METAIS E LIGAS METÁLICASE LIGAS METÁLICASfaculdadeinap.edu.br/materiais_didaticos_disciplinas/materiais e... · Ligas MetálicasLigas Metálicas São materiais que possuem propriedades

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.


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.


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.


Processos de FabricaçãoProcessos de Fabricação


Operações de conformaçãoOperações de conformação

Forjamento



Laminação



Extrusão



Estiramento


Operações de conformaçãoOperações de conformaçãoEstampagemEstampagem


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.


FundiçãoFundição


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


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.


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.


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


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.


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


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


(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.


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.


Ligas Não ferrosasLigas Não-ferrosas• Alucobond e Alubond

C ó it d í hCompósito sanduíche comduas lâminas de alumínio e umnúcleo de polietileno.p


Hospital Life Center - BH

Outros MetaisOutros Metais

CobreTitânioTitânio

AntimônioNióbio

TungstênioTungstênioMolibdênio

Tântalo


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


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.


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.


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


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.


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.


FalhasFalhas

Os materiais metálicos, quando submetidos à esforços excessivos, podem apresentar falhas ç , p pdos seguintes tipos:

• Fratura;• Fratura;• Fadiga;• Fluência.


FalhasFalhas

• Fratura Dúctil : Modalidade de fratura que é acompanhada de uma extensa deformação plástica.


FalhasFalhas

• Fratura Frágil : Fratura que ocorre pela rápida propagação de uma trinca e sem deformação macroscópica apreciável.


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.


FalhasFalhas

• Fadiga: Falha em níveis relativamente baixos de tensão, de estruturas sujeitas a tensões flutuantes e cíclicas.


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.


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.


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.


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)


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


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


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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