COBRECssio BarbosaEngenheiro Metalrgico (UFRJ), M.Sc. e D.Sc. (COPPE/UFRJ)

Histria do Cobre

O cobre foi o primeiro metal usado pelo homem. Acredita-se que por volta de 13.000 a.C. ele foi encontrado na superfcie da Terra em forma de cobre nativo, um metal puro em seu estado metlico.Usado inicialmente para substituir a pedra como ferramenta de trabalho e na confeco de armas e objeto de decorao, o cobre foi uma descoberta fundamental na histria da evoluo humana. Os historiadores concordam que as primeiras descobertas importantes do cobre foram na rea compreendida entre os rios Tigre e Eufrates, ao Norte do Golfo Prsico. Nesta rea, considerada como o lugar da primeira civilizao do mundo, foram encontrados objetos de cobre de mais de 6.500 anos. O cobre sempre desempenhou um papel predominante na evoluo da humanidade, sendo utilizado em todas as fases das revolues tecnolgicas pelas quais o ser humano j passou. O fato de se ter encontrado objetos de cobre to antigos em diversos lugares do mundo prova da importncia das propriedades do metal: durabilidade, resistncia corroso, maleabilidade, ductibilidade e facilidade de manejo. Os Romanos designaram o cobre com o nome de "Aes Cyprium" (o metal de Cyprus), j que a Ilha de Cyprus (Chipre) foi uma das primeiras fontes do metal. Com o tempo, o nome se transformou em Cyprium e depois em Cuprum, originando o smbolo qumico "Cu". J o smbolo grfico que identifica o cobre uma forma modificada do antigo hierglifo Ankh, usado pelos egpcios para representar a vida eterna. As minas de cobre mais importantes do mundo, esto localizadas no Chile, Estados Unidos, Canad, Rssia e Zmbia. No Brasil sua histria comercial no muito antiga mas est em desenvolvimento. Em 1874, foi descoberta a mina Caraba, no serto da Bahia. Somente aps 70 anos que foram iniciados os trabalhos de prospeco. Em 1969, 25 anos mais tarde, o empresariado brasileiro, sob a liderana do Grupo Pignatari, estabeleceu uma planta de metalurgia em Dias D'vila (Bahia) para a produo de cobre eletroltico, que comeou a produo no incio da dcada de 80. No final da dcada, em 1988, ocorreu o desmembramento entre a mina e a planta de metalurgia, com a privatizao desta ltima, que adotou o nome de Caraba Metais.

Propriedades Bsicas

O cobre um elemento metlico com nmero atmico 29 e peso atmico de 63,57. O seu smbolo qumico Cu, e suas valncias so +1 e +2. No magntico e pode ser utilizado puro ou em ligas com outros metais que lhe conferem excelentes propriedades qumicas e fsicas.

Densidade: 8,96 g / cm3 (20C) Ponto de fuso: 1083C Ponto de ebulio: 2595C Coeficiente de dilatao trmica linear: 16,5 x 10 -6 cm/cm/C (20C) Resistividade eltrica: 1,673 x 10 -6 ohm.cm (20C) Presso de vapor: 101 mm Hg 20C Condutividade eltrica: 101 % IACS 20 C Calor latente de fuso: 50,6 cal/g Calor especfico: 0,0912 cal/g/C (20C) Forma cristalina: cbica de faces centradas

Minerao e Metalurgia

As minas de cobre so classificadas de acordo com o sistema de explorao. As minas cu aberto so aquelas cujo mineral se encontra prximo da superfcie e as minas subterrneas so aquelas em que o mineral se encontra em profundidade, necessitando de explosivos para sua extrao. Da mina sai o minrio contendo de 1% a 2% de cobre. Depois de extrado, britado e modo, o minrio passa por clulas de flotao que separam a sua parte rica em cobre do material inerte e converte-se num concentrado, cujo teor mdio de cobre de 30%. Este concentrado fundido em um forno onde ocorre a oxidao do ferro e do enxofre, chegando-se a um produto intermedirio chamado matte, com 60% de cobre. O matte lquido passa por um conversor e, por meio de um processo de oxidao (insufla oxignio para a purificao do metal), transformado em cobre blister, com 98,5% de cobre, que contm ainda impurezas (como resduos de enxofre, ferro e metais preciosos). O cobre blister, ainda no estado lquido, passa por processo de refino e moldado, chegando ao nodo com 99,5% de cobre. Aps resfriados, os nodos so colocados em clulas de eletrlise. So ento intercalados por finas chapas de cobre eletroltico, denominadas chapas de partida. Aplicando-se uma corrente eltrica, o cobre se separa do nodo e viaja atravs do eletrlito at depositar-se nas placas iniciadoras, constituindo-se o ctodo de cobre, com pureza superior a 99,99%.Este ctodo moldado em suas diferentes formas comerciais para ser processado e transformado em fios, barras e perfis, chapas, tiras, tubos e outras aplicaes da indstria. Normalmente, o produto final originrio dos produtores de cobre (mineiros) so os ctodos refinados e os vergalhes de cobre, cuja produo vendida quase que inteiramente para a indstria de transformao do cobre. Os ctodos ou os vergalhes passam por processos de laminao, extruso, forjagem, fundio e metalurgia do p dando origem a uma larga variedade de produtos tais como fios e cabos eltricos, chapas, tiras, tubos e barras que so usados nos mais diversos segmentos da indstria. .

Custo X Benefcio

Existem alguns fatores que contribuem para a reduo de custos em componentes de cobre. Tolerncias pequenas (apertadas) podem ser empregadas durante a manufatura, minimizando o custo final do produto. Custos com ferramentas podem ser significantemente mais baixos que para outros materiais e processos. A facilidade em se trabalhar com o metal pode minimizar os custos de produo. A boa resistncia corroso pode garantir custos com acabamentos para proteo menores que para muitos outros materiais. O alto valor residual (sucata) tambm pode ser usado para reduzir os custos de produo. A longa vida til de um componente de cobre bem projetado diminui os custos com manuteno. Cobre comercialmente puro e cobre ligado (Srie C 1XX)

O cobre possivelmente o metal h mais tempo utilizado pela humanidade. Registros histricos citam a utilizao do bronze (liga cobre-estanho) nos primrdios da civilizao, anterior mesmo descoberta e ao uso do ferro. Entretanto, atualmente o cobre apenas o terceiro metal mais usado, atrs do ferro e do alumnio, sendo que este ltimo ultrapassou o cobre somente nas ltimas dcadas, aps a Segunda Guerra Mundial. Diversos fatores podem explicar esse fenmeno, mas provavelmente o mais consistente est relacionado com o custo, uma vez que o cobre est presente na crosta terrestre em quantidades muito menores do que os dois metais mais utilizados. Entretanto, para determinadas aplicaes, o cobre comercialmente puro e as ligas de cobre ainda so insuperveis, devido s suas caractersticas fsicas e qumicas muito peculiares. O cobre puro um metal de transio cuja densidade (massa especfica) 8,96 g/cm3, o que permite dizer que um metal ainda mais pesado do que o ferro e muito mais denso que o alumnio. Seu ponto de fuso de 1083 C, mais baixo do que o do ferro e mais alto do que o do alumnio. Mas sua propriedade fsica mais importante , sem dvida, sua elevada condutibilidade eltrica, que tomada como referncia e estabelecida como sendo 100 % IACS (International Annealed Copper Standard), uma vez que o cobre puro, no estado recozido, tem uma resistividade eltrica de apenas 0,15328 ohm.g/m2 a 20 C. Esse valor bem mais alto do que o do alumnio comercialmente puro no mesmo estado e incomparavelmente mais alto do que o ferro puro no mesmo estado. Dentre os metais conhecidos, somente a prata poderia superar a condutibilidade eltrica do cobre, porm seu elevado custo comercial inviabiliza seu uso industrial na mesma escala em que o cobre atualmente usado. O sistema da Copper Development Association (CDA), tambm adotado pela ASTM, divide as ligas de cobre segundo a seguinte classificao: Srie CDA/ASTM C 1XX C 2XX C 3XX C 4XX C 5XX C 6XX C 7XX Tipo de liga Cobre comercialmente puro e cobre ligado Lato binrio (cobre-zinco) Lato com chumbo (Cu-Zn-Pb) Lato com estanho (Cu-Zn-Sn) Bronzes (cobre-estanho, com e sem fsforo) Cobre-alumnio, cobre silcio Cupronquel e alpaca

Obs.: as sries 8XX e 9XX so reservadas s ligas fundidas. Neste sistema pode-se identificar, por exemplo, a liga C 110 como um cobre comercialmente puro, mais especificamente o cobre eletroltico ETP, a liga 260 como o lato para cartucho (70 % de cobre e 30 % de zinco), a liga 521 como um bronze fosforoso (8 % de estanho) e a liga 757 como uma alpaca (65 % Cu 23 % Zn 12 % Ni), entre outros. O primeiro algarismo identifica o grupo da liga, enquanto os demais identificam uma determinada liga especificamente. Uma variao deste sistema admite at 5 algarismos de identificao, ao invs de 3. Neste caso, a liga C 260 conhecida como C 26000, podendo variar os dois ltimos algarismos devido a uma pequena alterao de composio qumica.. Entretanto, vale ressaltar que comercialmente o mais utilizado o sistema de 3 algarismos, devido sua maior praticidade. a) Cobre comercialmente puro Para ser considerado como cobre, e no liga de cobre, o metal deve conter 99,3 % ou mais do elemento cobre, incluindo-se nesse total o teor de prata, geralmente proveniente do minrio, ao qual no se adiciona nenhum outro tipo de elemento, exceto o que tenha sido adicionado para fins de desoxidao [1].

Tipos de cobre comercialmente puro: Cobre eletroltico (ETP ou 110): o cobre inicialmente fundido (em placas ou tarugos) tendo como matria-prima o cobre eletroltico geralmente produzido sob a forma de anodos (chapas grossas), com um teor mnimo de cobre de 99,90 % (e prata contida at 0,1 %), contendo um certo teor (admitido, porm controlado) de oxignio) com o objetivo de se conseguir no molde uma superfcie plana. A norma ASTM B 224 estabelece um teor de oxignio entre 0,02 e 0,07 %, que tambm depende do teor de enxofre presente, sendo o restante cobre (99,95 %), exceto um teor residual de impurezas de cerca de 0,01 % [1]. O cobre eletroltico tem assim a estabilidade das suas fases indicada pelo diagrama Cu- No intervalo desse diagrama que corresponde ao interessa comercial a liga sofre uma reao euttica a 1066 C (para um teor de oxignio de 0,39 %), formando, com o resfriamento, as fases alfa (cobre praticamente isento de oxignio) e Cu2O. No estado slido a solubilidade do oxignio no cobre muito baixa, praticamente nula, de modo que praticamente todo o oxignio est contido na fase xido. A estrutura fundida do cobre eletroltico constituda basicamente por dendritas de fase alfa (matriz) com segregao do euttico de cobre e Cu2O nos contornos da matriz. Entretanto, aps intensa deformao plstica resultante de processos de fabricao, como extruso, trefilao e laminao, a microestrutura se modifica bastante, aparecendo ento os xidos como partculas isoladas distribudas aleatoriamente na matriz. O efeito dessas incluses de xidos sobre as propriedades mecnicas da matriz relativamente pequeno, pelo menos em comparao com outros tipos de cobre comercialmente puro, como o oxygen free high condutivity (OFHC ou C 102). A presena de oxignio pouco afeta a tenacidade do cobre eletroltico, mas o teor de oxignio deve ser baixo o suficiente para garantir boa trabalhabilidade durante os processo de fabricao/conformao. O teor de oxignio depende do grau de refino do cobre durante a fundio. Pode ser reduzido mediante o uso de fsforo como desoxidante, caso do cobre com fsforo (C122 e C 123) ou de fornos de fuso a vcuo (C102). Alm da restrio quanto trabalhabilidade, o cobre com oxignio no pode ser utilizado em atmosferas que contenham gases redutores em alta temperatura, que modificariam a microestrutura do material [2]. Oxygen free high condutivity copper (OFHC ou C 102): o cobre eletroltico que no apresenta partculas de xido, porm produzido sem o uso de agentes qumicos desoxidantes [3]. Tambm no apresenta em sua composio qumica resduos de agentes desoxidantes, como o fsforo [1]. Seu teor mnimo de cobre de 99,95 a 99,99 %. Cobre desoxidado com fsforo, com baixo teor de fsforo (DLP ou C 122): o cobre fundido e vazado em molde, que no contm xido cuproso (Cu2O) e que obtido atravs do uso do fsforo com desoxidante no metlico (metalide), com um teor mnimo de cobre (e prata) de 99,90 % e teores residuais de fsforo entre 0,004 e 10,12 %. Com esses teores de fsforo o decrscimo de condutividade eltrica ainda muito pequeno. Cobre desoxidado com fsforo, com alto teor de fsforo (DHP ou C 123), obtido pelo mesmo processo empregado para a fabricao do DLP, porm com um teor residual de fsforo bem mais alto, entre 0,015 e 0,040 %. O teor mnimo de cobre (e prata) est entre 99,80 e 99,90 % [1]. Estes teores do fsforo j acarretam uma queda de condutividade eltrica mais significativa [3]. Existem outros tipos de cobre comercialmente puro, como o refinado a fogo (FRHC) e o refinado a fogo tenaz (FRTP), entretanto os que foram mencionados anteriormente representam a parcela mais significativa dos tipos de cobre comercialmente puros utilizados na indstria em geral. Aplicaes dos diferentes tipos de cobre comercialmente puro: Alm da sua principal aplicao, em fios e cabos condutores de transmisso de energia eltrica, o cobre comercialmente puro pode ser usado na conduo de energia trmica,

