Na europa o aço estrutural deve obedecer à norma europeia EN 10025, dirigida pela
ECISS (European Comittee for Iron and Steel Standardization), uma subdivisão da CEN
(European Comittee of Standartization).
Será apresentada uma breve distinção entre os aços carbono comuns e os aços ligados: • Aço carbono é uma liga de Ferro Carbono constituída geralmente por 0,008% até
2,11% de carbono, contêm também outros elementos residuais resultantes do processo de fabrico;
• Aços liga são os aços carbono que contém outros elementos de liga, ou apresentam elementos residuais com teores acima do que é considerado normal.
Os aços carbono podem ser subdivididos em:
• Aços de baixo teor de carbono, com [C] < 0,3%. São aços que possuem grande ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem. Estes aços não são temperáveis;
• Aços de teor médio de carbono, com 0,3 < [C] < 0,7%. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência;
• Aços de alto teor de carbono, com [C] > 0,7%. São aços de elevada dureza e resistência após a têmpera.
Os aços liga, por sua vez, podem ser divididos em dois grupos:
• Aços de baixo teor de ligas, contendo menos de 8% de elementos de liga; • Aços de alto teor de ligas, com elementos de liga superiores a 8%.
Os aços utilizados no departamento laser encontram-se na gama de baixo teor de carbono, com percentagens máximas de 0,35%, são aços cuja constituição é ferrite e perlite (mais ferrite que perlite), ou seja pertencem aos aços hipoeutectóides (variam entre 0,03% e 0,86% de carbono), conforme apresentado no diagrama de equilíbrio de Fe-C, figura 11. Estes apresentam boas características de soldabilidade e de ductilidade. São aços aptos para a pintura, galvanização, estampagem e com características anticorrosivas, como, por exemplo, o corten. Apresentam uma excelente relação características/custo. Contudo, os aços, por vezes, apresentam imperfeições que podem originar problemas na qualidade das peças.
Figura 11 - Diagrama de equilíbrio Fe-C [8]
De seguida serão apresentadas as matérias-primas utilizadas no departamento laser divididas em dois grupos, aços provenientes de laminagem a quente e os provenientes da laminagem a frio.
2.9.1.1. Laminados a quente
Na laminagem a quente a laminação do aço ocorre acima da temperatura de recristalização. Esta é a etapa inicial da conformação da chapa. Para se laminar a quente, as placas de aço (brames), são introduzidas no forno de reaquecimento a cerca de 1250ºC (temperatura de processamento), para facilitar o trabalho de deformação e homogeneizar a estrutura do material. De seguida, passam por um laminador, como o material é dúctil pode ser deformado a taxas de redução de espessura elevadas. De seguida, o material é sujeito a um recozido de normalização com um estágio a cerca de 1300ºC, depois, vai para a linha de redução final, onde é laminado e reduzido até à espessura desejada.
Os efeitos de laminagem a quente podem ser resumidos nos seguintes pontos:
• Elimina a microestrutura grosseira, sendo substituída por uma com grão mais fino; • Inclusões não metálicas são alongadas na direção da laminagem, causando
propriedades direcionais nos produtos laminados (anisotropia), o que dá uma maior resistência no sentido da laminagem;
• Eliminação de uma grande parte de casca de óxidos (calamina) [8].
A Tabela 1 apresenta as designações mais comuns e o respetivo significado dos aços laminados a quente. O teste de resiliência é designado por KCV, KCU ou KCT, onde as duas primeiras letras são o símbolo do teste de resiliência, o V, U ou T designam a forma do objeto utilizado no teste para transmitir o impacto.
Tabela 1- Designação dos aços laminados a quente, segundo a sua utilização. Norma EN 10025-2.
Designação Significado
S Aço estrutural.
D Aço laminado a quente, para produtos planos para deformação a frio. J Energia mínima consumida no ensaio de resiliência. (min KCV=27J) 2 Temperatura do provete ao realizar o ensaio de resiliência (-20ºC). N Material com tratamento normalizado. Podem ser conformados e/ou
normalizados a quente após fornecimento. K Min KCV=40J
R Temperatura de KCV 20ºC. 0 Temperatura de KCV 0ºC. Número (235,275,
355, …) Valor mínimo de tensão de cedência do limite de elasticidade. +AR Bruto de laminagem. Sem condições particulares de laminagem e/ou
tratamento térmico.
Os aços mais comuns utilizados na empresa são o S235, S275 e o S355.
