ferro. 52Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • REFINO QUÍMICO POR FUSÃO – Elaboração do aço: • Refinar o gusa transformando em aço (4,5%C → < 2,11%C): - Dessulfuração - Remoção de Enxofre (S) - Desiliciação - Remoção de Silício (Si) - Descarbonização – Remoção do carbono (C), - Desfosforação - Remoção de Fósforo (P), - Outras impurezas. 55Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • REFINO ELETROLÍTICO: É a eletrólise aplicada à purificação de metais que se encontram associados a elementos considerados impurezas. Ex. Alumínio com 99,3% de pureza → Alumínio com 99,8% de pureza. 56Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • RESSUDAÇÃO: Usado para separar metais de uma liga, por meio de fusão fracionada, onde um metal possui ponto de fusão muito maior que o outro. Ex. Sn ligado a Si, Fe e Sb. LIQUAÇÃO: Separar metais de uma liga, usando a imiscibilidade líquida dos metais, ou seja diferença de densidade. Ex. Liga Pb-Zn. 57Siderurgia I; Prof. C. Frederico TIPOS DE CONFORMAÇÃO: Extrusão é o processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz. Na extrusão o material é forçado através de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes. Ex. quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Processos e Operações Metalúrgicas: 60Siderurgia I; Prof. C. Frederico TIPOS DE CONFORMAÇÃO: Trefilação é uma operação em que a matéria-prima é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente (FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. Ex. Barras, arames e tubos. Processos e Operações Metalúrgicas: Trefilação 61Siderurgia I; Prof. C. Frederico TIPOS CONFORMAÇÃO: Forjamento é o processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente). Ex. parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc. Processos e Operações Metalúrgicas: 62Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: Figura representativa de um torno mecânico. www.limabonfa.com.br/images/Torno_.gif • USINAGEM: É uma operação que consiste em se retirar parte de um corpo metálico bruto através de ferramenta cortante, dotando-o de forma previa- mente definida. - Produtos utilizados são de fundição, laminação e outros. - Fabricação de peças metálicas. 65Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • USINAGEM – Tipos de Processos: • Acabamento e polimento superficial de peças fundidas e conformadas; • Fabricação de peças que outros processos não conseguem ou seja de custo elevado; • Furação, madrilamento, fresamento, serramento, brochamento, roscamento, retificação e outros; 66Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: Figura representativa de um processo de soldagem a arco1. • SOLDAGEM: É o processo de juntar peças metálicas, colocando-as em contato íntimo, e aquecer as superfícies de contato de modo a levar a um estado de fusão ou plasticidade. Procura-se manter na junção das mesmas, a continuidade das propriedades químicas, físicas e metalúrgicas. Ex. → Aço, Alumínio e outros. 67Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • FUNDIÇÃO – Operações básicas: • Fusão → é a operação de levar o metal ou liga ao estado líquido com temperatura suficiente para ser vazado no molde. • Moldagem → é a operação de preparação dos moldes. • Vazamento → é a operação de verter o metal líquido dentro dos moldes. 70Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: Figura - Foto de peças produzidas pelo processo de metalurgia do pó. . www.qualisinter.com.br/Estrutur.htm • METALURGIA DO PÓ: É o processo através do qual produzem-se peças metálicas, compactando pós metálicos, ligas ou não-metálicos, sem fusão, no interior de matrizes. - Matérias-primas são pós metálicos , não metálicos. - Produtos são arruelas, pequenas engrenagem e eixos, ferramentas de cortes em usinagem e outros. 71Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • METALURGIA DO PÓ: – Etapas do processo: • Preparação do pó; • Mistura de pós; • Compactação; • Sinterização. Figura – Fluxograma geral do processo de metalurgia do pó1. 72Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • TRATAMENTOS TÉRMOQUÍMICOS: São tratamentos realizados em condições de ambiente que promovem uma modificação parcial da composição química do material (modificação superficial). - Usado em aços (Ligas ferrosas) para aumentar a dureza e a resistência ao desgaste da superfície de aço. Figura – Representação de um tratamento de Cementação em caixa. http://academicos.cefetmg.br/admin/downloads /2104/TratamentosTermicos.pdf 75Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • TRATAMENTOS TÉRMOQUÍMICOS – Operações e Objetivos: • Nitretação → Enriquecimento superficial pelo Nitrogênio; • Cianetação → Enriquecimento superficial pelo Carbono e Nitrogênio; • Cemetação → Enriquecimento superficial pelo Carbono; 76Siderurgia I; Prof. C. Frederico Processos e Operações Metalúrgicas: • PROTEÇÃO SUPERFICIAL: São tratamentos superficiais a que se submetem corpos metálicos com os propósitos de protegê-los contra corrosão química e de melhorar sua aparência. Figura – Fotografia de um processo de Galvanoplastia de uma peça. www.tapme.com.br/index.asp?lnk=gal eria 77Siderurgia I; Prof. C. Frederico

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