9 - Introdução à metalurgia

5/14/2018 9 - Introdução à metalurgia - slidepdf.com

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INTRODUCÃO ÀENGENHARIA METALÚRGICA

GRUPO DE ESTUDOS SOBRE FRATURA DE MATERIAIS

DEMET/EM/UFOP

INTRODUÇÃO À METALURGIA



M.A.Meyers e K.K.Chawla, Mechanical Behavior of Materials, 1999

“Materials are indifferent; but the use we make ofthem is not a matter of indifference”.

EPICTETUS, AD 50-100, Discourses, Book 2, Chapter 5.

MATÉRIA E MATERIAIS



Engenharia

MetalúrgicaESCOLA DE MINAS

Fabricação

Estrutura

PropriedadesAplicações

ICEB

Física

Matemática

Química



Metais

Polímeros

Cerâmicos

Compósitos

SemicondutoresBiomateriais

Nanoestruturados

OS MATERIAIS



Evolução da utilização de materiais:Importância relativa das diferentes classes de materiais utilizadas pela

humanidade ao longo de sua história.



Evolução da utilização de materiais:

A escala não é linear , com grandessaltos na parte inferior e pequenossaltos na parte superior.

Uma estrela (*) indica a data na qualum elemento foi originalmenteidentificado.

Legendas sem estrela fornecem a datana qual o material tornou-se importantena prática.





DENTRO DE CADA FAMÍLIA EXISTEM AINDA SUB-GRUPOS

FAMÍLIA

CERÂMICOS

POLÍMEROS

METAIS

COMPÓSITOS...

CLASSE

AÇOS

LIGAS AlLIGAS Cu

LIGAS Ti

LIGAS Ni

LIGAS Zn......

SUB-CLASSE

1000

2000300040005000600070008000

...

...

MEMBRO

402340274037

40474130414041504340461546204820

...

...

ATRIBUTO

DENSIDADERIGIDEZ

RESISTÊNCIATENACIDADECONDUT. T.EXPANS. T.RESISTIV.

CORROSÃOCUSTO

...

...



CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS

Propriedade Metais Cerâmicos Polímeros

Densidade baixa-elevada baixa-média muito baixa

Condutividadeelétrica

elevada baixa baixa

Condutividadetérmica

elevada baixa baixa

Ductilidade baixa-elevada muito baixa baixa

Resistência à tração baixa-elevada baixa-média baixa

Resistência àcompressão

baixa-elevada elevada baixa

Tenacidade à fratura baixa-elevada baixa baixa

Temperatura emserviço

elevada muito elevada baixa

Resistência àcorrosão

baixa-média elevada média

Ligação metálica iônica ou covalente covalente

Estrutura maioria cristalina cristalina complexa amorfa













CUSTO RELATIVO c DE MATERIAIS

• Material de referência:

-- aço carbono ASTMA36 laminado plano.

• Custo relativo, ,

flutua menos aolongo do tempo do

que o custo real.

AFRE, GFRE, & CFRE = Aramid,Glass, & Carbon fiber reinforcedepoxy composites.

c

materialref)kg / ($kg / $

c

Graphite/ Ceramics/ Semicond

Metals/ Alloys

Composites/ fibers

Polymers

R e l a t i v e C o s t ( c )

pl. carbon

Au

Si wafer

PETEpoxyNylon 6,6

0.050.1

5

100000

10000

20000

50000

5000

2000

1000500

200

100

50

20

10

2

1

0.5

Steel

high alloy

Al alloysCu alloys

Mg alloys

Ti alloys

Ag alloys

Pt

Tungsten

Al oxide

Concrete

Diamond

Glass-soda

Si carbide

Si nitride

PC

LDPE,HDPEPPPS

PVC

Aramid fibersCarbon fibers

E-glass fibers

AFRE prepreg

CFRE prepreg

GFRE prepreg

Wood









• Metal – características gerais

Metal é qualquer material caracterizado por

apresentar elevados valores decondutibilidade elétrica e térmica, assim

como possuir maleabilidade, ductilidade e

reflectividade da luz.

OS METAIS



• Metal – características gerais

Aproximadamente ¾ de todos os elementos químicos

conhecidos são metais.Os metais mais abundantes na crosta terrestre são: alumínio,ferro, cálcio, sódio, potássio e magnésio.

A maioria dos metais são encontrados na forma de minérios,mas alguns (ex.: cobre, ouro, platina, prata) são encontrados

no estado livre.Metais são geralmente sólidos cristalinos, com uma estruturade átomos empacotados e simetricamente distribuídos noespaço.

Tipicamente, os metais possuem sua última camada

eletrônica com menos da metade de elétrons possíveis, daí sua tendência para não se combinarem entre si, mas suafacilidade de combinação com não-metais.



Distribuição de materiais na crosta terrestre.



• Liga metálica

O uso de metais puros restringe-se a poucasaplicações.

Na procura de combinações ótimas de facilidade defabricação, de propriedades, e de custo, a indústriafoi levada ao aperfeiçoamento de um númeroextraordinariamente grande de ligas.

Liga metálica é toda combinação de dois ou maismateriais (pelo menos um elemento metálico), queapresente características metálicas.

LIGA METÁLICA



• Metalurgia –

definição

Metalurgia é a arte (experimental) e a ciência

(conhecimento) de extrair metais a partir de seus

minérios, e de processar adequadamente estes

metais, para alguma aplicação específica.

Trata-se essencialmente de métodos

industriais/comerciais, e não simplesmente demétodos laboratoriais.

Atualmente, qualquer procedimento metalúrgico

exige a preocupação ambiental.

A METALURGIA



• Metalurgia – definição

Sob o ponto de vista etmológico, a palavra

metalurgia é a forma latina da expressão gregametal ergon que significa “trabalho do metal”.

Os Romanos empregavam a palavra metalurgia e oseu adjetivo metallurgicus tanto para designar o

trabalho dos metais como os da mineração.O Império Romano, que se estendeu por quase todoo mundo antigo, divulgou com as práticasmetalúrgicas o uso da palavra metalurgia , que assim

se encontra em todas as línguas ocidentaismodernas, com apenas leves modificações gráficasou prosódicas.



Ligas

ferrosas

Aço

Ferrofundido

Ligas não

ferrosas

Al e suasligas

Cu e suasligas

Ti e suas

ligas

Mg e suasligas

Metais

nobresMetais

refratários

Etc.



Fonte: World Mineral Production | Sumário Mineral / DNPM

METAIS PRODUÇÃOMUNDIAL

PRODUÇÃOBRASILEIRA

CONSUMOBRASILEIRO

Aço

Alumínio

Cobre

Zinco

Níquel

Estanho

967,0

27,9

15,2

9,9

1,4

0,3

31,1

1,4

0,2

0,3

0,03

0,01

18,3

0,7

0,3

0,2

0,02

0,006

milhões de t em 2003

Principais Metais

2008

1.326,1 33,7 24,1

1,6 1,2

11,3

1,6 0,06 0,03

0,003



Produção Mundial 1970-2006 (milhões de ton/ano)



Metalurgia

Beneficiamentode minérios

Processosmetalúrgicos

Processamentosde metais

Controle dequalidade

Mineração MetalurgiaGeologia

Pesquisa edesenvolvimento

Vendas eassistência técnica

Manutenção

Meio ambienteAdministração



Não-ferrosos - CBA

Siderurgia – ArcelorMittal Tubarão



Beneficiamento de

minérios

Cominuição: britagem emoagem

Peneiramento e classificação

Concentração gravítica, magnética,eletrostática, flotação

Desaguamento: espessamento efiltragem

Secagem

Disposição do rejeito



Mineração SAMARCO



Samarco – mina de Alegria, Mariana MG



SAMARCO - moagem

SAMARCO - flotação



PROCESSOS METALÚRGICOS

PIROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA

ELETROMETALURGIA

PROCESSOS



PROCESSOS METALÚRGICOS

SIDERURGIA METALURGIADOS NÃO-FERROSOS

PROCESSOS



Siderurgia (piro) - USIMINAS



Não-ferrosos (hidro) - CBA



Não-ferrosos (eletro) - CBA



PROCESSAMENTO DE METAIS

CONFORMAÇÃO MECÂNICA

FUNDIÇÃO

TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

METALURGIA DO PÓ

METALURGIA NUCLEAR

TRATAMENTOS TÉRMICOS

PROCESSAMENTO



Lingotamento (fundição) -USIMINAS



Laminação – ArcelorMittal Tubarão



CONTROLE DEQUALIDADE

CARACTERIZAÇÃOMICROESTRUTURAL

Microscópio óticoMicroscópio eletrônicoDifratômetro de raios-X

etc.

CARACTERIZAÇÃOCOMPORTAMENTAL

Propriedades mecânicasPropriedades elétricas

Propriedades magnéticasPropriedades térmicas

Propriedades óticasetc.



Caracterização Microestrutural - GESFRAM



Caracterização Comportamental - GESFRAM

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