Departamento de Engenharia de Materiais EM 737- Tecnologia de Ligas Metálicas Dr. Ivaldo Leão Ferreira Grupo de Pesquisa em Solidificação DEMA-FEM-UNICAMP

Departamento de Engenharia de MateriaisEM 737- Tecnologia de Ligas MetálicasDr. Ivaldo Leão Ferreira

Grupo de Pesquisa em Solidificação DEMA-FEM-UNICAMP

Ligas Metálicas

Laminador seqüencial de perfis

Ligas Metálicas

Introdução

Importâncias das Ligas Metálicas:

1. Conhecimento das ligas permite a seleção correta;

2. Explorar a combinação correta de características para uma aplicação específica; Necessidade de introduzir alguns processos de fabricação:

Ligas Metálicas

Introdução aos Processos de Fabricação

Mecânicos(emprego de tensão

metal no estado sólido)

Metalúrgicos (emprego de temperatura

metal no estado líquido)

UsinagemFundição

Soldagem

Lingotamento

aplicada > ruptura aplicada < ruptura

Trefilação

Laminação

Extrusão

Forjamento

Metalurgia do pó

Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão

Ligas Metálicas


Apresentação dos diversos processos:1. Conformação Plástica

- Laminação- Extrusão- Trefilação- Forjamento- Estampagem

Ligas Metálicas


2. Fundição

- Fundição em Molde de Areia- Fundição sob Pressão/Die Casting- Fundição de Precisão- Lingotamento Contínuo

3. Sinterização / Metalurgia do Pó

4. Soldagem

Conformação Plástica dos Metais

Tratamento Térmico das Ligas Metálicas



aplicada < ruptura

Trefilação

Laminação

Extrusão

Forjamento

2 - temperatura de trabalho:

Quadro dos processos

• compressão direta

• compressão indireta • tração

• flexão• cisalhamento

1 - tipo de esforço predominante:

• frio Tt < Trecr• quente Tt > Trecr

• morno Tt ~ Trecr• isotérmico Tt > Trecr e cte

Ductilidade

Classificação dos Processo de Conformação

Trabalho a frio

• pequenas deformações (relativamente)

• encruamento• elevada qualidade dimensional e

superficial• normalmente empregado para

“acabamento”• recuperação elástica

• equipamentos e ferramentas mais rígidos

Exemplos: Diversas peças forjadas a frio

Característica dos Processo em função da Temperatura


Trabalho a quente

• grandes deformações

• recozimento• baixa qualidade dimensional e superficial

• normalmente empregado para “desbaste”

• peças grandes e de formas complexas

• contração térmica, crescimento de grãos, oxidação

Exemplo: Ponta de eixo


Trabalho morno

• reúne as características vantajosas do trabalho a frio e a quente

• reúne as características do trabalho a quente

• peça e ferramentas apresentam temperaturas próximas

• possibilidade de grandes deformações a taxas de deformação reduzidas

Exemplo: Auto-peças forjadas

Trabalho isotérmico

Exemplo: Palheta de turbina



• chapas, perfis

• tubos, fios, barras

3 - forma do produto final

4 - tamanho da região de deformação

• localizada

• generalizada5 - produtos obtidos

• semi-acabados• acabados

trefilação, extrusão

laminação, trefilação, extrusãoestampagem, forjamento

processos primáriosprocessos secundários ou finais

laminação, forjamento, estampagem

Classificação dos Processo de Conformação

• região de deformação localizada

EXTRUSÃO DE BARRAS

• definido processo quase estacionário¨ volume de controle

• região de deformação generalizada

FORJAMENTO

• processo intermitente¨ volume de controle

indefinido

Fundição




Fundição

Soldagem

Lingotamento

Taplicada > Tfusão

Fundição


« Solidificação do metal liquido em um molde, com a forma da peça desejada »

Princípios de Fundição


Aplicação dos Fundidos


Mercado final Porcentagem de fundidos

Automotivos e Caminhões leves 35%Tubulações 15%

Equipamentos de construção, mineração e prospecção

6%

Motores de Combustão Interna 5%Estrada de Ferro 5%

Válvulas 5%Maquinaria de fazenda 3%

Fundidos p/ municipalidades (grades, boca de lobo, etc.)

3%

Bombas e compressores 2%Outros mercados 21%

Seleção do Processo de Fundição


Qual a qualidade requerida da superfície do fundido?Qual a precisão dimensional necessária?Qual o número de peças solicitadas por pedido?Quais os tipos de modelo e macharia necessários?Qual o custo de fabricação do molde?Como o processo de fundição pode afetar o projeto do fundido?

Existem três categorias principais para moldagem em fundição:1. Moldagem em areia2. Moldes permanentes3. Cerâmica, gesso e especiais

Fundição em Areia


Operações básicas:1. Modelagem2. Moldagem3. Macharia (quando necessário)4. Fusão5. Vazamento6. Desmoldagem7. Acabamento (rebarbação e limpeza)

Vantagens:1. Dispensa de processos secundários2. limitação quanto ao tamanho da peça

fabricada3. Geração de peças com geometria

complexa4. Possibilidade de produção seriada5. Ampla faixa de acabamento e

tolerância alcançadas (0,2 a 6 mm)

Conceitos de Fundição em Areia


Fundição em Molde de Areia


Areia:• Molde deve ser suficientemente forte para sustentar o peso do metal• Molde « respirador », ou seja, gases formados no seu interior são expulsos• Resistente a erosão• Alta colapsibilidade, o que permite contrações do metal fundido durante sua solidificação• Altamente separável do fundido• Econômico

Areia verde:• É o processo mais utilizado, abrangendo cerca de 60% da produção mundial de fundidos• Econômico e rápido• Usado com a maioria dos metais• Produção seriada

OBS: Essa areia é na verdade uma mistura plástica de areia (natural ou sintética) + argila + H2O + outros aditivos eventuais. Basicamente não necessita de secagem forçada, sendo curada geralmente ao ar!!!





Confecção do molde em areia verde.

Molde colapsável = 1 molde/peça



Alinhamento para colocação do macho.

O macho serve para fazer as cavidades da peça.



Macho de areia com resina de cura à frio (mais resistente à erosão do que areia convencional.



Colocação a parte superior do molde, também em areia verde.



Desmoldagem ( quebra do molde e do macho).

Fundição sob Pressão


INTRODUÇÃO

CLASSIFICAÇÃO: Por GravidadeSob Pressão Baixa Pressão

Alta Pressão

VANTAGENS: ótimo acabamento superficial e sanidade maioralta velocidade de solidificação e propriedadesmenor reação metal / moldemaiores tolerâncias e menores rebarbas

DESVANTAGENS: maior custo inicial dos moldesprodução de grandes sériestécnicas especiais de refrigeração dos moldeslimitações de peso, forma e dimensãoutilização de moldes rígidos e impermeáveis



POR BAIXA PRESSÃO

Caracterizado pela aplicação de uma força hidráulica que imprime uma velocidade relativamente elevada ao metal fundido, preenchendo rapidamente e completamente, as cavidades do molde



Câmara quente : câmara de injeção encontra-se mergulhada no interior de um cadinho que contém o metal (o cadinho funciona de forno de manutenção e não de fusão). A pressão pode ser obtida por um pistão – máquinas de câmara quente por pistão – ou pelo ar comprimido - máquinas por pressão direta.



Câmara fria : o dispositivo de injeção está separado do forno de fusão, obrigando à existência de um sistema independente de alimentação do metal à câmara de injeção, do tipo de uma colher, manual ou mecanizada



Ligas de alumínio (650ºC - 790ºC podendo ir até 845ºC) 800 a 1200 bar

Ligas de zinco (180ºC – 250ºC) 100 a 300 barLigas de magnésio (705ºC a 790ºC) 700 a 1000 bar

Ligas de cobre (980ºC a 1250ºC) 800 a 1200 bar

Fundição de Precisão


O processo de fundição de precisão, conhecido como "investment casting" ou fundição de cera perdida;

Basicamente uma forma econômica de se fabricar componentes próximos de sua forma final, com precisão e bom acabamento superficial, em virtualmente todos os tipos de liga metálica. É um processo industrial com rígidos e refinados controles em cada etapa de fabricação.