A título de exemplo, um aço que poderá ser utilizado é o S275 J0 +N que corresponde a um aço estrutural com tensão de cedência mínima garantida de 275 MPa, durante o ensaio de resiliência é consumida a energia mínima de 27 J com a temperatura do provete no ensaio a 0ºC, sendo a condição do laminado normalizada.
2.9.1.1.1. Aço decapado e oleado
As bobines são decapadas para eliminar o óxido e a calamina formados durante o processo de laminagem a quente bem como o óxido produzido durante o armazenamento. A decapagem é feita através de uma solução de ácido clorídrico ou sulfúrico, após o banho ácido, a chapa passa por fases de lavagem e secagem, para remoção do ácido residual. De seguida, a chapa pode ser submetida a um corte de bordos e a um oleamento que protegerá a superfície contra a corrosão [8].
A Tabela 2 apresenta as designações mais comuns e o respetivo significado dos aços laminados decapados.
Tabela 2- Designação dos aços decapados segundo a sua utilização. Norma EN 10111.
Designação Significado
D Produto plano para deformação a frio. D Produto laminado a quente.
11 Embutição normal. 12 Embutição profunda.
13 Embutição profunda resistente ao envelhecimento. 14 Embutição extra profunda resistente ao envelhecimento.
Dos aços laminados decapados apenas o DD11 é utilizado no departamento laser. A designação DD11, corresponde a um produto plano laminado a quente, para deformação a frio de embutidura normal.
2.9.1.1.2.Aço inoxidável
O aço inoxidável é uma liga ferrosa que contém crómio (mínimo de 11%,), elemento químico que garante ao material elevada resistência à corrosão. O crómio, ao entrar em contato com o oxigénio do ar, forma uma camada fina, contínua e resistente de óxido sobre a superfície do aço, protegendo-o contra ataques corrosivos do meio ambiente.
Os aços inoxidáveis utilizados no corte a laser são o AISI 304 e o AISI 316, ou a variante AISI 304L e o AISI 316L, sendo a diferença entre estes o teor de carbono. O limite máximo de teor de carbono é de 0,08% para o 304 e 316 e de 0,03% para os aços 304L e 316L.
O AISI 304 e o AISI 316 são bastante idênticos sendo a principal diferença a presença de molibdénio na composição química do AISI 316, o que lhe confere uma resistência mecânica superior ao AISI 304.
Tabela 3 - Composição química (%) do aço AISI 304 e 304L
Composição Química conforme Norma AISI.
ABNT/SAE/AISI C máx. Mn
máx. P máx. S máx. Si máx. Ni Cr N máx.
304 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 8,0-10,5 18,0-20,0 0.10 304L 0,03 2,00 0,045 0,030 0,75 8,0-10,5 18,0-20,0 0.10
Tabela 4 - Composição química (%) do aço AISI 316 e 316L
Composição Química conforme Norma AISI.
ABNT/SAE/AISI C máx. Mn
máx. P máx. S máx. Si máx. Ni Cr Mo
316 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 10,0-14,0 16,0-18,0 2,0-3,0 316L 0,03 2,00 0,045 0,030 0,75 10,0-14,0 16,0-18,0 2,0-3,0
A variante com percentagem de teor de carbono mais baixa, AISI 304L e 316L, é utilizada, quando se pretende efetuar soldagem, pois permite superar o risco de corrosão intercristalina (desintegração na solda).
Apesar de em Portugal, e consequentemente na empresa O Feliz, se utilizar ainda muito a norma Americana AISI para a designação dos aços inox, durante o estágio curricular foi realizada uma nova catalogação das chapas de inoxidáveis que deram entrada na empresa e espera-se que, de forma gradual, todas as chapas de inox sejam designadas segundo a norma europeia. Portanto segundo a norma europeia EN 10088-2, o AISI 304 passará a 1.4301 e o AISI 316 a 1.4401, por sua vez o AISI 304L passará a 1.4307 e o AISI 316 L a 1.4404.
2.9.1.1.3. Alumínio
O alumínio utilizado na empresa, é a liga de alumínio magnésio 5754, esta liga de alumínio possui uma boa resistência à corrosão, principalmente à água salgada, bem como à atmosfera do ambiente industrial.
Tabela 5 - Composição química da liga de alumínio 5754
Composição Química do AL 5754
Elemento Si Fe Mn Mg Al
Percentagem
presente (%) 0,4 0,4 0,5 2,6 - 3,2 Restante
Segundo a norma europeia EN 485-2:2008, as características mecânicas para chapas formatadas, designada por AL 5754 H111 Treadplate, são as referidas na tabela 6.
