metais e ligas metálicas

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metais e ligas metálicas
METAIS
E LIGAS METÁLICAS
P f R
Prof.
Roberto
b t M
Monteiro
t i de
d Barros
B
Filho
Filh
Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho
Os metais
O
i e as ligas
li
metálicas
áli
são
ã
solicitados
solicitados,
para
determinadas
aplicações, pelas propriedades que
apresentam.
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Ligas Metálicas
São materiais que possuem propriedades
metálicas compostos por dois ou mais
metálicas,
elementos, sendo pelo menos o maior
constituinte
deles,
um
metal.
Normalmente as ligas são criadas para
modificar ou acrescentar propriedades
dif
diferentes
d propriedades
das
i d d dos
d metais
i
qque a formam.
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A maioria destes materiais apresentam
p
elevados valores de:
•
•
•
•
•
•
Dureza;;
Condutividade elétrica;
Condutividade
d i id d térmica;
i
Temperatura de fusão;
Brilho;
Resistência mecânica.
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Processos de Fabricação
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Operações de conformação
Forjamento
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Operações de conformação
Laminação
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Operações de conformação
Extrusão
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Operações de conformação
Estiramento
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Operações de conformação
Estampagem
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Operações de conformação
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.
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Fundição
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Tipos de Ligas Metálicas
• Ligas Ferrosas: Apresentam o elemento ferro
p
p
como constituinte principal.
Ex.: Aço, ferro fundido e aço corten
• Ligas
g s não-ferrosas:
o e os s: Nãoo apresentam
p ese
o
elemento ferro como constituinte.
E Latão,
Ex.:
L tã bronze,
b
zamac, alpaca,
l
ligas
li
de
d
alumínio
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Ligas Ferrosas
• Aços: São ligas de ferrocarbono. Podem apresentar
concentrações apreciáveis de
outros elementos de liga como
níquel, molibdênio, cromo e
outros.
t
Apresentam teor de carbono
abaixo de 1% e de acordo com
a concentração de carbono
podem ser classificados como
d Alto,
de
l
Médio
di e Baixoi
carbono.
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Ligas ferrosas
• F
Ferro fundido:
f did É uma liga
li de
d
ferro-carbono com teor de
carbono acima de 2,14%.
Os produtos são obtidos, mais
comumente, pelo processo de
f di ã em molde
fundição
ld de
d areia
i ou
matriz.
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Ligas ferrosas
• Aço Corten, Aço Patinável ou
Aço
ç Aclimável : É uma liga
g de
ferro-carbono
pequenas
concentrações de cobre. A
oxidação
o
dação desta liga
ga ccriaa uumaa
pátina (fina película) na sua
superfície que o protege da
corrosão.
corrosão
Museu Djalma
Guimarães BH
Teatro de Granollers,
Espanha
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Ligas Não
Não-ferrosas
ferrosas
• Latão: ligas Cobre-Zinco
Muito
M
it utilizadas
tili d desde
d d a
antiguidade.
Alta resistência à corrosão
em atmosfera ambiente e
água do mar.
Produtos são, em geral,
obtidos por forjamento ou
fundição.
fundição
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Ligas Não
Não-ferrosas
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
t
como
zinco,
i
alumínio, antimônio, níquel,
fósforo, chumbo entre outros
com o objetivo de obter
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.
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O Pensador
Auguste Rodin
Ligas Não
Não-ferrosas
ferrosas
•
Zamac:
liga de Zinco(Zn),
Zinco(Zn) Alumínio (Al),
(Al) Magnésio
(Mg) e Cobre (Cu)
Possui boa resistência à corrosão,
corrosão tração,
tração
choques e desgastes, e tem uma tonalidade cinza.
Dentre todas as ligas de metais não ferrosos, o
que p
possui maior utilização,
ç ,
Zamac é uma das q
devido às suas propriedades físicas, mecânicas e
à fácil capacidade de revestimento por
eletrodeposição (Banho de cromo, níquel, cobre,
ouro)
ouro).
O seu baixo ponto de fusão
(aproximadamente 400ºC) permite uma maior
durabilidade do molde, permitindo uma maior
pprodução
ç de p
peças
ç em série fundidas. Seu p
preço
ç
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,
leves menor uso de material),
material) tem
atualmente preço bem inferior.
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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,
l ã devido
d id
seu brilho
b ilh
e
coloração parecido com as da prata.
As ligas que contêm mais de 60%
d cobre
de
b são
ã monofásicas
fá i
e são
ã
caracterizadas
pela
sua
ductibilidade e pela facilidade com
que podem ser trabalhadas 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.
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Ligas Não
Não-ferrosas
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 de fusão;
Abundância de matéria-prima.