Lingotamento Contínuo




Fundição

Soldagem

Lingotamento

Taplicada > Tfusão

Lingomento Contínuo


· Principais elementos do sistema:

distribuidor válvula submersa

molde (resfriamento primário) agitador eletromagnético

jaqueta refrigeração lubrificação

zonas de sprays (resfriamento secundário) radiação livre (resfriamento terciário)

desempeno corte

Resfriamento Primário

ResfriamentoSecundário

RadiaçãoLivre

ProdutoFinal

Sprays

Panela

Molde

Oxicorte

Tubo Submerso

Rolos

Desempenadora

Distribuidor

Lingotamento Contínuo de Placas


Categorias dos Principais Produtos Ferrosos:

1. tarugos (billets) de secção transversal quadrada ou circular 2. blocos (blooms), secção transversal quadrada, retangular ou cilíndrica 3. placas grossas e médias (slabs), razão entre os lados maior que 2 4. placas finas com espessura entre 20 e 70 mm (thin slabs) 5. tiras com espessura entre 5 e 20 mm (strip) 6. tiras finas (thin strip), (com espessura menor que 5 mm)

Metalurgia do Pó






UsinagemFundição

Soldagem

Lingotamento

aplicada > ruptura aplicada < ruptura

Trefilação

Laminação

Extrusão

Forjamento

Metalurgia do pó

Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão

Metalurgia do Pó


Descrição do processo:Produção de pós metálicos;Caracterização de pós metálicos;Compactação;Sinterização;Operações complementares;

Razões para emprego:Metais de baixa ductilidade;Metais que possuem elevado pontos de fusão;Tolerâncias muito restritas;

Metalurgia de Pó


Metalurgia de Pó


Metalurgia de Pó


Metalurgia do Pó


Metalurgia do Pó


Soldagem




Fundição

Soldagem

Lingotamento

Taplicada > Tfusão

Soldagem


« Processo de união de materiais baseado no estabelecimento de forças de ligação química, de natureza similar às atuantes no interior dos próprios materiais, na região de ligação entre os materiais que estão sendo unidos »

Soldagem


Soldagem


Soldagem


Ligas de Ferro São as mais empregadas;

Ligas Metálicas

(1) Compostos contém ferro existem em abundância;

(2) O ferro metálico é produzido por extração, beneficiamento e formação ligas de forma econômica;

(3) Ligas ferrosas são extremamente versáteis;

* Ponto negativo – São altamente suscetíveis a corrosão;

Classificação das Ligas Ferrosas

Ligas Metálicas

Ligas Metálicas

Ferrosas Não-Ferrosas

Aços Ferros Fundidos

Baixa Liga Alta Liga

Baixa Teor Médio Teor Alto Teor

Comum ARBL Comum TT Comum Ferramenta Inox

Aços Apresentam teor de carbono de até 1%;

Ligas Metálicas

Aços

Baixa Liga Alta Liga

Baixa Teor Médio Teor Baixa Liga

ARBL Comum TT Comum Ferramenta InoxComum

São Classificados em Baixa Liga e Alta Liga; Baixa Liga classificados pelo teor de carbono;

Aços de Baixa Liga Baixo Carbono Apresentam teores de carbono inferiores a 0.25%;

Ligas Metálicas

Não Respondem a tratamentos térmicos; Aumento de resistência mecânica por trabalho a frio;

Microestrutura consiste de ferrita e perlita;

Ligas dúcteis e de baixa resistência;

Elevada trabalhabilidade: Boa soldabilidade e usinabilidade;

Baixos custos de produção;

Aços de Baixa Liga Aplicações em carcaças de automóveis, formas

estruturais, chapas para tubulações, pontes, latas estanhadas;

Ligas Metálicas

Limite de escoamento σe= 275 MPa e de resistência à tração σu= 415 a 550 MPa;

Ductilidade de aproximadamente 25% AL;

Aços de Alta Resistência Baixa Liga Contém outros elementos de liga Cr, Ni, Mo e V;

Ligas Metálicas

Limite de escoamento σe= 480 MPa

Somatória dos outros elementos de liga ~ 10%; Aços ditos microligados produzidos por laminação

controlada; Respondem tratamento térmicos;

Dúcteis, conformáveis, usináveis e soldáveis;

Aplicação automobilística, construção civil, vasos de pressão, etc.;

Designação de Aços Designação AISI / SAE / ASTM;

Ligas Metálicas

Designação possui quatro dígitos, tipo 1020; Para aços comuns os dois primeiros são 10xx, outras

combinações de dois dígitos designam aços liga, 13xx, 40xx, 41xx, 43xx;

Dois últimos dígitos designam o teor de carbono 1040 = 0,4 % C ;

Designação UNS aplicado para ligas ferrosas e não ferrosas, para aços a letra G + no AISI/SAE + 0, G10200 = 1020;

Aços de Baixo Teor

Ligas Metálicas

Aços de Baixo Teor

Ligas Metálicas

Designação Composição %AISI/SAE ou

ASTMUNS C Mn Outros

Aços Comuns ao Carbono com Baixo Teor de Carbono

1010 G10100 0,10 0,45

1020 G10200 0,20 0,45

A36 K02600 0,29 1,00 0,20 Cu

A516 Classe 70

K02700 0,31 1,00 0,25 Si

Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ARBL (HSLA)

A440 K12810 0,28 1,35 0,30 Si máx. 0,20 Cu máx.

