trat.s tÉr.s ligas a 2ª aula 12.2
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Tecnologia dos Materiais
LIGAS METALICASEEFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA
Prof. M.Sc. Antnio Fernando de Carvalho Mota
100 anos deGonzago
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Para comear....
O que so elementos de liga?
So os elementos formadores das ligas metlicas, queso materiais de propriedade semelhantes s dos metais
e que contm pelo menos um metal em sua composio.
OuroAoinoxidvelBronze
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SOLUES SLIDAS
um slido constitudo de dois ou mais elementos dispersos
atomicamente em uma nica fase.
Podem ser de dois tipos:
SUBSTITUCIONAIS: os tomos do soluto (impureza) tomam o lugardos tomos do solvente.
Exemplo: Cu + Zn.
Cobre
Zinco
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SOLUES SLIDAS
INTERSTICIAIS: os tomos de impureza ocupam os interstcios entre ostomos do solvente. O raio atmico do soluto deve ser substancialmentemenor do que o do solvente. Concentrao mxima:
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CLASSIFICAO DAS LIGAS METLICAS
LIGAS
METLICAS
FERROSAS NO-FERROSAS
AOS FERROS FUNDIDOS
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EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA
OBJETIVOS DA ADIO DE ELEMENTOS DE LIGA:
Alterar as propriedades mecnicas. Aumentar usinabilidade. aumentar temperabilidade.
Conferir resistncia ao desgaste. Conferir resistncia corroso. Conferir DUREZA A QUENTE. Modificar as caractersticas eltricas e magnticas.
DESVANTAGENS:
Custo mais alto. Maiores cuidados durante o tratamento trmico, entre outras.
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SISTEMA DE CLASSIFICAO ABNT
EXEMPLO: Ao ABNT NBR 6006 1020.
Ao ABNTNBR 6006 XXYY(Y)
No de registro da norma
Classe
Teor mdio de carbono X 100:YY: %p C < 1,0%
YYY: %p C > 1,0 %
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CLASSIFICAO DOS AOS
Ao carbono: ao que no contm elementos de liga alm dos teores
residuais admissveis e no qual os teores de mangans e silcio no
ultrapassam os limites mximos de 1,65% e 0,30% respectivamente.
Ao baixo carbono: ao carbono com teor nominal de carbono inferior ou
igual a 0,20%.
Ao mdio carbono: ao carbono com teor nominal de carbono superior a
0,20% e inferior ou igual a 0,60%.
Ao alto carbono: ao carbono com teor nominal de carbono superior a
0,60%.
Ferrita Perlita
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Aos de Baixo Carbono 0,2%C
Alta ductilidade; Bons para trabalhos mecnico e
soldagem; No so temperveis; Utilizados na construo de
prdios, pontes, navios,automveis.
T e n s o
D e f o r m a o
R u t u r a
E s c o a m e n t o
R e g i o d e d e f o r m a o p l s t i c aR e g i o d ed e f o r m a o e l s t i c a
T e n s o d e r u t u r a
T e n s o d e e s c o a m e n t o
Tenso mxima
Limite de resistncia trao = Tenso mxima
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Aos de Mdio Carbono 0,20 %C 0,6
Quando temperados erevenidos atingem boatenacidade e resistncia.
Os tratamentos trmicosso realizados com taxas
de resfriamento elevadase com sees finas. So utilizados em rodas,
equipamentos ferrovirios,e peas que necessitam
de alta resistnciamecnica.
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Aos de Alto Carbono > 0,60% C
Apresentam elevadadureza e resistncia aps atmpera.
So comumente utilizadosem trilhos,
Junta de dilatao numa estrada de ferro (folga)
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Variao das Propriedades Mecnicas com o teor de carbono
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Ensaio de trao
Mquina de TraoEMIC DL 60000
(MPa)
(%)
500
350
280
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
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AOS INOXIDVEIS
AOS INOXIDVEISou INOX so aqueles que apresentam
elevada resistncia ao ataque de ambiente corrosivo.
Essa resistncia devida principalmente presena do CROMO
de 10-11 %p e tambm de outros elementos de liga, que, ao
reagirem com a umidade do ar, formam a CAMADAPASSIVADORA, extremamente fina, invisvel e aderente.
A adio de elementos de liga, como TITNIO, NQUEL,
MOLIBDNIO, aumenta a resistncia do ao a outros agentes
corrosivos, alm de melhorar suas propriedades mecnicas.
