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METAISE LIGAS METÁLICASE LIGAS METÁLICAS
P f R b t M t i d B FilhProf. Roberto Monteiro de Barros Filho
Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho
O i li áli ãOs metais e as ligas metálicas sãosolicitados para determinadassolicitados, para determinadasaplicações, pelas propriedades queapresentam.
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Ligas MetálicasLigas Metálicas
São materiais que possuem propriedadesmetálicas compostos por dois ou maismetálicas, compostos por dois ou maiselementos, sendo pelo menos o maiorconstituinte deles, um metal.Normalmente as ligas são criadas paraNormalmente as ligas são criadas paramodificar ou acrescentar propriedadesdif d i d d d idiferentes das propriedades dos metaisque a formam.
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q
A maioria destes materiais apresentam pelevados valores de:
• Dureza; ;• Condutividade elétrica;
d i id d i• Condutividade térmica; • Temperatura de fusão;Temperatura de fusão; • Brilho; • Resistência mecânica.
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Processos de FabricaçãoProcessos de Fabricação
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Operações de conformaçãoOperações de conformação
Forjamento
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Operações de conformaçãoOperações de conformação
Laminação
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Operações de conformaçãoOperações de conformação
Extrusão
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Operações de conformaçãoOperações de conformação
Estiramento
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Operações de conformaçãoOperações de conformaçãoEstampagemEstampagem
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Operações de conformaçãoOperações de conformaçãoEstampagem MagnéticaEstampagem Magnética
O trabalho da equipe do Dr.l h d i id d dGlenn Daehn, da Universidade de
Colúmbia (Estados Unidos) estáutilizando magnetismo paraconformar chapas de metal emseu aspecto final. Além de sermais barato e evitar a geração de Dahen chama o processo de estamparia porg çsucata.O processo utiliza o campomagnético para expandir certas
Dahen chama o processo de estamparia porbatidas ("bump forming"), porque o campomagnético bate contra o metal em pulsosmuito curtos tipicamente de 5 a 20 vezesmagnético para expandir certas
porções do metal durante oprocesso de estamparia
muito curtos - tipicamente de 5 a 20 vezesem menos do que um segundo - enquanto ometal move-se, conformando-se ao molde.
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FundiçãoFundição
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Tipos de Ligas MetálicasTipos de Ligas Metálicas
• Ligas Ferrosas: Apresentam o elemento ferro como constituinte principal.p pEx.: Aço, ferro fundido e aço corten
• Ligas não-ferrosas: Não apresentam o g s o e os s: o p ese oelemento ferro como constituinte.E L tã b l li dEx.: Latão, bronze, zamac, alpaca, ligas de alumínio
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Ligas FerrosasLigas Ferrosas• Aços: São ligas de ferro-
carbono. Podem apresentarconcentrações apreciáveis deconcentrações apreciáveis deoutros elementos de liga comoníquel, molibdênio, cromo e
toutros.Apresentam teor de carbonoabaixo de 1% e de acordo comabaixo de 1% e de acordo coma concentração de carbonopodem ser classificados comod l di ide Alto, Médio e Baixo-carbono.
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Ligas ferrosasLigas ferrosas
F f did É li d• Ferro fundido: É uma liga deferro-carbono com teor decarbono acima de 2,14%.Os produtos são obtidos, maiscomumente, pelo processo def di ã ld d ifundição em molde de areia oumatriz.
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Ligas ferrosasLigas ferrosas
• Aço Corten, Aço Patinável ouAço Aclimável : É uma liga de
Museu DjalmaGuimarães -BHç g
ferro-carbono pequenasconcentrações de cobre. Aoxidação desta liga cria umao dação desta ga c a u apátina (fina película) na suasuperfície que o protege dacorrosãocorrosão.
Teatro de Granollers, Espanha
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Espanha
Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosas• Latão: ligas Cobre-Zinco
M it tili d d dMuito utilizadas desde aantiguidade.Alta resistência à corrosãoAlta resistência à corrosãoem atmosfera ambiente eágua do mar.Produtos são, em geral,obtidos por forjamento oufundiçãofundição.
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Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosasB li C b E t h• Bronze: liga Cobre-Estanho
Série de ligas metálicas queg qtem como base o cobre e ligaprincipal o estanho eproporções variáveis de outrosl t ielementos como zinco,
alumínio, antimônio, níquel,fósforo, chumbo entre outroscom o objetivo de obtercom o objetivo de obtercaracterísticas superiores a docobre. O estanho tem acaracterística de aumentar acaracterística de aumentar aresistência mecânica e a durezado cobre sem alterar a suaductibilidade.
O PensadorAuguste Rodin
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ductibilidade.
Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosas• Zamac:
liga de Zinco(Zn) Alumínio (Al) Magnésioliga de Zinco(Zn), Alumínio (Al), Magnésio(Mg) e Cobre (Cu)
Possui boa resistência à corrosão traçãoPossui boa resistência à corrosão, tração,choques e desgastes, e tem uma tonalidade cinza.Dentre todas as ligas de metais não ferrosos, oZamac é uma das que possui maior utilização,q p ç ,devido às suas propriedades físicas, mecânicas eà fácil capacidade de revestimento poreletrodeposição (Banho de cromo, níquel, cobre,ouro) O seu baixo ponto de fusãoouro). O seu baixo ponto de fusão(aproximadamente 400ºC) permite uma maiordurabilidade do molde, permitindo uma maiorprodução de peças em série fundidas. Seu preçop ç p ç p çelevado nos últimos tempos tem feito com que ozamac fosse substituído em larga escala peloalumínio, que, além de ter menor densidade(peças mais leves menor uso de material) tem
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(peças mais leves, menor uso de material), tematualmente preço bem inferior.
Ligas Não-ferrosasg• Alpaca: liga de Cobre (Cu), Níquel
(ni) e Zinco (Zn)
Seu nome significa metal branco etambém é conhecida como pratal ã d id b ilhalemã, devido seu brilho e
coloração parecido com as da prata.As ligas que contêm mais de 60%d b ã fá i ãde cobre são monofásicas e sãocaracterizadas pela suaductibilidade e pela facilidade comque podem ser trabalhadas aque podem ser trabalhadas atemperatura ambiente. A adição deníquel confere-lhe uma boaresistência nos meios corrosivosresistência nos meios corrosivos.Sua composição mais usual naindústria é de 65% de cobre, 18%de níquel e 17% de zinco.
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de níquel e 17% de zinco.
Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosasLi d Al í i• Ligas de Alumínio
Elementos de liga: Cu Si MgElementos de liga: Cu, Si, Mg,Mn, Zn, Li.Apresentam baixa densidade;Elevada condutividade elétrica,e térmica;Alta resistência à corrosão;Alta resistência à corrosão;Fácil conformação;Baixa temperatura de fusão;Abundância de matéria-prima.
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Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosas• Alucobond e Alubond
C ó it d í hCompósito sanduíche comduas lâminas de alumínio e umnúcleo de polietileno.p
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Hospital Life Center - BH
Outros MetaisOutros Metais
CobreTitânioTitânio
AntimônioNióbio
TungstênioTungstênioMolibdênio
Tântalo
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Cobre• Cobre (Cu)
Cobre
O cobre tem sido cada vez maisutilizado em coberturas ef h d d d d idfachadas no mundo todo devido asua beleza, durabilidade e suaimensa gama de possibilidadesarquitetônicas. O Chile é o maiorprodutor de cobre no mundo, paísonde a utilização deste material é
Catedral Metropolitana de Porto Alegre4t de cobre na cúpula
çmais desenvolvida.
• Zinabre ou azinhavre:camada verde de bicarbonato decobre que se forma na superfícieda peças de cobre
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da peças de cobre.
TitânioTitânio• Titânio (Ti)
O titânio foi descoberto em 1791por William Gregor quandoinvestigava a areia magnéticainvestigava a areia magnética(menachanite) existente emMenachan na Cornualha.Denominou-o "menachin".Três anos mais tarde, M. H.Klaproth descobriu o que supunhaser uma nova terra no rutilo.Chamou lhe "titânio" (do latim Museu Guggenheim em Bilbao. Revestido em chapas
d i â i dChamou-lhe titânio (do latimtitans, os filhos da Terra). O metalfoi pela primeira vez isolado numaforma impura por J. J. Berzelius em
de titânio e pedraProjeto Arq. Canadense Frank Gehry
1825. Hunter preparou titânio puroem 1910 aquecendo tetracloreto detitânio e sódio numa bomba de aço.
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AntimônioAntimônio• Antimônio (Sb)
Elemento químicometálico de símbolo SbO antimônio é empregadoprincipalmente em ligasmetálicas e alguns de seus
dcompostos para darresistência contra o fogo,em pinturas, cerâmicas,esmaltes vulcanização daesmaltes, vulcanização daborracha e fogos deartifício.
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NióbioNióbio• Nióbio (Nb)
Elemento químico metálico desímbolo Nb.O nióbio é usado na produção desuper-ligas metálicas ferrosas enão ferrosa usadas na fabricação
d f bimotores de foguetes, turbinas eequipamentos que necessitam dealta resistência à combustão,aços inoxidáveis de alto
Turbinas de jatos e foguetes
aços inoxidáveis de altodesempenho.O Brasil é responsável por 98%d j id di i e ddas jazidas mundiais sendo asprincipais em São Gabriel daCachoeira (AM), Raposa Serrado Sol (RR) e Araxá (MG) Reator termonuclear
Tubulações de alto desempenho
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do Sol (RR) e Araxá (MG) Reator termonucleardesempenho
Metais refratáriosMetais refratários
São metais que possuem temperatura de fusão extremamente elevadas.Nióbio: Tf 2468ºC;T ê i Tf 3410ºCTungstênio: Tf 3410ºC;Entre estes molibdênio e tântalo.e es es o bdê o e o.Como aplicações encontramos em: Matrizes de
t ã fil t d lâ dextrusão, filamento de lâmpadas incandescentes,componentes de aeronaves.
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Processos de TratamentoProcessos de Tratamento
ÉÉ comum se processar tratamentos para alterar as propriedades de ligas. Os tratamentos mais comuns são:
• Endurecimento por deformação;• Endurecimento por precipitação;• Endurecimento por precipitação;• Endurecimento por Tratamento térmico.
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FalhasFalhas
Os materiais metálicos, quando submetidos à esforços excessivos, podem apresentar falhas ç , p pdos seguintes tipos:
• Fratura;• Fratura;• Fadiga;• Fluência.
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FalhasFalhas
• Fratura Dúctil : Modalidade de fratura que é acompanhada de uma extensa deformação plástica.
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FalhasFalhas
• Fratura Frágil : Fratura que ocorre pela rápida propagação de uma trinca e sem deformação macroscópica apreciável.
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Importante !Importante !• O tipo de frat ra (dúctil o frágil) não é ma propriedade• O tipo de fratura (dúctil ou frágil) não é uma propriedade
do material, mas sim, um comportamento devido às condições impostas como: carregamento temperatura econdições impostas como: carregamento, temperatura e taxa de deformação.
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FalhasFalhas
• Fadiga: Falha em níveis relativamente baixos de tensão, de estruturas sujeitas a tensões flutuantes e cíclicas.
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FalhasFalhasFl ê i D f ã• Fluência: Deformaçãopermanente dependentedo tempo que ocorredo tempo, que ocorresob condições detensão Para a maioriatensão. Para a maioriados materiais só éconsiderável emtemperaturas elevadas.
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Oxidação X CorrosãoOxidação X Corrosão
Corrosão metálica é a
Oxidação é a perdade elétrons de umelemento pela sua
transformação de um metal ouliga, pela sua interaçãoquímica ou eletroquímica, numd i d i delemento pela sua
combinação com ooxigênio.
X determinado meio deexposição. O processo resultana formação de produtos de
ã lib ã dcorrosão e na liberação deenergia.Esta transformação resulta em
d d d t i lperda de massa do material.
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Processos de RevestimentoProcessos de RevestimentoPesquisas demonstram que a corrosão é responsável pelo maior índice de destruição do ferro e do aço, consumindo cerca de 20% da
d ã di lprodução mundialEstes processos têm a função de proporcionar aos materiais maior durabilidade devido à proteção contra a ação de agentes corrosivosdurabilidade ,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 RevestimentoProcesso de Revestimento
• Cromagem/Niquelagem• Cromagem/Niquelagem
Processo de cobrimentoProcesso de cobrimento de superfícies metálicas por eletrodeposição de
í lcromo ou níquel.(Torneira de latão cromado)
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Processo de RevestimentoProcesso de RevestimentoG l i ã• Galvanização
Processo de cobrimento aProcesso de cobrimento aquente de superfícies de açonu por imersão em zinco
Chapa galvanizada
fundido.
Telha galvanizada
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Processo de RevestimentoProcesso de Revestimento• AnodizaçãoAnodização
É um processo eletroquímico de oxidaçãoforçada e controlada aplicada somente aoforçada e controlada aplicada somente aoalumínio e suas ligas específicas. A “película”anódica formada apresenta dureza de 7 a 8Mhos É porosa anidra e transparente chama-se Perfis AnodizadosMhos. É porosa, anidra e transparente, chama seOxido de Alumínio ou Alumina (Al2O3). Foidescoberta em laboratório, por H. Buff eC.Pollack em 1857, a tendência do Alumínio em
Perfis Anodizados
,recobrir-se de uma película (oxido) baseada natransformação superficial do próprio alumínio.Baseado nesta descoberta, inúmeras pesquisasp qforam feitas, somente em 1911 o francêsFrancais Saint Martin desenvolveu os princípiosbásicos para oxidação eletrolítica em meio
lfú i Peças Anodizados
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sulfúrico Peças Anodizados
Processo de RevestimentoProcesso de Revestimento
Fl d• Flandres
Processo de cobrimento deProcesso de cobrimento desuperfícies metálicas porestanho
Folhas de flandres
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