A633 Classe E

K12002 0,22 1,35 0,30 Si ;0,08 V0,02 N;0,03 Nb

A656Classe 1

K11804 0,18 1,60 0,60 Si; 0,1 V0,2 Al; 0,015 N

Aços de Baixo Teor

Ligas Metálicas

AISI/SAE ou ASTM

Limite de Resistência à tração [MPa]

Limite de Escoamento

[MPA]

Ductilidade [%AL em 50

mm]

Aplicações Típicas

Aços Comuns ao Carbono com Baixo Teor de Carbono

1010 325 180 28 Painéis de automóveis, pregos e arames

1020 380 205 25 Tubos, aço estrutural e em chapas

A36 400 220 23 Estrutural pontes e edificações

A516 Classe 70

485 260 21 Vasos de pressão

Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ARBL (HSLA)

A440 435 290 21 Estruturas aparafusadas e rebitadas

A633 Classe E

520 380 23 Estruturas usadas para baixa temperatura

A656Classe 1

655 552 15 Chassis de caminhões e vagões de trem

Aços de Médio Teor Apresentam teores de carbono entre 0.25 a 0.60%;

Ligas Metálicas

Respondem a tratamentos térmicos; Utilizadas em condição de revenido; Baixa endurecibilidade, adição de elementos de liga Ni,

Cr, Mo aumentam a temperabilidade;

Mais resistentes, porém possuem menor ductilidade;

Aços de Baixo e Médio Teor

Ligas Metálicas

Designação Composição %AISI/SAE ou

ASTMUNS Ni Cr Mo Outros

10xxao carbono

G10xx0

11xx,Fácil usinagem

G11xx0 0,08-0,33S

12xx,Fácil usinagem

G12xx0 0,10-0,35S0,04-0,12P

13xx G13xx0 1,60-1,90Mn

40xx G40xx0 0,20-0,30

41xx G41xx0 0,80-1,10 0,15-0,25

43xx G43xx0 1,65-2,00 0,40-0,90 0,20-0,30

86xx G86xx0 0,40-0,70 0,40-0,60 0,15-0,25

Aços de Alto Teor e Ligas Especiais Apresentam teores de carbono entre 0.60 a 1.40%;

Ligas Metálicas

Mais resistentes, mais duros, porém menor ductilidade;

Utilizadas em condição de revenido; Elevada endurecibilidade, adição de elementos de liga

Ni, Cr, Mo, V e W promovem a formação de carbonetos, Cr23C6, V4C3, WC, resistência à abrasão;

Adição destes elementos promotores de carbonetos, os classificam como aços ferramentas;

Emprego em peças resistentes a abrasão, ferramentas de corte, matrizes para conformação;

Aços de Médio / Alto Teor

Ligas Metálicas

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Aços Comuns ao Carbono com Médio / Alto Teor de Carbono

1040 605-780 430-585 33-19 Virabrequins, parafusos

1080 800-1310 480-980 24-13 Talhadeiras, martelos, punções

1095 760-1280 510-830 26-10 Facas, lâminas, serras para metais

Aços-Ligas

4043 786-2380 710-1710 24-4 Molas, ferramentas manuais

4340 980-1960 895-1570 21-11 Buchas, material aeronáutico

6150 815-2170 745-1860 22-7 Eixos, pistões, engrenagens

Aços de Ferramentas

Ligas Metálicas


Ligas Metálicas


Ligas Metálicas


Ligas Metálicas

Aços Inoxidáveis

Ligas Metálicas

Aços resistentes a corrosão atmosférica e a uma variedades de ambientes;

Elemento de liga predominante Cr, acima de 11%, o Ni e o Mo elevam a resistência à corrosão;

São divididos em três classes base segundo o microconstituinte predominante;

- Martensítico - Alta Resistência (PH) - Ferrítico - Duplex - Austenítico Essas microestruturas promovem uma grande

combinação de propriedades mecânicas associadas à resistência a corrosão;