conduo de fluidos e na construo civil. Suas principais caractersticas so as altas condutividade trmica e eltrica, elevada resistncia corroso, alta trabalhabilidade (podem atingir 90 % de deformao sem recozimentos intermedirios) e aspecto adequado para aplicaes arquitetnicas e decorativas. O cobre com alto grau de pureza o mais indicado para aplicaes na transmisso de energia eltrica e calor, enquanto o cobre que contm teores residuais de fsforo mais indicado para a fabricao de tubos para a conduo de fluidos e de um modo geral na construo civil. O cobre eletroltico (ETP ou C 110) utilizado na fabricao de: cabos condutores para estradas de ferro e linhas telefnicas, motores geradores, transformadores, bobinas de instrumentos, fios esmaltados, barras coletoras, contatos eltricos, fios para instalaes domsticas e industriais, peas de aparelhos de rdio e televiso, interruptores, peas para trocadores de calor, radiadores de automveis, equipamentos de indstrias de processamento qumico (caldeiras, destiladores e alambiques), equipamentos para processamento de alimentos, construo civil e arquitetura (telhados, fachadas, calhas, pra-raios, painis e revestimentos). O cobre isento de oxignio (OFHC ou C 102) usado na fabricao de componentes para aparelhos eletro-eletrnicos em geral, e na fabricao de peas para servio em elevadas temperaturas e atmosferas redutoras. O cobre desoxidado com fsforo com baixo teor de fsforo (DLP) usado para a fabricao de tubos (para gua quente e fria e para lquidos e gases pouco corrosivos), de chapas e em geral de peas soldadas, de um modo geral para a fabricao de equipamentos que conduzem fluidos, trocadores de calor, construo mecnica, equipamentos de uso na indstria qumica (destiladores, caldeiras e autoclaves), tanques e reservatrios. Suas aplicaes eltricas restringem-se a lonas coletoras devido sua condutividade relativamente baixa (85 a 98 % IACS). O cobre desoxidado com fsforo, com alto teor de fsforo (DHP) pode ter aplicaes semelhantes s do DLP (construo mecnica, indstria qumica, construo civil e arquitetura), mas no que se refere s aplicaes eltricas ainda mais limitado, restringindo-se aos anodos de eletrodeposio e eletroconformao a partir de banhos com soluo cida de sulfato [1]. b) Cobres ligados a denominao que se aplica s ligas de cobre com baixo teor de liga, ou seja, aquelas nas quais os teores de todos os elementos de liga somados no ultrapassam 1 %. A funo desses elementos, como o cdmio e o cromo, aumentar a resistncia mecnica do cobre sem reduzir muito sua condutividade eltrica. Em alguns casos so necessrios tratamentos trmicos para aumentar a resistncia mecnica dos cobres ligados. Podem ser divididos em trs grupos: a) cobres ligados de alta condutividade trmica e eltrica, b) cobres ligados de alta resistncia mecnica, c) cobres ligados de alta usinabilidade. No primeiro grupo (a) encontra-se o cobre-prata tenaz (Cu-Ag IP) e o cobre-prata isento de oxignio (Cu-Ag OF). O cobre-prata tenaz contm de 0,02 a 0,12 % de prata, que pode ser adicionada intencionalmente ou estar naturalmente contida na matria-prima, e possui uma estrutura homognea, j que para esses teores a prata permanece totalmente solubilizada no cobre. Este cobre ligado possui resistncia mecnica e fluncia (em temperaturas relativamente elevadas) mais altas do que a maioria dos cobres de alta condutividade (90 a 100 % IACS). A adio de prata no afeta a condutividade eltrica e assim, na construo eltrica, na qual alm de boa condutividade, exige-se alta resistncia ao amolecimento pelo aquecimento e tambm a manuteno em altas temperaturas da resistncia mecnica obtida pelo encruamento, pois essas temperaturas elevadas podem ser atingidas tanto devido s condies de funcionamento da pea, como devido aplicao de processos de soldagem. Devido a essas caractersticas esse cobre ligado pode ser usado na construo mecnica, especificamente na fabricao de aletas de radiadores de automveis e outros trocadores de calor. J o cobre-prata isento de oxignio possui caractersticas muito semelhantes s do cobre-prata tenaz, com a diferena de que pode ser aquecido em ambientes com atmosferas

redutoras sem sofrer fragilizao pelo hidrognio. Esse tipo de cobre ligado produzido por um processo de fuso especfico que elimina a possibilidade da presena de xidos e desoxidantes. Entre os cobres ligados de alta resistncia mecnica (b) encontram-se o cobre-arsnio desoxidado com fsforo (Cu-As DHP), o cobre-cromo e o cobre-zircnio (Cu-Zr). O cobrearsnio contm arsnio em teores de 0,013 a 0,050 %, que tanto pode ser adicionado intencionalmente como estar presente como impureza proveniente da matria-prima. A presena do arsnio favorece o aumento da resistncia mecnica em temperaturas elevadas, como tambm aumenta a resistncia corroso em determinados ambientes. utilizado na construo qumica, para a fabricao de equipamentos e tubulaes industriais que esto em contato com lquidos e gases relativamente pouco corrosivos e a temperaturas no muito elevadas. Na construo mecnica usado em trocadores de calor, entretanto, sua baixa condutividade eltrica (35 a 45 % IACS) inviabiliza seu uso na construo eltrica. O cobrecdmio (Cu-Cd) contm teores de cdmio de 0,6 a 1,0 %, o qual fica totalmente solubilizado no cobre. usado nas aplicaes nas quais se deseja que um condutor eltrico possua tambm boa resistncia mecnica em geral, e particularmente ao desgaste e fadiga. Embora sua resistncia ao amolecimento durante aquecimento seja elevada, por outro lado sua condutividade eltrica de cerca de 80 % IACS. Sendo assim, usado na construo eltrica, na fabricao de cabos condutores areos sujeitos a esforos mecnicos, molas de contato, linhas de transmisso de alta resistncia mecnica, conectores e componentes de chaves eltricas e outras aplicaes como lamelas de coletores e eletrodos de soldagem eltrica. O cobre cdmio possui uma variante que o cobre-cdmio-estanho (Cu-Cd-Sn), com cerca de 0,8 % de cdmio e 0,6 % de estanho e que possui caractersticas de fabricao muito semelhantes s do Cu-Cd, sendo usado na construo eltrica, na fabricao de molas e contatos eltricos, cabos condutores areos e eletrodos para soldagem eltrica. O cobre cromo (Cu-Cr), com teor de cromo por volta de 0,8 %, pode ter suas propriedades mecnicas melhoradas por tratamento trmico de solubilizao e envelhecimento, endurecendo por precipitao. Apesar disso, sua condutividade eltrica relativamente elevada, entre 80 e 85 % IACS, possuindo resistncia ao amolecimento quando sujeito a temperaturas de at 400 C. usado na construo eltrica em eletrodos de soldagem por resistncia eltrica, chaves comutadoras e conectores. Na construo mecnica usado na fabricao de moldes e em geral em aplicaes nas quais se exige resistncia mecnica e condutividade eltrica. O tratamento trmico de solubilizao e envelhecimento pode ainda ser combinado com deformao plstica (encruamento): so os chamados tratamentos termomecnicos, que permitem a obteno de dureza e resistncia mecnica ainda mais elevadas do que as obtidas com o tratamento trmico tradicional sem deformao. No cobre-cromo semimanufaturado aquecido por 15 minutos a 1000 C e resfriado em gua, assim solubilizado pode se aplicar a deformao plstica a frio (encruamento). Posteriormente realiza-se o envelhecimento mediante aquecimento entre 400 e 500 C, por tempos que dependem da temperatura (para 470 C, por exemplo, o tempo ideal de cerca de 4 horas) de tal modo que o cromo se precipita em pequenas partculas finamente dispersas pela matriz de cobre. O cobrezircnio (Cu-Zr) contm de 0,1 a 0,25 % de zircnio, sendo isento de oxignio e, portanto, no suscetvel fragilizao pelo hidrognio. Este cobre ligado possui propriedades semelhantes s do Cu-Cr, porm nveis de resistncia mecnica mais elevados, particularmente no que diz respeito resistncia ao amolecimento e fluncia. O limite de solubilidade do zircnio no cobre chega a 0,24 %, sendo possvel a aplicao do tratamento trmico de solubilizao e envelhecimento, que proporciona o chamado endurecimento por precipitao. A solubilizao realizada em temperaturas da ordem de 900 a 980 C e, aps resfriamento rpido, o envelhecimento realizado em temperaturas de 400 a 450 C em tempos de 1 a 2 horas, sendo que entre a solubilizao e o envelhecimento pode ser realizada a deformao a frio em nveis de at 90% de reduo em rea ou em espessura. O tratamento trmico aumenta a condutividade eltrica do Cu-As, que neste caso pode atingir 90 % IACS. Na construo eltrica este tipo de cobre ligado usado na fabricao de lamelas de comutadores sujeitas a solicitaes severas, enrolamentos de motores eltricos severamente solicitados, bases de diodos, chaves comutadoras e eletrodos para soldagem eltrica. Entre os cobres ligados de alta usinabilidade (c), podem ser relacionados o cobre- telrio (CuTe), o cobre-enxofre (Cu-S) e o cobre-chumbo (Cu-Pb). O cobre-telrio, assim como o cobreenxofre e o cobre-selnio (Cu-Se), combina alta condutividade eltrica com boa usinabilidade.

