- Propriedades - Ligas metálicas - Metais

D O C E N T E : P R O F . D R . F E R N A N D O J Ú N I O R Q U I T E S D I S C E N T E : G I U L L Y A N N O D E O . F E L I S B E R T O

LIGAS METÁLICAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSOINSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Cuiabá – MTJulho/2014

METAIS

• Os metais são constituídos por um grande número de átomos iguais, sendo que cada átomo fica circundado por 8 ou 12 outros átomos do mesmo elemento metálico, tendo atrações iguais em todas as direções, o que o proporciona uma estrutura cristalina.

METAIS

• Os átomos dos metais possuem apenas 1, 2 ou 3 elétrons na última camada eletrônica, consequentemente os elétrons escapam facilmente e transitam livremente pelo reticulo cristalino.

• É chamado de “nuvem de elétrons” ou “mar de elétrons” e é o que mantem os átomos metálicos unidos.

METAIS

• Essa estrutura em retículos e esse tipo de ligação química resulta em uma série de propriedades que diferenciam os metais de outras substancias.

• Brilho: os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. Isto se da pelos dos elétrons livres localizados na superfície dos metais que absorvem e irradiam a luz.

METAIS

• Maleabilidade: É a capacidade de moldar os metais em lâminas finas, por martelar o metal aquecido ou passá-lo por cilindros laminadores.

• Ductibilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas, devido o deslizamento provocado nas camadas de átomos.

METAIS

• Condução de eletricidade: os metais são ótimos condutores de eletricidade. Essa propriedade é explicada pelo fato de que como os metais possuem um “mar” de elétrons livres, esses elétrons permitem a transição rápida de eletricidade através do metal.

• • Condução de calor: a explicação para o fato de

os metais serem bons condutores térmicos é baseada na presença dos elétrons livres que são dotados de movimento. Esses elétrons permitem o trânsito rápido do calor.

METAIS

• Densidade elevada: normalmente os metais são densos, em virtude das estruturas compactas dos retículos cristalinos.

METAIS

• Pontos de fusão e ebulição altos: a força de atração causada pelo “mar de elétrons” é muito forte, mantendo os átomos unidos com muita intensidade. Assim, para que se rompa essa ligação é preciso fornecer altas energias externas.• • Resistência à tração: Da mesma forma, fios

metálicos são muito resistentes às forças que se aplicam sobre eles, ao serem puxados ou alongados.

LIGA METÁLICA

• “Materiais que possuem propriedades metálicas, formados por dois ou mais elementos, sendo que pelo menos o maior constituinte deles é um metal.”

• O Composto em maior quantidade é chamado de solvente e o de menor quantidade de soluto.

• Possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza e/ou aumento da resistência mecânica.

LIGA METÁLICA

• As ligas podem ser soluções sólidas homogêneas, nas quais os átomos de um metal estão distribuídos ao acaso entre os átomos do outro, ou podem ser compostos com uma composição e estrutura interna definida. Dentre elas temos a solução sólida intersticial e a solução sólida substitucional.

LIGA METÁLICA

• Uma solução sólida intersticial é uma solução sólida na qual os átomos do soluto ocupam os interstícios, as cavidades, entre os átomos do solvente.

Soluto

Solvente

LIGA METÁLICA

• A solução sólida intersticial são formadas frequentemente por metais e átomos pequenos (como boro, carbono e nitrogênio) que possam ocupar as cavidades do metal, frequentemente ferro, níquel e cobalto.

• Os átomos pequenos entram no sólido hospedeiro preservando a estrutura cristalina do metal original e sem transferência de elétrons nem formação de espécies iônicas. • Um exemplo desta liga é o aço (ferro e carbono).

LIGA METÁLICA

• Já uma solução sólida substitucional é uma solução sólida na qual os átomos de um metal soluto ocupam algumas das posições dos átomos do metal solvente.

Soluto

Solvente

LIGA METÁLICA

• Os raios atômicos dos elementos diferem de, no máximo, 15% um do outro e as estruturas cristalinas dos dois metais puros são as mesmas, tornando-os compatíveis.

• Um exemplo desta liga é a Cuproníquel.Cobre e níquel são elementos do bloco d, são semelhantes no caráter eletropositivo e em raios atômicos (Ni 125 pm, Cu 128 pm, diferença de apenas 2,3%).

LIGA METÁLICA

• A ligas metálicas são divididas em 2 grupos:

• Ligas ferrosas: Apresentam o elemento ferro como constituinte principal.

• Ligas não-ferrosas: Não apresentam o elemento ferro como constituinte.