Aços Inoxidáveis Martensítico

Ligas Metálicas

Podem ser submetidos a tratamento térmico de têmpera para a obtenção da martensita;

São magnéticos;

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Martensíticos

410 R 485T & R 825

R 275T & R 620

2012

Canos de rifle, peças de motores a jato

440A R 725T & R 1790

R 415T & R 1650

205

Mancais, rolamentos, instrumentos cirúrgicos

Aços Inoxidáveis Austeníticos

Ligas Metálicas

O campo de fase austenítico se estende até a temperatura ambiente;

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Austeníticos

304 R 515 R 275 40 Processamento químico de alimentos, vasos criogênicos

316L R 485 R 170 40 Construções com solda

Não são tratáveis termicamente, são endurecidos por trabalho a frio;

São os mais resistentes a corrosão devido elevado teor de Ni e Cr, e não são magnéticos;

Aços Inoxidáveis Ferríticos

Ligas Metálicas

São compostos pela fase ferrita α (CCC) a temperatura ambiente;

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Ferríticos

309 R 380 R 205 20 Componentes de extrusão automotivos

446 R 515 R 275 20 Válvulas para alta temperatura, câmaras de combustão

Não são tratáveis termicamente, são endurecidos por trabalho a frio;

São magnéticos;

Aços Inox de Resistência Ultra Alta

Ligas Metálicas

São incomumente fortes e resistentes à corrosão;

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Ferríticos

17-7PH R 1450 R 1310 1-6 Molas, facas e vasos de pressão

15-5PH R 1310 R 1170 6-10 Vasos de pressão, indústria aeroespacial

São endurecidos por tratamento térmico de precipitação;

Aços Inox Duplex Austenítico/Ferrítico

Ligas Metálicas

Resistentes a corrosão intergranular quando envelhecidos entre 480-780 oC;

AISI/SAE ou ASTM



[MPA]


mm]


Ferríticos

308 1450 1310 1-6 Indústria química e petrolífera

329 620 485 15 Aeroespacial, automobilística

20 a 40% de ferrita em volume exibe excelente resistência a corrosão intergranular;

Aços Inox - Resumo

Ligas Metálicas

Aços Inox - Aplicação

Ligas Metálicas

Ferros Fundidos

Ligas Metálicas

Apresentam teores de carbono entre 3 e 4,5 %C;

0.022

2.144.30

1147 oC

727 oC

Fe3C6.7

γ

CFeα 3

CFeγ 3

αL

C3FeL

Temperaturas liquidus entre 1150 e 1300 oC;

Ferros Fundidos

Ligas Metálicas

O processo de fundição é a técnica mais conveniente de fabricação;

Grafita Cα3Fe CFe3

O diagrama de equilíbrio Fe-C é um pouco diferente do Fe-Fe3C;

A cementita é um composto metaestável e pode se dissociar na forma:

Ferros Fundidos – Diagrama Fe-C

Ligas Metálicas

0.022

2.14 4.30

1147 oC

727 oC

Fe3C6.7

γ

CFeα 3

CFeγ 3

αL

C3FeL

γ

αL

2.02 4.30

1153 oC

736 oC

Grafitaγ

GrafitaL

Grafitaα 0.022

Diagrama Metaestável

Diagrama de Equilíbrio

Ferros Fundidos

Ligas Metálicas

A tendência para formar grafita é regulada pela composição e pela taxa de resfriamento;

Para maioria dos fofos o carbono encontra-se na forma de grafita;

Os ferros fundidos são classificados em: * Cinzento * Nodular ou dúctil * Branco * Maleável

Taxas mais lentas favorecem a grafitização:

Ferros Fundidos Cinzentos

Ligas Metálicas

Teores de carbono variam de 2,5 a 4% e silício de 1 a 3%;

A grafita existe na forma de flocos (corn flakes), normalmente circundados por uma matriz de ferrita ou perlita;


Ligas Metálicas

Mecanicamente frágil e fraco conseqüência da microestrutura pontiaguda servindo de pontos de concentração de tensões;

Resistência muito maiores sob cargas de compressão;

Eficientes no amortecimento de energia vibracional (base de máquinas);

Apresentam elevada resistência ao desgaste;Elevada fluidez no estado de fundido;Contração de solidificação é baixa;São os materiais metálicos mais baratos;


Ligas Metálicas

SAE /UNS Limite de Resistência

à tração [MPa]


[MPA]


mm]