O telrio, assim como o enxofre e o selnio, forma com o cobre compostos estveis, que ficam distribudos na matriz de cobre como partculas finamente dispersas. A presena destas partculas no provoca aumento acentuado de dureza e nem a diminuio sensvel da condutividade eltrica, porm facilita muito a usinagem do cobre, na medida em que as partculas dispersas de telureto de cobre (Cu2Te) na matriz de cobre favorecem a quebra do cavaco durante o corte do metal, reduzindo o atrito entre o cavaco e a ferramenta. O telrio adicionado em teores de 0,30 a 0,80 % ao cobre tenaz ou desoxidado com fsforo. O cobretelrio tenaz apresenta condutividade eltrica de 96 a 98 % IACS, enquanto no cobre-telrio desoxidado com fsforo a condutividade eltrica atinge entre 92 e 94 % IACS. Por causa de uma limitada dissoluo do telrio no cobre ocorre um aumento de resistncia ao amolecimento em temperaturas da ordem de 250 C no mximo. Na construo eltrica o CuTe usado na fabricao de terminais de transformadores e de interruptores, contatos, conexes e em geral peas de circuitos que precisam simultaneamente de elevada condutividade eltrica e alta usinabilidade. O cobre um metal de difcil usinagem, mas a adio de telrio permite a fabricao de peas usinadas em tornos automticos. Na construo mecnica em geral o Cu-Te pode ser usado na fabricao de parafusos, porcas e pinos, entre outros tipos de peas fabricadas em mquinas automticas. O cobre-selnio (CuSe) possui caractersticas muito semelhantes s do cobre telrio. O cobre-enxofre (Cu-S) contm de 0,20 a 0,50 % d enxofre e suas aplicaes so semelhantes s do cobre-telrio. A condutividade eltrica do Cu-S da ordem de 93 a 95 % IACS e o ndice de usinabilidade de 85. O cobre-chumbo (Cu-Pb) apresenta teores de chumbo entre 0,8 e 1,2 % com o objetivo de aumentar a usinabilidade do cobre, pois alm de favorecer a fcil quebra dos cavacos, as partculas de chumbo distribudas no cobre possuem a capacidade de atuar como lubrificantes entre o cavaco e a ferramenta, reduzindo o desgaste da ferramenta por atrito. Este cobre ligado possui alta conformabilidade a frio, porm baixa conformabilidade a quente. Este material usado na fabricao de componentes da construo eltrica que necessitam de elevada condutividade eltrica conjugada com alta usinabilidade como conectores, componentes de chaves e motores, parafusos e outros componentes usinados de alta condutividade eltrica [1]. Lato: binrio, com chumbo e com estanho

As ligas de cobre mais utilizadas na indstria e em aplicaes comerciais so os chamados lates, denominao tradicionalmente aplicada s ligas do sistema cobre-zinco. Neste tipo de liga os teores de zinco variam entre 5 (lato C 210) e 40 % (lato C 280), sendo que uma simples regra permite identificar o teor de zinco da liga: dividindo-se por 2 a dezena do nmero da liga, chega-se ao teor de zinco da mesma: no caso da liga 260 (o chamado lato para cartuchos de munio), por exemplo, 60 : 2 = 30, o que significa dizer que o lato 260 contm 30 % de zinco. Alm dos lates binrios (cobre-zinco) cuja numerao (centena) comea por 2, existem tambm os lates ternrios cobre-chumbo-zinco, cuja numerao comea por 3 (como o caso do lato com chumbo 360) e os lates ternrios cobre-zinco-estanho, cuja numerao comea por 4 (como o 436, por exemplo). Entretanto, inicialmente neste tem aborda-se somente os lates binrios (Cu-Zn), relatando-se ento, posteriormente, os demais tipos de lato (Cu-Zn-Pb e Cu-Zn-Sn). a) Lates binrios (Cu-Zn) Os lates binrios so ligas cobre-zinco nas quais os demais elementos somente esto presentes em teores muito baixos, sendo considerados como impurezas. So ligas que apresentam razovel resistncia corroso (em ambientes no muito agressivos) e boa conformabilidade, porm simultaneamente possuem resistncia mecnica e dureza bem mais elevadas do que a dos cobres comercialmente puros e cobres ligados. Como o zinco possui reticulado cristalino hexagonal compacto, ao contrrio do cobre, que possui reticulado cristalino cbico de face centrada, a solubilidade do zinco no cobre limitada, porm como a diferena entre os dimetros dos tomos de cobre e de zinco relativamente pequena, de cerca de 4 %, existe uma certa solubilidade, chegando a 35 % na temperatura de 20 C e atingindo 38 %, seu valor mximo, a uma temperatura de 456 C. Enquanto grandes diferenas entre os dimetros dos tomos dos elementos solvente e soluto favorecem o endurecimento, por outro lado

reduzem a solubilidade. Assim sendo, o endurecimento por soluo slida favorecido quando essa diferena pequena, ao passo que grandes diferenas favorecem outros mecanismos de endurecimento, como o que ocorre por precipitao, ou pela restrio recristalizao e ao crescimento de gro devido formao de partculas de intermetlicos. E exceto o ouro, que muito caro, o zinco o metal que apresenta a melhor combinao entre solubilidade e diferena de dimetros atmicos no que se refere ao cobre. O efeito de endurecimento por soluo slida do zinco no to significativo como o de outros elementos solutos no cobre, mas sua elevada solubilidade permite que o endurecimento seja considervel em teores da ordem de 30 % [2]. Um dos principais usos do cobre est na fabricao de peas com formato complexo por deformao mecnica, como no assim chamado processo de embutimento. O lato alia a vantagem de ser facilmente deformado com uma resistncia mecnica mais alta do que a do cobre comercialmente puro. Alis, o lato com teores de zinco entre 20 e 30 % apresentam maior dutilidade (alongamento) do que o cobre comercialmente puro e do que os lates com teores de zinco mais baixos. Embora os lates sejam mais duros que o cobre comercialmente puro, so ligas que endurecem por deformao a uma taxa muito mais baixa do que o cobre comercialmente puro, e assim o chamado empescoamento (reduo de seo reta causada pela deformao) somente ocorre para uma deformao bem maior. Deste modo, ao se deformar uma dessas ligas numa matriz, a mesma pode se deformar consideravelmente antes que ocorra o empescoamento, o qual leva a uma mudana dimensional indesejada e finalmente fratura. As ligas que mais mantm essa caracterstica para maiores graus de deformao a frio so os lates que contm de 20 a 30 % de zinco, bem mais do que os lates com menores teores de zinco, embora de um modo geral ocorra perda de ductilidade em todos os lates com o aumento da deformao a frio. Outro aspecto importante dos lates a grande influncia do tamanho de gro inicial sobre as caractersticas de deformao durante os processos de fabricao. Quando o gro grosseiro o suficiente para igualar, ou mesmo exceder, a espessura da chapa (ou do corpo-de-prova de ensaio de trao) ento praticamente quase no h contornos de gro para inibir o deslizamento e contribuir para o encruamento, e medida que o gro cresce o lato apresenta menor alongamento at a fratura. Sendo assim, o controle do tamanho de gro antes da deformao a frio muito importante, e os recozimentos anteriores devem ser rigorosamente controlados, quanto ao tempo e temperatura, para produzir gros finos [2]. Nos lates com teores de zinco mais elevados, acima de 35 % e chegando at 40 %, ocorre a presena de fase beta, ou seja, ao contrrio dos lates com menos de 35 % de zinco, que so monofsicos (contm somente a fase alfa), os lates com teores de zinco mais elevados so bifsicos (contm fases alfa e beta). Estes lates bifsicos apresentam transformaes de fase mais complexas, que do origem a uma maior variedade de microestruturas e, conseqentemente, de propriedades. Esse tipo de liga utilizado industrialmente basicamente devido sua excelente trabalhabilidade a quente e excelente usinabilidade. Dentre estas ligas sobressai-se o lato com 40 % de zinco, tambm conhecido comercialmente como metal de Muntz. A fase beta conhecida como um composto intermetlico com estequiometria aproximada de CuZn, ou seja, proporo entre os nmeros de tomos de cobre e zinco em torno de 50% cada, ao contrrio da fase alfa, que possui estrutura cbica de face centrada na qual parte dos tomos de cobre substituda por tomos de zinco. Entretanto, a faixa de variao da composio da fase beta depende da temperatura. A fase beta cbica de corpo centrado e acima de 470 C torna-se desordenada, com tomos de zinco e cobre ocupando posies aleatrias, devido vibrao dos tomos associada energia trmica. Em baixa temperatura essa vibrao no existe e o conseqente ordenamento leva formao da chamada fase beta linha. Essa fase ordenada reduz a ductilidade do lato bifsico a temperaturas relativamente baixas (abaixo de 470 C), sendo responsvel por esse caraterstica de menor ductilidade a frio do que a quente (temperaturas na qual s se forma a fase beta desordenada). Por este motivo os lates bifsicos so indicados para extruso (a quente), porm no so recomendados para laminao a frio. A fase beta linha pode ter sua dureza aumentada mediante tratamento trmico de envelhecimento em temperaturas da ordem de 200 a 500 C. A coexistncia das fases alfa e beta garante uma dutilidade reduzida temperatura ambiente, mas nem mesmo esta seria possvel se a microestrutura fosse constituda totalmente por faz beta. E o trabalho a quente da liga bifsica (alfa e beta) fcil nas temperaturas altas o suficiente para que a fase beta desordenada substitua a fase beta

linha ordenada. Uma das poucas vantagens da liga bifsica com 40 % de zinco sobre a liga monofsica com 30 % a sua melhor usinabilidade, devido presena da fase beta linha frgil [2]. A numerao dos lates binrios ba classificao CDA-ASTM comea pelo algarismo 2, como por exemplo o lato C 260, que contm cerca de 70 % de cobre e 30 % de zinco. b) Lates com chumbo (Cu-Zn-Pb) Os lates com chumbo so ligas cobre-zinco-chumbo nas quais o chumbo adicionado com o propsito principal de aumentar a usinabilidade. O chumbo no se combina com o cobre, nem com o zinco, nem com qualquer elemento de liga secundrio e est presente nessas ligas sobre a forma de partculas (glbulos) que se distribuem aleatoriamente na microestrutura do lato. Essas partculas de chumbo lubrificam a ferramenta de corte durante a usinagem e ao promoverem uma fragilizao localizada, favorecem a retirada do cavaco. Nos lates com chumbo em geral o teor de zinco superior a 35 %, fazendo com que, do ponto de vista microestrutural, estas ligas sejam bifsicas (alfa e beta) nas quais, adicionalmente, as partculas de chumbo se distribuem. Entretanto, estas mesmas partculas de chumbo causam problemas quanto deformao plstica [4]. Por este motivo, os lates com chumbo so mais empregados para a fabricao de parafusos e peas usinadas a partir de barras e perfis extrudados, e no so usados para processos de deformao plstica considervel a frio. O teor de chumbo varia entre 0,3 e 3,5 % para os chamados lates de corte fcil. Os lates com chumbo na classificao CDA-ASTM so designados por nmeros iniciados pelo algarismo 3, como a liga C 360 (61 % de cobre, 36 % de zinco e 3 % de chumbo) por exemplo. Uma alternativa ao uso do chumbo para melhorar a usinabilidade dos lates o uso do selnio e do telrio, que no prejudicam tanto as propriedades de deformao plstica do lato, mas por outro lado so elementos mais caros e de menor disponibilidade. Alm dos lates bifsicos, algumas outras ligas de cobre como o lato monofsico, a alpaca (Cu-Zn-Ni) e o cobre em si podem conter considerveis teores de chumbo, mas seu uso no to difundido quanto o do lato bifsico com chumbo [4]. c) Lato com estanho (Cu-Zn-Sn) Os lates com estanho so lates nos quais uma pequena parte do zinco substituda pelo estanho, ou seja, so ligas cobre-zinco-estanho. O objetivo da utilizao do estanho neste tipo de lato melhorar a resistncia corroso em ambientes particularmente agressivos, como gua do mar e ambientes contendo cloretos e m geral [1]. Entre os lates com estanho encontram-se exatamente o lato do almirantado (70 % de cobre, 29 % de zinco e 1 % de estanho) e o lato naval (60 % de cobre, 39 % de zinco e 1 %) ambos para aplicaes na construo naval [4]. A numerao os lates com estanho na classificao CDA-ASTM inicia pelo algarismo 4, como por exemplo a liga C 464 (61 % de cobre, 38 % de zinco e 1 % de estanho). d) Aplicaes dos lates Os lates so aplicados na indstria para os mais diversos fins, dependendo de sua composio qumica. A seguir faz-se uma breve descrio das principais aplicaes de alguns tipos de lates mais utilizados. Lato C 210 (95 % de cobre e 5 % de zinco) Esta liga, que no suscetvel dezincificao, tipo de corroso mais freqente nos lates com maiores teores de zinco, na qual o zinco atacado preferencialmente e eliminado da liga, muito utilizada na fabricao de moedas, medalhas, emblemas, jias e placas, sendo tambm usada como base para aplicao de ouro e de esmaltes vtreos.

Lato C 220 (90 % de cobre e 10 % de zinco) Possui caractersticas bem semelhantes do C 210, sendo usada em arquitetura (ferragens, condutos e peas ornamentais) e na fabricao de objetos decorativos. Alm disso, usada em algumas aplicaes especficas na fabricao de munio, porm em escala muito inferior ao freqente uso do lato C 260 (30 % de zinco) para a fabricao desse tipo de produto. Lato C 230 (85 % de cobre e 15 % de zinco) Juntamente com os lates C 210, C 220 e C240, consitui o chamado grupo dos lates vermelhos (tambm conhecido como tombacks), ligas monofsicas (fase alfa) que possuem caractersticas muito semelhantes entre si, marcadamente sua elevada resistncia corroso e dezincificao em particular, tendo porm como desvantagem seu maior custo, associado ao maior consumo de cobre, metal bem mais caro do que o zinco, na sua fabricao. Provavelmente sua mais freqente aplicao a fabricao de zper para vestimentas, muito embora tambm seja utilizado na fabricao de bijuteria e de alguns componentes eletro-eletrnicos. Lato C 240 (80 % de cobre e 20 % de zinco) Como os demais lates vermelhos no, apresenta dezincificao e possui elevada resistncia corroso sob tenso. Sua principal aplicao consiste na fabricao de objetos decorativos (estojos e componentes de relgios) obtidos pelos processos de conformao mecnica e brasagem. Lato C 260 (70 % de cobre e 30 % de zinco) Ainda uma liga monofsica, mas j possui caractersticas bem diferentes dos lates vermelhos, comeando por sua colorao amarelada. Pode apresentar problemas de dezincificao, dependendo do ambiente na qual est sendo utilizada, mas em compensao apresenta a mais favorvel combinao de resistncia mecnica e dutilidade (elevadas) entre todos os lates, razo pela qual muito indicada para processos de conformao em geral, particularmente a estampagem e o embutimento profundo. Sua principal aplicao est na fabricao de cartuchos para munio (esta liga popularmente conhecida como lato para cartucho), mas tambm pode ser utilizada para as mais diversas aplicaes, como tubos de trocadores de calor para gua no poluda, evaporadores e aquecedores de produtos alimentcios, cpsulas e roscas de lmpadas, instrumentos musicais de sopro, radiadores de automveis, metais sanitrios, extintores de incndio, rebites, pinos e parafusos. Lato C 268 (66 a 67 % de cobre, 33 a 34 % de zinco) Esta liga possui propriedades mecnicas ligeiramente inferior s do lato C 260, porm seu custo de fabricao menor, sendo utilizada como alternativa ao uso daquela liga, em aplicaes nas quais os requisitos de propriedades mecnicas no so to importantes e o custo de fabricao um fator determinante. Lato C 272 (63 a 64 % de cobre, 36 a 37 % de zinco) Esta liga j pode apresentar uma pequena quantidade de fase beta. No pode ser usada em ambientes corrosivos. Pode ser trabalhada a frio e a quente, porm sua dutilidade um tanto inferior das ligas C 260 e C 268, embora suporte condies de conformao mecnica relativamente severas. utilizada para fabricao de peas por estampagem no profunda como componentes de lmpadas e chaves eltricas, recipientes para instrumentos, componentes de radiadores, rebites, pinos e parafusos. Lato C 280 (60 % de cobre e 40 % de zinco) Esta uma tpica liga bifsica (alfa e beta) com excelente trabalhabilidade a quente, relacionada com a presena da fase beta, que por outro lado dificulta a conformao a frio. Suas aplicaes tambm esto limitadas a ambientes no muito corrosivos. Possui melhores propriedades de conformao a frio e de soldagem do que as do lato C 370 (61 % de cobre, 38 % de zinco e 1 % de chumbo), porm usinabilidade inferior. usado na fabricao de placas, barras e perfis, na arquitetura em sees estruturadas e painis espessos, na indstria qumica em placas de tubos de condensadores e trocadores de calor e componentes mecnicos fabricados por forjamento. Lato C 340 (65 % de cobre, 34 % de zinco e 1 % de chumbo) Possui partculas de chumbo dispersas em uma matriz de fase alfa, podendo no entanto conter uma pequena quantidade de fase beta. Apresenta elevada usinabilidade e pode ser conformada para a fabricao de parafusos, rebites, porcas, componentes de instrumentos e de relgios.

Lato C 353 (62 % de cobre, 36 % de zinco e 2 % de chumbo) Apresenta uma estrutura bifsica (fases alfa e beta) e com partculas dispersas de chumbo. Possui aplicaes semelhantes do lato C 340, porm apresenta menor trabalhabilidade. utilizada para a fabricao de terminais de baterias eltricas e de velas de ignio de motores, e de peas gravadas mecanicamente. Lato C 360 (61 % de cobre, 36 % de zinco e 3 % de chumbo) Apresenta microestrutura muito semelhante do lato C 353. conhecido como lato de usinagem fcil (free cutting brass). muito utilizada sob a forma de barras extrudadas que so posteriormente usinadas para a fabricao de diversos produtos, entre os quais porcas, parafusos, pinos, buchas, mancais, afastadores e peas tubulares com extremidades abertas ou fechadas. Lato C 370 (61 % de cobre, 38 % de zinco e 1 % de chumbo) Apresenta o mesmo tipo de microestrutura presente nas ligas anteriormente citadas, porm alm da elevada usinabilidade, possui boa trabalhabilidade a quente. fornecida geralmente sob a forma de tubos usados para a fabricao de peas tubulares em mquinas operatrizes de usinagem. Lato C 442 (71 % de cobre, 28 % de zinco e 1 % de estanho) Esta liga monofsica (fase alfa) contm, alm de estanho uma pequena adio de arsnio para aumentar a resistncia dezincificao. O estanho adicionado com o objetivo de proporcionar boa resistncia corroso em gua de rios e mares no poluda, paradas ou em movimento de baixa velocidade (at cerca de 2m/s). muito usada na fabricao de tubos e placas para equipamentos de trocadores de calor, principalmente de refinarias de petrleo e de centrais de produo de energia. Lato C 464 (61 % de cobre, 38 % de zinco e 1 % de estanho) Esta liga, entre as ltimas da srie dos lates, possui uma microestrutura bifsica (alfa e beta), mas contm estanho e at mesmo chumbo em pequenos teores para aumentar a usinabilidade. usada na forma de placas, chapas e barras utilizadas na fabricao de placas de condensadores, parafusos, porcas, peas forjadas e usinadas para uso em locais submersos em gua ou equipamentos usados na construo naval. Esta liga pode conter inibidores contra corroso, como o arsnio, o antimnio e o fsforo, porm limitados em teores de 0,02 a 0,10 % [1]. E) Propriedades mecnicas dos lates A tabela 2.1 apresenta algumas propriedades mecnicas de alguns lates [1]. Limite de Limite de Composio resistncia Alongamento escoamento Qumica trao (%) (MPa) (MPa) 95Cu 5Zn 270-550 100-380 45-3 90Cu 10 Zn 270-570 90-420 50-4 85Cu 15Zn 310-600 100-420 50-4 80Cu 20Zn 310-640 120-480 52-3 70Cu30Zn 330-850 120-540 62-3 66Cu 34 Zn 340-860 130-550 60-3 65Cu35Zn 64Cu 36Zn 340-860 130-550 56-5 60Cu 40Zn 380-600 160-450 40-4 65Cu34Zn1Pb 330-550 120-460 45-8 62Cu36Zn2Pb 340-700 150-460 45-2 61Cu36Zn3Pb 360-520 150-450 40-12 61Cu38Zn1Pb 380-580 180-520 40-8 71Cu28Zn1Sn 340-400 130-180 65-50 61Cu38Zn1Sn 395 160-390 40-20 Dureza Brinell (HB) 65-120 55-125 60-135 65-155 65-160 65-165 65-165 85-145 65-135 70-125 75-135 80-150 65-85 90-145 Limite de resistncia fadiga (MPa) 70-160 105-170 100-185 75-200 85-155 95-210 110-130 100-195 140 160-185 150-230

Liga (ASTM) C210 C220 C230 C240 C260 C268, C270 C272 C280 C340 C353 C360 C370 C442 C464

Bronze: com estanho e fosforoso

a) Microestrutura dos bronzes Os bronzes, ligas cobre-estanho, so as ligas metlicas utilizadas h mais tempo pela humanidade, pois a chamada Idade do Bronze antecede a Idade do Ferro. Entretanto, ao longo do tempo foram substitudas em muitas de suas antigas aplicaes por outras ligas metlicas de menor custo, e atualmente, mesmo entre as ligas e cobre, so menos utilizadas do que os lates, por exemplo. Mesmo assim, para determinados tipos de aplicaes continuam sendo os materiais mais adequados, o que garante sua permanncia no grupo dos materiais de engenharia mais utilizados na indstria. Os tomos de estanho so relativamente grandes em comparao com os tomos de cobre, mas apesar disso possuem solubilidade relativamente elevada no cobre, e esses fatores conjugados proporcionam considervel resistncia mecnica e dureza s ligas cobre-estanho, muito superior s dos lates com baixo teor de zinco. E mesmo o lato com 30 % de zinco (C 260) possui resistncia mecnica e dureza inferiores s do bronze com 8 % de estanho (C 521). Por outro lado, ao contrrio da resistncia mecnica, a dutilidade (alongamento em trao) diminui com o aumento do teor de estanho, e embora o bronze com 8 % de estanho seja bastante dtil, no apresenta trabalhabilidade comparvel do lato com 30 % de zinco. A solubilidade do estanho no cobre cai acentuadamente com o decrscimo da temperatura, mas abaixo de cerca de 300 C a taxa de precipitao da fase psilon lenta, de modo que ligas que contm at 10 % de estanho sero monofsicas (fase alfa) aps homogeneizao adequada e resfriamento at 25 C. Termodinamicamente estas ligas poderiam ser endurecveis por precipitao, j que a fase delta possui elevada dureza, porm a cintica de precipitao muito lenta, o que faz com que o tempo necessrio para atingir um valor de dureza seja excessivamente longo, inviabilizando a aplicao industrial deste tratamento trmico para estas ligas. Por exemplo, o envelhecimento do bronze com 10 % de estanho a 315 C por 5 h no produz aumento significativo de dureza e resistncia trao. O amplo intervalo entre as temperaturas liquidus e solidus fazem essas ligas susceptveis segregao durante a solidificao, mesmo as ligas com teores de estanho to baixos como 8 %, que contm fase delta como conseqncia da capacidade da regio imediatamente externa s dendritas de fase alfa (matriz) conterem at cerca de 13,5 %. A fase alfa reage com a fase lquida para formar uma certa quantidade de fase beta atravs de uma reao perittica. A fase beta assim formada decompe-se por uma reao eutetide em fase alfa e fase gama. Por sua vez a fase gama decompe-se em fase alfa e fase delta. Esta seqncia pode ser bastante complexa e depende da taxa de resfriamento. Os bronzes com 10 % ou mais de estanho so usados em aplicaes para mancais, que exigem elevada resistncia mecnica para poder suportar pesadas cargas e o desgaste mecnico, o que s possvel devido ao significativo efeito de endurecimento por soluo slida (resistncia mecnica) e presena da fase delta, muito dura (resistncia ao desgaste). Freqentemente estas ligas so usadas na condio fundida, sem tratamento trmico subseqente, para a fabricao de mancais, de modo que as propriedades iniciais dependem do desenvolvimento da fase delta durante o processo de solidificao. Se a liga for utilizada na condio fundida, as propriedades obtidas resultam unicamente das condies do processo de fundio. O fator principal o tamanho do gro de fase alfa primria e a distribuio da fase delta na microestrutura da liga. Este tamanho de gro da fase alfa primria pode ser reduzido atravs do aumento da taxa de nucleao na fase lquida, tanto por inoculao como pelo controle adequado da taxa de resfriamento. Quanto mais rpido o resfriamento, mais finas sero as dendritas de fase delta [2].