Tabela 6 - Características mecânicas de chapa formatada AL 5754 H111
Características Mecânicas do AL 5754 H111 Propriedade Tensão de cedência Resistência à tração Alongamento A50 mm Dureza de Brinell
Valor 60 MPa min. 160 – 200 MPa 12% min. 44 HB
2.9.1.2. Laminagem a frio
A temperatura de laminagem a frio ocorre abaixo da temperatura de recristalização do material. A laminagem a frio, produz uma alta qualidade superficial, bom formato e rigor dimensional, comparadas com as produzidas por laminagem a quente. A redução total obtida por laminagem a frio pode atingir os 50 a 90 % da espessura da chapa.
Geralmente, a menor percentagem de redução é feita na última passagem para assim haver um melhor controlo dimensional e de acabamento superficial.
Os efeitos da laminagem a frio podem ser resumidos nos pontos seguintes: • Melhor acabamento superficial;
• Superfícies regulares; • Maior resistência mecânica;
• Tratamentos térmicos intermédios. [8]
A tabela 7 apresenta as diferentes qualidades e aplicações da chapa laminada a frio.
Tabela 7 - Qualidade e aplicabilidade da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006
Qualidade Tipo
DC01 Comercial
DC03 Embutição moderada DC04 Embutição média DC05 Embutição profunda DC06 Embutição extra profunda
2.9.1.2.1. Aço galvanizado
Depois da laminagem a frio, a chapa passa para a linha de galvanização ou linha de zincagem.
A chapa passa por uma fase de limpeza, onde são removidos os resíduos oleosos da sua superfície. De seguida, passa por um tratamento térmico de recozido e por uma imersão num banho de zinco. Após a zincagem, a chapa passa por um tratamento químico chamado de passivação, que é efetuado por uma solução de ácido crómio hexavalente ou trivalente (𝐶𝐶𝐶𝐶+6, 𝐶𝐶𝐶𝐶+3), de forma a criar uma película protetora do mesmo ácido que irá proteger a superfície da humidade e reduzir a formação de oxidação branca.
O zinco presente no tanque de galvanização pode ser mais ou menos espesso, dependendo da quantidade de antimónio (Sb) na mistura. Um zinco mais espesso origina chapa com flor minimizada (qualidade MA, norma EN 10327:2004), devido a uma secagem mais rápida. Um zinco menos espesso origina uma flor maior (qualidade NA, norma EN 10327:2004).
Existem várias qualidades de gramagem e tolerâncias admissíveis de espessura de zinco para uma chapa galvanizada (Apêndice 8, norma EN 10327:2004).
Dentro da chapa galvanizada, além do revestimento, existem diversos aspetos de recobrimento que são definidos pelo aspeto superficial (ver Tabela 8) e pelo aspeto da dureza (ver Tabela 9).
Tabela 8 - Notação para identificar o aspeto superficial da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006.
Designação Significado
Aspeto do recobrimento N Estrela ou flor normal (média ou grande) M Estrela ou flor mínima
MB e MC Sem Estrela ou flor A Acabamento ordinário B Acabamento melhorado C Acabamento superior Tratamento superficial C Passivação química O Oleado
CO Passivação química e oleado P Fosfatado
U Sem tratamento
Tabela 9 - Designação dos aços galvanizados e respetivo significado. Norma EN 10327:2004.
Designação Significado
D Produto plano para deformação a frio. X Sem determinação específica de laminagem. 51 Grau de deformação ou Embutição normal. 52 Grau de deformação ou Embutição moderada. 53 Grau de deformação ou Embutição profunda. 54 Grau de deformação ou Embutição extra profunda.
D Material revestido por emersão a quente. Z Revestimento de zinco.
140, 200, 275, … Gramagem de zinco.
Este tipo de chapas, laminadas a frio, não têm tanto escoamento como as laminadas a quente e muitas vezes só se encontram em stock a pedido do cliente.
Um exemplo de um aço laminado a frio utilizado para corte: DC01 + Z280, que corresponde a uma chapa do tipo comercial, com revestimento a zinco de gramagem 280 mícron. Outra é o DX54 + ZM, que equivale a produto plano para deformação a frio sem determinação específica de laminagem, com revestimento a zinco com flor ou estrela mínima.