metais e ligas metálicas

Transcrição

METAIS
E LIGAS METÁLICAS
P f R
Prof.
Roberto
b t M
Monteiro
t i de
d Barros
B
Filho
Filh
jan. 2014
Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho
Classificação
2
Aplicação
Os metais e as ligas metálicas são
solicitados,
para
determinadas
aplicações, pelas propriedades que
apresentam.
apresentam
3
Apresentação
p
Minério: corpo natural sólido e cristalino formado em
resultado da interação de processos físico-químicos
físico químicos em
ambientes geológicos. Pode ser descrito por uma
fórmula química.
química
A maioria dos metais apresentam-se na forma de
compostos (ex: minério de ferro - Fe2O3),
) mas podem
estar no estado livre com o Au e Ag.
Associação de metais,
metais compostos metálicos e ganga.
ganga
g
impurezas
p
ppresentes nas jjazidas minerais qque
Gangas:
geralmente estão associadas com os metais e seus
compostos.
p
4
Apresentação
p
Jazida: “massa de substâncias minerais ou fósseis,
existentes na superfície ou no interior da terra,
terra que
venham a ser ou sejam valiosas para mineração.”
Mina: “é a jazida na extensão concedida pelo governo.”
(Materiais de Construção - F.A.
F A Falcão Bauer,
Bauer 1994)
Mineração:
ç
pprocesso de obtenção
ç
de substâncias
minerais.
5
Mineração
1 Colheita
1.
C lh it
1.1. céu aberto
1 2 Subterrânea
1.2.
S b â
6
Mineração
2. Concentração
2 1 Processos mecânicos
2.1.
2.1.1. Trituração ou Fragmentação
2 1 2 Classificação (separação por concentração)
2.1.2.
2.1.3. Levigação (separação em água por densidade)
2.1.4. Flotação (separação em água, óleo e ar por densidade)
2.1.5. Separação Magnética
2.1.6. Lavagem simples
2 1 7 Outros
2.1.7.
O t
2 2 Processos químicos
2.2.
2.2.1. Ustulação (aquecimento sob forte jato de ar quente)
ç ((sob fogo
g direto))
2.2.2 Calcinação
7
Metalurgia
g
Processo de extração do metal puro a
partir do minério por vários processos:
1. Redução
(mais comum por carbono ou óxido de
carbono)
b
)
2. Precipitação
p ç q
química ((reação
ç qquímica))
3. Eletrólise
(somente para metais possam ser
di l id em água)
dissolvidos
á )
8
A maioria destes materiais apresentam
p
elevados valores de:
Dureza
Condutividade elétrica
Condutividade térmica
Temperatura de fusão
Brilho
Resistência mecânica
9
Processos de Fabricação
10
Operações de conformação
Forjamento
Conjunto de processos realizados a
quente para conformar os metais
por esforços mecânicos por
prensagem ou martelamento.
11
Laminação
Conjunto de processos realizados a
frio ou a q
quente p
para conformar os
metais forçando-os através de
cilindros laminadores para obtenção
de chapas.
chapas
12
Extrusão
Conjunto de processos realizados a frio ou a
quente para conformar os metais forçando-os
por meio de prensas a passar através de
orifícios (matrizes).
13
Estiramento ou
o Trefilamento
Conjunto de processos
realizados a frio para
conformar os metais por
meio de forças de tração
normalmente
o a e e usados naa
fabricação de fios.
14
Estampagem
realizados a frio para
conformar os metais por
meio de prensas com
moldes (matrizes).
(
)
15
Estampagem Magnética
O trabalho da equipe do Dr.
Glenn
l
Daehn,
h da
d Universidade
i
id d de
d
Colúmbia (Estados Unidos) está
utilizando
magnetismo
para
conformar chapas de metal em
seu aspecto final. Além de ser
mais barato e evitar a g
geração
ç de
sucata.
O processo utiliza o campo
magnético para expandir certas