b) Propriedades dos bronzes Os bronzes mais utilizados na indstria possuem teores de estanho variando entre 2 e 10 % para as ligas trabalhadas e entre 5 e 11 % para as ligas fundidas. medida que o teor de estanho aumenta, tambm aumenta a resistncia mecnica da liga at 15 % de estanho, porm a dutilidade diminui sensivelmente, principalmente a partir de 5 % de estanho. Entretanto, as propriedades mecnicas podem ser melhoradas com a adio de at 0,4 % de fsforo, o qual tambm atua como desoxidante, originando o chamado bronze fosforoso. A microestrutura do bronze que contm at entre 8 e 16 % de estanho (dependendo das condies de resfriamento), monofsica (fase alfa) e assim constituda por uma soluo slida de estanho em cobre. Acima desses teores inicia-se a precipitao de uma fase intermetlica, denominada delta, a qual rica em estanho e possui dureza elevada. A associao desta fase delta com uma matriz alfa dtil resulta em um material com excelentes propriedades antifrico, o qual muito usado para a fabricao de mancais. Outra propriedade importante dos bronzes a sua elevada resistncia corroso, o que faz com que muitas de suas aplicaes baseiem-se nesta propriedade. Em teores limitados o chumbo pode ser adicionado para melhorar as propriedades antifrico, a usinabilidade e a estanqueidade no caso de peas fundidas, enquanto a adio do zinco importante para desoxidao (tambm no caso de peas fundidas) e para melhorar a resistncia mecnica. No prximo segmento ser feita uma anlise individual das propriedades e aplicaes dos bronzes mais utilizados industrialmente [1]. c) Aplicaes dos bronzes Bronzes trabalhados (dteis) Bronze C 505 (98 % de cobre e 2 % de estanho) uma liga monofsica (alfa) que contm pequenos teores de fsforo, sendo a primeira liga da srie dos bronzes na classificao CDAASTM. Esta liga possui uma condutividade eltrica relativamente alta (cerca de 40 % IACS), principalmente quando os teores de estanho e fsforo esto prximos aos limites inferiores da especificao. Possui resistncia mecnica ligeiramente superior do cobre, porm mantm uma boa trabalhabilidade a frio. Apresenta boa resistncia corroso em geral e particularmente corroso sob tenso. Esta liga muito utilizada em aplicaes eltricas, como contatos de aparelhos de telecomunicaes, molas condutoras, e na construo mecnica em tubos flexveis, parafusos encabeados por recalque a frio, rebites e varetas de soldagem. Bronze C 511 (96 % de cobre e 4 % de estanho) Mantm a estrutura monofsica alfa e tambm contm pequenos teores de fsforo, apresentando uma boa combinao de trabalhabilidade a frio e resistncia mecnica e dureza. Apresenta boa resistncia corroso, inclusive corroso sob tenso. utilizado em aplicaes arquitetnicas como ganchos de chapas de revestimento, em aplicaes eltricas como molas, componentes de interruptores, chaves, contatos e tomadas, e na construo mecnica como molas, diafragmas, parafusos encabeados por recalque a frio, rebites, porcas e escovas metlicas. Bronze C 510 (95 % de cobre e 5 % de estanho) Possui microestrutura e propriedades bem semelhantes s das duas ligas anteriores, apresentando, porm, uma resistncia mecnica ligeiramente superior do bronze C 511. produzido sob a forma de barras, chapas e fios, sendo usada na fabricao de ganchos de chapas de revestimento, tubos para conduo de guas cidas, componentes para a indstria txtil, qumica e de papel, molas condutoras e componentes de interruptores e tomadas, molas e diafragmas, parafusos, rebites, porcas, escovas, tubos de manmetros, varetas e eletrodos de soldagem. Bronze C 519 (94 % de estanho e 6 % de bronze) Esta liga ainda possui microestrutura monofsica e pequenos teores de fsforo, mas possui maior resistncia fadiga e ao desgaste

do que os bronzes mencionados anteriormente. Possui propriedades mecnicas, trabalhabilidade e resistncia corroso muito elevadas. produzida sob a forma de chapas, barras, fios e tubos. Na indstria qumica utilizada usada na fabricao de tubos de conduo de guas cidas, componentes para as indstrias qumica, txtil e de papel, na construo eltrica para molas condutoras e componentes de interruptores, e na construo mecnica em molas e membranas, escovas, tubos de manmetros, engrenagens, componentes de bombas e eletrodos de soldagem. Bronze C 521 (92 % de cobre e 8 % de estanho) uma liga monofsica (fase alfa), que contm, dependendo das condies de fabricao, pequenas quantidades de fase delta. Como possui elevados teores de estanho e de fsforo, apresenta elevadas resistncia fadiga e ao desgaste e propriedades antifrico, alm de boa resistncia corroso. Este bronze produzido sob a forma de chapas, barras, fios e tubos. Na indstria qumica destinado ao mesmo tipo de aplicao que o bronze C519, do mesmo modo que nas aplicaes eltricas e na construo mecnica, mas no caso de molas, uma liga mais adequada para condies de solicitaes mais severas, alm de ser muito apropriada para a fabricao de discos de frico. Bronze C 524 (90 % de cobre e 10 % de estanho) uma liga bifsica (contm as fases alfa e delta), que possui elevada resistncia fadiga e ao desgaste, o que recomenda seu uso como material antifrico. Entre os bronzes trabalhados o que apresenta maior resistncia mecnica e dureza, sendo produzido sob a forma de chapas e fios. Suas principais aplicaes esto na construo de instalaes da indstria de papel e na fabricao de molas para servios pesados. Bronzes fundidos Cu 89 Sn 11 Usado para a fabricao de engrenagens diversas. Cu 88 Sn 10 Zn 2 Utilizado em conexes de tubos grandes, engrenagens, parafusos, vlvulas e flanges. Cu 88 Sn 6 Zn 4,5 Pb 1,5 Usado em vlvulas para temperaturas de at 290 C, bombas de leo e engrenagens. Cu 87 Sn 11 Pb 1 Ni 1 Usado em buchas e engrenagens diversas. Cu 85 Sn 5 Pb 9 Zn 1 uma liga usada em mancais e buchas pequenas. Cu 80 Sn 10 Pb 10 Bronze usado na fabricao de mancais para altas velocidades e grandes presses e mancais para laminadores. Cu 78 Sn 7 Pb 15 Bronze aplicado na fabricao de mancais para presses mdias e mancais para automveis. Cu 70 Sn 5 Pb 25 Usado em mancais para altas velocidades e pequenas presses. Cu 85 Sn 5 Pb 5 Zn 5 uma liga especial que apresenta alta fundibilidade, sendo utilizada na fabricao de peas de resistncia mdia, mas com boa estanqueidade e usinabilidade. usada em geral na fabricao de vlvulas para pequenas presses e engrenagens de pequeno tamanho, entre outras aplicaes [1]. d) Propriedades dos bronzes A seguir apresentado um resumo de faixas de valores tpicos das principais propriedades de alguns bronzes mais utilizados na indstria [1]. Tabela 3.1 Propriedades mecnicas dos bronzes trabalhados

Liga (ASTM) 505 511 510 519 521 524

Limite de Limite de resistncia Alongamento Composio escoamento trao (%) (MPa) (MPa) Cu98 Sn2 280-650 110-500 45-2 Cu96 Sn4 330-900 130-580 50-2 Cu95 Sn5 350-950 130-620 55-2 Cu94 Sn6 370-1000 150-760 60-2 Cu92 Sn8 420-1050 170-820 65-2 Cu90 Sn10 440-1000 190-850 65-3

Dureza Brinell (HB) 60-150 70-195 75-205 80-225 85-240 95-245

Limite de resistncia fadiga (MPa) 115-225 210-540 85-265 195-210 120-230 120-225

Tabela 3.2 Propriedades mecnicas dos bronzes fundidos Liga (Composio) Cu 89 Sn 11 Cu 88 Sn 10 Zn 2 Cu 88 Sn 6 Zn 4,5 Pb 1,5 Cu 87 Sn 8 Zn 4 Pb 1 Cu 87 Sn 11 Pb 1 Ni 1 Cu 85 Sn 5 Pb 9 Zn 1 Cu 80 Sn 10 Pb 10 Cu 78 Sn 7 Pb 15 Cu 70 Sn 5 Pb 25 Cu 85 Sn 5 Pb 9 Zn 1 Limite de resistncia trao(MPa) 200 220 240 210 200 170 180 170 100 200 Alongamento (%) 8 16 17 14 8 25 28 24 15 16 Dureza Brinell (HB) 80 76 68 70 78 63 69 57 50 62

Cobre-alumnio, cobre-silcio e cobre-berlio

a) Ligas cobre-alumnio Essas ligas tambm so conhecidas como bronzes de alumnio, entretanto neste texto evitamos a denominao bronze para evitar confuses com as ligas cobre-estanho, que so conhecidas como bronzes desde a chamada Antiguidade. O diagrama de fases Cu-Al de um modo geral apresenta muitas semelhanas com o diagrama Cu-Zn. A solubilidade do alumnio no cobre relativamente alta e para teores mais elevados de alumnio se formam diversos tipos de compostos intermetlicos, alguns dos quais possuem a mesma estrutura cristalina e estequiometria de alguns compostos intermetlicos do sistema Cu-Zn. Como a diferena entre os tamanhos dos tomos grande e a solubilidade mxima do alumnio no cobre relativamente alta, espera-se boa resistncia mecnica para as ligas Cu-Al mesmo como solues slidas. De fato o alumnio um eficiente agente de endurecimento e existem duas ligas comerciais, com teores de 5 e 8 % de alumnio, que so solues slidas, ento seu tratamento trmico resume-se homogeneizao convencional da liga fundida e o recozimento da liga trabalhada. No sistema Cu-Al as fases estveis a 500 C so praticamente as mesmas presentes em temperaturas mais baixas, a no ser que tempos de recozimentos extremamente longos sejam empregados. As ligas com teor de alumnio acima de 8 % em temperatura relativamente alta

