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Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas
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Alumínio e suas ligas
•
•
•
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•
•
Densidade do Al (baixa): 2,70 g/cm3
Condutividade elétrica e térmica elevadas
Não magnético
Baixo coeficiente de expansão térmica
Resistente à corrosão
Estrutura cristalina CFC, ligas de fácil conformação (folhas de papel alumínio!)
Principal limitação: baixo ponto de fusão (660ºC)
Baixa resistência mecânica: Módulo elástico ~70 GPa,
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Puro Al (1xxx)
Al-Cu Al-Mn Al-Si Al-Mg
(2xxx) (3xxx) (4xxx) (5xxx)
Al-Zn
AlSi+Mg (7xxx)
(6xxx)
Principais aplicações: peças estruturais de automóveis, latas de
bebidas, carcaça de ônibus, peças automotivas.
Al + metais de baixa densidade (Mg e Ti): utilizadas na indústria
automotiva - redução do consumo de combustível
Al + Li: indústria aeronaútica e aeroespacial - excelentes
propriedades de fadiga e tenacidade a baixas temperaturas.
Existem mais de 200 ligas de Al comercialmente
http://www.world-aluminium.org/
http://www.alcoa.com/global/en/home.asp
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Consumo de Al e suas ligas
Aplicações
estruturais
(resitência:peso)
Containers
(não toxicidade )
Condutores
elétricos
(condutividade)
Construção civil
(resistência a
corrosão)
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Problemas das ligas de Al durante suas aplicações
Baixa resistência a fadiga
Não pode ser
temperatura
usada
Steel
em
alta
Ti
Baixo módulo elásticos
Corrosao em água que contém ions
pesados
Cu
É atacado facilmente em soluções
causticas
Al
Anódico para a maioria dos metais
0
50
100 150
200
250
Modulus of Elasticity (GPa)
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Reciclagem do Al
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Al é o metal mais reciclado. A energia consumida
(custo) para reduzir 1 tonelada de sucata é 5%
do consumido para produzi-lo a partir do
mineral.
(1) Baixa temperatura de fusão
(2) Alta resistência a corrosão (perde pouco
material na reciclagem)
~30% do Al consumido bno mundo vme de
produto reciclado, e nos países desenvolvidos é
~ 41%
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Magnésio e suas ligas
•
a menor densidade entre os elementos estruturais: 1,74 g/cm3
– aplicadas onde um peso leve é considerado fator importante (componentes
de aeronaves)
•
baixa temperatura de fusão: 650ºC
•
são quimicamente instáveis, suscetíveis a corrosão em ambientes marinhos
•
•
boa resistência à corrosão e à oxidação em atmosfera normal
Baixa conformabilidade (estrut. HC)
•
Aplicações: indústria de aeronaves e mísseis, malas de bagagens.
•
Podem substituir alguns plásticos - possuem densidade comparável e são mais
rígidas, mais recicláveis e mais baratos
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Mg e suas ligas
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http://www.magnesium-elektron.com/
http://members.tripod.com/Mg/
Aproximadamente 50% da produção de Mg é consumida nas ligas com
Al e ferro fundido nodular.
Al, Zn: endur. por ppt.:
Mn: melhora a resitência a corrosão
Zr: refina grãos
Terras raras: aumenta a resistência a fluência
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LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL
GENERALIDADES
• 10º material mais consumido
• É das ligas de aplicação industrial
mais recente
• Ni puro: CFC
• PF: 1450°C
• Existem várias séries de ligas com
várias designações – Monel, Inconel,
Incoloy, Nimonic, Hastelloy, etc
PROPRIEDADES
• Ni e suas ligas tem grande resistência
à corrosão
• Rigidez próxima do aço
• Algumas ligas têm elevada tenacidade
e resistência a temperaturas sub-zero
• Outras ligas têm elevada resistência
até 1200ºC, mantendo a resistência à
corrosão
APLICAÇÕES
• Usado na indústria química e
alimentar
• Revestimento de chapa de aço
• Aplicações requerendo elevada
resistência à fluência e corrosão a
altas temperaturas
TRATAMENTOS
• Elevadas propriedades mecânicas são
conseguidas por solução sólida,
endurecimento por dispersão de
carbetos e/ou por envelhecimento
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Ni
Ni e suas ligas
http://www.incoalloys.com/
http://www.haynesintl.com/
http://www.nidi.com/
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Ni-Cu
Ni-Cr
Ni-Cr-Fe
Ni-Mo
outros
Niquelação
6%
9%
Produto metalurgico:
ligas de Ni e
superligas
20%
65%
Aço inoxidável
Ni-Cr-Mo
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Ligas Ni-Cu
A maioria das ligas Ni-Cu são da serie Monel®, manufaturada pela Inco
Alloys (metais especiais). Estas ligas tem excelente resistência a corrosão
(aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos e
petroquímicosem, válvulas, bombas, trocadores de calor, etc.)
Exemplo:
Monel 400 (UNS N04400): 66Ni-30Cu-1Fe-3%Al
Ligas Ni-Cr, Ni-Cr-Fe
A maiaroria das ligas Ni-Cr são da serie Inconel® and Incoloy® manufaturas
pela Inco Alloys. Estas ligas são resistentes a oxidação em altas
temperaturas e corrosão em ambientes que contém cloro, mantendo sua alta
resistência. (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos,
turbina a gás, reatores nucleares, vasos de pressão, trocadores de calor,
etc.)