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CARACTERSTICAS
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ALTA RESISTNCIA CORROSO.
RESISTNCIA MECNICA ELEVADA (superior a dos aos-carbono).
Facilidade de limpeza / baixa rugosidade superficial.
MATERIAL INERTE: no modifica cor, sabor ou aroma dos alimentos.
FACILIDADE DE CONFORMAO E DE SOLDAGEM
Mantm suas propriedades numa faixa muito ampla de temperatura,
inclusive muito baixas (criognicas).
Acabamentos superficiais variados.
FORTE APELO VISUAL (modernidade, leveza e prestgio).
RELAO CUSTO/BENEFCIO FAVORVEL.
BAIXO CUSTO DE MANUTENO.
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AOS INOXIDVEIS
A CORROSOe a OXIDAOdos metais a temperaturas acima da
ambiente uma importante causa de PERDA DE PEAS.
Corroso atmosfricaCorroso atmosfrica
industrialCorroso por alta
temperaturaIncrustao emtubos para gua
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CAMADA PASSIVADORA
AO
Fe Fe Fe
Fe FeC
C
C
+
Fe FeOO
Fe2O3(xido de ferro)
O
XIDO DEFERRO
(FERRUGEM)O
O
AO INOXIDVEL
Cr
OO
CrCrOO
O
Cr2O3 (xidode cromo)
XIDO DECROMO
1. Boa resistnciamecnica.
2. No-porosa.3. Quimicamente estvel.4. Boa aderncia.5. Auto-regenerativa.
OO
1. Baixa
resistnciamecnica.2. Porosa.
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APLICAES DOS AOS INOXIDVEIS
CUTELARIA:facas, bisturis, tesouras...
UTENSLIOS DOMSTICOS:panelas, baixelas, talheres, pias.
ELETRODOMSTICOS:geladeiras, foges,
mquinas de lavar roupas.
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A resistncia dos aos inoxidveis corroso deve-se
formao da chamada camada passiva, que protege ometal base do ataque qumico ambiental. O estado passivo conseqncia da formao de umfilme extraordinariamente fino de xido protetor CrO42-
(espessura de 30 a 50 A ) na superfcie os aos inoxidveis
Aos Inoxidveis - Passivao
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PASSIVAO
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AOS INOXIDVEIS
AISI 420 (MARTENSITICO)
AISI 409 (FERRTICO)
AISI 304 (AUSTENTICO)
MICROESTRUTURAS TPICAS
(5)
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REGIES PROBLEMTICAS TPICAS NA SOLDAGEM DE AOSINOXIDVEIS:
(1)Trinca a Quente ou por perda de ductilidadeacima de 1250C;
(2)Formao de fases intermetlicas aps
aquecimento entre cerca de 450 e 900C;
(3)Crescimento de gro na ZTA;
(4)Fragilizao e Trinca a Frio por formao demartensita.
(1) Trinca a Quente ou por perda de ductilidade acima de 1250C;
(1) Formao de fases intermetlicas aps aquecimento entre cerca de 450 e 900C;(1) Crescimento de gro na ZTA;
(1) Fragilizao e Trinca a Frio por formao de martensita.
(1) Na regio de coexistncia de ferrita e austenita, uma pequena rea triangular
que no atingida por nenhum dos problemas indicados
5(5)
Diagrama de Schaeffler
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SOLDABILIDADE DOS AOS INOXIDVEIS
Diagrama de Scheaffler utilizado para previso da susceptibilidade a fissurao e fase sigma
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SOLUO PARA EVITAR A TRINCA A QUENTE (EM AOS INOXIDVEISAUSTENTICOS)Conhecendo a composio qumica do Metal de Base, antes de soldar,
determinar pelo Diagrama de Schaeffler a microestrura do cordo de solda.
Caso a microestrutura no seja totalmente Austenita e a percentagem de
Ferrita esteja entre 4 e 10% no ocorrer trinca a quente.
A percentagem de Ferrita pode ser obtida tambm por leituras magnticas
(Nmero de Ferrita) (FN, sigla em ingls porFerrite Number).
Analisador de Medidor de Ferrite Diverse FM300
Medio do contedo de ferritade depsitos de solda
Uma verso da sonda refrigerada a ar possibilita a medio de ferrita em amostras quentes.
O instrumento calibrado utilizando os 16 padres secundrios universais mantidos no The Welding Institute.
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Diagrama de De Long
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DILUIO Diluio a participao do metal de base na constituio da
zona fundida. A rea da seo transversal da Zona Fundida = MB + MA B rea de participao do metal de base na seo transversal da
Zona Fundida = MB d Coeficiente de Diluio
Coeficiente de Diluio, d = Metal Base = MBZona Fundida MB + MA
Solda autogna (sem metal de adio) d = 100%Brasagem (sem fuso do metal de base) d = 0%
ZF ZF
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Ex,:Temos como Metal de Base ao inoxidvel Ferrtico ABNT 430(0,003%C, 0,9%Mn, 0,4%Si e 17,0%Cr), e Metal de Adio eletrodo AWSE309 (0,06%C, 0,7%Mn, 0,7%Si, 22,1%Cr e 12,5%Ni), com uma diluiode 30%.Soluo: Metal base: Nieq = 1,4, Creq = 17,9 e
Metal adio: Nieq = 14,7, Creq = 23,2,Jogando-se esses valores no diagrama podemos notar que na zona fundidateremos 15% de Ferrita.
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Diagrama de Schaeffler
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Ao x Ferro Fundido
Ao Ligas Ferro Carbono 0,008 e 2,11% de C
Dctil Forjamento Laminao Extruso
Ferro Fundido Ligas Ferro Carbono 2,06% e 6,67% de C
Frgil, dureza varivel Fundio
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Ferros Fundidos
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FERRO FUNDIDO BRANCO
Ferro fundido branco
Quase todo o C est na forma de CEMENTITA.
Forma-se com MENORES TEORES DE SILCIO e com taxas de resfriamento
MAIS RPIDAS
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FERROS FUNDIDOS CINZENTOS Fe-C-Si
Micrografia do ferro fundido cinzento perlticocom ataque de Nital 2% a 200x
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FERRO FUNDIDO MALEVEL
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FERRO FUNDIDO NODULAR
Virabrequim K4M Fefo GS-51
Fundio TupyPeso do produto: 8,75 Kg
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AOS DE USINAGEM FCILSo aos que apresentam elevada usinabilidade, com alto teor
de enxofre, fsforo e mangans.Adio de metais moles como o Chumbo e Bismuto facilitam ausinagem (srie especial).
A importncia desses aos reside no fato de que a indstrias
modernas emprega cada vez mais processos de produoem massa, os quais exigem mquinas automticas quepossibilitem a produo de elevado numero de peas emtempo relativamente curto.
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AOS PARA FINS ESPECIAIS
Os mais famosos aos resistentes ao desgaste so osdenominados HadField do tipo mangans austentico.So aos resistentes ao desgaste Metal X Metal, muitoutilizado em componentes fundidos para aplicaes severasde desgaste metal X metal, como por exemplo na IndstriaFerroviria, construo, minerao, Dragagem, Fabricao deCimento e Produtos cermicos, alm de indstrias dePerfurao de poos de Petrleo.
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AOS CRIOGNICOS So utilizados principalmente na construo de tanques de
armazenamento de gases em baixa temperatura ou em altapresso, alm de usos em algumas cmaras frigorficas;instrumentos para laboratrios de pesquisas biolgicas queutilizam temperaturas baixas, para laboratrios defertilizao artificial, armazenamento de embriescongelados, entre outros usos na rea mdica e biolgica.
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Cromo: Forma carbonetosTungstnio (w): Forma carbonetos muito duros
Molibdnio: Influncia na estabilizao do carboneto
Vandio: Forma carbonetos
Elementos de liga
formadores de carboneto
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Elementos de liga no formadoresde carboneto
Silcio
Mangans
Nquel
Cobre
Cobalto
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Carbono
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Carbono
o principal elemento de liga no ao. Por definio , Ao a liga de Ferro-Carbono,
contendo at 2,0% de carbono. No ao o carbono encontra-se misturado no ferro ou na
forma de carbonetos de maior dureza com o ferro,formando a cementita ou Fe
3C, ou com outros elementos
tais como o vandio, cromo ou molibdnio. Portanto, pode-se dizer que a principal propriedade
conferida no ao pelo carbono a dureza. Aumenta, tambm, o limite de resistncia trao e a
temperabilidade, mais diminui a tenacidade e asoldabilidade. utilizado um diagrama para anlise do teor de carbono
no ferro.