apresentam a formao de fase beta, que durante o resfriamento lento sofre uma transformao eutetide para formar uma mistura de fases alfa e gama 2. Por esse motivo a seguir ser dada uma certe nfase a essa transformao eutetide. A fase beta das ligas Cu-Al cbica de corpo centrado (CCC) como a fase beta do sistema CuZn, enquanto a fase gama 2 semelhante fase gama. A composio qumica do ponto eutetide corresponde a um teor de alumnio de 11,8 %, e durante o resfriamento lento (50 C/h, por exemplo) da liga com essa composio, aps homogeneizao adequada (por exemplo 1h a 800 C), as fases alfa e gama 2 formam-se em camadas alternadas, de forma semelhante perlita das ligas ferrosas, sendo que o mesmo termo (estrutura perltica) pode ser aplicado a essa microestrutura eutetide das ligas Cu-Al. O resfriamento rpido a partir do campo monofsico beta deveria suprimir a reao eutetide e resultar em fase beta retida temperatura ambiente. Essa fase se decomporia muito lentamente e praticamente seria estvel a essa temperatura, de modo que as propriedades da fase beta poderiam ser utilizadas para o desenvolvimento dessas ligas. Entretanto, do mesmo modo que nas ligas ferrosas, na prtica a fase beta sofre uma transformao de no equilbrio para uma outra fase (beta), mesmo quando o resfriamento extremamente rpido. Essa fase, que no de equilbrio e, portanto, no aparece no diagrama de fases, possui uma estrutura cristalina hexagonal (HCP) e ordenada. Do mesmo modo que ocorre com os aos, a fase beta se forma por uma transformao martenstica, com a decomposio da fase beta em longas agulhas. Durante o resfriamento rpido, ao se atingir uma temperatura da ordem de 380 C (temperatura de incio da transformao martenstica, tambm conhecida como MS), as agulhas comeam a aparecer em grande velocidade na fase beta e medida que o resfriamento at a temperatura ambiente prossegue, a fase beta remanescente se decompe nessas finas agulhas. Entretanto, enquanto nos aos a martenista a estrutura mais dura, muito mais do que a perlita, nas ligas Cu-Al acontece fenmeno inverso, j que a fase beta martenstica (70 HRB) sensivelmente mais macia do que a mistura alfa e gama 2 perltica (80 HRB). Essa diferena de dureza reflete a influncia da fase gama 2 muito dura, que confere maior dureza estrutura perltica. Tambm de forma surpreendente, em comparao com os aos, o aquecimento da fase beta martenstica a uma temperatura inferior temperatura eutetide (565 C), leva ao endurecimento da liga, ao contrrio do que ocorre durante o revenimento dos aos. O aquecimento a 500 C por 30 minutos, por exemplo, aumenta a dureza da fase beta de 70 HRB para 90 HRB. No caso da liga Cu-Al com 10 % de alumnio, o aquecimento a uma temperatura superior a 850 C resulta numa microestrutura constituda unicamente por fase beta, e o resfriamento rpido leva formao de uma microestrutura totalmente martenstica, com dureza Brinell de cerca de 250. Ao ser mantida a uma temperatura inferior a 850 C essa liga passa a conter crescentes quantidades de fase alfa coexistindo com a fase beta, e como a fase alfa menos dura, a dureza Brinell da liga cai para valores em torno de 120. Se em vez do resfriamento rpido for feito um resfriamento lento (em forno, por exemplo) na mesma liga Cu-10Al, uma grande quantidade (cerca de 50 %) de fase alfa primria se forma, e o restante da microestrutura constituda por perlita eutetide. Embora no caso dessas ligas a microestrutura perltica proporcione maior dureza do que a microestutura martenstica, a grande quantidade de fase alfa presente faz com que a liga seja relativamente macia nesse caso. Ou seja, medida que o resfriamento torna-se mais lento, aumenta a presena de fase alfa macia e diminui a presena da martensita dura, fazendo com que se reduza a dureza da liga. O revenimento da liga Cu10Al temperada resulta em aumento de dureza se esse tratamento for feito em temperaturas em torno de 350 C, mas resulta em decrscimo de dureza quando feito em temperaturas mais elevadas. O aumento de dureza se deve formao de uma fina disperso de fase gama 2 dura na fase alfa mais macia. Porm, quando a temperatura suficientemente alta (ou seja, acima de 400 ), o tempo de revenimento suficiente para promover o coalescimento das partculas de fase gama 2, promovendo o decrscimo de dureza.

A dureza dessas ligas Cu-Al mxima quando se forma a microestrutura alfa + gama 2 dispersa ou quando se forma a martensita pelo resfriamento rpido. Entretanto, ainda no foi esclarecido o motivo que leva reduo da formao da martentista quando o teor de alumnio da liga aumenta. De qualquer modo, a dureza da liga mxima quando se minimiza a presena da fase alfa macia e se maximiza a presena da martensita. necessrio tomar cuidado quanto fragilizao que pode resultar do recozimento dessas ligas, levando a uma queda de tenacidade considervel. Para evitar esse problema, a liga Cu-10 Al deve ser recozida temperatura de 650 C, e de um modo geral as ligas Cu-Al devem ser recozidas a uma temperatura igual ou superior a 570 C, sendo que tambm deve ser evitado o resfriamento muito lento a parir da temperatura de recozimento. As propriedade mecnicas das ligas Cu-Al que contm fase alfa dependem muito da forma e do tamanho dos gros de fase alfa., que por sua vez dependem muito das condies de resfriamento. Do mesmo modo, as condies de resfriamento influem muito na decomposio da fase beta. Evidentemente, quanto mais finos os gros de fase alfa, maior a resistncia mecnica e a dutilidade, embora a dureza seja menos afetada. O resfriamento lento tambm favorece a decomposio da fase beta em uma mistura de alfa e gama 2, que embora dura, tambm frgil [2]. Aplicao das ligas cobre-alumnio Liga 95 cobre 5 alumnio uma liga com microestrutura monofsica (fase alfa), que contm pequenos teores de arsnio, nquel ou mangans, que so adicionados com o objetivo de melhorar a resistncia corroso e a resistncia mecnica. uma liga que apresenta boa resistncia corroso, mesmo em ambientes agressivos, alm de boa conformabilidade a frio. Em geral produzida sob a forma de semimanufaturados planos e tambm tubos. utilizada na indstria qumica, em peas que esto em contato com gua, cidos e solues salinas, em tubos de condensadores, evaporadores e trocadores de calor, componentes de equipamentos usados na indstria de papel, em caixas dgua e reservatrios. Liga 92 cobre 8 alumnio Esta liga bifsica e pode conter pequenas adies de nquel, ferro ou mangans. Possui boa resistncia oxidao e boa conformabilidade a quente. utilizada na forma de produtos planos e barras em aplicaes na indstria qumica, semelhantes s da liga 95-5, e, alm disso, em recipientes para a indstria qumica, em autoclaves, instalaes criognicas, recipientes e ganchos para instalaes de decapagem, componentes de torres de resfriamento, em instalaes para tratamento de esgoto urbano, sendo tambm usada para a fabricao de moedas e medalhas, eletrodos de soldagem, em componentes usados na indstria naval, como instrumentos no magnticos para bssolas girostticas, em revestimentos protetores e em tubulaes para gua do mar. Liga 89 cobre 8 alumnio 3 ferro Possui a mesma microestrutura bifsica, porm o ferro adicionado para inibir o crescimento de gro, melhorando a resistncia mecnica da liga. Pode conter pequenas adies de nquel ou de mangans. uma liga que apresenta alta resistncia corroso e boa conformabilidade a quente, sendo produzida em geral sob a forma de chapas e barras. utilizada em placas de tubos de condensadores, evaporadores e trocadores de calor nas indstrias qumica e naval, em instalaes criognicas e de decapagem e em ferramental antifaiscante para a indstria de gs, de petrleo, de carvo e de explosivos. Liga 89 cobre 9 alumnio 2 mangans uma liga bifsica (fases alfa e beta) que contm mangans para aumentar a trabalhabilidade a quente e tambm a soldabilidade. Pode conter tambm pequenos teores de fero ou nquel. usada na forma de produtos planos, barras e forjados, sendo utilizada em instalaes criognicas, filtros e placas perfuradas, componentes de mquinas da indstria alimentcia, engrenagens helicoidais, elementos de fixao de mquinas e ferramentas de conformao de plsticos. Liga 87 cobre 10 alumnio 3 ferro Esta liga apresenta microestrutura bifsica, sendo o ferro adicionado para inibir o crescimento de gro e melhorar a resistncia,

contendo tambm nquel ou mangans. Possui alta resistncia corroso e oxidao, mantendo a resistncia mecnica temperatura ambiente a temperaturas relativamente altas. Sob a forma de barras, perfis e forjados usada em instalaes criognicas e de decapagem, como componentes de bombas, acessrios e elementos de fixao na construo naval, em ferramentas antifaiscantes, engrenagens, peas resistentes ao desgaste, peas forjadas para mquinas, peas forjadas para mquinas e linhas eltricas, ferramentas de conformao de plsticos e diversos componentes conformados. Liga 80 cobre 10 alumnio 5 ferro 3 nquel Esta liga quaternria tambm possui estrutura bifsica (fases alfa e kappa), podendo adicionalmente conter pequenos teores de mangans. A presena de nquel e de ferro confere liga uma boa combinao de resistncia corroso e oxidao, resistncia mecnica, fadiga e ao desgaste. Alm disso, possui boa conformabilidade a quente e mantm a resistncia mecnica a temperaturas razoavelmente altas. Produzida sob a forma de barras e forjados, usada em componentes de equipamentos trocadores de calor, de decapagem, de tratamento de guas, esgotos e cidos, na construo naval, em ferramentas antifaiscantes e em acessrios mecnicos diversos. Liga 82 cobre 9 alumnio 6 nquel 3 ferro Possui microestrutura bifsica (fases alfa e kappa), contendo pequenos teores de mangans, sendo assim uma alternativa para aplicaes semelhantes s da liga 80-10-5-3 anterior. Ligas cobre-alumnio para fundio: so fundidas em areia e usadas em cestos de decapagem, sapatas de laminador, engrenagens internas, bombas resistentes a lcalis, assentos de vlvulas, hastes, hlices navais, mancais, buchas e peas em geral que necessitam de boa resistncia corroso [1]. Propriedades mecnicas de algumas ligas cobre-alumnio: A tabela 4.1 apresenta valores de algumas propriedades mecnicas de algumas ligas cobrealumnio [1] Limite de Limite de Composio resistncia Alongamento escoamento quminca trao (%) (MPa) (MPa) 95Cu5Al 380-530 150-450 55-15 92Cu8Al 420-580 170-430 45-15 89Cu8Al3Fe 480-650 250-470 40-20 89Cu9Al2Mn 500-650 200-400 35-15 87Cu10Al3Fe 620-700 300-450 18-10 80Cu10Al5Fe5Ni 750-800 420-500 15-12 82Cu9Al6Ni3Fe 600-750 320-500 15-8 Limite de Dureza resistncia Brinell fadiga (HB) (MPa) 85-140 110-135 90-160 170 115-165 150-210 120-160 160-180 200-245 180-215 160-200 175-295

Liga (ASTM) 606 614 623 632 628

b) Ligas cobre-silcio Tambm conhecidas como bronzes de silcio, as ligas Cu-Si de interesse industrial contm de 1 a 4 % de silcio e pequenos teores de outros elementos de liga, como o estanho, o zinco, o mangans, o nquel e o ferro. A solubilidade mxima do silcio no cobre de cerca de 4 % temperatura ambiente e sendo assim essas ligas so monofsicas (apresentam em sua microestrutura somente a fase alfa), de modo que s podem ter sua resistncia mecnica elevada por meio de encruamento. A liga Cu-Si com cerca de 1 % de silcio e 2 % de estanho possui elevada dutilidade e mantm boa dutilidade mesmo aps trabalho mecnico (encruamento, deformao) severo, o que faz com que seja um material adequado para a fabricao de parafusos e porcas, uma vez que suportam bem a estampagem e usinagem mesmo encruado, no exigindo, portanto, tratamentos trmicos de recozimento antes ou aps

