Pontficia Universidade Catlica do Rio de Janeiro

Trabalho de Qumica

Ligas Metlicas Professor Responsvel: Dr. Prcio Augusto Mardini Farias Componentes: Matrcula no: Nome: Rafael Rodriguez Fulco 0114482-9 Nome: Hber Silva Bispo 0116729-8 Nome: Hugo Hippolyto Sanchez 0116694-2 Nome: Ndio

Objetivo: Fazer um estudo das ligas metlicas existentes, levando-se em conta suas caractersticas fsicas e qumicas, a fim de estabelecer suas aplicaes no mercado. Introduo: Metais so elementos qumicos slidos a temperatura ambiente (exceto o mercrio), opacos, lustrosos, e quando polidos refletem a luz, alem de serem bons condutores eletricidade e calor. A maioria dos metais forte, dctil, e malevel, e, em geral, de alta densidade. Possuem um grande nmero de eltrons livres; ou seja, estes eltrons no so ligados a nenhum tomo em particular. Muitas das propriedades dos metais esto diretamente ligados a estes eltrons. Metais so os

materiais estruturais primrios de toda a tecnologia, e inclui um grande nmero de ligas ferrosas (por exemplo, ferro-fundido, ao-carbono, ligas de aos, etc.). Importncia das ligas metlicas Raros so os metais empregados puros. O cobre tem larga aplicao em estado de alto teor de pureza, especialmente com condutor eltrico. O alumnio e o

ferro (ferro doce) podem ser usados em estado praticamente puro. No entanto, a grande maioria dos metais so

empregados em forma de misturas chamadas ligas. As ligas so produtos metlicos obtidos, geralmente

pela solidificao de dois ou mais metais misturados no estado lquido. s vezes so usados no metais como o caso do carbono que , ao lado do ferro, substncia essencial em qualquer tipo de ao. Os aos contm de 0,5 a 1,7% de carbono.

Por que as ligas so to empregadas? Com exceo da densidade e da cor que, geralmente dependem dos metais misturados para se obter uma liga, as demais propriedades podem ser muito diferentes das dos componentes dela. Mesmo assim, podemos encontrar cores surpreendentes em alguns casos. Assim, o lato amarelo, apesar de ser formado por cobre

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Figura 2

(avermelhado) e zinco (cinza quase branco). H ligas cobre-nquel, com 75% de cobre, de colorao cinza-prateado. As resistncias eltricas so sempre ligas nas quais se conseguem nveis de resistncia passagem da corrente eltrica muito superiores s dos metais que as constituem. Os aos especiais tm uma resistncia muito superior dos elementos que os formam. Em todos as aos temos necessariamente ferro e carbono, porm, podemos ter cromo, nquel, cobre, vandio, mangans, entre outros, de acordo com a finalidade para a qual sero empregados. Chamamos amlgamas s misturas lquidas ou slidas do mercrio com outros metais. Quase todos os metais formam amlgamas, fazem exceo o ferro e a platina. Se deixarmos cair mercrio (nico metal lquido nas condies ambientes) sobre ouro, observaremos que a superfcie do objeto ficar "prateada" devido amlgama formada pelo contato desses dois meais. A amalgamao uma tcnica utilizada para extrair-se metais de certos minrios. o caso, por exemplo, do ouro, que se encontra muitas vezes disperso na rocha em meio s substncias que o acompanham. O mesmo ocorre com a prata nativa da qual se deseja eliminar a ganga, isto , na substncias sem valor econmico nas quais o metal se encontra disseminado. Nesses casos os metais so retirados das demais substncias por dissoluo no mercrio. O mercrio pode ser, ento, separado do metal por aquecimento, uma vez que4 seu ponto de ebulio muito menor que o do ouro ou da prata. Ao formar a amlgama, o mercrio reduz bastante a reatividade do metal ao qual est misturado. Assim, por exemplo, ao colocarmos amlgama de sdio em gua observaremos um lento desprendimento de hidrognio. J o sdio puro reage com gua violentamente, liberando H2. A reduo de reatividade por amalgamao explica o fato de os dentistas usarem amlgamas de prata (misturas Ag-Hg) nas obturaes.

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Ao: Liga de ferro e carbono na qual a porcentagem deste ltimo varia entre 0,05% e 2%. Tem cor branca acinzentada, densidade em torno de 7,7g.mL-1 e funde cerca de 1.300oC. Os diversos tipos de ao diferem de acordo com a relao ferro-carbono e a adio liga de outros elementos como: - Ao-Nquel com 36% de nquel (tambm chamado Invar) - Platinite contendo 46% de nquel - Ao-Cromo com 11 a 14% de cromo - Ao-cromo-nquel contendo 36% de nquel e 12% de cromo - Ao-cromo-vandio com 1 a 10% de cromo e 0.15% de vandio - Ao-mangans com 11% a 14% de mangans - Ao-molibdnio com 6% a 7% de molibdnio - Ao-silcio com 2% a 5% de silcio O ao vem sendo utilizado desde a Idade Mdia, mas somente comeou a ser produzido em larga escala a partir de 1856, quando o Ingls Henry Bessemer descobriu que, passando uma corrente de ar atravs de uma massa de ferro em fuso, o carbono e outras impurezas oxidavam-se com rapidez, ocorrendo a formao de uma escria imiscvel com o metal lquido. Construiu-se ento o conversor Bessemer para efetuar a operao. Obteno.O Ao obtido pela transformao do minrio de ferro, nos altos fornos, em ferro gusa, que apresenta elevado teor de carbono e outras impurezas. Segue-se o refino da gusa, que consiste num processo de oxidao do carbono e de elementos estranhos presentes, os quais so eliminados sob forma de escria. A operao de limpeza prossegue, at a obteno do ferro puro. Neste ponto possvel conseguir a composio precisa do ao, pela adio de quantidades controladas dos elementos que iro formar a liga desejada. Os principais processos de refino da gusa so: 1.Bessemer. As impurezas contidas nos lingotes de ferro so removidas pela oxidao, insuflando-se de ar atravs do ferro em fuso num conversor; quase todo carbono removido, fazendo a adio de carbono no fim da operao. 2.Siemens-Martin. O calor sensvel dos gases provenientes do alto-forno aproveitado para o pr-aquecimento do ar utilizado na oxidao das impurezas da gusa; obtem-se temperaturas bem mais elevadas nestes fornos regenerativos do que no conversor, o que possibilita a fuso e aproveitamento de sucata, alm do ferro gusa.