LIGAS FERROSAS

• São especialmente importantes como materiais de construção de engenharia. Seu amplo uso é resultado de 3 fatores:

• Os compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre;

• Ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração , refino, formação de ligas e fabricação relativamente econômicas;

• As ligas ferrosas são extremamente versáteis, possuem uma ampla gama de propriedades físicas e mecânicas.

LIGAS FERROSAS

• As ligas ferrosas são divididas em dois grandes grupos, de acordo com o teor de carbono presente em cada uma:

• Aços: Teor de carbono inferior a 2,11% C;

• Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.

LIGAS FERROSAS

Aço Ligas Ferro – Carbono 0,008 e 2,11% de C Dúctil Forjamento Laminação Extrusão

Ferro Fundido Ligas Ferro – Carbono 2,06% e 6,67% de C Duro Fundição

LIGAS FERROSAS - AÇO

• O Aço é uma liga de ferro-carbono, podendo apresentar concentrações apreciáveis de outros elementos de liga, como níquel, molibdênio, cromo e outros.


• Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços, produzidos em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações.

• Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica.

• Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica.


• Os aços patináveis, ou corten, são aços que contêm pequenas adições de elementos de liga, como cobre, fósforo, níquel e cromo, que em determinadas condições ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de muitos ambientes urbanos.

• Esses elementos de liga também contribuem para a melhoria de propriedades mecânicas através do refino de grão, razão pela qual alguns autores preferem considerá-los como fazendo parte de um subgrupo dos chamados aços de alta resistência e baixa liga (ARBL).


• Outro tipo de aço é o aço-carbono, que possui uma classificação própria:

• Baixo carbono --- no máximo 0,30% de C;• Médio-carbono --- de 0,30 a 1,00% ;• Alto carbono --- 1,00 a 2,11%.


• Baixo Carbono: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente.

• Aplicado em chapas automobilísticas, placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, latas de folhas-de-flandres e caldeiras.


• Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente para receber tratamento térmico de têmpera, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas.

• Aplicado em rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins, peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade e estruturas parafusadas


• Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor ductilidade entre os aços carbono. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte.

• Aplicado em talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.


• O Aço damasco é a união de dois ou mais aços de características diferentes, unidos pelo método de caldeamento. Uma barra de damasco pode ter várias camadas.• A grande vantagem do damasco, além da beleza

da lâmina, é a flexibilidade que ele proporciona, pois geralmente é forjado de um aço de alto teor de carbono com um de médio ou baixo teor de carbono. É de difícil obtenção, o que faz encarecer o produto, porém é muito valorizado por colecionadores.


• Elementos adicionados ao aço:• Níquel: melhora na ductilidade, resistência mecânica a

quente, na soldabilidade e na resistência a corrosão.

• Molibdênio e cobre: aumenta a resistência a corrosão por via úmida.

• Silício e alumínio: melhora a resistência a oxidação a alta temperatura.

• Nióbio: teores baixíssimos desse elemento permite elevada resistência e não diminui a soldabilidade

• Titânio: aumenta o L.R, a resistência à abrasão e bom desempenho em altas temperaturas.


• Aço Inoxidável• Contém ao menos 10% de Cr• Resistência à corrosão bastante melhorada• Dependendo da porcentagem de Cr, C podem ser

martensítico, ferrítico austenítico e de endurecimento por precipitação

LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO

• É uma liga de ferro-carbono com teor de carbono acima de 2,11%.

• Os produtos são obtidos, mais comumente, pelo processo de fundição em molde de areia ou matriz.

• O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na fabricação do lápis.

LIGAS NÃO-FERROAS

• O aço e as ligas ferrosas são de certa forma muito vantajosos. Entretanto, eles possuem algumas limitações bem definidas como:

• Massa específica relativamente elevada;• Condutividade elétrica comparativamente baixa;• Suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes

usuais.• Dessa forma, para muitas aplicações, é vantajoso eu até

mesmo necessário o uso de outras ligas que possuam combinações adequadas de propriedades. Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de acordo com alguma característica específica compartilhada por um grupo de ligas.

LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE

• Possuem elevadas condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e são amagnéticas.

• Cobre comercialmente puro;• Ligas de alto teor de cobre;• Latões;• Bronzes;• Ligas de Cobre-níquel.


• Latão • Cobre e zinco (de 5 a 45%), Outro Elementos

Podem ser Usados (Al, Sn, Pb ou As) • Utilizado desde munições de artilharia leve ou

pesada até abajures e joalheria.