Constituintes Aplicações Típicas

Cinzento

G1800F10004

124 - - Ferrita + Perlita

Fundições diversas

G2500F10005

173 - - Ferrita + Perlita

Blocos cilíndricos, pistões

G4000F10008

276 - - Perlita Motores Diesel

a)Açosb)Ferro Cinzento

Ferro Dúctil ou Nodular

Ligas Metálicas

Adição de uma pequena quantidade de Ce ou Mg produz uma grafita na forma de nódulos;

Conjunto de propriedades Mecânicas bem diferentes;

A fase matriz que circunda a grafita nodular é a ferrita ou perlita e depende do tratamento térmico;

Estado bruto de fusão normalmente é perlítica; Tratamento térmico por várias horas a 700 oC

resulta numa matriz de ferrita; Mais resistentes e mais dúcteis que os ferros

fundidos cinzentos;

Ferro Dúctil ou Nodular

Ligas Metálicas

O ferro dúctil possui características mecânicas semelhantes àquelas dos aços;

Ferros Fundidos Nodular

Ligas Metálicas

ASTM A 536 /UNS

Limite de Resistência

à tração [MPa]


[MPA]


mm]

Constituintes Aplicações Típicas

Cinzento Nodular

60-40-18F32800

414 276 18 Ferrita Corpos de válvulas e bombas

100-70-03F34800

689 483 3 Perlita Engrenagens

120-90-02F36200

827 621 2 Martensita Revenida

Cilindros laminadores

a) Nodular ferrítico;b) Nodular perlítico;

Ferro Branco

Ligas Metálicas

Ferros com teores de Si abaixo de 1%;Maioria do carbono na forma de cementita; Durante a solidificação o ferro branco podem se

apresentar nas regiões de elevadas taxas enquanto o cinzento nas regiões mais internas;

Muito duro e frágil, usinabilidade próxima de zero;Aplicações de resistência à abrasão onde não se

necessite de ductilidade;Norma ASTM A532-75a

Ferros Fundidos Branco

Ligas Metálicas

ASTM A 532-75ª

Tipo Designação Fundição Areia [HB]

Endurecido[HB]

Típica espessura de seção endurecida

Branco

I D Ni-Hi-Cr 550 600 305 mm

II E 20%Cr-Mo-HC

450 600 305 mm

III A 25%Cr 450 600 203 mm

Fundido em areia3.4 CT, 0.4 Si, 0.6Mn,

1.4Cr e 3.0NiCementita-austenita e

carbetos M3C.

Ferro Branco – Composições Típicas

Ligas Metálicas

Ferro Branco – Elementos de Liga

Ligas Metálicas

Teor de Boro versus Profundidade de

Coquilha

Teor de Silício versus Profundidade de

Coquilha

Branco

Cinzento

Ferro Branco – Elementos de Liga

Ligas Metálicas

Elementos Promotores de Grafitização

Elementos Promotores de Carbonetos

Relação Cr/C versus teor de Mo na

Profundidade de Coquila

Ferro Maleável

Ligas Metálicas

Aquecimento do ferro branco no intervalo de 800 a 900 oC por longo períodos promove a decomposição da cementita;

Essa decomposição forma grafita na forma de roseta circundada por uma matriz de ferrita ou perlita;

Alta resistência, maleabilidade e ductilidade considerável;

Aplicações em engrenagens de transmissão, conexões tubulares, flanges, peças de válvulas para serviço marítimo, etc.

Ferro Maleável

Ligas Metálicas

Ferro Maleável

Ligas Metálicas

Ferro maleável ferrítico apresentando grafita na forma de resetas

Ferro Fundido Cinzento

Ligas Metálicas

Ligas Não-Ferrosas

Ligas Metálicas

Materiais ferrosos são de fácil produção e bastante econômicos porém apresentam limitações;

As densidades relativamente elevadas; Condutividade elétrica baixa; Suscetibilidade a corrosão; Assim, para inúmeras aplicações utilizam-se

outras ligas com propriedades mais apropriadas; Estas são classificadas de acordo com o metal

base: Cu, Al, Mg, Ti, metais refratários e as superligas;

São sub-classificadas em fundidas ou forjadas;

Ligas de Cobre

Ligas Metálicas

Baseiam-se no elemento cobre; O cobre puro é muito mole e dúctil;

Latões com teores mais elevados possuem as fases α e β’ à temperatura ambiente;

Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade;

A fase α dos latões é estável até aproximadamente 35% Zn;

Latões (Cu-Zn) dentro da fase α possui estrutura CFC sendo mole e dúctil;

A fase β’ possui estrutura CCC ordenada e é mais dura e resistente que α;

Ligas de Cobre

Ligas Metálicas

Os latões são as ligas de cobres mais comuns; Ligas de cobre e zinco, sendo o zinco

substitucional; Condutividades elétrica e térmica elevadas; Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade; Resistente a corrosão, atmosférica, marinha e

meios químicos; São conformadas a frio ou formação de solução

sólida pois não são termicamente tratáveis para melhorar suas propriedades mecânicas;

Ligas de Cobre

Ligas Metálicas

Latões mais usados: Latão amarelo, latão naval, o latão cartuchos, o muntz, etc.

Usos típicos: Bijuterias, cápsulas de cartuchos, trocadores de calor, instrumentos musicais, indústria eletro-eletrônica, moedas, etc;

Os bronzes são ligas de cobre com elementos como: Sn, Al, Si e Ni;

Os bronzes são mecanicamente mais resistentes que os latões e mantêm a resistência à corrosão;

São aplicadas geralmente quando além da resistência a corrosão, a resistência a esforços mecânicos faz-se necessária;

Ligas de Cobre

Ligas Metálicas

Ligas de cobre e zinco, sendo o zinco substitucional;

Condutividades elétrica e térmica elevadas;

Difícil usinabilidade e fácil conformabilidade; Resistente a corrosão, atmosférica, marinha e

meios químicos; São conformadas a frio ou formação de solução

sólida pois não são termicamente tratáveis para melhorar suas propriedades mecânicas;

Ligas de Alumínio

Ligas Metálicas

Alumínio e suas ligas possuem baixas densidades (~2700 kg/m3);

Condutividades elétrica e térmica elevadas; Resistente a corrosão em alguns ambientes

incluindo a atmosfera; Alta conformabilidade, devido elevada ductilidade,

exemplo, folhas de papel alumínio; Principal desvantagem é a baixa temperatura de

fusão TF = 660 oC;

O alumínio possui estrutura CFC;

Ligas de Alumínio

Ligas Metálicas

A resistência mecânica pode ser aumentada por: deformação plástica a frio e solução sólida;

Os principais elementos de ligas: Cu, Mg, Si, Mn e Zn;

Ligas não tratáveis termicamente possuem apenas uma fase;

Algumas ligas são endurecíveis por precipitação com a formação de compostos intermetálicos;

São classificadas como fundidas ou forjadas; A classificação para ambos os tipos são

designadas por um número de quatro dígitos;

Ligas de Alumínio

Ligas Metálicas

Para as forjadas, existe uma vírgula decimal localizada entre os dois últimos dígitos;

Após estes dígitos existe um hífen e a designação de revenimento;

Uma letra e, possivelmente, um a três dígitos indicando o trabalho mecânico ou térmico submetido, F = “como fabricado”, H=“encruado” e O=“recozido”, T3 significa tratada por solubilização e submetida a deformação plástica a frio, e então envelhecida naturalmente;

T6 significa tratada por solubilização seguida de envelhecimento artificial;

Ligas de Alumínio

Ligas Metálicas

Recentes desenvolvimento de ligas de Alumínio e metais de baixa densidade (Mg e Ti) para redução de consumo de combustíveis em transportes;

Ligas de Alumínio-Lítio para a indústria aeroespacial, relação rigidez/gravidade específica elevada como aquelas dos aços;

Elevada resistência a fadiga mecânica e térmica, tenacidade a baixas temperaturas;

Processos de fabricação mais caros que os convencionais pela reatividade química do lítio;

Ligas de Alumínio

Ligas Metálicas

ASTM /UNS Limite de Resistência

à tração [MPa]


[MPA]


mm]

Condição de Revenimento


Forjadas – Não tratáveis termicamente

1100A91100

90 35 34-45 Recozida(O)

Trocadores de calor, armazenamento de alimentos

5052A95052

230 195 12-18 Encruada(H32)

Linhas de combustível e óleo em aeronaves

Forjadas – Tratáveis termicamente

6061A96061

240 145 22-25 Trat. Term.(T4)

Caminhões, mobílias e tubulações

Ligas Fundidas – Tratáveis termicamente

356,0A03560

228 164 3,5 Trat. Term.(T6)

Bombas de aeronaves

Ligas Alumínio-Lítio

8090------

455 360 ---- Trat. Term. Trab. Frio

(T651)

Estruturas de aeronaves com tolerância a danos e avarias

Ligas de Alumínio - Duralumínio

Ligas Metálicas


Ligas Metálicas


Ligas Metálicas

Ligas de Magnésio

Ligas Metálicas

Massas específicas baixas (~1700 kg/m3);

Estrutura cristalina do Mg é HC, é mole possui módulo de elasticidade pequeno;

São conformadas a quente entre 200 e 350 oC, maior fabricação por fundição;

Aplicações que necessitem de baixo peso, como componentes de aeronaves;

Resistência a corrosão e oxidação é considerada boa, cuidado somente com o magnésio pois sofre combustão instantânea ao ar;

Ligas de Magnésio

Ligas Metálicas

Algumas ligas são tratáveis termicamente;

Também apresentam designação de composição e revenimento semelhante ao das ligas de Al;

Aplicações em dispositivos portáteis, em automóveis, em dispositivos de informática, de áudio, de vídeo e de comunicação;

Os principais elementos de liga são: Al, Zn e terras raras;

Ligas de Magnésio

Ligas Metálicas

ASTM /UNS

Limite de Resistência

à tração [MPa]


[MPA]


mm]



Ligas Forjadas

AZ31BM11311

262 200 15 Extrudado Estruturas e tubulações

ZK60AM16600

350 285 11 Envelhecida artificialmente

Peças forjadas para aeronaves

Forjadas Fundidas

AZ91DM11916

230 150 3 Bruto de fusão Peças fundidas em matriz para automóveis

AS41AM10410

210 140 6 Bruto de Fusão Fundição em matrizes com boa resistência a fluência

Ligas de Titânio

Ligas Metálicas

O Ti e suas ligas são relativamente novos em engenharia;

A massa específica é da ordem de 4500 kg/m3;

Elevado módulo de elasticidade 107 GPa, sendo extremamente resistente com limites de resistência a tração de 1400 MPa;

Alta reatividade química com outros materiais a temperaturas elevadas, exige técnicas não convencionais de beneficiamento, fusão e fundição;

Ponto de fusão TF = 1668 oC;

Ligas de Titânio

Ligas Metálicas

São praticamente imunes a corrosão atmosférica, a ambientes marinhos e a uma inúmero ambientes industriais;

UNSLimite de

Resistência à tração [MPa]


[MPA]


mm]



Comercialmente pura

484 414 25 Recozida Invólucro de motores a jato

Ti-5Al-2,5Sn(R54520)

826 784 16 Recozida Peças para turbinas a gás

Ti-10V-2Fe-3Al

1223 1150 10 Solubilização + envelhecimento

Fuselagem de avião de caça e helicópteros de combate

Superligas

Ligas Metálicas

Aplicações destas ligas são: Turbina a gás, geradores elétricos, reatores nucleares, etc.

O lantânio aumenta a temperatura de operação das Hastelloys X baseadas em Ni de 950 oC para em torno de 1100 oC.

Os elementos terras raras (Y2O3) são as vezes adicionados a superligas que compreende uma ampla classe de ligas baseadas em Fe, Co e Ni mecanicamente resistentes a elevadas temperaturas;

Superligas

Ligas Metálicas

Superligas

Ligas Metálicas

Ligas Metálicas

FIM

Diagrama de Fases de Cobre-Zinco

Ligas Metálicas

Soldagem


Tipos básicos de distorções:Contração vertical, longitudinal, distorção angular e flexão

Processos Sem Adição - Laser


Soldagem Feixe de Elétron O feixe é obtido através do canhão eletrônico, que é um filamento (W), emissor

de elétrons (quando aquecido), e de um anôdo tubular (Cu). Os elétrons viajam do catôdo para anôdo através de um forte campo elétrico, sendo focados posteriormente, atingindo velocidades da ordem de 0,5 x a velocidade da luz (processo montado em câmara de alto vácuo)


Macrografia de uma junta de aço baixo carbono soldada por feixe de elétrons

Fonte: Catálogo de Prensas Schuler S.A.

Tarugo cortado e esboçado Primeiro forjamento Forjamento final Peça rebarbada

Fonte: FACEM Spa - Itália

Fonte: AçoPeças Ltda.


Lingotamento Contínuo

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Departamento de Engenharia de Materiais EM 737- Tecnologia de Ligas Metálicas Dr. Ivaldo Leão Ferreira Grupo de Pesquisa em Solidificação DEMA-FEM-UNICAMP