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Mangans
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Diagrama de fases Fe Fe3C
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MangansEm mdia, para cada 1% de mangans, a resistncia traoaumenta 100 MPa. Para aos temperveis, aumenta a durezaaps o processo de tmpera.
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Mangans
Influncia na estrutura : Estabiliza os carbonetos, ajudaa criar microestrutura dura por meio de tmpera e Diminuia velocidade de resfriamento
Influncia nas Propriedades :Aumento da resistncia
mecnica e temperabilidade da pea e auxilia naresistncia ao choque Aplicaes :Ao para construo mecnica Produtos : Peas para automveis e peas para uso
geral em engenharia mecnica
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Mangans
Peas elevadas do triturador docone do ao de mangans
Jacar ,utilizada para desvio de trens
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Mangans
- Estabiliza os carbonetos. Ajuda a criar microestrutura dura por meiode tmpera. Diminui a velocidade de resfriamento.
- Aumenta a resistncia mecnica, a temperabilidade da pea e a
resistncia ao choque.
Aplicaes: Ao para construo mecnica. Produtos: Peas para automveis e peas para uso geral em
engenharia mecnica.
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Mangans
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Silcio
Sil i
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Silcio
O silcio um elemento qumico de smbolo Si de n atmico14 com massa atmica igual a 28 u. temperatura ambiente, o silcio encontra-se no estado slido. Foi descoberto por Jns Jacob Berzelius, em 1823. O silcio o segundo elemento mais abundante na Terra,
perfazendo 25.7% do seu peso. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia,
normalmente na forma de dixido de silcio (tambm conhecidocomo slica) e silicatos.
Pertence ao grupo 14 ( IVA ) da Classificao Peridica dosElementos.
Se apresenta na forma amorfa e cristalina; o primeiro na formade um p pardo mais reativo que a variante cristalina, que seapresenta na forma octadrica de colorao azul
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Sil i
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Silcio
- Auxilia na desoxidao e na grafitizao.- Aumenta a fluidez.
- Aumento da resistncia oxidao em temperaturaselevadas.
melhora da temperabilidade e da resistncia trao. Aplicaes: Aos com alto teor de carbono. Aos parafundio em areia.
Produtos: Peas fundidas.
Vlvula redutora de presso com ao silcioChapas de ao silcio
Sil i
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Silcio um agente desoxidante na produo do ao.
Aumenta a resistncia corroso e a resistncia trao,mas prejudica a soldagem.
O silcio aumenta significativamente a resistividade eltricado ao e, por isso, aos com silcio so amplamente usados
em ncleos magnticos (motores, transformadores, etc)devido s menores perdas com as correntes parasitas quese formam.
Sil i
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Silcio
Influncia nas Propriedades : Auxilia nadesoxidao na grafitizao e Aumenta afluidez.
Influncia na estrutura : Aumento da
resistncia oxidao em temperaturaselevadas. Melhora da temperabilidade e daresistncia trao.
Aplicaes :Aos com alto teor de carbono.Aos para fundio em areia. Produtos : Peas fundidas.
Sil i
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Silcio
O Br-800 tinha um motor fundido em liga de alumnio-silcio
Fabricada com material de liga leve e silcio tambm endurecida com tratamento de nquel
Silcio
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Silcio
Estruturalmente:
Auxilia na desoxidao e na grafitizao;Aumenta a fluidez.Mudana nas Propriedades do Ao:
Aumenta a resistncia oxidao em temperaturas
elevadas;Melhora a temperabilidade e a resistncia traoAplicaes:Aos com alto teor de carbono;Aos para fundio em areia.
Cromo
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Cromo
Cromo
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Cromo
O cromo , smbolo Cr, nmero atmico 24 emassa atmica 52 u, Slido em temperaturaambiente.
um metal encontrado no grupo 6 (6B),empregado especialmente em metalurgia emprocessos denominados eletrodeposio.
Alguns de seus xidos e cromatos so usadoscomo corantes.
Foi descoberto em 1797 por Louis NicolasVauquelin no mineral crocota encontrado naRssia.
Cromo
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Cromo
mineral crocota
Cromo
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Cromo
Cromo
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Cromo
Escape de moto cromado.