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3.Eltrico. mais usado para o afino de aos obtidos por outros processos ou para a produo de aos especiais, sendo utilizadas fornalhas eltricas revestidas com materiais refratrios. Propriedades Fsicas. O ao um material duro, dctil, resistente fadiga, ao choque (em especial o ao-nquel), corroso forte (aos inoxidveis), ao desgaste (em especial o ao-cromo-vandio) e presso, alm de possuir coeficiente de dilatao muito pequeno (invar) e boas propriedades eletromagnticas (ao-silcio em especial). Qumica do Ao. A composio qumica do ao tem relao direta com suas propriedades fsicas. Com exceo do ferro, o carbono o elemento mais importante. Um maior teor de carbono reduz sua ductibilidade mas aumenta a resistncia e a dureza. Aos ricos em fsforo so quebradios sob o efeito de impactos ou vibraes. O mangans tende a aumentar sua resistncia, dependendo da quantidade de carbono existente. O silcio pouco influi na resistncia e ductibilidade se mantido abaixo de 0,2%; mas elevando o teor de silcio at 0,4%, aumenta a resistncia mxima e o limite elstico, sem modificar muito sua ductibilidade. Utilizao. O ao utilizado em quase todos os setores da indstria moderna. As ligas simples so empregadas na fabricao de estruturas de mquinas e ferramentas agrcolas, enquanto as complexas possuem utilizao mais especfica: instrumentos de preciso (invar), ncleos de transformadores (ao-silcio), instrumentos cirrgicos (aos-inoxidveis), ferramentas de corte de alta velocidade (ao-tungstnio) e blindagens (ao-mangans).

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Alumnio: Metal abundante na crosta terrestre, atingindo um total estimado em 7,5% de sua composio. No se encontra m estado livre, mas formando inmeros compostos geralmente contendo oxignio. O principal minrio de alumnio a bauxita, cujo nome deriva da cidade de Baux, na Frana, onde foi usado pela primeira vez. A composio das bauxitas varia de acordo com o estado de hidratao, sendo mais comum aquela em que a alumina (Al2O3) est ligada a duas molculas de gua. Geologicamente o produto da alterao do silicato de alumnio com perda da slica seguida de hidratao. O Brasil possui enormes depsitos de bauxita, j tendo sido estudadas ocorrncias em Minas Gerais, Esprito Santo, So Paulo, Par, Maranho, Bahia e Rio de Janeiro. As jazidas mais importantes so de Minas Gerais e So Paulo. Essas reservas so de formao recente,

conforme estudos de Benjamin N. Weber. Embora possua grande jazidas de bauxita e exporte esse minrio, o Brasil no produz alumnio suficiente para as necessidades de sua indstria, importando-o de outros pases. O Alumnio puro foi obtido pela primeira vez em 1827 por F. Wohler, aquecendo o cloreto de alumnio em presena do potssio. Mais tarde Sainte-Claire Deville substituiu o potssio pelo sdio, sendo esse o nico processo conhecido at 1866. O alumnio permanecia como mera curiosidade qumica. A descoberta, feita em 1866 por Paul Heroult na Frana e, simultaneamente,

por Charles Hall nos Estados Unidos, da possibilidade de tornar condutora uma soluo de alumina pela fuso com

criolita e outros fundentes permitiu a obteno de alumnio pelos processos eletrolticos modernos. A metalurgia do alumnio consiste em duas fases: obteno da alumina a partir do minrio de alumnio (bauxita), e eletrlise da alumina. A matria-prima mais utilizada a bauxita, que submetida, inicialmente, a uma purificao para eliminar, principalmente, os xidos de ferro, titnio e silcio que a acompanham. Em seguida aquecida para eliminao da gua. Aps esse tratamento preciso lev-la a um banho de soda custica no qual se obtm uma soluo de aluminato de sdio. Essa soluo, diluda

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em recipientes apropriados, transforma-se em hidrxido de alumnio, que se deposita sob forma slida. O hidrxido de alumnio, quando aquecido, em fornos especiais, a 1.200oC, converte-se em alumina. A eletrlise feita nas clulas eletrolticas, onde se coloca a alumina juntamente com criolita e outros fundentes, mantendo-se a temperatura entre 850oC e 900oC. O alumnio metlico mais denso que o banho, deposita-se no fundo da clula; da escoado para as formas, onde se solidifica constituindo os lingotes. Propriedades e Aplicaes. Metal branco azulado, de ponto de fuso igual a 660oC, ponto de ebulio 1.800oC, de baixa densidade mdia de 2,5 a 2,7g.mL-1, muito dctil e malevel entre 100oC e 150oC. Quando recozido, facilmente reduzido a laminas delgadas, folhas e fios. No resiste bem aos choques, e acerca de 530oC sofre considerveis modificaes em suas propriedades, perdendo a dureza e tornando-se facilmente pulverizvel.

bom condutor de calor e de corrente eltrica; sua massa atmica mdia 26,97; quando exposto ao ar seco permanece inaltervel, mas em presena de umidade recobre-se de uma pelcula de xido, perdendo o brilho. Queima, com grande desprendimento de energia, em temperatura superior a 700oC. Modernamente, as ligas de

alumnio so sobretudo empregadas na fabricao de aeronaves, o que consome cerca de 33% da produo mundial. Um nico bimotor dos utilizados na II Guerra Mundial consome cerca de 30 toneladas de alumnio. O invlucro protetor de doces, chocolates, cigarros, etc. consta de laminas finssimas de alumnio, de espessura inferior a 0,04mm. Alm de ser usado em espelhos, eletrodos, folha de alumnio, portas e esquadrias, latas, placas, embalagens, painis, sinalizadores, placas de sinalizao.

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Bronze: Nome genrico das ligas em que entram como principais constituintes o cobre e o estanho. Segundo alguns historiadores, a liga mais antiga de que se tem conhecimento, devendo ter sido descoberta nos tempos pr-histricos, quando se faziam fuses de minrios que continham cobre e estanho. A liga, uma vez constituda, oferece algumas vantagens em suas propriedades fsicas e mecnicas sobre o cobre puro, como a maior fusibilidade, que permite sua extensa utilizao em moldagens, geralmente duras e muito tenazes.

Conforme o emprego a que se destina, o bronze tem uma composio diferente, sendo por isso classificado comercialmente em vrios tipos. As principais qualidades de bronze so as ligas com o estanho, mas h alguns tipos com zinco, como o que destinado fabricao de moedas, atividades artsticas, e o bronze fosforoso, particularmente duro, usado na confeco de objetos que devem estar sujeitos a grandes esforos de trao, coxins ou chumaceiras de mquinas, e vlvulas cuja resistncia corroso deve se aliar a algumas propriedades mecnicas.

Existem ainda tipos especiais, como o bronze-mangans, usado na fabricao de hlices de barco; o bronze-alumnio, duro e leve, usado na fabricao de cascos de iates; o bronze-silicoso, usado em fios de telgrafo. O teor em estanho de um bronze pode ser avaliado rapidamente pela colorao da liga, sendo vermelha como o cobre quando contm cerca de 5% de estanho, amarelo-ouro com 13% passando por branca, cinza-azul e por fim cinza de estanho, conforme cresce o teor de estanho.

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Cobre: Elemento qumico metlico, smbolo Cu, nmero atmico 29, massa atmica 63,54, descoberto e usado pela primeira vez pelo homem Neoltico, por volta de 8000A.C. Encontrado sob forma metlica livre na natureza e possuindo grande maleabilidade, foi utilizado pelo homem como substituto da pedra na fabricao de machados, facas e outros utenslios. A metalurgia do cobre parece ter alcanado grande desenvolvimento no Egito, onde em 5000A.C. todos os instrumentos encontrados em tmulos para uso dos mortos j eram de cobre. A mais antiga pea de bronze conhecida foi encontrada na pirmide de Medum e data provavelmente de 3700A.C. Do Egito, seu uso rapidamente se espalhou pelo Mediterrneo, atingindo Creta em 300A.C., a Siclia em 2500A.C., Frana e Europa Central em 2000A.C., Inglaterra e Escandinvia em 1800A.C. a Ilha de Chipre era o maior produtor de cobre da Antigidade, e ali se abasteciam egpcios, assrios, fencios, gregos, persas e romanos. O metal era conhecido como aes cyprium (minrio de Chipre), nome que foi reduzido para cyprium e mais tarde modificado para cuprum, origem da palavra cobre em portugus e do smbolo qumico do metal. No Oriente, existem referncias ao metal j em 2500A.C. e vasilhas de bronze de grande beleza j eram fabricadas poca da Dinastia Shang, entre 1765-1122A.C. Nas Amricas, a Idade do Cobre parece ter surgido entre 100 e 200 D.C., mas tanto na Amrica do Norte quanto na do Sul os indgenas passaram quase diretamente da Idade da Pedra para a do Ferro. O cobre encontra-se largamente difundido na crosta terrestre, assim como em sedimentos ocenicos e fluviais, nas cinzas de algas marinhas e outras plantas, no fgado humano, como ncleo de uma protena respiratria dos moluscos, como componente da hemocianina (composto semelhante em estrutura e funes hemoglobina sangnea), nos artrpodes, em muitos corais e no Sol. Alm de ocorrer na natureza sob forma metlica livre, aparece ainda em diversos minrios, tais como: calcocita Cu2S, covelita CuS, calcopirita CuFeS2, bornita Cu5FeS4, enargita Cu3AsS4, tetraedrita Cu3SbS3, cuprita Cu2O, tenorita CuO, malaquita CuCO3.Cu (OH)2, azurita 2CuCO3.Cu (OH)2, calcantita CuSO4.5H2O e brocantita CuSO4.3Cu(OH)2. Cerca de 90% das reservas mundiais de cobre encontram-se em quatro grandes regies: Montanhas Rochosas e Regio dos Grandes Lagos (EUA), Planalto Central Africano (Repblica Democrtica do Congo e Zmbia); vertente ocidental dos Andes (Chile e Peru); e escudo pr-cambriano do centro da Amrica do Norte (Canad e Estado de Michigan, EUA). Depsitos menores ocorrem no Alasca,

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China, ex-URSS, Austrlia e pores da Europa, frica, Amrica do Norte e do Sul. A produo industrial do metal, conforme a natureza do minrio, feita em geral pelos seguintes processos: o cobre nativo esmagado, concentrado pela lavagem com gua, fundido e moldado em barras; os xidos e carbonatos so fundidos com carvo e reduzidos; os sulfetos sofrem tratamento mais complexo, que consiste, em resumo, em obter-se por fundio um mate de sulfeto cuproso, sulfeto ferroso e slica, que tratado num conversor, onde se adiciona cal, forando-se a passagem de ar pela massa fundida; os produtos obtidos so cobre bruto, escria de silicato de clcio e ferro e dixido de enxofre, que se desprende. O refino feito por processo eletroltico, obtendo-se ainda da lama do nodo, por tratamento adequado, ouro e prata. O cobre um metal vermelho-amarelado, muito malevel e dctil, e, embora no possua grande tenacidade e dureza, estas propriedades crescem bastante quando o metal trabalhado a frio. Possui ponto de fuso de 1.083oC, ponto de ebulio de 2.595oC, sua densidade a 20oC 8,95g.mL-1, calor especfico a 20oC, 0,0919cal/g.oC. um excelente condutor de eletricidade, mas traos de algumas impurezas podem faze-la decrescer. Cristaliza no sistema cbico e no possui formas alotrpicas. O cobre o segundo metal mais utilizado pelo homem, superado apenas pelo ferro. Encontra emprego em construes e aparelhagem em que seja exigida uma definida resistncia corroso por agentes naturais. Como excelente condutor de eletricidade encontra larga aplicao na indstria de fios e cabos eltricos (99,95% Cu). Na indstria qumica usado como catalisador de inmeras reaes, em estado finamente dividido. Forma ainda grande variedade de ligas metlicas, com os mais diversos usos, como o bronze, ligas com alumnio, zinco, mangans, chumbo e nquel. Atualmente as aplicaes em que se destaca so: fundidos, componentes eltricos, frascos para gases lquidos.

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Cromo: Elemento qumico metlico, smbolo Cr, nmero atmico 24, massa atmica 52,01, cor branco-azulada. Em 1762, Hergmann descreveu pela primeira vez um mineral contendo cromo, em amostras provenientes da Sibria, mas somente em 1797 L. N. Vauguelin o identificou como xido de um novo metal, ao que denominou cromo, do grego chroma, cor, devido a sua colorao. Hoje sabemos que tal minrio a crocoisita (Cromato de Chumbo). O cromo metlico no existe livre na natureza, encontra-se combinado ao oxignio no ocre de cromo Cr2O3; combinado ao ferro na cromita F(CrO2)2, sendo este seu principal minrio, e na forma da crocoisita como foi mencionado anteriormente. Algumas pedras preciosas, esmeralda, jade, rubi e a safira, devem a sua cor presena de cromo na sua constituio. um metal extremamente duro, mais duro que o irdio e o ao, capaz de adquirir grande brilho por polimento, encontrando desta forma vasta aplicao industrial. Nas condies ordinrias estvel em presena do ar, porm aquecido oxida-se superficialmente. Quando submetido aos agentes corrosivos normais, inclusive chuva, neve, gua do mar, compostos de enxofre, etc., mantm o aspecto brilhante. O nicromo uma liga contendo de 11% a 25% de cromo de notvel resistncia corroso atmosfrica a temperaturas elevadas, sendo usada na fabricao de resist6encias de aquecedores eltricos e outros utenslios. Usa-se a estelita, liga de cromo, cobalto e tungstnio na fabricao de instrumentos cirrgicos, na indstria automobilstica, e na fabricao de ferramentas, possuindo notvel resistncia ao desgaste. Encontramos tambm emprego para os sais de cromo, na

proteo de superfcies expostas corroso, como as nas peas cromadas; em cermica, no fabrico de refratrios, na fabricao de vidros. Os principais produtores de cromita so a Federao da Rodsia, a Niassalndia, a ex-URSS, a Repblica da frica do sul, a Turquia, a Albnia e as Filipinas.

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Chumbo: Metal cinza-azulado, possuindo, quando recentemente cortado, brilho metlico vivo. Seu smbolo qumico Pb e seu peso atmico 207,21. J conhecido em pocas remotas pelos antigos egpcios, que o utilizavam h mais de oito mil anos. Foi estudado pelos alquimistas, que o dedicaram a saturno, com certeza por causa de seu peso e de sua pequena dureza. Encontra-se muitas vezes citado no Antigo Testamento e segundo a histria foi confundido com o estanho. Sabe-se que os antigos romanos o usavam para fabricar manilhas. Na natureza, ocasionalmente encontrado livre, em pequenas quantidades. Seus compostos minerais so numerosos: a galena (sulfeto de chumbo) e a cerusita (carbonato de chumbo) so os mais abundantes e que tm encontrado aplicao industrial. Em virtude da facilidade com que pode ser trabalhado, cortado, dobrado, soldado e pela resistncia qumica que apresenta ao ataque pelos cidos e pela gua, tem sido largamente empregado na fabricao de utenslios para vrias aplicaes, tais como: em encanamentos para gs e para gua; reduzido a folhas finas serve para cobrir telhados e para calhas; no revestimento de equipamentos industriais com a finalidade de proteger contra os ataques de cidos; como isolante utilizado nos condutores eltricos; largamente usado na fabricao de placas para acumuladores de automveis e outros veculos. Como elemento formador de ligas encontra largo emprego na indstria, sendo de notar a fabricao da solda dos soldadores e da solda dos funileiros. A primeira, destinada a soldar chumbo com chumbo, constituda de duas partes de chumbo e uma parte de estanho; e a segunda destinada a soldar folha-de-flandres ou lata, contm uma parte de chumbo e uma parte de estanho. Os metais antifrico ou para mancais so ligas de chumbo com antimnio, estanho e cobre. Outras importantes aplicaes das ligas de chumbo so: a fabricao de tipos para imprensa, o revestimento de cilindros nas impressoras e a indstria blica, em especial a de balas de caa, onde o encontramos ligado ao arsnio, este na proporo de 0,3% a 0,8%. Do ponto de vista cientfico interessante notar que o chumbo constitui o produto final de certas desintegraes radioativas, e

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apresenta a propriedade singular de absorver radiaes de ondas curtas, tais como as emanaes do rdio ou as produzidas pelos raios X. Muito embora seja um metal de largo emprego industrial, no constitui nem 1% dos minerais constituintes da crosta terrestre, sendo

relativamente pequenas as jazidas encontradas no mundo. Entre as regies produtoras destacam-se as de Missouri (EUA), o distrito de Broken-Hill, na Austrlia, o Estado de Chihuahua no Mxico e a Columbia Britnica, no Canad. No Brasil, as ocorrncias de minrio de chumbo esto localizadas principalmente na Bahia, Paran e So Paulo. Em 1960, a produo brasileira foi de 105.158 toneladas. A obteno do chumbo feita a partir de seus minrios, sendo o mais utilizado a galena, que em virtude de impurezas tais como a prata, o zinco e o cobre, dever ser antes purificada. A galena geralmente argentfera e em muitos casos faz-se economicamente a recuperao da prata, o que s interessante quando seu teor atinge de 100g a 150g de prata por tonelada de minrio. Os mtodos empregados baseiam-se na fuso dos metais e sua separao por densidades. Sendo a densidade do chumbo 11,34 a 20oC, a separao realizada em fornos de cuba ou de revrbero. Em todos os casos, o chumbo fica sempre acompanhado de impurezas, necessitando por conseguinte um tratamento posterior para purific-lo. Esta purificao consiste no refino, que poder ser feito em fornos tipo revrbero ou por processo eletroltico. Neste ltimo, consegue-se o chumbo com 99,995% de pureza em mdia, com dispndio de 5Kw-dia por tonelada. Suas principais caractersticas fsicas so: massa atmica 207,21, densidade 11,34 a 20oC, ponto de fuso 327,4oC e ponto de ebulio a 1.740oC. muito mole e malevel a frio, e pode ser riscado com a unha.

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Magnsio: Elemento de nmero atmico 12, metal, smbolo Mg, massa atmica 24,32, peso especfico 1,74, includo no grupo II do sistema peridico. o metal estrutural mais leve e um dos mais abundantes na natureza, pois s o superam o silcio, o alumnio e o ferro. A gua do mar contm cerca de 0,13% de magnsio. Alm da gua do mar h vrios minerais ricos em magnsio, tais como a dolomia, magnesita e brucita, abundantes no Brasil. O magnsio relativamente novo como metal, pois foi descoberto em 1808 por Humphry Davy. Algumas autoridades dizem que o metal no foi isolado naquela poca. O efetivo isolamento do metal se atribui ao cientista francs Bussy, que, em 1828, fundiu cloreto de magnsio com potssio metlico, com o fim de obter magnsio em sua forma metlica. Acredita-se que Michael Faraday foi o primeiro que obteve magnsio com eletricidade, em 1883, quando eletrolisou cloreto de magnsio fundido. Em 1852, Roberto Bunsen descobriu uma clula eletroltica para a obteno de magnsio a partir do cloreto. Em princpios de 1886 se iniciou na Alemanha a fabricao comercial do magnsio em escala de produo e ao mesmo tempo comeou a fabricao de fio (arame) e cinta de magnsio para fins fotogrficos. O processo usado era uma modificao da clula eletroltica de Bunsen. A Alemanha foi o nico produtor de magnsio at a I Guerra Mundial. A escassez incrementou o interesse de vrios fabricantes nos EUA. Como resultado, em 1917 o produziram sete companhias. Em 1920, reduziram-se a duas apenas. Em 1927, apenas uma ficou no mercado at 1947, quando a demanda de magnsio para usos estruturais e pirotcnicos

na II Guerra Mundial fez com que outros fabricantes se interessassem em sua produo. Em 1943, haviam 15 fbricas industriais produzindo magnsio metlico, com uma produo de cerca de 190.000 toneladas. No Brasil, a Companhia Nacional de lcalis, em Cabo Frio, produz em mdia 7.000 a 8.000 toneladas por ano de xido de magnsio.

Os processos de obteno de magnsio metlico mais importantes so: o eletroltico, que usa gua do mar; o processo

que emprega ferro-silcio como substncia redutora (Pidgeon), tendo a dolomita como matria-prima.

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O magnsio, como muitos metais puros, necessita de ingredientes que a ele se liguem para fortalece-lo com fins estruturais. Foram estudadas muitas composies de ligas para us-lo em forma fundida e laminada e para aplicaes especiais. Os principais ingredientes para muitas ligas comumente usadas so o alumnio, o mangans e o zinco.

As propriedades e caractersticas do magnsio e suas ligas determinam a seleo do metal para uma atividade de aplicaes comerciais. Seu peso leve e resistncia relativamente elevada o fazem um bom material de construo e especialmente til em ligas para aviao. O magnsio tem a vantagem de que pode ser

trabalhado praticamente por todos os meios conhecidos at agora na arte de manipular os metais. As ligas de magnsio se podem fundir pelos mtodos de areia, Shell molding, etc. Os usos do magnsio se dividem convenientemente em dois tipos: estruturais e no estruturais. Os primeiros incluem aplicaes, em forma de ligas de magnsio em satlites, fuselagem para avies e espaonaves, trem de aterrisagem, partes do motor e acessrios, na indstria de ferramentas portteis, transportadores por gravidade, equipamentos para fundio, mquinas txteis e de imprensa, artigos caseiros, artigos de esporte, veculos de transporte. Os usos no estruturais incluem seu emprego como ingrediente para ligas com o alumnio, chumbo, zinco e certas outras ligas no ferrosas.

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Figura 41

Zinco: Metal de cor branca, densidade a 20oC, 7,133g/mL; smbolo qumico, Zn; quebradio, quando na temperatura ambiente; malevel e dctil entre 100oC e 150oC; quimicamente ativo. Seu peso atmico foi determinado por vrios processos: anlise dos compostos halogenados, sntese de seus xidos e a partir das densidades dos compostos volteis, tendo-se encontrado 65,38. Na natureza, o zinco ocorre sob formas diversas, como carbonato, no chamado espato de zinco (ZnCO3); sulfeto (ZnS), na conhecida blenda; silicato, na calamina (H2SiO5Zn2); xido, na zincita, mais conhecida por minrio vermelho de zinco. Desde os tempos bblicos, o zinco j era citado, embora hoje se creia que se tratasse do bronze. O termo zinco s veio a ser empregado por Paracelso (c.1490-1541). Para a fabricao do zinco, utiliza-se geralmente a blenda ou o carbonato de zinco. O processo realiza-se em retorta de barro refratrio, obedecendo a duas fases: ustulao do carbonato (ou da blenda), onde o minrio transformado em xido; reduo do xido, atravs de seu aquecimento em presena do coque ou do antracito pulverizado. Sendo a reduo feita em temperatura superior do ponto de ebulio do zinco, cerca de 1.400oC, quando o do zinco de apenas 907oC, o metal recolhido em condensadores, de onde periodicamente retirado para depois ser fundido em blocos. A utilizao do zinco faz-se sentir constantemente na fabricao de utenslios domsticos, equipamentos de escritrio, revestimentos, polias, peas decorativas fundidas e no fabrico de ligas onde se destaca o lato, liga de zinco e cobre. Figura 42

Prata: Metal branco, brilhante, que se aprsenta amarelo se a luz refletir-se em sua superfcie muitas vezes antes de atingir a vista. Em lminas muito delgadas tem colorao azulada. Pulverizada, cinzenta e de aparncia terrosa. Seu smbolo Ag, derivado do latim argentum. Conhece-se a prata desde os tempos do mais remotos. No Velho Testamento, h algumas referncias prata, e, provavelmente, seu uso como moeda to antigo quanto o do ouro. Supe-se que os fencios obtinham prata na Armnia e na Espanha. O metal talvez fosse purificado pelo proceso de copelao, existindo, porm, poucas provas de que os antigos efetivamente soubessem separar a prata do ouro. A prata encontrada, ocasionalmente, em forma nativa, em grandes massas ou cristalizada, associada ao cobre metlico, ouro, etc. Seus principais minrios so: argentita e cerargirita. So encontrados no Mxico, Peru, Chile, Bolvia, Arizona, Nevada, Colorado e Austrlia. Grande quantidade ocorre, tambm, associada ao chumbo na galena e grande parte da prata do comrcio extrada do chumbo argentfero. Empregam-se muitos processos para extrair a prata, entre os quais podemos citar: processo de

cianetao; processo por amalgamao; desprateamento do chumbo, e processo eletroltico. Atualmente, o primeiro o nico mtodo importante usado para o tratamento dos minrios de prata propriamente ditos enquanto que o terceiro e o quarto so muito usados para a extrao de prata,

respectivamente, do chumbo e cobre argentferos. O segundo mtodo somente tem interesse terico. Extremamente

malevel e dctil. J se conseguiu fazer lmina de prata com 0,00025mm de espessura. Conduz melhor o calor e a eletricidade do que o cobre. Seu peso atmico tem importncia fundamental, uma vez que o da maior parte dos outros elementos foi determinado por seu intermdio. As melhores definies feitas at agora so devidas a Richaards, que obteve o valor de 107,88, o nico aceito atualmente.

Figura 43

Figura 44

Figura 45

A prata metlica muito usada nas moedas e para fabricao de baixelas e adornos. Quando pura, demasiado mole para esses fins e, portanto, emprega-se em liga com outros metais, como o cobre. A moeda americana de prata contm 77,3% de prata.

Figura 46

Figura 47

Nquel: Metal branco, regularmente duro, que funde a 1.455oC e muito pouco magntico. Possui a singular caracterstica de melhorar as propriedades da maior parte dos metais e ligas a que se junta. O metal e mais de 3.000 de suas ligas so usados, principalmente, pela resistncia

corroso, aliada grande dureza e ductibilidade. temperatura ordinria, estvel em presena do ar e queima em atmosfera de oxignio, formando xido de nquel, NiO. Seu smbolo Ni, posui peso atmico 58,71. Pertence ao grupo VIII do Sistema Peridico.

O nquel foi conhecido em pocas remotas pelos chineses. Na Europa, at fins

do sc. XVII, aplicava-se o termo alemo kupper-nickel (falso cobre), para designar um minrio que tinha o aspecto geral de um minrio de cobre. Foi isolado por A. F. Cronstedt em 1751 e, mais tarde, Bergman tentou sem xito prepara-lo sinteticamente. A liga de cobre-nquel-zinco foi obtida na Inglaterra por volta de 1835. E. Faraday, em 1843, descobre o niquelado. Fleytmann, em 1870, conseguiu a maleabilidade do nquel, juntando-lhe magnsio. Em 1889, Riley descobriu os efeitos do nquel sobre o ao.

O maior dos depsitos minerais de nquel foi decoberto no distrito de Sudbury, Ontrio, em 1883. Os minerais desse depsito so refinados nos EUA e desde 1904 constituem a maior fonte de abastecimento mundial. Existem trs classes principais de minrios de nquel: sulfetos, que so encontrados principalmente no Canad, Noruega, Finlndia e Sucia; silicatos, que se encontram na Nova Calednia, Cuba, Brasil e ex-URSS; arseniatos, encontradosna Europa Ocidental, Canad, Espanha e algumas regies dos EUA.

Figura 48

Figura 49

Figura 50

Figura 51

Ligas cobre-zinco (lato): O cobre ligado com o zinco em propores diversas

e chamado de lato. O lato alfa uma liga de uma nica fase, uma soluo slida de cobre e zinco com at 36% de zinco. Acima desta quantidade, de zinco, um segundo microconstituinte, a fase beta, aparece, o qual faz com que o lato seja mais quebradio, e assim menos sujeito ao trabalho a frio que o lato alfa. Visto que a maioria dos lates transformados em seu estado de trabalho a frio, eles usualmente contm menos do que 36% de zinco. Embora os lates beta tendam a encruar rapidamente, e conseqentemente tenham limitaes na quantidade de conformao a frio que podem receber, eles so conformados com facilidade a temperaturas elevadas. Lates que devem receber usinagem considervel contm alguma fase beta a fim de melhorar a usinabilidade.

Empregos comuns e a aparncia do lato levam a nomes tais como lato vermelho, lato para cartucho, lato amarelo, metal Muntz e outros.

O lato vermelho tem emprego comum em remates de arquitetura, ferragem leve e pesada, tubos para trocador de calor, enfeites para vestidos, distintivos, caixas e recipientes para cosmticos.

Esta liga facilmente conformada por estiramento, corte, dobramento, mandrilagem, e remoo de cavacos. No jun9o por processos de solda, solda de estanho e solda de prata so preferidas.

O lato para cartuchos, contendo 30% de zinco, usado para fazer cpsulas de cartucho por estampagem profunda, ncleos de radiador, rebites e peas semelhantes. Quase todos os mtodos de conformao a quente e a frio e a maioria dos processos de solda so aplicveis ao lato para cartuchos.

O metal Muntz contendo 40% de zinco empregado para peas forjadas a quente, placas de condensador, haste de vlvulas, e barras para solda forte.

O metal do almirantado, contendo 71% de cobre, 28% de zinco, e 0,01% de estanho tm boa resistncia corroso gua salgada e a outros lquidos corrosivos e, em conseqncia, encontra uso favorvel como tubos de condensador e de evaporador.

Um lato contendo 45% de zinco um material de enchimento aceitvel na solda forte de aos carbono, de ferro fundido, de lates de cobre e de muitas outras ligas.

Figura 52

Figura 53

Figura 54

De um modo geral, a grande aplicao industrial dos lates resulta de sua alta condutividade eltrica e trmica, resistncia corroso, sua facilidade de fabricao, e boa aparncia. Perfilados de lato em grandes quantidades custam de 0,50 a 0,60 dlares por libra.

Figura 55

Molibdnio:

Este elemento conhecido h longo tempo por sua capacidade de conferir a propriedade de estabilidade a alta temperatura aos aos. Embora uma pequena porcentagem do molibdnio total produzido tenha sido usada na forma pura, o seu maior valor aparece quando ligado com o alumnio, o columbio, o silcio, o titnio, o tungstnio, o

vandio, e o cromo. A adio desses elementos melhora a resistncia trao do molibdnio, tanto temperatura

ambiente como a elevada temperatura. O molibdnio e suas ligas podem ser processados por forjamento, estampagem, usinagem, solda forte e solda, mas em geral, essas operaes so relativamente difceis. O custo do molibdnio em p de 3 dlares e 4 dlares por libra.

As ligas de molibdnio tm uma tendncia a oxidar-se rapidamente a temperaturas elevadas, se no forem protegidas.

Com revestimentos adequados, tal como o revestimento siliconado, o nquel, o inconel, e outros, eles tm suportado temperaturas de servio de 2200 F ou mais por perodos extensos.

O seu futuro mais promissor parece ser em campos em que so encontradas temperaturas elevadas, um exemplo de aplicao corrente sendo motores de avio jato e peas de turbina gs.

Figura 56

Titnio:

O grande crescimento da produo, e do emprego do titnio, deve-se as suas propriedades, muito valiosas: uma baixa densidade, grande tenacidade e elevada resistncia corroso.