porções do metal durante o
processo de estamparia.
Dahen chama o processo de estamparia por
batidas ("bump forming"), porque o campo
magnético bate contra o metal em pulsos
muito curtos - tipicamente de 5 a 20 vezes
em menos do que um segundo - enquanto o
metal move-se, conformando-se ao molde.
16
Fundição
para conformar os metais
por meio da fusão.
17
Alguns Metais
Alumínio
C b
Cobre
Chumbo
Titânio
Antimônio
i
i
Nióbio
T
Tungstênio
ê i
Molibdênio
Tântalo
18
Alumínio
• Alumínio (Al)
Um dos elementos mais abundantes na
terra, porém na maioria das vezes não é
economicamente viável como nas argilas
((alumínio silicatos).
)
O minério comumente extraído é a Bauxita
na forma de óxido O2Al2(HO)2 ou
Al2(HO)3.
O processo metalúrgico para obtenção do
metal puro é a Eletrólise.
Muito dúctil, leve e maleável, porém
constitui ligas de alta resistência mecânica.
Ponto de fusão 660,3
660 3 oC
19
• Cobre (Cu)
Cobre
O cobre tem sido cada vez mais utilizado em
coberturas e fachadas no mundo todo devido
a sua beleza, durabilidade e sua imensa
gama de ppossibilidades arquitetônicas.
g
q
O
Chile é o maior produtor de cobre no
mundo, país onde a utilização deste material
é mais desenvolvida.
desenvolvida
Os minério comumente extraídos são a
Calcita Cu2S, Cuprita CuO2, Calcopirita
Cu2S.Fe2S3, Malaquita e Azurita.
Ponto de fusão 1085 oC
Catedral Metropolitana de Porto
Alegre
4t de cobre na cúpula
• Zinabre ou azinhavre:
camada verde de bicarbonato de cobre que
se forma
f
na superfície
fí i da
d peças de
d cobre.
b
20
Chumbo
•
Chumbo (Pb)
O metal é tóxico,
tóxico pesado,
pesado macio,
macio
maleável e comparativamente a
outros metais é mal condutor de
eletricidade e muito resistente à
corrosão.
ã
O minério extraído é a Galeria,
PbS.
U d no revestimento
Usado
ti
t de
d cabos
b
elétricos, fusíveis, baterias de
ácido, proteção contra Raio-X e
outros.
Ponto de fusão 327,4 oC.
21
Titânio
•
Titânio (Ti)
O titânio foi descoberto em 1791
por William Gregor quando
investigava a areia magnética
(menachanite)
existente
em
Menachan
na
Cornualha.
Denominou-o "menachin".
Três anos mais tarde, M. H.
Klaproth descobriu o que supunha
ser uma nova terra no rutilo.
Chamou lhe "titânio"
Chamou-lhe
titânio (do latim
titans, os filhos da Terra). O metal
foi pela primeira vez isolado numa
forma impura por J. J. Berzelius em
1825. Hunter preparou titânio puro
em 1910 aquecendo tetracloreto de
titânio e sódio numa bomba de aço.
P t de
Ponto
d fusão
f ã 1668 oC
Museu Guggenheim em Bilbao. Revestido em chapas
de titânio e pedra
Projeto Arq. Canadense Frank Gehry
22
Antimônio
• Antimônio (Sb)
Elemento
químico
metálico de símbolo Sb
O antimônio é empregado
principalmente em ligas
metálicas e alguns de seus
compostos
para
d
dar
resistência contra o fogo,
em pinturas, cerâmicas,
esmaltes vulcanização da
esmaltes,
borracha e fogos de
artifício.
P t de fusão
Ponto
f ã 630,8
630 8 oC
23
Nióbio
• Nióbio (Nb)
Elemento químico metálico de
símbolo Nb.
O nióbio é usado na produção de
super-ligas metálicas ferrosas e
não ferrosa usadas na fabricação
motores de
d foguetes,
f
turbinas
bi
e
equipamentos que necessitam de
alta resistência à combustão,
aços inoxidáveis de alto
desempenho.
O Brasil é responsável por 98%
d jazidas
das
j id mundiais
di i sendo
e d as
principais em São Gabriel da
Cachoeira (AM), Raposa Serra
do Sol (RR) e Araxá (MG)
Turbinas de jatos e foguetes
Tubulações de alto
desempenho
Reator termonuclear
24
Metais Refratários
São metais que possuem temperatura de fusão extremamente
elevadas.
elevadas
Nióbio: Tf 2468ºC;
Molibdênio: Tf 2623 ºC
Tântalo: Tf 3020 ºC;
T
Tungstênio:
tê i Tf 3410 ºC;
ºC
Como aplicações encontramos em: Matrizes de extrusão,
filamento de lâmpadas incandescentes
incandescentes,componentes
componentes de
aeronaves.
O t Metais
Outros
M t i
Mercúrio: Tf -38,83 ºC
25
Ligas Metálicas
São materiais que possuem propriedades
p
por dois ou mais
p
metálicas,, compostos
elementos, sendo pelo menos o maior
constituinte deles,
deles um metal.
metal
Normalmente as ligas são criadas para
modificar ou acrescentar propriedades
propriedades
p
dos metais q
que a
diferentes das p
formam.
26
Ligas
g Metálicas
Classificação:
1.
Mecânicas – cristas dos componentes estão
simplesmente misturados (ex: estanho e chumbo
na solda de funileiro).
2.
Soluções sólidas – há interação dos cristais na
solidificação (ex: aço).
aço)
3.
Compostos químicos – formação de composto
químico diverso (ex: liga de cobre e zinco).
27
Tipos de Ligas Metálicas
• Ligas não-ferrosas: Não apresentam o
elemento ferro como constituinte.
Ex.: Latão, bronze, zamac, alpaca, ligas de
alumínio
• Ligas Ferrosas: Apresentam o elemento ferro
como constituinte principal
principal.
Ex.: Aço, ferro fundido, aço inox e aço corten
28
Ligas
g Não-ferrosas
• Latão: ligas Cobre-Zinco
Muito
M
i
utilizadas
ili d
d d a
desde
antiguidade.
Alta resistência à corrosão
em atmosfera ambiente e
água do mar.
Produtos são, em geral,
obtidos por forjamento ou
fundição.
fundição
29
Ligas
g Não-ferrosas
• Bronze:
B
li Cobre-Estanho
liga
C b Et h
Série de ligas
g metálicas qque
tem como base o cobre e liga
principal
o
estanho
e
proporções variáveis de outros
elementos
l
como
zinco,
i
alumínio, antimônio, níquel,
fósforo, chumbo entre outros
com o objetivo
bj ti
d obter
de
bt
características superiores a do
cobre. O estanho tem a
característica de aumentar a
resistência mecânica e a dureza
do cobre sem alterar a sua
ductibilidade
ductibilidade.
O Pensador
Auguste Rodin
30
Ligas
g Não-ferrosas
• Zamac:
liga de Zinco(Zn), Alumínio (Al),
M é i (Mg)
Magnésio
(M ) e Cobre
C b (Cu)
(C )
Possui boa resistência à corrosão, tração,
ç
choques e desgastes, e tem uma tonalidade cinza.
Dentre todas as ligas de metais não ferrosos, o
Zamac é uma das que possui maior utilização,
devido às suas propriedades físicas,
físicas mecânicas e
à fácil capacidade de revestimento por
eletrodeposição (Banho de cromo, níquel, cobre,
)
O seu baixo p
ponto de fusão
ouro).
(aproximadamente 400ºC) permite uma maior
durabilidade do molde, permitindo uma maior
produção de peças em série fundidas. Seu preço
elevado nos últimos tempos tem feito com que o
zamac fosse substituído em larga escala pelo
alumínio, que, além de ter menor densidade
(peças mais leves, menor uso de material), tem
atualmente preço bem inferior.
31
Ligas
g Não-ferrosas
• Alpaca: liga de Cobre (Cu),
Níquel (ni) e Zinco (Zn)
Seu nome significa metal branco e
também é conhecida como prata
alemã, devido seu brilho e
coloração parecido com as da prata.
As ligas
g qque contêm mais de 60%
de cobre são monofásicas e são
caracterizadas
pela
sua
ductibilidade e pela facilidade com
que podem
d
ser trabalhadas
t b lh d
a
temperatura ambiente. A adição de
níquel confere-lhe uma boa
resistência nos meios corrosivos.
corrosivos
Sua composição mais usual na
indústria é de 65% de cobre, 18%
de níquel e 17% de zinco.
zinco
32
Ligas
g Não-ferrosas
• Ligas
Li
d Alumínio
de
Al í i
Elementos de liga: Cu,
Cu Si,
Si Mg,
Mg
Mn, Zn, Li.
Apresentam baixa densidade;
Elevada condutividade elétrica,
e térmica;
Alta resistência à corrosão;
Fácil conformação;
Baixa temperatura
p
de fusão;
Abundância de matéria-prima.
33
Ligas
g Não-ferrosas
• Alucobond e Alubond
Compósito,
C
ói
sanduíche
d í h
com
duas lâminas de alumínio e um
núcleo de polietileno.
p
Hospital Life Center - BH
34
Ligas Ferrosas
Ferro Gusa
Ferro Fundido
Aço Carbono
Aço Corten
Aço
ç SAC
Aço-silício
Aço
ç Inoxidável
35
Ligas Ferrosas – Produção
Mi é i de
Minério
d Ferro
F
Principais formas de apresentação:
• CO3Fe - Siderita ou Siderose
– 30 a 42% de ferro
• Fe3O4 - Magnetita ou Imã natural
– 45 a 70% de ferro
• Fe3O2 - Hematita (itabirita ou jacutinga), oligisto ou oca vermelha
– 50 a 60% de
d ferro
f
• 2Fe2O3 . 3H2O - Limonita ou Hematita
– 20 a 60% dde fferro
Ferro:
ponto de fusão = 1535oC
• FeS2 - Pirita - ouro dos tolos
– minério de enxofre com o ferro com subproduto
36
Mi é i de
Minério
d Ferro
F
Geralmente a extração é a céu aberto
devido às ggrandes concentrações
ç
deste
minério.
O minério é lavado para a retirada da
argila
il e terra.
t
Levado ao Alto forno na granulometria
g
de 12 a 25 mm, pedaços menores
devem ser pelotizados ou sinterizados.
37
Alto Forno – Ferro Gusa
No Alto-Forno processa-se a redução do
minério de ferro em ferro.
ferro Marcha de Operação
• Dessecação - 300ºC e 350ºC
– liberação do vapor de água contido na carga.
carga
• Redução - 350ºC e 750ºC
– óxido de ferro perde o oxigênio
– Fe2O3 + CO → 2FeO +CO2
• Carburação - 750ºC e 1150ºC
– fferro se combina
bi com o carbono
b
formando
f
d a gusa.
– FeO + CO → Fe +CO2
•
Fusão - 1150
1150ºC
C e 1800
1800ºC
C
– a gusa passa para o estado líquido
•
Liquefação - 1600ºC
– a gusa se separa da escória.
38
Ligas
g Ferrosas
• Ferro Gusa
O ferro saído diretamente
do alto forno é o Gusa.
Gusa
Este ferro possui altos
teores de carbono e de
impureza de Fósforo-P e
Enxofre-S.
39
Ligas
g ferrosas
• Ferro
F
f did
fundido
É uma liga de ferro-carbono
com teor de carbono entre
1,7 e 6,7%.
Os produtos são obtidos,
mais
comumente,
pelo
processo de fundição em
molde de areia ou matriz.
matriz
40
Ligas
g Ferrosas
• Aço Carbono
São ligas de ferro
ferro-carbono,
carbono, obtidos
fundindo-se o gusa normalmente em
Fornos de Indução. Podem apresentar
concentrações
t õ
apreciáveis
iá i de
d outros
t
elementos de liga como níquel,
molibdênio,, cromo e outros.
Apresentam teor de carbono abaixo de
1% e de acordo com a concentração de
carbono
b
podem
d
ser classificados
l ifi d como
de Alto, Médio e Baixo-carbono.
Os mais usado com 0,2%
0 2% de carbono.
carbono
Abaixo de 0,1% é chamado Aço Doce.
41
Ligas
g ferrosas
• A
Aço Corten,
C t Aço
A Patinável
P ti á l ou
Aço Aclimável
É uumaa liga
ga de ferro-carbono
e o ca bo o
pequenas
concentrações
de
cobre.
A oxidação desta liga cria uma
pátina (fina película) na sua
superfície que o protege da
corrosão.
ã
Museu Djalma
Guimarães BH
Teatro de Granollers,
Espanha
42
Ligas
g ferrosas
• Aço
A SAC - Steel
St l Anti-Corrosion
A ti C
i
É uma liga de ferro-carbono com
concentrações
ç
de outros metais
como, níquel, silício e molibdênio,
cromo titânio e nióbio.
A oxidação desta liga cria uma
pátina (fina película) na sua
superfície, mais resistente que os
d
demais
i
aços
patináveis,
ti á i
dispensando
a
proteção
da
superfície.
43
Ligas
g ferrosas
• Aço-silício
A
ilí i
O silício na liga, orna o aço
macio,, com ggrande elasticidade e
quase sem perda de resistência.
U d na fabricação
Usado
f b i ã de
d molas.
l
44
Tipos
p e Aplicações
p
Chapas lisa preta
Chapas
p corrugadas
g
Perfis
Trilhos
Barras redondas para concreto armado
Cordoalhas de protensão
Arames e telas
Pregos parafusos e rebites
Pregos,
Tubos
45
Processos de Tratamento
É comum se processar tratamentos para alterar as
propriedades de ligas. Os tratamentos mais comuns
são:
Endurecimento por deformação
Endurecimento por precipitação
Endurecimento por tratamento térmico
Endurecimento por tratamento termoquímico
46
Tratamento p
por Deformação
ç
•
Encruamento
– D
Deformação
f
ã dos
d cristais
i t i por esforços
f
mecânicos.
â i
– Aumento da dureza e resistência à tração.
– Diminuição da resistência à corrosão,
corrosão dutilidade e o
alongamento.
Usado nos aço torcidos para concreto armado
47
Tratamento Térmico
•
Normalização
– Aquecimento
A
i
t do
d aço e resfriamento
fi
t lento
l t ao ar livre.
li
– Elimina as tensões internas surgidas na conformação do aço.
•
Recozimento
– aquecimento do aço e manutenção desta temperatura por alguns
tempo e resfriamento
fi
lento.
l
– Elimina as tensões internas surgidas na fundição do aço e
elevação dos índices tecnológicos.
tecnológicos
48
Tratamento Térmico
• Têmpera
– aquecimento
i
t do
d aço e manutenção
t ã desta
d t temperatura
t
t
por alguns
l
tempo e resfriamento brusco.
– Aumento da dureza,
dureza limite de elasticidade,
elasticidade resistência à tração,
tração e
diminui o alongamento e a tenacidade.
•
Revenido
– Processo parecido com o recozimento feito em aços temperados.
– Elimina defeitos aparecidos durante a têmpera do aço.
aço
49
Falhas
Os materiais metálicos, quando submetidos à
ç excessivos,, podem
p
apresentar
p
falhas
esforços
dos seguintes tipos:
Fratura
Fadiga
Fluência
50
Falhas
• Fratura Dúctil
Modalidade de fratura que
é acompanhada de uma
extensa
deformação
plástica.
lá i
51
Falhas
• Fratura Frágil
Fratura que ocorre pela
rápida propagação de uma
trinca e sem deformação
macroscópica
ó i apreciável.
iá l
52
Importante !
• O tipo de fratura
frat ra (dúctil ou
o frágil) não é uma
ma propriedade
do material, mas sim, um comportamento devido às
condições impostas como: carregamento,
carregamento temperatura e
taxa de deformação.
53
Falhas
• Fadiga
Falha
em
níveis
relativamente baixos
de tensão, de estruturas
sujeitas
j i
a
tensões
õ
flutuantes e cíclicas.
54
Falhas
• Fluência
Fl ê i
Deformação
permanente
dependente do tempo,
tempo que
ocorre sob condições de
tensão. Para a maioria dos
materiais só é considerável
em temperaturas elevadas.
55
Oxidação X Corrosão
Corrosão metálica é a
Oxidação é a perda
de elétrons de um
elemento pela sua
combinação com o
oxigênio.
X
transformação não intencional
de um metal ou liga, pela sua
interação
química
ou
eletroquímica,
l
í i
num
determinado
meio
de
exposição. O processo resulta
na formação
f
ã de
d produtos
d t de
d
corrosão e na liberação de
energia.
E t transformação
Esta
t
f
ã resulta
lt em
perda de massa do material.
56
Corrosão
Algumas
g
substâncias são oxidantes
presentes no meio ambiente:
O,, H,, H2O,, H2S
TIPOS DE CORROSÃO
Corrosão química: elétrons perdidos
na
corrosão se combinam no mesmo lugar onde
foram perdidos.
Corrosão eletroquímica: os elétrons liberados
são recuperados em outro lugar formando-se
uma corrente galvânica.
galvânica
57
Processos de Proteção
Pesquisas demonstram que a corrosão é responsável pelo maior
índice de destruição
ç do ferro e do aço,
ç , consumindo cerca de 20% da
produção mundial
Estes processos têm a função de proporcionar aos materiais maior
durabilidade, devido à proteção contra a ação de agentes corrosivos
presentes nos ambientes em que tais materiais estejam sendo
aplicados.
Tipos mais comuns:
Ligas Metálicas
Pintura
Deposição eletrostática
Anodização
Flandres
Outros.
58
P
Processos
dde P
Proteção
t ã
• Ligas Metálicas
Uso de ligas metálicas
determinadas
para
resistência à corrosão
em meios específicos.
Bronze
Aço Corten
Latão
A Inoxidável
Aço
I
idá l
59
P
Processos
dde P
Proteção
t ã
• Pintura Superficial
O processo de cobrimento de
superfícies
p
metálicas ppor
polímeros.
Uso de tintas apropriadas aos
materiais e meios específicos.
específicos
Este é uns dos processos mais
baratos
porém
requer
manutenções periódicas.
60
• Cromagem / Niquelagem
Processo de cobrimento de
superfícies metálicas por
eletrodeposição de cromo
ou níquel.
í l
(Torneira de latão cromado)
61
• Galvalume
G l l
Processo de
P
d cobrimento
bi
t a
quente de superfícies de aço
nu ppor imersão a qquente em
zinco, alumínio e silício.
Calhas e Telhas
Chapa galvanizada
galvanizada
Propriedades
•
•
•
•
alta resistência à corrosão atmosférica
beleza estética
elevada refletividade ao calor,
calor o que gera
maior conforto térmico
resistência à oxidação em temperaturas
elevadas
62
• Galvanização
G l i ã
Processo de
P
d cobrimento
bi
t a
quente de superfícies de aço
nu ppor imersão em zinco
fundido ou por deposição
eletrolítica.
Chapa galvanizada
Telha galvanizada
63
• Flandres
Fl d
Processo de cobrimento de
superfícies metálicas por
imersão em estanho ou
processo eletrolítico.
Nos aços é vulgarmente
chamada
h
d de
d lata.
l t
Folhas de flandres
64
• Anodização
É um processo eletroquímico de oxidação
forçada
ç
e controlada aplicada
p
somente ao
alumínio e suas ligas específicas. A “película”
anódica formada apresenta dureza de 7 a 8
Mohs. É porosa, anidra e transparente, chama-se
Oxido de Alumínio ou Alumina (Al2O3). Foi
descoberta em laboratório, por H. Buff e C.
Pollack em 1857, a tendência do Alumínio em
recobrir-se
bi
d uma película
de
lí l (oxido)
( id ) baseada
b
d na
transformação superficial do próprio alumínio.
Baseado nesta descoberta, inúmeras pesquisas
foram feitas,
feitas somente em 1911 o francês
Francais Saint Martin desenvolveu os princípios
básicos para oxidação eletrolítica em meio
sulfúrico
Perfis Anodizados
Peças Anodizadas
65

metais e ligas metálicas

Transcrição

Documentos relacionados

Lojadepesca-maresia.com FATEIXAS PERMA

Oscar Monteiro de Barros - Academia de Medicina de São Paulo

metais e ligas metálicas

Morre pianista Roberto Szidon - Escola de Música

aço inoxidável ou aço inox stainless steel

Ficha de Inscrição - curso de música silva monteiro

noções de estruturas escadas e rampas

gesso sistema dry wall e steel frame

Clique aqui para visualizar!

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE - IPTSP