a deformao, mantendo assim a resistncia mecnica obtida no material deformado [4]. Alm disso, a adio de silcio aumenta a resistncia a corroso, particularmente em meios cidos, e tambm melhora a soldabilidade, por permitir a desoxidao do metal fundido durante a operao de soldagem. As ligas trabalhadas contm at 3 % de silcio, podendo conter cerca de 1 % de mangans, enquanto as ligas fundidas contm de 4 a 5 % de silcio, podendo conter tambm pequenos teores de zinco, fero e mangans. As principais aplicaes das ligas Cu-Si trabalhadas ou fundidas esto na construo de instalaes de indstria qumica e de papel, em tanques, tubulaes e cestos de decapagem; na construo mecnica em eletrodos de soldagem, parafusos, porcas, rebites, buchas e ganchos; na construo naval em eixos de hlices e na construo aeronutica em linhas hidrulicas e de presso [1]. A resistncia trao das ligas Cu-Si trabalhadas pode variar de 370 a 700 MPa, a resistncia ao escoamento de 270 a 390 MPa, e o alongamento (em 50 mm) de 45 a 6 %. c) Ligas cobre-berlio A diferena entre o dimetro atmico dos tomos de cobre e de berlio comparvel que existe entre os tomos de cobre e alumnio ou entre os tomos de cobre e de estanho. A solubilidade do berlio no cobre muito limitada, reduzindo-se de 2,1 % a 864 C para menos de 0,25 5 temperatura ambiente, o que faz com que o efeito de endurecimento por soluo slida seja pouco eficiente. Entretanto, o efeito de endurecimento por soluo slida significativo, j que temperatura de 800 C uma liga com cerca de 1,5 % de berlio praticamente monofsica (fase alfa) e uma temperatura mais baixa bifsica (alfa + beta), de modo que a faz beta se precipita a partir da fase alfa, sendo que a temperaturas ainda mais baixas (abaixo de 575 C) , se precipita a fase gama. O endurecimento por precipitao considervel e permite a esta liga atingir 40 unidades Rockwell C, um valor de dureza compatvel com o de muitos aos. As ligas Cu-Be apresentam comportamento de endurecimento por precipitao semelhante ao que se observa para as ligas Cu-Al. Para que se atinja a dureza mais alta possvel, o teor de berlio deve ser da ordem de 1,8 a 2,0 %, a temperatura de envelhecimento deve ser da ordem de 350 C e o tempo de 3 a 5 horas, permitindo se obter valores de dureza de 40 a 45 Rockwell C. Como ocorre no processo de precipitao de muitas ligas, a formao do precipitado de equilbrio gama precedida pela formao de uma fase metaestvel e o endurecimento ocorre devido formao de precipitados extremamente finos e dispersos de fase gama, que possuem a forma de discos com cerca de 200 a 400 tomos de dimetro e cerca de 50 tomos de espessura, todos muito prximos. Com o prolongamento do envelhecimento a liga sofre superenvelhecimento e os precipitados tornam-se grosseiros, atingindo o equilbrio. A temperatura de recristalizao dessas ligas igual ou superior a 500 C, mas se essas ligas forem solubilizadas e trabalhadas a frio antes do envelhecimento na faixa de 300 a 385 C, a precipitao ocorre antes da recristalizao (e assim o amolecimento) possa ocorrer. A dureza do material submetido a este ciclo no muito diferente da dureza do material envelhecido sem trabalho mecnico prvio, mas o efeito do trabalho mecnico sobre a resistncia mecnica e sobre a resistncia ao escoamento bem mais pronunciado (maior ganho de resistncia). Por outro lado, na condio envelhecida a liga Cu-Be apresenta dutilidade muito menor, tanto com ou sem trabalho mecnico. Alm do berlio estas ligas contm outros elementos, como o cobalto que forma um composto insolvel Be-Co, o qual inibe o crescimento de gro durante a solubilizao, o que tambm pode ser obtido com a adio de outros elementos de liga. Durante a solubilizao deve ser evitada uma temperatura muito alta (acima de 800 C) que possa causar fuso parcial, alm de favorecer a formao de fase beta que dificilmente se dissolve no recozimento posterior. Por outro lado, a temperatura de solubilizao no deve ser muito baixa (abaixo de 760 C) justamente para evitar a formao de fase beta, j que com isso reduz-se o teor de berlio da fase alfa, reduzindo o efeito de endurecimento. Alm disso, o resfriamento deve ser rpido o suficiente para evitar a formao de fase beta, usando-se gua para o resfriamento rpido [2]. A liga mais comum a CuBe2 que contm 1,60 a 2,05 % de berlio, nquel e/ou cobalto (no mnimo 0,20 % cada) e/ou ferro (mximo de 0,60). O limite de resistncia trao desta liga

da ordem de 1230 a 1490 MPa, o limite de resistncia ao escoamento vai de 1090 a 1370 MPa, o alongamento varia de 6 a 1 %, a dureza Brinell est entre 38 e 41 HB, ao passo que a resistncia fadiga atinge valores entre 250 e 310 MPa, quando a liga est tratada termicamente. As ligas Cu-Be, com boa resistncia mecnica, e fadiga em particular, alm de boa condutividade eltrica e trmica, so usadas, na forma de tiras, arames, tubos e barras e tambm peas fundidas para a fabricao de molas de instrumentos, diafragmas e cabos flexveis, componentes de chaves eltricas, de rels, de bombas e de mquinas de soldagem por resistncia eltrica. Ferramentas anitfaiscantes so bons exemplos de aplicao de peas fundidas.

Cupronquel e alpaca

a) Cupronquel A denominao de cupronquel aplica-se s ligas constitudas essencialmente por cobre e nquel. Essas ligas se caracterizam por apresentarem, em qualquer temperatura solubilidade slida total, ou seja, em qualquer temperatura o nquel completamente solvel no cobre, tanto no estado slido como no estado lquido e a variao do teor de nquel apenas acarreta modificao no valor das temperaturas solidus (abaixo da qual a liga totalmente slida) e liquidus (acima da qual a liga totalmente lquida), havendo no diagrama de fases to somente um campo bifsico slido (alfa) + lquido. Essa peculiaridade se deve entre, outros fatores, proximidade do dimetro atmico do cobre e do nquel como tambm de seus nmeros atmicos (29 e 28, respectivamente). As propriedades mecnicas dessas ligas atingem seu valor mximo para cerca de 65 % de nquel, enquanto a resistividade eltrica atinge seu valor mximo para cerca de 55 % de nquel. Embora tanto o cobre como o nquel apresentem elevado coeficiente de aumento da resistividade eltrica com o aumento da temperatura, a liga Cu-Ni que contm 45 % de nquel possui a particularidade de ter esse coeficiente praticamente nulo, e, sendo assim, conhecida pelo nome comercial de constantan largamente utilizada para a fabricao de resistncias eltricas, termopares eltricos e instrumentos eltricos em geral. Embora os teores de nquel das ligas Cu-Ni variem entre 2,5 e 30 %, na prtica industrial so mais usadas as que contm de 20 a 30 % de nquel. Como tanto o cobre como o nquel so dois elementos que se caracterizam por apresentarem alta resistncia corroso, os cupronqueis tambm apresentam essa caracterstica, sendo que a adio de nquel ainda melhora essa propriedade. Tanto a liga com 20 % de nquel como a liga com 30 % de nquel resistem bem a qualquer tipo de atmosfera, a guas industriais e salgadas, assim como a muitos cidos minerais e orgnicos. A liga com 20 % de nquel pode ser usadas em lminas de turbina e em geral em peas que necessitem de boa resistncia corroso e abraso. Quando o ambiente corrosivo for ainda mais agressivo, passa a ser recomendvel o uso da liga com 30 % de nquel, que usada em aplicaes martimas e em tubos de condensadores, alm de possuir a caracterstica de impedir na gua salgada o crescimento de fungos e organismos marinhos em geral, sendo que essa caracterstica estende bastante o seu uso na construo naval [4]. Aplicao dos cupronqueis Ligas Trabalhadas Liga (C 704) 95 % de cobre e 5 % de nquel (contendo ainda ferro e mangans) constituda unicamente pela fase alfa. A adio de ferro e mangans tem a finalidade de aumentar a resistncia corroso-eroso pela ao do fluxo lento da gua do mar no poluda. Possui razovel resistncia corroso sob tenso e boas propriedades para conformao a frio e a quente. produzida na forma de placas, chapas e tubos. Na construo naval usada em tubos condutores de gua do mar para mangueiras

dos equipamentos de preveno de incndio, circuitos de refrigerao a gua e servios sanitrios nos navios. Liga (C 706) 90 % de cobre e 10 % de nquel (contendo ainda ferro e mangans) Tambm apresenta microestrutura monofsica (fase alfa), contendo pequenos teores de ferro e mangans para melhorar a resistncia corroso-eroso pela ao de guas, inclusive a gua do mar. uma liga que possui boa resistncia corroso sob tenso, boa conformabilidade a frio e a quente e boa soldabilidade. produzida geralmente na forma de placas, chapas e tubos. Na indstria qumica usada em tubos e placas de tubos para condensadores em servios leves, aquecedores e evaporadores de sistemas de alimentao de gua de usinas de energia, de acar e de dessalinizao de gua do mar. Na construo naval esta liga usada em aplicaes bem semelhantes s da liga mencionada anteriormente e na construo mecnica tem como aplicao mais comum a fabricao de cabos de tubos usados em linhas hidrulicas e pneumticas. Liga 80 % de cobre e 20 % de nquel: Tambm uma liga monofsica (fase alfa) que possui boa resistncia corroso eroso pela ao de gua a baixa velocidade. Possui boa resistncia corroso sob tenso, elevada conformabilidade a frio e a quente, alm de ser ter tima soldabilidade. fabricada como chapas e tiras e usada na construo eltrica, resistores, recipientes de transistores, guias de onda de radar, na construo mecnica em recipientes resistentes corroso e conformados por estampagem profunda ou por repuxamento, em aquecedores de gua domsticos , moedas e medalhas cunhadas. Liga (C 710) 80 % de cobre e 20 % de nquel, contendo mangans e ferro: Tambm uma liga monofsica (fase alfa) com pequenos teores de ferro e mangans para elevar a resistncia corroso-eroso pela ao das guas (inclusive gua do mar) com velocidades de 1 a 4 m/s. uma liga pouco sensvel corroso sob tenso, que possui boa conformabilidade e que facilmente soldvel. produzida na forma de placas, chapas e tubos, sendo usada na indstria qumica e na indstria naval, em tubos e placas de tubos para condensadores de sistemas de alimentao de gua. Liga 75 % cobre e 25 % de nquel: mais uma liga monofsica e que apresenta boa resistncia corroso, ao desgaste e ao embaciamento, alm de possuir excelentes caractersticas de conformao a frio e cunhagem. produzida na forma de chapas e tiras e usada na fabricao de moedas e como fios para a fabricao de resistores eltricos. Liga (C 715) 70 % de cobre e 30 % de nquel com mangans e ferro: Outra liga monofsica que contm ferro e mangans para elevar a resistncia corroso pela ao de guas em altas velocidades (1,5 a 4,5 m/s), inclusive gua do mar poluda. Esta liga praticamente insensvel corroso sob tenso, mantm suas boas propriedades mecnicas em temperaturas relativamente elevadas, possui boa conformabilidade a frio e a quente facilmente soldvel. produzida na forma de placas, chapas, barras e tubos para condensadores em servios pesados, aquecedores e evaporadores de gua usados em vrios tipos de instalaes, inclusive sistemas de dessalinizao de gua do mar. Liga 55 % de cobre e 44 % de nquel com mangans: Possui estrutura monofsica e pequenas quantidades de mangans e ferro, sendo caracterizada por uma resistividade eltrica razoavelmente alta e um baixo coeficiente elevao da resistividade eltrica com o aumento de temperatura. uma liga que pode ser facilmente conformada e soldada, sendo produzida na forma de tiras e fios. usada na fabricao de componentes eltricos como resistores de controle que operam em temperaturas elevadas e fazem parte de instrumentos de preciso, de termopares componentes de vlvulas eletrnicas, elementos de aquecimento, termostatos bimetlicos e chaves de controle.