O titnio empregado principalmente, na aviao, na construo de foguetes , e nos outros setores em que a resistncia especfica tem muita importncia. As ligas de titnio possuem, na faixa de temperaturas de 300-600C, uma resistncia especfica de elevadssimos valores, em que as temperaturas inferiores a 300C, so ultrapassados apenas pelas ligas de alumnio, e na faixa de temperaturas superiores a 600C, pelas ligas base do ferro e do nquel. v Suas propriedades

O titnio um metal branco, prateado, muito leve (d=4,5g/cm), e tem um elevado ponto de fuso (1672C). Tais propriedades dependem substancialmente do seu grau de pureza. v Liga do titnio

Neste caso igual como no da liga de ferro, a maior importncia tm a susceptibilidade do titnio, de dissolver os elementos de liga, e a sua influncia na situao do ponto crtico (temperatura de transformao a? ).

No qual classificamos todos os elementos formando o grupo A e o grupo B. Ao primeiro grupo atribumos elementos muito solveis no titnio, enquanto ao grupo B apenas os elementos cuja dissoluo no titnio limitada, e que so susceptveis a darem combinaes qumicas com o titnio, embora seja pequena a sua quantidade. Alm disto os elementos de liga contribuem para o aumento da temperatura de transio a? , ou para a sua diminuio. v Ligas de titnio industriais.

Tais ligas de titnio se diferenciam conforme a sua estrutura que obtm aps o arrefecimento no ar, classificando-se , em virtude disto, as ligas a, as ligas , e as ligas a+.

As ligas a so relativamente de pequena plasticidade, nem susceptveis da fragilidade no decorrer do tratamento trmico. As ligas deste tipo atribuem-se ao titnio puro e ao titnio com alumnio.

As ligas so as mais plsticas e tambm as menos resistentes, nem sofrem transformaes de fase durante o aquecimento.

Figura 58

Figura 57

As ligas a+ so as mais tenazes do que as monofsicas , alm de serem muito maleveis e dcteis, e susceptveis do tratamento trmico, porm em certas condies de tratamento trmico resultam ser frgeis.

A estrutura a+ obtm-se no caso de teor de estabilizadores * atingir um certo valor, as ligas a+ so as mais susceptveis da utilizao prtica. A esta classe de ligas pertence a maior parte de ligas industriais. v Impurezas nas ligas de titnio.

O titnio um elemento quimicamente ativo. difcil a obteno do titnio de absoluta ou elevada pureza, sendo difcil evitar, que o titnio puro uma vez obtido, entre na combinao qumica com o meio ambiente. Portanto, tem muita importncia no s possuir um titnio basilar de elevada pureza, mas tambm evitar a sua atuao de diferentes elementos no decorrer da efetuao de operaes de converses tecnolgicas.

Pois durante o aquecimento o titnio absorve o oxignio, o azoto, o hidrognio, e o carbono, tais elementos que vo formando com Tia e o Ti, as solues slidas de insero de vrias concentraes limite, diferentemente dos elementos da liga normal (o vandio, o estanho, o alumnio, etc.)que formam as solues slidas de substituio. Tendo assim, uma formao de solues slidas de insero. v Resistncia do titnio corroso

Alm do grande valor de resistncia especfica, fator que tornou as ligas de titnio muito utilizveis na tcnica nomeadamente nos setores em que muita importncia tem a massa (por exemplo; na fabricao de avies , foguetes, etc.). O titnio possui grande resistncia corroso no universo de quantidades abundantes de substancias corrosivas, superando neste respeito o ao inoxidvel.

Explica-se isto por que o titnio deve-se formao, na superfcie do metal de uma pelcula compacta protetora (TiO2). Se esta pelcula no ficar dissolvida no meio ambiente, pode-se considerar o titnio, contido nela, de uma resistncia absoluta a corroso.

Por ter todas essas propriedades o titnio, bastante usado na bioengenharia, e na medicina.

Figura 60

Figura 59

Bibliografia: Livros: Metais e suas Ligas tomo 2, A. P. Gulhev Editora Mir Aos e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini Publicao da Associao Brasileira de Metalurgia e Materiais Estrutura das Ligas de Ferro, W. Hume Rothery Editora Edgard Blcher Processos de Fabricao e materiais para engenheiros, Doyle / Morris / Leach / Schrader Editora Edgard Blcher Advanced Materials and Processes Vol. 149 N3 The Materials Information Society JOM ( September 98 Vol. 50 N9) A Publication of the Minerals, Metals and Materials Society Enciclopdia Barsa Encyclopaedia Britannica Editores Ltda. Sites (Web Pages): Metallurgy Division of MSEL www.metallurgy.nist.gov Centenrio Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - www.ipt.br Engenharia de Materiais - www.unesc.rct-sc.br/~engmat/materiais.htm Materials Online - www.materials.leeds.ac.uk/grant.htm Materials Research Society Website - www.mrs.org Mextrametal - www.mextrametal.com.br NDSM - www.ufrgs.br/ndsm/index2.htm Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - www.inpe.br/ Somipal Minrios - www.somipal.com.br/metais.html Titanium -www.alleghenytechnologies.com/titanium Corbis Pictures www.corbis.com Figuras: Figura 1 - Enciclopdia Delta Digital Figura 2 - Enciclopdia Delta Digital Figura 3 - Enciclopdia Delta Digital Figura 4 - NDSM - www.ufrgs.br/ndsm/index2.htm Figura 5 - Centenrio Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - www.ipt.br Figura 6 - NDSM - www.ufrgs.br/ndsm/index2.htm Figura 7 - NDSM - www.ufrgs.br/ndsm/index2.htm Figura 8 - NDSM - www.ufrgs.br/ndsm/index2.htm Figura 9 - Corbis Pictures www.corbis.com Figura 10 - Corbis Pictures www.corbis.com

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