Outras Ligas não Ferrosas Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLIS

Outras Ligas Outras Ligas não Ferrosasnão Ferrosas

Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngProf. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINAUNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLISDEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL MECÂNICA - DAMM

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ProIn II – Mecânica IndustrialProIn II – Mecânica Industrial

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Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati

Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS NÃO FERROSAS

Ligas leves

Ligas resistentesà corrosão

Ligas baixo ponto de fusão

Ligas Refratárias

Ligas Al

Ligas MgLigas Be

Ligas Ti

Ligas Zn

Ligas Mo

Ligas WLigas Ta

Ligas NiLigas Cu

Ligas SnLigas Pb

Ligas NbLigas Re

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosas

LIGAS LEVES

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LIGAS LEVES

• Ligas de Alumínio (Al)

• Ligas de Titânio (Ti)

• Ligas de Berílio (Be)

• Ligas de Magnésio (Mg)

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TITÂNIO E LIGAS

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• Titânio – Metal recente (anos 50)

• Metal abundante, porém de difícil processamento;

• Quando puro é um metal fácil de se trabalhar

• Baixa densidade (4,5 g/cm3)

• Ponto de fusão “médio-alto” (T=1668ºC)

• Liga com excelente relação resistência/peso

• Elevada resistência mecânica (LR até 1400 MPa)

• Excelente resistência à corrosão abaixo de 550ºC

• Acima de 550ºC baixa resist à corrosão e fluência

• Elevada biocompatibilidade

TITÂNIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO

• Descoberto na Inglaterra por William Justin Gregor em 1791, a partir do mineral ilmenita (FeTiO3).

• Novamente descoberto mais tarde por Heinrich Klaproth, no mineral rutilo (TiO2), que o denominou de titânio em 1795.

• Em 1946 William J. Kroll desenvolveu um método para produzi-lo comercialmente;

• O processo Kroll consiste na redução do TiCl4 com magnésio, método que continua sendo utilizado atualmente.

TITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO

RU

TIL

OIL

ME

NIT

A

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO PURO - COMPARATIVO

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TITÂNIO PURO - FASES

(CCC)Cúbico de corpo

centrado

(HCP)hexagonal

compacta

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TITÂNIO PURO - MICROESTRUTURA

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TITÂNIO PURO - CARACTERÍSTICAS

• 99,5 a 99,0% Ti (0,08%C, 0,18 a 0,40% O, 0,20 a 0,50% Fe)

• oxigênio considerado elemento de liga

• impurezas - C, N, H

• melhor resistência a corrosão que as ligas de Ti

• excelente resistência a meios químicos (HCl, HNO3)

• usado na indústria de processamento de petróleo

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Ligas

Ligas quase

Ligas -

Ligas

Ti puro

Al,O,N,H,Ga

• Ligas não endurecíveis por T.T. – endurecimento por solução sólida• Al principal elemento de liga – até 5~6%• Resistência moderada a alta temperatura• Boas tenacidade, resist fluência, soldabilidade

• Grande adição de V e Mo => à temp ambiente (não é usual)• Estrutura obtida com tratamento de envelhecimento• Grande ductilidade – fácil deformação a frio• São soldáveis• Ligas mais pesadas

V,Mo,Nb,Cr,Fe,Ta

• Alguma fase numa microestrutura essencialmente • Adiciona-se Sn e Zr para manter a resistência diminuindo o Al• Altas resist mecânica, tenacidade, resist fluência, soldabilidade• Resist aumentada com envelhecimento (=> menor resist corrosão)

V,Mo (peq.quant.)

(ou duplex)

• Balanço conveniente de elementos => Microestrutura bifásica• Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades

• Excelente resistência à corrosão• Alguma ductilidade (apesar de ser HC)• Baixa resistência mecânica

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA

Ti-5%Al-2,5%Sn

- importante liga comercial - estrutura HCP- Al e Sn estabilizam a fase no Ti e aumentam a resistência mecânica por solução sólida.- presença de pequena quantidade de fase devido ao Fe (0,3%) - Al aumenta a resistência mecânica do Ti e diminui a densidade

Ti –5%Al-2,5%Sn Aquecido a 815 oC e resfriado ao ar

Partículas (presença do Fe) matriz

Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 oC

e resfriado no forno durante 6 h até 788 oC e até Tamb em 2 h.

matriz grosseira

Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 oC

e resfriado ao ar

fase fase acicular

250x250x

14



- contém certa quantidade de fase na matriz - Mo e V (1 a 2%) estabilizam a fase - Sn e Zr são adicionados para reduzir a quantidade de Al mantendo a resistência mecânica- desenvolvido para aplicações em motores de aviões

Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 899 oC

grãos grãos fase fase acicular

250x250x

Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 1004 oC e resfriado ao ar

fase

TITÂNIO E LIGAS – LIGAS QUASE ALFA

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- contém um ou mais elementos estabilizadores da fase - liga mais importante Ti-6%Al-4%V - são ligas endurecidas por tratamento térmico e envelhecidas- boa soldabilidade e trabalhabilidade