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Ligas Não
Não-ferrosas
ferrosas
• Alucobond e Alubond
Compósito
C
ó it
sanduíche
d í h
com
duas lâminas de alumínio e um
núcleo de polietileno.
p
Hospital Life Center - BH
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Outros Metais
Cobre
Titânio
Antimônio
Nióbio
Tungstênio
Molibdênio
Tântalo
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Cobre
• Cobre (Cu)
O cobre tem sido cada vez mais
utilizado em coberturas e
f h d no mundo
fachadas
d todo
d devido
d id a
sua beleza, durabilidade e sua
imensa gama de possibilidades
arquitetônicas. O Chile é o maior
produtor de cobre no mundo, país
onde a utilização
ç deste material é
mais desenvolvida.
• Zinabre ou azinhavre:
camada verde de bicarbonato de
cobre que se forma na superfície
da peças de cobre.
cobre
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Catedral Metropolitana de Porto
Alegre
4t de cobre na cúpula
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.
Museu Guggenheim em Bilbao. Revestido em chapas
d titânio
de
i â i e pedra
d
Projeto Arq. Canadense Frank Gehry
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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.
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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
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Reator termonuclear
Metais refratários
São metais que possuem temperatura de fusão
extremamente elevadas.
Nióbio: Tf 2468ºC;
T
Tungstênio:
ê i Tf 3410ºC;
3410ºC
Entree estes
es es molibdênio
o bdê o e tântalo.
o.
Como aplicações encontramos em: Matrizes de
extrusão,
t ã filamento
fil
t de
d lâmpadas
lâ
d
incandescentes,componentes de aeronaves.
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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.
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Falhas
Os materiais metálicos, quando submetidos à
ç excessivos,, podem
p
apresentar
p
falhas
esforços
dos seguintes tipos:
• Fratura;
• Fadiga;
• Fluência.
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Falhas
• Fratura Dúctil :
Modalidade de fratura
que é acompanhada de
uma extensa
deformação plástica.
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Falhas
• Fratura Frágil : Fratura
que ocorre pela rápida
propagação de uma
trinca e sem deformação
macroscópica
apreciável.
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Importante !
• O tipo de frat
fratura
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.
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Falhas
• Fadiga: Falha em níveis
relativamente baixos de
tensão, de estruturas
sujeitas a tensões
flutuantes e cíclicas.
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Falhas
• Fl
Fluência:
ê i
D f
Deformação
ã
permanente dependente
do tempo,
tempo que ocorre
sob
condições
de
tensão Para a maioria
tensão.
dos materiais só é
considerável
em
temperaturas elevadas.
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Oxidação X Corrosão
Corrosão metálica é a
Oxidação é a perda
de elétrons de um
elemento pela sua
combinação com o
oxigênio.
X
transformação de um metal ou
liga, pela sua interação
química ou eletroquímica, num
d
determinado
i d
meio
i
d
de
exposição. O processo resulta
na formação de produtos de
corrosão
ã e na liberação
lib
ã de
d
energia.
Esta transformação resulta em
perda
d de
d massa do
d material.
t i l
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Processos de Revestimento
Pesquisas demonstram que a corrosão é responsável pelo maior
índice de destruição do ferro e do aço, consumindo cerca de 20% da
produção
d ã mundial
di l
Estes processos têm a função de proporcionar aos materiais maior
durabilidade ,devido
devido à proteção contra a ação de agentes corrosivos
presentes nos ambientes em que tais materiais estejam sendo
aplicados.
Podem ser por pintura, deposição eletrostática, anodização e outros.
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Processo de Revestimento
• Cromagem/Niquelagem
Processo de cobrimento
de superfícies metálicas
por eletrodeposição de
cromo ou níquel.
í l
(Torneira de latão cromado)
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Processo de Revestimento
• Galvanização
G l i ã
Processo de cobrimento a
quente de superfícies de aço
nu por imersão em zinco
fundido.
Chapa galvanizada
Telha galvanizada
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Processo de Revestimento
• Anodização
É um processo eletroquímico de oxidação
forçada e controlada aplicada somente ao
alumínio e suas ligas específicas. A “película”
anódica formada apresenta dureza de 7 a 8
Mhos É porosa,
Mhos.
porosa anidra e transparente,
transparente chama
chama-se
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 de uma película (oxido) baseada na
transformação superficial do próprio alumínio.
Baseado nesta descoberta, inúmeras pesquisas
p q
foram feitas, somente em 1911 o francês
Francais Saint Martin desenvolveu os princípios
básicos para oxidação eletrolítica em meio
sulfúrico
lfú i
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Perfis Anodizados
Peças Anodizados
Processo de Revestimento
• Flandres
Fl d
Processo de cobrimento de
superfícies metálicas por
estanho
Folhas de flandres
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