Ligas cobre-nquel fundidas Liga 90 % de cobre e 10 % de nquel com mangans e silcio: Usada na fabricao de peas em geral que devem ter boa resistncia corroso pela gua do mar. Liga 80 % de cobre e 20 % de nquel com nibio, mangans e silcio: Utilizada em buchas de eixos de guias fundidas por centrifugao. Liga 70 % cobre e 30 % de nquel com nibio, ferro, mangans e silcio: Empregada em Usada em vlvulas, corpos de bombas, flanges, conexes que devem ter resistncia corroso pela gua do mar. Liga 70 % de cobre e 30 % de nquel com ferro, berlio e silcio: Usada em peas de alta resistncia mecnica e com resistncia corroso pela gua do mar. Liga 97 % de cobre e 3 % de nquel contendo silcio: utilizada na fabricao de peas de alta condutividade trmica e eltrica como eletrodos para soldagem por resistncia eltrica [1]. Propriedades dos cupronqueis trabalhados [1]: Limite de Limite de resistncia Alongamento Composio escoamento trao (%) (MPa) (MPa) 93,5Cu 5Ni 280-320 90-350 45-10 1Fe 0,5Mn 88,5Cu 10Ni 320-420 120-380 38-12 1Fe 0,5Mn 79,7Cu 20Ni 340-460 150-420 40-12 0,3Mn 78,3Cu 20Ni 340-470 150-420 40-14 1 Mn 0,7 Fe 74,7Cu 25Ni 370 160 42 0,3Mn 68,7Cu 30Ni 360-520 150-450 42-16 1Mn 0,3Fe 54,7Cu 44Ni1Mn 480-700 200-550 45-5 0,3Fe Dureza Brinell (HB) 60-100 65-120 80-135 80-130 85 85-145 95-165 Limite de resistncia fadiga (MPa) 95-190 95-150 240 120-235 275 140-245 290

Liga (ASTM) 704 706 710 715 -

b) Alpacas Alpacas so ligas ternrias cobre-zinco-nquel, que eventualmente podem conter teores significativos de outros elementos, como o chumbo, por exemplo. Estas ligas contm de 10 a 30 % de nquel, porm comercialmente em geral at 18 % de nquel, 45 a 70 % de cobre e o restante de zinco. As alpacas so solues slidas homogneas que podem ser deformadas a frio e a quente, alm de serem resistentes corroso. As alpacas possuem uma colorao esbranquiada, semelhante da prata, e o aumento do teor de nquel confere a essas ligas uma tonalidade mais metlica. Quando polidas essas ligas so muito usadas para finalidades decorativas, sendo que antes da popularizao do ao inoxidvel eram muito usadas para a fabricao de talheres. Muitos objetos decorativos fabricados em alpaca recebem um revestimento de prata. Outras aplicaes importantes das alpacas esto na fabricao de zper e de contatos de equipamentos eltricos e telefnicos, componentes de aparelhos ticos e fotogrficos, assim como arames de resistores eltricos. A adio de chumbo, alm de aumentar a usinabilidade, permite o uso das alpacas para a fabricao de materiais para gravao com fins decorativos. Alm de serem trabalhadas na forma de produtos planos,

arames e barras, as alpacas podem ser fundidas para outras aplicaes, como vlvulas hidrulicas. As alpacas com chumbo fundidas em areia podem ser usadas na fabricao de equipamentos para a indstria de laticnios e de soda, vlvulas e assentos de vlvulas para temperaturas elevadas, instrumentos musicais, chaves, acessrios de construo naval, peas ornamentais e outros tipos de aplicaes [1]. Propriedades das alpacas trabalhadas [1]: Limite de Limite de Composio resistncia Alongamento escoamento Dureza (HRB) qumica trao (50 mm) (%) (MPa) (MPa) 70Cu 10Ni 20Zn 65Cu 10Ni 340-910 130-530 50-1 22-92 25Zn 63Cu 10Ni 27Zn 64Cu 12Ni 370-650 130-560 48-2 22-92 24Zn 59Cu 12Ni 29Zn 65Cu 18Ni 410-730 180-630 40-3 40-78 20Zn 62Cu 18Ni 20Zn 55Cu 18Ni 420-1020 190-630 40-2 55-99 27Zn 45Cu 10Ni 45Zn 65Cu 15Ni 370-650 130-560 43-2 22-90 20Zn

No da Liga (ASTM) 740 745 760 757 762 752 764 770 774 754

Propriedades das alpacas fundidas (em areia) [1]: Limite de resistncia trao (MPa) 280 220 210 190

Liga 66Cu 25Ni 5Sn 2Zn 2Pb 64Cu 20Ni 8Zn 4Sn 4Pb 60Cu 16Ni 16Zn 3Sn 5Pb 57Cu 12Ni 20Zn 2Sn 9Pb

Alongamento (%) 12 6 16 6

Dureza Brinell (HB) 135 80 55 65

Fundio e Metalurgia do p

a) Fundio O cobre e suas ligas, na condio de produtos fundidos, apresentam grande variao de propriedades como a resistncia mecnica, a resistncia corroso e as condutividades

trmica e eltrica. O processo de fundio exige que a liga apresente alta fundibilidade para a obteno de formas complexas e boa qualidade (ausncia de defeitos de fundio). Entretanto, em funo dos requisitos de desempenho das peas fundidas em servios, outras caractersticas so importantes, como a resistncia corroso (causada pela atmosfera, guas, solos e produtos qumicos), resistncia ao desgaste (particularmente quando a pea usada como mancal de deslizamento), resistncia compresso, fadiga, condutividade trmica e eltrica, deformabilidade, estanqueidade (para evitar o vazamento de fluidos atravs das paredes da pea fundida) e resistncia mecnica a temperaturas relativamente elevadas (no mximo 300 C) ou a baixas temperaturas. As ligas de cobre podem ser fundidas por processos que permitam obter uma grande variedade de formas geomtricas, como a fundio em areia, a fundio em casca, o processo por cera perdida e a fundio sob presso. Mesmo os processos que permitem obter peas de boa qualidade, porm com limitao na variedade de formas, tambm podem ser aplicados s ligas de cobre, como a fundio contnua, a fundio centrfuga e a fundio em coquilha. Para a escolha de um processo de fundio fundamental determinar o tamanho e a forma das peas a serem fundidas, a quantidade de peas a serem produzidas e os requisitos de projeto, as tolerncias dimensionais e a qualidade desejada. A seguir os diversos tipos de processo de fundio recomendados para ligas de cobre so relacionados, levando em condio o grau de fundibilidade (alto ou baixo): Fundio em areia: alta fundibilidade para lates (Cu-Zn) e bronzes com chumbo e zinco; e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos (com e sem chumbo), Cu-ZnSn, bronzes com chumbo, cobres de alta condutividade, lates de alta resistncia mecnica, ligas cobre-cromo, cobre-alumnio, cupronquel e Cu-Mn-Al. Fundio sob presso: alta fundibilidade para lates e ligas cobre-alumnio e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos, bronzes fosforosos com chumbo, bronzes com zinco, cobres de alta condutividade, lates e alta resistncia mecnica, ligas cobre-cromo, ligas cobre-alumnio, cobre berlio e cobre-mangans-alumnio. Fundio contnua: alta fundibilidade para bronzes fosforosos, bronzes com zinco, bronzes com chumbo e bronzes com zinco e chumbo. Fundibilidade razovel para bronzes fosforosos com chumbo, cobres de alta condutividade, ligas cobre-alumnio, cobre nquel e cobre-mangans-alumnio. Fundio centrfuga: alta fundibilidade para bronzes fosforosos, e fundibilidade razovel para bronzes fosforosos com chumbo, bronzes com zinco, bronzes com chumbo, lates e lates de alta resistncia mecnica, cobres de alta condutividade, ligas cobre-cromo, cobre-alumnio, cupronqueis, cobre-berlio e cobre-mangansalumnio. Fundio em coquilha: alta fundibilidade para bronzes fosforosos e bronzes fosforosos com chumbo, alm de bronzes com chumbo. Fundibilidade razovel para bronzes com chumbo e zinco e bronzes com zinco. As ligas de cobre podem ser classificadas, no que se refere fundio, em dois grupos distintos, de acordo com a maneira pela qual se solidificam. Determinadas ligas, como as ligas cobre-alumnio, por exemplo, se solidificam em um estreito intervalo de temperaturas, de modo que durante a solidificao estas ligas se transformam rapidamente do estado lquido para o estado slido. Por outro lado, outras ligas, como os bronzes fosforosos e os bronzes com chumbo se solidificam num amplo intervalo de temperaturas, permanecendo um certo tempo num estado pastoso, ou seja, numa mistura de fases lquidas e slidas. Essas diferenas de velocidade de solidificao tm que ser consideradas ao se projetar a pea fundida e os canais de alimentao. Entre as ligas com estreito intervalo de solidificao encontram-se os cobres de alta condutividade e as ligas cobre-cromo (0 C), cobre-alumnio (5 a 15 C), cobre-alumnio mangans (20 a 50 C), lates (20 a 50 C) e lates de alta resistncia mecnica (10 a 20 C).

No grupo das ligas com amplo intervalo de solidificao esto os bronzes fosforosos com e sem chumbo, bronzes com chumbo, bronzes com zinco e bronzes com zinco e chumbo (todas essas ligas tm intervalo de solidificao da ordem de 100 a 180 C). Para as ligas do primeiro grupo necessrio prever na pea aumentos progressivos das sees pequenas para as sees grandes, sendo tambm necessrio prover alimentadores para todas as duas sees. J as ligas do segundo grupo, devido ao estado pastoso em que se encontram durante a solidificao, apresentam menores problemas de alimentao de material pea, e assim fundidos de melhor qualidade podem ser obtidos quando se consegue uma solidificao rpida quando essa for possvel, atravs da implementao de sees com pequena espessura. A qualidade da pea fundida depende do metal utilizado como matria-prima, e a qualidade deste depende basicamente de sua composio qumica, particularmente o seu nvel de impurezas e da sua microestrutura, que influenciada tanto pela composio qumica como pelas condies de resfriamento e do processo de fundio em geral. A matria-prima tanto pode ser material de prima fuso (metal primrio) como metal secundrio (reciclado), contudo, cuidados especiais devem ser tomados no que se refere aos teores mximos de impureza permitidos. Quanto s impurezas so importantes as seguintes informaes sobre os principais grupos de ligas: Ligas cobre-estanho (bronzes): A influncia que o antimnio, o arsnio, o bismuto e o ferro podem ter nas propriedades mecnicas, justificam as severas restries que as normas impem aos teores desses elementos nas ligas de cobre fundidas. necessrio ressaltar que o enxofre acima de 0,1 % afeta as propriedades de trao, enquanto o alumnio, mesmo em pequenos teores (acima de 0,01 %) provoca reduo da estanqueidade e prejudica as propriedades de trao. O silcio causa esses mesmos efeitos nos bronzes sem chumbo, alm de acarretar reaes metal-molde mais intensas, mesmo nos limites de 0,02 % especificados, para as ligas com chumbo. Excesso de fsforo alm do necessrio para desoxidao acarreta reao metal-molde e aumenta a porosidade da pea de seo espessa: cerca de 0,04 % de fsforo um teor adequado para sees finas e cerca de 0,015 % para sees espessas. Ligas cobre-zinco (lates): de um modo geral significativa a tolerncia quanto aos teores de impurezas nos lates comuns para fundio em areia., porm se necessrio que a pea apresente grande estanqueidade (resistncia ao vazamento por fluidos atravs de suas paredes por presso interna), o teor de alumnio dever ser mantido em nveis muito baixos, para evitar a formao de pelculas de xido de alumnio, que ficam retidas atravs das paredes da pea fundida, embora esse problema possa ser contornado atravs de cuidados especiais, principalmente no que diz respeito ao vazamento de metal lquido no molde. Outro elemento nocivo acima de determinados teores o estanho. Alm dessas impurezas, o silcio acima de certos teores pode provocar o aparecimento de pontos duros que dificultam a usinagem. Ligas cobre-berlio: na fundio dessas ligas devem ser controlados os teores de estanho e silcio (0,01 % no mximo), magnsio (0,0 5 % no mximo) e chumbo (0,05 % no mximo).

b) Metalurgia do P Diversos tipos de produtos base de ligas de cobre podem ser fabricados atravs do processo de metalurgia do p: filtros, mancais porosos, materiais para frico, contatos eltricos e peas estruturais. Os bronzes so ligas muito usadas na fabricao de filtros sinterizados por apresentarem elevada resistncia mecnica e corroso, porm tanto a resistncia mecnica quanto a dutilidade do material dependem da sua densidade. Geralmente se utiliza uma liga com cerca de 11 % de estanho, mas os lates e as alpacas tambm podem ser utilizados para a

fabricao de certos filtros sinterizados. Esses filtros so utilizados para a filtragem de gua, lquidos em geral e gases na indstria qumica e farmacutica, lquidos combustveis e fluidos hidrulicos de sistema