Ti –6%Al-4%V 1 h a 954 oC e resfriado no forno

intergranular grãos fase

250x250x

Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 oC e resfriado no forno

intergranular

Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 oC e resfriado em água

martensita

TITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA-BETA

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS – LIGAS BETA

- elementos estabilizadores da fase (CCC) - V, Mo, Cr e Fe- liga mais importante Ti-13%V-11%Cr-3%Al- maior densidade que as anteriores (+ qtidade V e Cr)

Ti –13V-11Cr-3Al

grãos equiaxiais

250x250x

Ti –3Al-8V-6Cr-4Zr-4Moenvelhecido 6 h a 677 oC

grãos

precipitados

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TITÂNIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS

• Recozimentos

• Algumas ligas permitem tratamento térmico de envelhecimento

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Composição CondiçãoRuptura (MPa)

Escoam. (MPa)

Alongam. (%) Aplicações/Características

Comercial/Puro

(R50500) 99.1Ti Recozido 517 448 25 Blindagem de motores jato, Carcaça de aeronaves, equipamento resist à corrosão em navios e ind química

a Ti-5Al-2.5Sn

(R54520)

5.0Al, 2.5Sn Recozido 862 807 16 Caixas de turbinas de gás, equipamento químico com resistência mecânica até 480ºC

Quase a Ti-8Al-1Mo-1V

(R54810)

8.0Al, 1.0Mo, 1.0V

Recozido (duplex)

1000 951 15 Peças forjadas para motores a jacto (discos de compressor, cubos, etc)

a-b Ti-6Al-4V (R56400)

6.0Al, 4.0V Recozido 993 924 14 Implantes de elevada resistência, processamento químico, componentes estruturais de aeronaves

a-b Ti-6Al-6V-2Sn

(R56620)

6.0Al, 2.0Sn, 6.0V, 0.75Cu

Recozido 1069 1000 14 Componentes estruturais de alta resistência em aeronaves

b Ti-10V-2Fe-3Al

10.0V, 2.0Fe, 3.0Al

Dissolução e envelhec.

1276 1200 10 Melhor combinação de resistência e ductilidade, aplicações com uniformi. de propriedades em toda a peça, componentes estruturais de aeronaves

Propriedades mecânicas

Tipo de liga

Comum (UNS)

TITÂNIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS – FORMAS DE FORNECIMENTO

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasELEMENTO QUÍMICO TITÂNIO

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS – APLICAÇÕES

• Devido à grande relação resistência/peso:

• Aeronáutica e aeroespacial

• Motores a jato (estrut. e compon.)

• Pás e discos de turbinas

• Carros de competição

• artigos desportivos em geral

• Devido à grande resistência à corrosão:

• Processamento químico

• Submersíveis

• Implantes biomédicos

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTITÂNIO E LIGAS – APLICAÇÕES

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LIGAS LEVES





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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasBERÍLIO E LIGAS

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• Densidade muito baixa (1,84 g/cm3) próxima a de um polímero

• Muito frágil (pouquíssima ductilidade a Tamb)

• Grande afinidade com oxigênio formando BeO (tóxico)

• Temperatura de fusão de 1287 ºC

• A liga mais importante é a Lockalloy (62Be-38Al)

• Alta rigidez (pouco elástica) no estado puro

• Ligas de alto custo;

• Péssima soldabilidade

• Usinabilidade ruim

• Excelente estabilidade dimensional

BERÍLIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasBERÍLIO E LIGAS – TRATAMENTO TÉRMICO

• Como o berílio forma poucas ligas também não é comum se fazer tratamentos térmicos

• Por não sofrer encruamento (pouca ductilidade) não necessita de recozimentos

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Be,min BeO,max Al C Fe Mg Si OutrosRuptura (MPa)

Escoam. (MPa)

Along (%) Aplicações/Características

S-65B 99,0 0,7 600 1000 800 600 600 400 290 207 3

S-200F 98,5 1,5 1000 1500 1300 800 600 400 325 240 2 Pode ser usado até 600ºC, possuindo cedência a 100MPa

I-70A 99,0 0,7 700 700 1000 700 700 400 Instrumentação óptica de satélites

0-50 99,0 0,5 700 700 1000 700 700 400 Instrumentação óptica por infra-vermelhos de satélites GPS

I-220B 98,0 2,2 1000 1500 1500 800 800 400

I-400B 94,0 4,3 1600 2500 2500 800 800 400

Liga Be AlE

(GPa)

Dens. (ton/m^ 3 )

Ruptura (MPa)

Escoam. (MPa)

Along (%) Aplicações/Características

Lockalloy 62 38 200 2,1 380 290 5 - 7 Aviónica, aeronaves e satélites, componentes do freios de carros de competição


Grau

Componentes Impurezas, max (ppm)

OUTRAS LIGAS

GRAUS ESTRUTURAIS

GRAUS DE INSTRUMENTAÇÃO E ÓPTICA

Desenvolvidos para aplicação a sistemas de elevada precisão geométrica e grande resistência à deformação plástica.

BERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasBERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

Rel

ação

Res

istê

nci

a /

Pes

o

Temperatura (ºC)

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasBERÍLIO E LIGAS – APLICAÇÕES

• Be puro é usado em armamento, pontas de mísseis, tubulações estruturais, componentes ópticos e instrumentos de precisão de baixo peso.

• Ligado com Al, é usado em aeronaves, satélites e pinças de freio a disco em automóveis de competição

Janela de berílioTransparente aos raios X

Carcaça de um Giroscópio de berílio

Parte de um míssil produzida de berílio

Parte das pinças do freioa disco de carros de competição

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LIGAS LEVES





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MAGNÉSIO E SUAS LIGAS

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Percentual de magnésio encontrado em diferentes minerais

BoucitaMagnesitaOlivitaKieseritaDolomitaCarnalitaAgua do mar

41 %28 %28 %15 %13 %8 %0,13 %

MAGNÉSIO E SUAS LIGAS - MINÉRIOS

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• Peso especifico 1,74 g/cm³• Ponto de fusão 651° C• Ponto de ebulição 1095° C• 3º metal mais abundante• Processamento caro• Baixa ductilidade• Possível de soldar• É a liga estrutural de menor densidade.• Sua estrutura cristalina é hexagonal compacta (HCP)• Boa usinabilidade em alta velocidade• Boa resistência à corrosão e ao impacto • Inflamável (cuidados na usinagem)

MAGNÉSIO - CARACTERÍSTICAS

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• Endurecimento por precipitação

• Recozimentos

• Endurec. por deformação plástica possível, mas em pequeno grau

MAGNÉSIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS

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• Aumento de resistência sempre por solução sólida

• Independente / dos elementos de liga, os diagramas de fases são idênticos

• Adição de Al seguido de endurec. precipitação - aumento de resist.

• Refinar o tamanho de grão – Zr

• Aumento de resist. corrosão – Mn

• Aumento resist. mecânica e fluência – Th, Ce

MAGNÉSIO E LIGAS – ELEMENTOS DE LIGA

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ASTM UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características

AZ80A M11800 8.5Al, 0.5Zn, 0.12Mn

340 250 11 Elementos estruturais, peças forjadas

HK31A M13310 3.0Th, 0.6Zr Def. frio e parcialmente

recozido

255 200 9 Elementos estruturais com boa resistência até 315ºC

ZK60A M16600 5.5Zn, 0.45Zr Envelhecido artificialmente

350 285 11 Peças forjadas de grande resistência para aeronaves

AM60A M10600 6.0Al, 0.13Mn 220 130 6 Jantes de automóveisEZ33A M12330 2.7Zn, 0.6Zr,

3.3Terr. rarasEnvelhecido

artificialmente160 110 3 Peças fundidas para

utilização até 260ºCAZ91A M11910 9.0Al,

0.13Mn,0.7Zn230 150 3 Peças para automóveis, corta-

relva e malas de viagem


LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO

LIGAS DE FUNDIÇÃO

MAGNÉSIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

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Exemplos de aplicações das ligas de Magnésio

MAGNÉSIO E LIGAS – APLICAÇÕES

• Quase todas de peças fundidas• Blocos de motor, coluna de direção, carcaças de dispositivos, etc..• Raquetes, patins, tacos de golfe, bastões de baseball, bicicletas• Componentes da indústria aeroespacial • Ânodo de sacrifício de navios• Modelos

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Porsche 917 com estrutura tubular em Magnésio redução de 15kg em relação ao Al

MAGNÉSIO E LIGAS – APLICAÇÕES

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LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO

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LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO



• Ligas de Cobre (Cu)

• Ligas de Níquel (Ni)

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NÍQUEL E SUAS LIGAS

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NÍQUEL – BREVE HISTÓRICO

• “Kupfernickel” – Alemanha séc XVII (Kupfer – “cobre” e nickel – “gênio astucioso, enganador” – porque os mineiros tendo acreditado ter encontrado um minério de cobre se sentiram logrados pela pretensa ação de um duende das minas;

• Eram usados para colorir vidros (antiguidade);• Moedas e armas da antiguidade – ligas de níquel 800

anos a.C.• Manuscritos chineses sugerem que o níquel

(denominado “cobre branco”) era utilizado no Oriente desde 1400-1700 a.C.

• Isolado pela primeira vez por Cronstedt em 1751;• Amostra de metal consideravelmente pura em 1804 por

Richter;

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasNÍQUEL – CARACTERÍSTICAS

• Seria a liga metálica de engenharia não fosse o seu custo elevado (boas propriedades mecânicas e tecnológicas, aliado à elevada resist. à corrosão)

• Estima-se que na crosta terrestre o níquel não exceda os 0,01%

• 24º metal mais abundante na Terra• Ponto de Fusão: 1455 ºC• Densidade: 8,91 g/cm3

• Estrutura cristalina: (CFC)• Ponto de Curie: 353 ºC (é ferromagnético); • Comparado ao alumínio seu preço é 5x maior;

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NÍQUEL – ASPECTO

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• Minérios:• Sulfetos: sulfetos de cobre e níquel (Canadá)

• Elevado custo de extração (localização profunda)

• Silicatos: Silicatos de Ni (Nova Caledonia – Oceania)• Laterítico: oxido de ferro, cobalto e magnésio

• Novas possibilidades de exploração.