• Bronze• Cobre-Estanho (2 a 11%) Outro Elementos Podem

ser Usados (zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo)

• Enorme resistência estrutural, à corrosão atmosférica, facilidade de fundição e boa capacidade de acabamento.

• Aplicado em Mancais, bronzinas, armas, Estátuas


• Cuproníquel• Cu – Ni (Até 30%) • Boa Resistência à Corrosão e à Fadiga• Não é atraída pelo imã• Moeda ,de 1998 a 2001 cuproníquel (núcleo) e

alpaca (anel), Condensadores e Aparelhos de Destilação.


• Alpaca é uma liga de Cobre (65%), Níquel (18%) e Zinco (17%), seu nome significa metal branco e também é conhecida como prata alemã.

• É bastante dúctil e possui facilidade de ser trabalhada, além de também possuir resistência a meios corrosivos.

LIGAS NÃO-FERROAS - MAGNÉSIO

• Apresentam ponto de fusão em torno de 650 °C• Tem boa usinabilidade, podem ser forjadas,

laminadas e fundidas.

• O magnésio possui boa resistência à corrosão em atmosferas pouco agressivas e susceptível à corrosão em meios marinhos.

• Também possui boas condutibilidades elétrica e térmica e absorção às vibrações elásticas.

• Largamente utilizadas na indústria aeronáutica, em componentes de motores e na fuselagem.

LIGAS NÃO-FERROAS - TITÂNIO

• As ligas de titânio possuem densidade razoavelmente baixa (4,5 g/cm3) e elevado ponto de fusão (1668 °C)

• Suas ligas são bastante resistentes, porém sua

maior limitação é a elevada reatividade química com outros elementos em elevadas temperaturas.

LIGAS NÃO-FERROAS - ESTANHO

• Apresentam material mole, dúctil e maleável de baixa resistência mecânica, porém elevada resistência à corrosão.

• Empregado na forma de chapas, folhas e fios estanhados , segurança contra o fogo, em alarmes, metais de soldagem e vedação.

LIGAS NÃO-FERROAS - ALUMÍNIO

• As ligas de Alumínio são versáteis, econômicos não são ferromagnéticas e apresentam elevadas condutividades térmica e elétrica.

• Apresentam resistência à oxidação progressiva e são muito dúcteis e maleáveis.

LIGAS NÃO-FERROAS - ZAMAC

• Seu nome vem da composição da sua liga:Zinco, Alumínio, Magnésio, e Cobre.

• Boa resistência à Tração, Corrosão, Choques e Desgastes• Possui baixo ponto de fusão, 400°C, o que

permite uma maior produção de peças fundidas em serie.

• Aplicada em Maçanetas, chaves, espelhos.

LIGAS NÃO-FERROAS - OURO

• Este metal pode ser encontrado livremente na natureza, é o chamado ouro nativo. O ouro nativo (100 % puro) é designado como ouro 24 quilates, ele é maleável, ou seja, não apresenta consistência para fabricar objetos.

• Sendo assim, no processo de obtenção de joias preciosas, é preciso adicionar prata (Ag) e cobre (Cu) formando então uma liga metálica com o ouro.

• Esta ligação permite maior dureza ao material, tornando possível a confecção das mais variadas joias. A porcentagem da mistura é de 75 % em ouro e 25 % em prata e cobre, o que dá origem ao ouro 18 quilates.

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE LIGAS METÁLICAS

• A fabricação das ligas metálicas pode ser feito a partir do processo de :

• Fusão;

• Compressão;

• Processos eletrolíticos.

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE LIGAS METÁLICAS

• Fusão• Neste processo os componentes que vão formar a liga, são

postos em temperatura de fusão para a sua mistura homogênea e posteriormente resfriados em formas com formato pré-definido.

• Compressão• Este processo consiste em misturar os materiais de vão compor

a liga em proporções adequadas a uma pressão bastante elevada, este processo e utilizado quando os materiais da liga são imiscíveis no estado liquido e tem elevado ponto de fusão.

• Processo Eletrolítico• Consiste na mistura de sais proporcionando a mistura de dois ou

mais metais sobre o catodo.

REFERÊNICAS

• http://www.infoescola.com/quimica/propriedades-dos-metais/• http://www.brasilescola.com/quimica/metais.htm• http://www.mundoeducacao.com/quimica/propriedades-dos-

metais.htm

• Callister, W. D. Jr. - Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma Introdução, 7ª Edição, Editora LTC.

• Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3ª Edição.

• SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. Química Inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.

Science

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