Exemplos: Inconel 600 (UNS N06600): 72Ni-15.5Cr-8Fe
Inconel X725 (UNS N07750): 73Ni-15.5Cr-7Fe-2.5Ti
Incoloy 800 (UNS N08800): 32.5Ni-46Fe-21Cr
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Ligas Ni-Mo, Ni-Cr-Mo
São manufaturadas pela Haynes International e são chamadas de
serie Hastelloy® . São usadas em ambientes severamente
corrosivos como HF, e supporta alta temperatura
Exemplo: Hastelloy B-2
(UNS N10665):
65Ni-28Mo-2Fe
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LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL
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LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO
ZINCO
ESTANHO
CHUMBO
GENERALIDADES
• Definidos como os materiais com temperatura de
fusão abaixo de 800ºC
• Não são sensíveis ao trabalho a frio, não
apresentando, por isso, encruamento por deformação
plástica
• Apresentam fluência à temperatura ambiente, não
sendo por isso usados em aplicações estruturais
• São particularmente indicados para a obtenção de
peças fundidas devido à sua elevada fluidez e ao seu
baixo ponto de fusão
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ZINCO - Zn
• Forma ligas com Al, Cu e Pb
• Muito usado em fundição de peças pelo
baixo ponto de fusão e elevada fluidez
• A produção divide-se em:
• Revestimentos – 40%
• Fundição peças – 26%(carbu. Autom.)
• Elemento de liga em latões – 18%
• Zinco laminado – 12%
• Outros – 4% (tintas anti-corrosivas,
ânodos consumíveis, etc)
ESTANHO - Sn
• Sn “puro” só é usado em revestimentos
• Sensível ao trabalho a frio mas amacia
com o tempo
• Forma ligas com Cu usadas em
chumaceiras de escorregamento
• 40% da produção vai para revestimentos
anti-corrosivos de aço e cobre
• Usado em brazagem
CHUMBO - Pb
• Um dos metais mais pesados
• Substitui Sn em chumaceiras
• Fundição de símbolos tipográficos
• Protecção contra raios g e raios x
• Isolamento de som e vibrações
• Baterias de acumuladores
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LIGAS DE METAIS REFRACTÁRIOS
GENERALIDADES
•Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800ºC
•Tungsténio - W
•Molibdénio - Mo
•Tântalo - Ta
•Nióbio - Nb
•Zircónio, Cromo e Vanádio (não usados como refractários)
•Háfnio e Rénio (muito raros)
•Todos possuem elevadas densidades
•Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas
•Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente
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TUNGSTÉNIO
MOLIBDÉNIO
• Metal estrutural com maior temperatura de
fusão, maior densidade e maior dureza
• Elevado módulo de elasticidade (406GPa)
• Bom condutor electrico
• 2/3 da produção vai para WC e apenas 15% é
usado na forma pura
• Usado em :
• Filamentos de lâmpadas
• Contactos eléctricos
• Electrodos não consumíveis
• Protecção contra radiações
• Contrapesos, volantes de inércia, etc
• Módulo de elasticidade elevado (317GPa)
• 90% da produção de Mo vai para elemento de
liga em aços
• Boa resistência ao choque térmico
• Elevada condutibilidade térmica
• Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a
altas temperaturas (700MPa a 1000ºC) melhor que qualquer inox ou liga de Ni
• Usado em :
• Dispositivos electrónicos de comando em
aviação
• Escudos de radiação
• Moldes para processamento de vidro
• Matrizes de forjamento e extrusão
TÂNTALO
• Menos abundante dos 4 refractários
• Alguma ductilidade à temperat ambiente
• Baixa resistência
• Bom condutor térmico
• Boa resistência à corrosão à temperatura
ambiente - semelhante aos vidros
• Usado em :
• Material cirúrgico (corrosão)
• Permutadores de calor
• Processamento químico
NIÓBIO
• Características semelhantes ao Ta
• Baixo módulo de elasticidade
• Elevada resistência a metais líquidos
• Usado fundamentalmente na indústria nuclear
e aeroespacial
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Superligas
É uma classe especial de ligas, para
aplicações em altas temperaturas.
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Superligas
Fe-base
Ni-base
Co-base
Ni-based super-alloy
single crystal turbine
blades
Jet Turbine engine, many interior components made of Nibased and co-based superalloys
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Superligas
Superligas a base de Fe: Fe(65-40%)-Ni(20-40%)-Cr(13-20%)
Aplicações em temperaturas <700°C.
Siperligas a base de Ni: Ni-Cr(10-30%, Fe, Mo)
Hastelloy, Inconel, Invar: Aplicações em temperaturas <800°C.
http://www.nidi.org/pages/home.htm
Superligas a base de Co: Co-Cr(20-30%)-Ni(10-20%)
Resistência a tração na temp. amb.: 700-1000 MPa
Resistência a tração a 1000°C: 160 - 250 MPa
É a mais resistente ao calor e mais cara que as outras e são
normalmente aplicadas em temperaturas acima de 900°C.