• Brasil (minério laterítico):• GO, PA, PI e MG

NÍQUEL – MINÉRIO

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NÍQUEL – OBTENÇÃO (SULFETADOS)

• Moagem dos sulfetos de cobre-níquel (triturador)

• Pirrotita (sulfeto de ferro) é separada magneticamente

• Tratamento de flotação

• Forno revérbero (mate – sulfetos de níquel e cobre)

• Mate é resfriado e triturado

• Separação magnética material metálico e sulfetos

• Flotação do sulfeto remanescente (separação dos sulfetos de níquel e cobre)

• Reprocessamento do sulfeto remanescente

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NÍQUEL – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS

• É dúctil e tenaz

• Apresenta boa resistência mecânica à frio e à quente (cerca de 500 MPa)

• Algumas ligas têm resistência a temperaturas sub-zero

• Elevada resistência mecânica até 1200ºC, mantendo a resistência à corrosão (SUPERLIGAS)

• Apresenta excelente resistência à corrosão (exceção para atmosferas sulfurosas)

• No estado puro, apresenta características mecânicas próximas do aço doce

• Excelente condutividade térmica e elétrica;

• Excelentes propriedades magnéticas;

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NÍQUEL – RERVAS MUNDIAIS

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NÍQUEL – CONSUMO

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• Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas

• Galvanoplastia (Revestimento protetor p/ chapas de aço)

• Usado na indústria química e alimentar

• Ligas elétricas - ferro/níquel (circuitos magnéticos);

• Fabricação de moedas em vários países;

• Fabricação de material bélico;

• Finamente dividido é usado como catalizador para a hidrogenação de óleos vegetais;

• Produção de aço inoxidável, juntamente com o cromo;

NÍQUEL – APLICAÇÕES

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• Baterias (níquel-cádmio);

• Ligas anti-corrosivas e refratárias;

• Veículos espaciais e submarinos nucleares;

• Equipamentos para reatores nucleares;

• Equipamentos para indústria química e petroquímica;

• Trocadores de calor;

• Resistência elétrica ;

• Turbinas refrigeradas à gás;

• Imãs (Alnico) , …ETC

• Metalurgia (ligas)


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• Por sua alta resistência a corrosão, as principais aplicações das ligas de níquel mais puras são em equipamentos de processamento químico e de alimentos.

• Turbinas, válvulas, bombas, trocadores de calor


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• Ni - puro• Ni-Al (Duraníquel)• Ni-Cu (monel) e Ni-Cu-Al (monel K)• Ni- Cr-Mo-Al (Inconel)• Ni-Mo (Hastelloy)• Alnico• Ni-Ti (liga com memória de forma)

PRINCIPAIS LIGAS DE NÍQUEL

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• Ligas com 99,5 a 99,99 %Ni• Contém como “impureza” principalmente o Co• Boa resistência mecânica (aço baixo carbono) aliado

à elevada resistência à corrosão• Relativa resistência a quente

• Aplicações• Equipamentos para processamento de alimentos, partes

elétricas e eletrônicas, materiais para ambientes básicos, partes de foguetes, alvos para sputtering, trocadores de calor em elevada temperatura

NÍQUEL COMERCIALMENTE PURO (classe 200)

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• Liga de alta resistência mecânica• Excelente propriedades elásticas• Liga de elevada resistência à

corrosão• Endurecido por precipitação

(Ni3AlTi na matriz)

• APLICAÇÕES:• Palheta de bombas, Molas, Eixos,

etc.

LIGAS DE NÍQUEL – DURANÍQUEL (Ni-Al) – Classe 300

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- Ni 60-70%– Cu 29% -

• Pode conter Fe, Si, S, C e Mn• Tem resit. mecânica superior ao aço médio carbono• Apresenta elevada resistência à corrosão• Apresenta elevada resitência à altas temperaturas

APLICAÇÕES: Indústrias naval, química e petroquímica

LIGAS DE NÍQUEL – MONEL – Classe 400

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- Cu 29% -Al 3% - 0,6%Ti

• Possui alta resistência mecânica • Apresenta elevada resistência à corrosão• Pode ser endurecida por precipitação

forma precipitados de (Ni3(Al,Ti))

APLICAÇÕES:

Componentes para aviões, molas, eixos,…

LIGAS DE NÍQUEL – MONEL K – Classe K-500

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Ni – Cr 13% – Mo 4% -Al 7%

• Boa resistência a meios oxidantese redutores e à carbonetação;

• Resistência a altas temperaturas

• Utilizado em lâminas de turbinas;

• Material de Adição em Soldagem;

LIGAS DE NÍQUEL – INCONEL – Classe 600

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE NÍQUEL – HASTELLOY

Apresenta elevada resistência à corrosão a altas temperaturas Alta resistência em temperaturas elevadas

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• Liga de: Alumínio, Níquel, Cobalto e Ferro são fabricados através do processo de fundição;

• Boa resistência à corrosão;

• utilizados em ambientes com temperatura entre 500 ºC e 550ºC, com excelente estabilidade;

• Alta indução residual vs. baixa coercitividade

• é especialmente recomendado em aplicações onde apenas desmagnetização temporária é necessária

• Aplicações: placas magnéticas, sensores, equipamentos eletropermanentes, levantadores de carga;

Permalloy (Ni-Mo-Fe e Ni-Cr-Fe) Perminvar (Fe-Ni-Co e Ni-Co-Mo-Fe)

LIGAS DE Ni – ALNICOS (Ligas magnéticas (Al-Ni-Co)

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE NÍQUEL – NITINOL

• Apresenta memória de forma

• Alto custo

• Utilização: indústria aeroespacial

biomédica

robótica

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Nome UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/CaracterísticasNi puro N02200 99.9Ni Recozido 350

665112 560

45 4

Revestimentos ou componentes para resistência a corrosão

Monel 400

N04400 31.5Cu Recozido 546 273 37 Válvulas, bombas e permutadores de calor

Monel K500

N05500 29.5Cu,2.7Al,1.0Fe,0.6Ti

Envelhecido 1050 770 30 Veios, molas e pás de turbina

Inconel 600

N06600 15.5Cr, 8Fe Carbonetos dispersos

560 203 49 Equipamentos para tratamento térmico

Inconel 625

N06625 21.5Cr,2.5Fe, 9Mo, 3.6Nb

Deformado a frio

896 483 50

Inconel X750

N07750 15.5Cr, 7Fe, 2.5Ti

Envelhecido 1241 827 25

Hastelloy B-2

N10665 28Mo Carbonetos dispersos

950 520 55 Componentes estruturais resistentes à corrosão e

Hastelloy C276

N10276 16Cr, 16Mo, 6Fe, 4W

792 531 60 processamento químico

Incoloy 800

N08800 46Fe, 21Cr Carbonetos dispersos

623 287 37 Permutadores de calor

Incoloy 825

N08825 21.5Cr,30Fe, 3Mo, 2.2Cu

690 310 45


LIGAS DE NÍQUEL – PROPRIEDADES

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LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

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• Ligas de Chumbo (Pb)

• Ligas de Estanho (Sn)

• Ligas de Zinco (Zn)

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CHUMBO E SUAS LIGAS

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CHUMBO – CARACTERÍSTICAS

• Formado pelo elemento químico chumbo – Pb (plumbum)

• Liga antiga (aprox. 7000 a.C)

• Algumas tubulações de Pb de 300 a.C. ainda estão em serviço

• Possui temperatura de fusão de 327 ºC

• Temperatura de ebulição de 1749 ºC

• É muito dúctil e pouco tenaz

• Boa resistência à corrosão em ambientes ácidos

• Baixa resistência à corrosão em ambientes básicos

• Média condutibilidade elétrica e térmica

• Densidade alta (11,3 g/cm3)

• Facilidade de fundir e formar ligas com outros elementos

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CHUMBO – BENEFICIAMENTO

• Raramente encontrado como metal puro – Geralmente sulfeto

• Obtido do minério de chumbo – GALENA (PbS)

• Concentração por flotação

• Formação do aglomerado

• Redução dos óxidos

• Remoção da prata do minério

• Destilação a vácuo

• Refino

GALENA

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CHUMBO – RESERVAS

• EUA

• Austrália

• Canadá

• Peru

• México

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasPRINCIPAIS LIGAS DE CHUMBO

• Pb-Sn – Chumbo-Estanho• Usada em brasagem branda (%Sn=62%)

• Liga eutética com baixa temperatura de fusão (T=183ºC)

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• Pb-Sb – Cumbo-Antimônio• Eutético com 11,2%Sb (Temperatura de fusão = 251ºC)

• 1 a 3% de Sb – revestimento de cabos, laminados (folhas de chumbo), Munição

• 6 a 12% - placa de baterias e acessórios isolantes de radiação

71



• Pb-Ag – Cumbo-Prata• Com até 2%Ag apresenta exc. resi. à corrosão em meios salinos

72



CHUMBO – APLICAÇÕES

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Baterias chumbo-ácido

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasCHUMBO – APLICAÇÕES

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasCHUMBO – APLICAÇÕES

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77




• Fabricação de compostos organoplumbicos para catalizadores

• Inibidores utilizados em cascos de navio como agentes biocidas

• Forma um revestimento óxido protetor usado para trabalhar com ácido sulfúrico

• Pigmentos contendo chumbo...

• Atualmente tenta-se eliminar o chumbo das aplicações industriais devido à toxidade deste metal

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79



ESTANHO E SUAS LIGAS

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ESTANHO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS

• Metal macio e dúctil em baixas temperaturas e frágil em temperaturas mais altas

• Um dos metais mais antigos (3500 a.C.) – usado no bronze

• Transformação alotrópica em 16ºC

• Temperatura de fusão = 232 ºC

• Densidade = 7,31 g/cm3

• Boa resistência à corrosão, princ. ambiente ácidos, água do mar, etc..

• Usado no revestimento de outros metais para evitar corrosão – Folha de flandres

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ESTANHO – MINERAL E RESERVAS

• Sudeste Asiático• Malásia

• Indonésia

• Tailândia

• América do Sul• Bolívia

Cassiterita (SnO2) Ocorrência

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LIGAS DE ESTANHO

Designação pela ASTM B23

Cu%

Sn%

Sb%

Pb máx.%

12345

4,503,508,003,002,00

91,0089,0084,0075,0065,00

4,507,508,0012,0015,00

0,350,350,3510,0018,00

DesignaçãoSAE1112

5,0/6,53,0/4,5

86,0088,25

6,0/7,57,0/8,0

0,500,50

Ligas para mancais

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LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES

Material de adição para soldagem em baixa

temperatura

Estanhagem de chapa de aço Folha de flandres -

latinhas

Decorativo

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LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES

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86



ZINCO E SUAS LIGAS

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ZINCO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS

• Temperatura de Fusão = 419,6 ºC

• Peso específico 7,14 g/cm3

• Metal maleável

• Resistente à corrosão

• Pouco resistente à tração e fluência (pouco aplicável em material estrutural)

• Não pode ser endurecido por encruamento devido à baixa temperatura de recristalização

• Dureza 50 HB

• Resistente à ação da atmosfera, porém é pouco resistente à ambientes ácidos e básicos.

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ZINCO E SUAS LIGAS – MINÉRIO E OCORRÊNCIA

• Descoberto pelo alemão Andreas Marggraf em 1746

• O zinco é o 23º elemento químico mais abuntante

• O minério de zinco (Esfarelita) é um sulfeto (ZnS)

• Maiores reservas: EUA, Austrália, China e Cazaquistão

• Obtenção• Extração (sulfeto de zinco)

• Trituração

• Flotação

• Calcinação (Transf. sulfeto em óxido)

• Redução do óxido (com CO)

Blenda ou Esfalerita

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• Vantagens• Fácil de produzir por fundição em molde permanente;

• Possibilidade de produzir peças próximas às dimensões finais (“near net shape”) reduzindo o custo de operações posteriores;

• Pode ser facilmente usinado, dobrado, forjado, cunhado e soldado;

• Boa resistência à corrosão

• Resistência mecânica suficiente para muitas aplicações

• Custo competitivo com o alumínio e cobre para muitas aplicações

• Desvantagens• Não pode ser usado em temperaturas acima de 100ºC;

• Relativa alta densidade (7,1 g/cm3) comparado com Al e Mg

• Estrutura HCP limita a deformação plástica do material

ZINCO E SUAS LIGAS – APLICABILIDADE

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ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al

• Usado principalmente para fundição

• Principal liga estrutural de Zn

%Al %Cu %Mg %Ni

Liga 3 4,1 0,10 0,04

Liga 5 4,1 1,0 0,045

Liga 7 4,1 0,10 0,015 0,015

ZA-8 8,4 1,0 0,022

ZA-12 11,0 0,87 0,022

ZA-27 27,5 2,2 0,015

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• Ligas Zn-4%Al (Alumínio aumenta a fluidez e resist a corr.)• Ótima para fundição

• Facilidade de acabamento final

• Boas propriedades mecânicas

• Ausência de corrosão intergranular

• Ligas ZA• Liga ZA-8 – Fundição por injeção (Excelente usinabilidade usado

para fins decorativos)

• Liga ZA-12 – Uso geral, pode ser fundida em molde em areia (primeira opção para substituir ferro fundido, latão ou bronze)

• Liga ZA-27 – Melhor resistência e alongamento – geralmente fundida em molde em areia. Excelente usinabilidade e boas carac. Anti-atrito.

ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al

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ZINCO E SUAS LIGAS – APLICAÇÕES

• Temperatura de fusão baixa e solidificação rápida em fundição por injeção o torna competitivo em relação ao Mg e Al. (20% do uso do Zn)

• Aplicação de película protetora em metais (50% do uso do Zn)• Zincagem a quente (imersão)

• Zincagem eletrolítica (galvanização)

• Pintura com tinta contendo elevada percentagem de Zn

• Como elemento de liga para outros metais (15% do uso do Zn)• Latão, Alpacas, Zamak, etc..