Aumenta a resistncia corroso e ao calor
Aumenta a resistncia aodesgaste (devido
formao de carbetos decromo) Em aos baixa liga
aumenta a resistncia e adureza
normalmenteadicionado com Ni (1:2)
Cromo
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Cromo
Os Aos Ino id eis tambm sofrem corroso?Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?
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Quando aos austensticos (como 304 ou 316) so aquecidos nafaixa de 450 a 850 C, ou resfriados lentamente nesta faixa
ocorre uma descromizao, precipitao de carbonetos de cromoCr23C6, ao longo dos contornos de gro.Este fenmeno denominado SENSITIZAO responsvel pelaCORROSO INTERGRANULAR.
Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?Os Aos Inoxidveis tambm sofrem corroso?
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Micrografia de um ao inox.com corroso intergranular
O t d t ld d i id i ?
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O que acontece durante a soldagem dos aos inoxidveis?
Sensitizao iniciando a Corroso Intergranular.
Obs.: A SENSITIZAO ocorre mais freqentemente nometal de base do que no metal de solda.
Cordo de Solda
Regies Sensitizadas
Localizao de regies Sensitizadas por Soldagem
Nquel
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Nquel
- Refina o gro e diminui a velocidade de transformao naestrutura do ao
-Aumenta da resistncia trao. Aplicaes: Ao para construo mecnica. Ao
inoxidvel, Ao resistente a altas temperaturas. Produtos: Peas para automveis, utenslios domsticos
e caixas para tratamento trmico
Tubulaes em ao inxidvel com nquel
Nquel
http://var/www/apps/conversion/current/tmp/scratch20793///upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/Nickel_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg -
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Nquel Aumenta a resistncia ao impacto (2-5% Ni)
Aumenta consideravelmente a resistncia corrosoem aos baixo carbono (12-20% Ni) Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de
expanso trmica prximo de zero.
Moeda de nquel.
Ao austenitico (CFC))
Ao ferrtico (CCC)ADctil
Frgil
Temperatura CResist.ao
choque(N.m
)
HC
ENSAIO CHARPY
Nquel
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SOLDAGEM DOS AOS INOXIDVEIS
ELEMENTOS ALFGENOS COMO O CROMO:Mo, Si, Nb, Ti e V
ELEMENTOS GAMGENOS COMO O NQUEL:Mn e N
TIG
MIG/MAG/ARAME TUBULAR
ELETRODO REVESTIDO
Tungstnio
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Tungstnio
O tungstnio forma carbonetos WC e W2C, mas na
presena de ferro forma Fe3W3C ou Fe4W2C. Quando em soluo o tungstnio retarda a transformao
austenita / ferrita. Ele refina o tamanho de gro e produz menor tendncia a
descarbonetao em servio
Tungstnio
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TungstnioAumenta a resistncia trao em altas temperaturas.
Forma carbonetos bastante duros e usado em aos paraferramentas (aos rpidos).
Tungstnio
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Tungstnio
Filamento de lmpadaincandescente
Mantm a dureza a altastemperaturas
Forma partculas duras e resistentesao desgaste altas temperaturas
Tungstnio
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Molibdnio
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Molibdnio
Molibdnio
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Molibdnio
O molibdnio ou molibdnio , smbolo Mo de nmeroatmico 42 e de massa atmica igual a 96 u.
Na temperatura ambiente o molibdnio encontra-se noestado slido. um metal de transio encontrado no grupo 6 (6B) .Foi
descoberto em 1782 pelo sueco Peter Jacob Hjelm.
um elemento qumico essencial sob o ponto de vistabiolgico, e na industria muito usado na forma de ligasmetlicas, principalmente no ao.
Molibdnio
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MolibdnioMelhora a resistncia a altas temperaturas, a resistncia aodesgaste e a dureza aps a tmpera. Para aos inoxidveis,melhora a resistncia corroso.
Molibdnio
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Molibdnio
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Molibdnio
O Kalinin K-7 apresentava umaestrutura em ao-molibdnio
soldado e revestida em alumnio
Pratinho de mola em ao cromo-molibdnioEMPI
Molibdnio
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Molibdnio
Molibdnio eletrolticoe cubo de 1 cm
Em teores < 0,3% aumenta a dureza e a resistncia,especialmente sob condies dinmica e a altastemperaturas
Atua como refinador de gro Melhora a resistncia `a corroso
Forma partculas resistentes abraso Contrabalana a tendncia fragilidade de revenido
Molibdnio
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