Estrutura e Propriedades dos Metais 4. LIGAS METÁLICAS Profª: Cristina Soromenho Química 12º Ano Metais e Ligas metálicas

Estrutura e PropriedadesEstrutura e Propriedadesdos Metaisdos Metais

4. LIGAS METÁLICAS4. LIGAS METÁLICAS

Profª: Cristina Soromenho Química 12º Ano Metais e Ligas metálicas

Ligas Metálicas


LIGA:

é uma solução sólida,

é uma solução homogénea sólida de um metal com um ou mais elementos metálicos ou não - metálicos,

são materiais distintos dos seus componentes, isto é,têm propriedades físicas e químicas diferentes.

As ligas podem ser classificadas de diversas formas:

• Pelo metal predominante;

• Pelo número de elementos que as compõem;

• Pela principal propriedade física da liga.

Ligas Metálicas


As ligas obtêm-se:

• a partir da mistura dos componentes fundidos, estando o metal base numa concentração elevada,

• à qual se adicionam os outros elementos,sob a forma de fragmentos sólidos, préviamente pesados,

• que se dissolvem por agitação

• a solução é arrefecida, resultando a solução sólida.

Ligas Metálicas


Recorre-se à formação de ligas para:

• se obterem determinadas características pretendidas, que não se encontram no metal na forma pura, tais como:

- aumento da resistência mecânica e térmica,

- aumento da dureza,

- diminuição do p.f.

Ligas Metálicas


As diferentes propriedades devem-se também:

à disposição espacial dos componentes:

• quando os átomos de um metal são substituídos por átomos de outro metal (raios atómicos semelhantes), Liga substituicional ex: Latão

• quando os átomos adicionados são muito menores , que os iões do metal, indo ocupar os intervalos, intersticios, entre os maiores Liga intersticial ex: Aço

Ligas Metálicas


Liga Metálica Componentes Características Aplicações

Latão Cobre e Zinco Resistência à corrosão Navios Tubos

Bronze Cobre e Estanho Resistência à corrosão Moedas Sinos

Aço Ferro e Carbono Resistência à corrosão Navios Utensílios domésticos

Aço inoxidável Aço e Crómio Resistência à corrosão Talheres Utensílios domésticos

Aço-Níquel Aço e Níquel Resistência mecânica Canhões Material de blindagem

Aço-Tungsténio Aço e Tungsténio Alta dureza Brocas Pontas de caneta

Amálgama Mercúrio, Prata e Estanho

Resistência à oxidação Restauração de dentes

Ouro 18 quilates Ouro e Cobre Alta ductilidade e maleabilidade

Jóias

Prata de lei Prata e Cobre Aumento da dureza Utensílios domésticos Ornamentos

Ligas Metálicas


Ligas de Cobre

O cobre puro é um material muito macio mas, juntando-lhe diversos elementos podemos obter ligas com propriedades muito valiosas, muitas vezes chamadas ligas de cobre.


Ligas de Cobre e Estanho (Bronze)

O bronze era utilizado para o fabrico de armas e ferramentas e ainda hoje é usado no fabrico de peças de maquinaria e em estátuas.

• 90% de cobre• 10% de estanho

Para conferir propriedades especiais, usam-se pequenas quantidades de zinco, alumínio, prata ou chumbo.

Pensador de RodinCanhões de Antietam de Richard R. Miller


Composição aproximada:

Ligas de Cobre e Zinco (Latões)

• Latão vermelho – contém 20% de zinco, é muito maleável e pode ser convertido em lâminas finíssimas.• Latão amarelo – contém de 20% a 40% de zinco e utiliza-se sobretudo no fabrico de peças de maquinaria. • Latão branco – levemente corado de amarelo, contém 80% de zinco e é quebradiço, pelo que só pode ser usado em fundição.

- Percentagem de Zn no latão vulgar - 3 a 45%. - Propriedades especiais usando pequenas quantidades de outros elementos: alumínio, estanho, chumbo ou arsénio


Ligas de Cobre e Níquel (Cuproníquel)

Constantan: 58 a 60% de cobre 32 a 42% de níquel 1 a 2% de magnésio.

Níquel de cunhagem:75% de cobre25% de níquel.

O “Constantan” é muitas vezes usado em associação com o cobre em instrumentos de medição e de controlo por ter uma resistência eléctrica independente da temperatura. Não deve ser utilizado a temperaturas acima de 500 ºC

O níquel de cunhagem é usado para fazer a parte interna da moeda de 1 Euro e a parte externa da moeda de 2 Euros.


Ligas de Níquel (super ligas de níquel)


Desenvolvidas para aplicações especiais onde se exige grande:

• resistência mecânica a temperaturas elevadas• resistência à corrosão;• reduzida variação dimensional;• resistência eléctrica (para aquecimento).

Exemplos de aplicação:

– Turbinas de avião;– Turbinas de vapor;– Centrais nucleares;– Instalações químicas e petroquímicas.

Ligas de Cobre e Alumínio

As ligas de cobre – alumínio são muito usadas no fabrico de braços de balança e molas de relógio.


Ligas de Estanho

O estanho é um metal de cor branca, muito dúctil e maleável. Apresenta-se em duas formas alotrópicas: estanho branco e estanho cinzento. O estanho branco passa a estanho cinzento a baixas temperaturas.


Ligas de Antimónio

Ligas de antimónio e cobre, combinados com chumbo e estanho empregam-se nos chamados “metais antifricção”, utilizados no fabrico de peças para eixos de máquinas.

Os metais antifricção também são chamados “metais brancos” ou “metais de patente”.


Soldas

• Juntando 30% de estanho a 60% de chumbo, obtém-se uma liga de baixo ponto de fusão, utilizada para soldar.

• As soldas fortes são geralmente ligas de cobre e zinco, que fundem a mais de 800 ºC.

• Podem ser combinados com prata.

• O ouro, com zinco ou com estanho, utiliza-se também na preparação de soldas fortes.

• O zinco e o estanho baixam o ponto de fusão do ouro, para além de baixarem o custo.


Ligas de Mercúrio (Amálgamas)

Amálgama dentária:

70% de mercúrio 3% de cobre1% de prata 26% de estanho


Ligas de Prata

Prata de Lei: 92,5% Prata 7,5% Cobre

Prata de Cunhagem: 90 % Prata 10 % Cobre

A prata é o mais branco de todos os metais e mostra um poder de reflexão da luz particularmente grande. É usada no fabrico de jóias e baixelas sob a forma de ligas, por ser demasiado macia.


Ligas de Ouro

O ouro puro é extremamente macio e, como tal, tem de ser usado em ligas, normalmente com cobre, prata, zinco ou níquel.

Quilates – medida da pureza do ouro

24 quilates (Ouro Puro): 100 % Ouro

18 quilates (Ouro de Lei): 75% Ouro


Ligas de Ouro

Ouro Vermelho: Cobre 25 %

No ouro de 18 quilates os restantes 25% determinam a cor do ouro:

Ouro Amarelo:

Cobre 10-15 %Prata 10-15 %

Ouro Branco:

Níquel 10 % Paládio 10 % Zinco ou Prata 5 %


Ligas de Ferro (Aços)

O ferro é um sólido acinzentado, que apresenta as propriedades metálicas características, brilho, dureza, maleabilidade e ductilidade. Tem também propriedades magnéticas.

hematite pirrotite magnetite



A Torre Eiffel, em Paris, e a ponte D. Luís no Porto foram duas estruturas totalmente concebidas em aço por Gustavo Eiffel.



Composição dos restantes elementos (percentagem mássica)Tipo C Mn P S Si Ni Cr Outros Utilizações

Normal 1,35 1,65 0,04 0,05 0.06 — — Cu (0,2 a 0,6)

Produtos laminadosFerramentas

De alta resistência

0,25 1,65 0,04 0,05 0,15-0,9

0,4-1,0

0,3-1,3

Cu (0,01 a 0,08)

ConstruçãoTurbinas a vapor

Inoxidável 0,03-1,2

1,0-10 0,04-0,06

0,03 1-3 1-22 4,0-27 — Utensílios de cozinhaLâminas de barbear


Ligas Leves (Al, Ni, Ti)


Ligas com Memória de Forma


• As ligas com memória de forma – SMA (Shape Memory Alloys) são materiais metálicos que têm a capacidade de recuperar a sua forma,

• mesmo depois de severamente deformados (dentro de certos limites) a baixas temperaturas,

• recuperam a forma inicial por aquecimento.

Transformação: Austenite → Martensite → Austenite

Exemplos: Ni-Ti (Nitinol), Cu-Zn-Al, Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Al-Ni, Cu-Sn




Nitinol


História:

- experimentalmente verificou-se que uma tira de liga sólida de Níquel e Titânio,

- com o mesmo nº de átomos, num determinado arranjo cristalino,

- ao ser dobrada e desdobrada vezes sem conta não se partia,

- observaram-se impressionantes propriedades de resistência ao impacto,

- continuando com a mesma liga, estando a tira dobrada, esta ao ser aquecida, voltava à forma original.


Nitinol

Níquel

Titânio

Baixas Temperaturas Altas Temperaturas

Martensite Austenite



Nitinol

O Nitinol após deformado regressa à forma inicial por aquecimento.


O efeito de recuperação de forma não é exclusivo das ligas metálicas, existindo também em polímeros, em cerâmicos e em materiais biológicos, de que é exemplo

o cabelo humano;


Aplicações


• Placas ósseas

• Catéteres


Aplicações


• Sonda para reforço da artéria aorta

(evitar o aneurisma)

• Filtros para a veia cava



Aplicações:

• Aparelho correcção para dentes

• Medicina - instrumentos



Aplicações:

• Aeronáutica

• Juntas para tubagens



Aplicações:

• Robótica

• Armações óculos

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