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ZINCO E SUAS LIGAS – APLICAÇÕES

Peças produzidas com zinco fundido

Peças galvanizadas

Ânodo de sacrifício

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LIGAS REFRATÁRIAS

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LIGAS REFRATÁRIAS

Ligas refratárias são ligas metálicas que apresentam ponto de fusão muito elevado

(acima de 2400ºC)

Estas ligas apresentam elevada resistência à solicitações químicas e mecânicas em temperaturas elevadas

96



A ligação interatômica extremamente forte confere à esses metais importantes propriedades e características, além

das altas temperaturas de fusão, tais como:

• Elevada rigidez• Alta resistência e dureza (em baixas e altas temp.)• Resistência à fluência• Resistência à corrosão e oxidação• Baixo coeficiente de expansão térmica• Estabilidade estrutural

LIGAS REFRATÁRIAS

97



Elementos químicos podem ser adicionados aos metais refratários para melhorar suas propriedades

LIGAS REFRATÁRIAS

Elementos químicos de metais refratários (p. ex. Mo, W, etc.) podem ser adicionados à outros metais para

conferir-lhes características refratáriasPor exemplo: Ferramentas de corte, ferros fundidos...

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LIGAS REFRATÁRIAS

• Ligas de Molibdênio (Mo)

• Ligas de Tungstênio (W)

• Ligas de Tântalo (Ta)

• Ligas de Nióbio (Nb)

• Ligas de Rênio (Re)

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MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS

100



MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS

• Temperatura de Fusão = 2623 ºC

• 6º elemento químico com ponto de fusão mais alto

• Peso específico 10,2 g/cm3

• Elevada dureza e resistência à quente

• Boa resistência à fluência

• Boa resistência à corrosão e oxidação

• Estabilidade térmica

• Boa condutibilidade térmica e elétrica

• Metal refratário com custo relativamente baixo

• Tende a ser frágil em temperatura ambiente

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MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA

• Aproximadamente 90% do Mo é usado como elemento de liga

• Maiores reservas de Mo é na China (43,6%) e EUA (28,3%) e Chile (13,1%)

• Minério de molibdênio é um sulfeto a molibdenita (MoS2)

Molibdenita

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE MOLIBDÊNIO

• Mo puro• Metal refratário de menor custo

• Liga Molibdênio-Rênio (50/50) • Liga de alta resistência

• Muito cara e disponível somente em tamanhos limitados

• Folhas para aplicações em alta temperatura (boa soldabilidade)

• Liga TZM (Titânio, Zircônio, Molibdênio)• 99%Mo-0,5%Ti-0,08%Zr

• Dobro da resistência mecânica do Mo puro

• Melhor soldabilidade que o Mo puro

• Custo aprox. 25% maior que o Mo puro

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MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

• Por resistir a elevada temperatura sem apresentar significativa expansão e amolecimento o molibdênio é útil para aplicações envolvendo temperaturas extremas• Partes de turbinas de aviões;

• Contatos elétricos;

• Motores industriais;

• Filamentos

• Mo possui também boa resistência à corrosão e boa soldabilidade

• Como elemento de liga nos aços inoxidáveis, aços ferramentas, ferros fundidos, e superligas para altas temperaturas

• Dissulfeto de Mo é usado como lubrificante sólido (Molykote®)

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasMOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

Resistências elétricas

Bandejas para forno em liga de Mo (TZM)Elementos

de máquina

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasMOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

Lubrificantes (MoS2)

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LIGAS REFRATÁRIAS






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TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS

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TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS

• Metal com o maior ponto de fusão (T = 3420ºC)

• Metal com a maior resistência mecânica acima de 1650ºC

• Peso específico 19,25 g/cm3 (aprox. 2x + pesado que o chumbo)

• Elevada dureza e resistência a quente




• Boa condutibilidade térmica e elétrica

• Na sua forma pura é relativamente fácil de conformar

• Metal com o menor coef. de expansão térmica

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TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA

• Maiores reservas de W é na China (75%), Bolívia, Áustria, Portugal e Rússia

• Os principais Minérios de tungstênio são óxidos mistos (FeWO4/MnWO4 – Wolframita e CaWO4 – Scheelita)

Wolframita

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE TUNGSTÊNIO

• W puro• Metal refratário com maior temperatura de fusão

• Ligas Tungstênio-Rênio • A incorporação de Re ao W confere à liga resistência ao impacto

em temperatura ambiente (reduz temperatura de transição dúctil- frágil para -100ºC

• 3% Re

• 5% Re

• 25% Re

• Liga W com pequenas quantidade de Al, Si, K• Aumenta a resistência mecânica em até 4x com relação ao W puro

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TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

• Como elemento de liga nos aços, em pequena quantidade tem-se um aumento significativo da tenacidade

• Filamento de lâmpadas elétricas e filamentos para emissão de elétrons – microscópio eletrônico

• Componentes para trabalho em temperaturas extremas: válvulas de exaustão em motores de avião, palhetas e discos de turbo, lâminas de motor a jato, etc..

• Eletrodos não consumíveis para soldagem (TIG – Tungsten Inert Gas)

• Termopares (Tipo D – Tungstênio-Rênio)

• Na forma de carbonetos (cerâmica avançada) usada para ferramentas de corte (Metal duro)

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TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

Filamentos

Eletrodos não consumíveis

Ferramentas de corte

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LIGAS REFRATÁRIAS






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TÂNTALO E SUAS LIGAS

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TÂNTALO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS

• Temperatura de Fusão de 2996 ºC

• Peso específico de 16,65 g/cm3





• Elevada inércia química (muito resistente à corrosão)

• Possui dureza e ductilidade

• Metal de difícil obtenção, portanto, muito caro

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TÂNTALO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA

• As maiores reservas de Ta se encontram na Austrália, Canadá, Brasil, China e Etiópia.

• O tântalo é obtido princ. do mineral Tantalita ((Fe, Mn)Ta2O6)

Tantalita

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE TÂNTALO

• Ta puro

• Ligas Ta-W• Ta – 2,5%W – 0,5%Nb

• Ta – 10%W (KBI-10)

• A liga Ta10%W é a mais antiga e mais utilizada (aumenta a dureza a quente)

• Usada em válvulas para tubulações de gás em alta temperatura, foguetes, indústria química

• Ligas Ta-Nb• Ta – 40%Nb

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TÂNTALO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

• Utilizado principalmente na indústria eletrônica, na fabricação de capacitores;

• Equipamentos químicos resistentes à corrosão em elevadas temperaturas (reatores nucleares);

• Usados na forma de carbonetos na fabricação de ferramentas de corte

• Componentes em fornos e reatores de alta temperatura;

• Ligas resistentes ao calor e com boa ductilidade

• Implantes e instrumentos cirúrgicos

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasTÂNTALO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

Ferramentas de corte

Filamento de lâmpadas

Capacitores

Porta-amostra para evapo- ração de outros metais

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LIGAS REFRATÁRIAS






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NIÓBIO E SUAS LIGAS

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NIÓBIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS







• Relativa baixa densidade para um metal refratário

• Facilidade de produção (uso favorecido em relação aos demais)

• Alta condutibilidade elétrica e térmica

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NIÓBIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA

• A maior reservas de Nb do mundo se encontra no Brasil (91%).

• O principal minério de nióbio é a Columbita [(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6)

Columbita

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE NIÓBIO

• Nb puro• É um metal refratário com baixa densidade (8,55 g/cm3) quando

comparado ao tungstênio por exemplo (19,25 g/cm3)

• Ligas Nb com adição de Zr, Hf, Ti, W, Y e Ta• Aumentam a dureza da liga

• Aumentam a resistência a corrosão, mas não evitam a oxidação em temperatura elevada (necessita revestimento de proteção)

• Ligas com 1%Zr combinam moderada resistência mecânica com excelente comformabilidade e razoável resistência à corrosão

• Nb-1%Zr

• Nb-10%Hf-1%Ti-0,75%Zr

• Nb-10%W-10%Hf-0,15%Y

• Nb-27,5%Ta-11%W-1%Zr

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NIÓBIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

• Utilizado como elemento de liga em aços microligados (HSLA) e em aços inoxidáveis estabilizados;

• Indústria espacial (liga refratária de baixa densidade)

• Aplicações nucleares, escudos de radiação;

• Por ser inerte fisiologicamente é utilizado como jóia, implantes e instrumentos cirúrgicos;

• Pode ser anodizado adquirindo outras tonalidades

• Eletrodos para lâmpadas de vapor de sódio devido à resistência à corrosão do vapor metálico

• Supercondutor em temperaturas criogênicas

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasNIÓBIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

Moeda com núcleo de Nb anodizado

Brinco – Nióbio em várias tonalidades

Partes da propulsão produzidas com liga de Nb-Ti

Moedas de Nb anodizado

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LIGAS REFRATÁRIAS






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RÊNIO E SUAS LIGAS

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RÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS



• 4º elemento químico mais denso (perde para Os, Ir e Pt)




• Boa resistência ao impacto

• Única liga refratária que não forma carbonetos

• Não apresenta temperatura de transição dúctil-frágil

• Estima-se que a concentração de Re na crosta terrestre seja de 1 ppb – parte por bilhão (ou seja, 0,0000001%)

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RÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA

• O rênio é extraído da molibdenita (minério de Mo) tendo até 0,2% deste metal.

• Este é um dos motivos da liga ser tão cara (U$1.500,00/kg)

• Recentemente (1994) foi descoberto um mineral (ReS) Renita mas é um mineral muito raro.

Molibdenita

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Outras ligas não Outras ligas não ferrosasferrosasLIGAS DE RÊNIO

• Re puro• É um metal refratário elevada densidade e boa resistência ao

impacto em qualquer temperatura (sólido) por não possuir temper. de transição dúctil-frágil.

• Liga de Re• Re-Mo (50/50) – Combina resistência mecânica do Mo e ductilidade

do Re

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RÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES

• Utilizado como elemento de liga para o W e Mo a fim de aumentar ductilidade em elevadas temperaturas.

• Filamentos em espectrometros de massa

• Supercondutores (Re-Mo a 10K)

• Termopares (Re-W) medições de temperatura até 2200ºC

• Aplicações biomédicas – Pode se tornar radioativo ao ser bombardeado por neutrons

Filamento W-Re

Documents

Outras Ligas não Ferrosas Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLIS