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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
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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
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Engenharia
MetalúrgicaESCOLA DE MINAS
Fabricação
Estrutura
PropriedadesAplicações
ICEB
Física
Matemática
Química
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Metais
Polímeros
Cerâmicos
Compósitos
SemicondutoresBiomateriais
Nanoestruturados
OS MATERIAIS
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Evolução da utilização de materiais:Importância relativa das diferentes classes de materiais utilizadas pela
humanidade ao longo de sua história.
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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.
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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
...
...
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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
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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
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• 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
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• 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.
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Distribuição de materiais na crosta terrestre.
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• 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
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• 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
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• 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.
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Ligas
ferrosas
Aço
Ferrofundido
Ligas não
ferrosas
Al e suasligas
Cu e suasligas
Ti e suas
ligas
Mg e suasligas
Metais
nobresMetais
refratários
Etc.
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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
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Produção Mundial 1970-2006 (milhões de ton/ano)
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Metalurgia
Beneficiamentode minérios
Processosmetalúrgicos
Processamentosde metais
Controle dequalidade
Mineração MetalurgiaGeologia
Pesquisa edesenvolvimento
Vendas eassistência técnica
Manutenção
Meio ambienteAdministração
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Não-ferrosos - CBA
Siderurgia – ArcelorMittal Tubarão
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Beneficiamento de
minérios
Cominuição: britagem emoagem
Peneiramento e classificação
Concentração gravítica, magnética,eletrostática, flotação
Desaguamento: espessamento efiltragem
Secagem
Disposição do rejeito
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Mineração SAMARCO
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Samarco – mina de Alegria, Mariana MG
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SAMARCO - moagem
SAMARCO - flotação
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PROCESSOS METALÚRGICOS
PIROMETALURGIA
HIDROMETALURGIA
ELETROMETALURGIA
PROCESSOS
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PROCESSOS METALÚRGICOS
SIDERURGIA METALURGIADOS NÃO-FERROSOS
PROCESSOS
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Siderurgia (piro) - USIMINAS
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Não-ferrosos (hidro) - CBA
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Não-ferrosos (eletro) - CBA
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PROCESSAMENTO DE METAIS
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FUNDIÇÃO
TRATAMENTOS SUPERFICIAIS
METALURGIA DO PÓ
METALURGIA NUCLEAR
TRATAMENTOS TÉRMICOS
PROCESSAMENTO
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Lingotamento (fundição) -USIMINAS
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Laminação – ArcelorMittal Tubarão
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CONTROLE DEQUALIDADE
CARACTERIZAÇÃOMICROESTRUTURAL
Microscópio óticoMicroscópio eletrônicoDifratômetro de raios-X
etc.
CARACTERIZAÇÃOCOMPORTAMENTAL
Propriedades mecânicasPropriedades elétricas
Propriedades magnéticasPropriedades térmicas
Propriedades óticasetc.
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Caracterização Microestrutural - GESFRAM
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Caracterização Comportamental - GESFRAM