Aços carbono para trilhos e estruturas

UFRRJ

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

ENGENHARIA DE MATERIAIS

AÇOS CARBONOS PARA TRILHOS E ESTRUTURAS

FILIPE PINHEIRO TEIXEIRA

MARLON APARECIDO ALVES MARTINS

Trabalho apresentado à professora Renata, que ministra a matéria de Materiais Metálicos, do curso de Engenharia de Materiais na UFRRJ.

Seropédica, RJ

Novembro/2015

Introdução

Entre os materiais de construção, como é do conhecimento geral, o aço tem posição de relevo: combina resistência mecânica, trabalhabilidade, disponibilidade e baixo custo, assim sendo, é fácil compreender a importância da aplicação dos aços em todos os campos da engenharia, nas estruturas que são fixas, como de edifícios ,pontes e etc...ou moveis, como na indústria ferroviária, automobilística, naval, aeronáutica...

Aços estruturais são todos os aços que, devido à sua resistência e outras propriedades, são adequados para uso em elementos que suportam cargas. Porque combina resistência mecânica, trabalhabilidade, disponibilidade e baixo custo. Eles possuem em sua maioria estrutura perlítica.

Para a maioria das aplicações estruturais, o teor de carbono desses aços varia de 0,15% a 0,40%, com os outros elementos(Mn, Si e S) nos teores considerados normais

Para a maioria das aplicações consideradas, a importância da resistência mecânica é, de certo modo, relativamente pequena, do mesmo modo o fator peso não é primordial. Assim sendo, os aços-carbonos comuns, são plenamente satisfatórios. Em outros casos exige-se uma resistência/peso mais satisfatória. É o caso da indústria de transporte, devido as condições próprias de serviço, deve ser caracterizado por peso relativamente baixo e alta resistência; os aços indicados para este caso são os de baixo teor em liga. Assim poderia se estabelecer a seguinte divisão dos aços estruturais utilizados:

• Aços-carbono;
• Aços de alta resistência e baixo teor em liga (aços microligados).

O trilho, elemento da superestrutura que constitui a superfície de rolamento as rodas dos veículos ferroviários, vem sofrendo uma evolução permanente, desde os primórdios das estradas de ferro, até os dias atuais, com o grande desenvolvimento da tecnologia do aço.
Desde o início da era comercial das estradas de ferro, pensou-se em dar o trilho a forma de duplo T, a mais econômica para as peças sujeitas à flexão. Tendo em vista o grande desgaste a que está sujeito o trilho, deu - se às duas mesas uma espessura considerável, para permitir o seu uso, mesmo depois de apreciável desgaste.
Esses estudos levaram Robert Stephenson, em 1838, a criar o trilho chamado de duas cabeças.
Devido às dificuldades de fixação desse trilho ao dormente, este foi abandonado e substituído pelo tipo idealizado pelo estrangeiro Inglês Vignole, passando a ser denominado tipo Vignole. Sendo composto pelo boleto (cabeça), alma e patim, este último é a parte que se assenta no dormente diretamente ou através de uma placa de apoio, de aço.

Revisão bibliográfica

O fator mais importante na determinação das propriedades de um certo tipo de aço é a

composição química. Nos aços carbono comuns, os elementos Carbono e Manganês tem

influência no controle da resistência, ductilidade e soldabilidade. A maior parte dos aços

carbono estruturais tem mais de 98% de Ferro, de 0,2 a 1% de Carbono e aproximadamente 1% de Manganês (em peso). O Carbono aumenta a dureza e a resistência, mas, por outro lado, afeta a ductilidade e a soldabilidade. Assim, pequenas quantidades de outros elementos de liga são utilizados na melhoria das propriedades do aço, obtendo o máximo em propriedades de uma liga contendo um baixo teor de Carbono. (1)*

-Aços-carbono para estruturas

   Os requisitos fundamentais desses aços são

• Ductibilidade e homogeneidade;
• Tensão de escoamento elevada- propriedade a ser considerada para prevenir deformação plástica geralizada;
• Boa soldabilidade- - fundamental para permitir moldagens rápidas, simples e confiáveis, bem como o corte por chama;
• Elevada tenacidade – prevenção da fratura rápida ou catastrófica de estruturas de aço.
• Boa formalidade- uma vez que em muitos casos é necessário se utilizar conformação mecânica;
• Resistência razoável a corrosão;

   Com exceção da resistência a corrosão, todos os outros requisitos dão satisfeitos em maior ou menor grau pelos aços carbono, de baixo a médio carbono, obtidos por laminação. De fato, o teor de carbono relativamente baixo e o trabalho a quente proporcionado pela laminação dos pefis estruturais garantem a ductilidade necessária, além de produzir uma homogeneidade muito boa. A ductilidade que esses aços apresentam, por outro, garante excelente trabalhabilidade. A resistência a corrosão só é alcançada com adição de pequenos teores de cobre.(1)*

Aços microligados são também conhecidos como aços BLAR microligados, porque, de fato, são aços de alta resistência e baixa liga. Apresentam, entretanto, algumas características que os tornam uma classe à parte. O nome microligado resulta da presença de teores bem baixos de elementos como nióbio, vanádio e titânio, adicionados para se obter um perfeito controle da microestrutura, quando associados a um processamento especial denominado laminação controlada. O termo microestrutura aqui usado se refere a todos aspectos da estrutura do aço incluindo a presença de átomos substitucionais e intersticiais na matriz ferrítica, as deslocações, os precipitados finalmente dispersas, partículas de segunda fase mais grosseiras, inclusões e a descrição convencional da ferríta e os carbonetos. O controle desta microestrutura em aços específicos depende do controle da composição química e do processamento do aço e conduz ao desenvolvimento de propriedades mecânicas especificas para diferentes aplicações. (2)*.

Alunos de Engenharia Mecânica e de Engenharia de Materiais da UnicenP em 2001 fizeram diversas pesquisas com trilhos de trens e obtiveram diversas conclusões com bases nelas, como, os trilhos para exercerem as suas funções de superfícies de rolamentos e suporte das cargas transportadas pelos veículos, são necessários que tenham dureza, tenacidade, elasticidade e resistência à flexão. Entre todos os materiais, é o aço o que oferece as melhores vantagens para o emprego na fabricação dos trilhos. A maioria dos trilhos fabricados em todo o mundo é de aço-carbono , apesar de serem fabricados em vários países. As especificações americanas para os trilhos de aço-carbono, que são seguidas no Brasil, estabelecem a seguinte composição Química: