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Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 1

Alumínio e suas ligas

• Densidade do Al (baixa): 2,70 g/cm3

• Condutividade elétrica e térmica elevadas• Não magnético• Baixo coeficiente de expansão térmica• Resistente à corrosão• Estrutura cristalina CFC, ligas de fácil conformação (folhas de papel alumínio!)• Principal limitação: baixo ponto de fusão (660ºC)• Baixa resistência mecânica: Módulo elástico ~70 GPa,


Puro Al (1xxx)

Al-Cu(2xxx)

Al-Mn(3xxx)

Al-Si(4xxx)

Al-Mg(5xxx)

Al-Si+Mg(6xxx)

Al-Zn(7xxx)

Principais aplicações: peças estruturais de automóveis, latas de bebidas, carcaça de ônibus, peças automotivas.

Al + metais de baixa densidade (Mg e Ti): utilizadas na indústriaautomotiva - redução do consumo de combustível

Al + Li: indústria aeronaútica e aeroespacial - excelentespropriedades de fadiga e tenacidade a baixas temperaturas.

Existem mais de 200 ligas de Al comercialmentehttp://www.world-aluminium.org/http://www.alcoa.com/global/en/home.asp


Consumo de Al e suas ligas

Containers (não toxicidade )

Condutoreselétricos

(condutividade)

Construção civil(resistência a

corrosão)

Aplicaçõesestruturais

(resitência:peso)


Problemas das ligas de Al durante suas aplicações

0 50 100 150 200 250

Al

Cu

Ti

Steel

Modulus of Elasticity (GPa)

Baixa resistência a fadiga

Não pode ser usada em altatemperatura

Baixo módulo elásticos

Corrosao em água que contém ions pesados

É atacado facilmente em soluçõescausticas

Anódico para a maioria dos metais


Reciclagem do Al Al é o metal mais reciclado. A energia consumida(custo) para reduzir 1 tonelada de sucata é 5% do consumido para produzi-lo a partir do mineral.

(1) Baixa temperatura de fusão

(2) Alta resistência a corrosão (perde poucomaterial na reciclagem)

~30% do Al consumido bno mundo vme de produto reciclado, e nos países desenvolvidos é~ 41%


Magnésio e suas ligas

• a menor densidade entre os elementos estruturais: 1,74 g/cm3

– aplicadas onde um peso leve é considerado fator importante (componentesde aeronaves)

• baixa temperatura de fusão: 650ºC

• são quimicamente instáveis, suscetíveis a corrosão em ambientes marinhos

• boa resistência à corrosão e à oxidação em atmosfera normal• Baixa conformabilidade (estrut. HC)

• Aplicações: indústria de aeronaves e mísseis, malas de bagagens.

• Podem substituir alguns plásticos - possuem densidade comparável e são mais rígidas, mais recicláveis e mais baratos


Mg e suas ligas http://www.magnesium-elektron.com/http://members.tripod.com/Mg/

Aproximadamente 50% da produção de Mg é consumida nas ligas com Al e ferro fundido nodular.

Al, Zn: endur. por ppt.:Mn: melhora a resitência a corrosãoZr: refina grãosTerras raras: aumenta a resistência a fluência


LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL

GENERALIDADES

• 10º material mais consumido• É das ligas de aplicação industrial mais recente

• Ni puro: CFC• PF: 1450°C• Existem várias séries de ligas com várias designações – Monel, Inconel, Incoloy, Nimonic, Hastelloy, etc

PROPRIEDADES

• Ni e suas ligas tem grande resistência à corrosão

• Rigidez próxima do aço• Algumas ligas têm elevada tenacidade e resistência a temperaturas sub-zero

• Outras ligas têm elevada resistência até 1200ºC, mantendo a resistência àcorrosão

APLICAÇÕES

• Usado na indústria química e alimentar

• Revestimento de chapa de aço• Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas

TRATAMENTOS

• Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por solução sólida, endurecimento por dispersão de carbetos e/ou por envelhecimento


Ni e suas ligas

http://www.incoalloys.com/http://www.haynesintl.com/http://www.nidi.com/

Ni-Cu

Ni

Ni-Cr Ni-Cr-Fe Ni-Mo Ni-Cr-Mo

Aço inoxidável

Produto metalurgico: ligas de Ni e

superligas

Niquelação

outros

65%20%

9%6%


Ligas Ni-Cu A maioria das ligas Ni-Cu são da serie Monel®, manufaturada pela IncoAlloys (metais especiais). Estas ligas tem excelente resistência a corrosão(aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos e petroquímicosem, válvulas, bombas, trocadores de calor, etc.)

Exemplo: Monel 400 (UNS N04400): 66Ni-30Cu-1Fe-3%Al

Ligas Ni-Cr, Ni-Cr-Fe A maiaroria das ligas Ni-Cr são da serie Inconel® and Incoloy® manufaturaspela Inco Alloys. Estas ligas são resistentes a oxidação em altastemperaturas e corrosão em ambientes que contém cloro, mantendo sua altaresistência. (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos, turbina a gás, reatores nucleares, vasos de pressão, trocadores de calor, etc.)

Exemplos: Inconel 600 (UNS N06600): 72Ni-15.5Cr-8Fe Inconel X725 (UNS N07750): 73Ni-15.5Cr-7Fe-2.5TiIncoloy 800 (UNS N08800): 32.5Ni-46Fe-21Cr


Ligas Ni-Mo, Ni-Cr-Mo

São manufaturadas pela Haynes International e são chamadas de serie Hastelloy® . São usadas em ambientes severamentecorrosivos como HF, e supporta alta temperatura

Exemplo: Hastelloy B-2 (UNS N10665): 65Ni-28Mo-2Fe


LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL


LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

ZINCO CHUMBOESTANHO

GENERALIDADES

•Definidos como os materiais com temperatura de fusão abaixo de 800ºC

•Não são sensíveis ao trabalho a frio, não apresentando, por isso, encruamento por deformação plástica

•Apresentam fluência à temperatura ambiente, não sendo por isso usados em aplicações estruturais

•São particularmente indicados para a obtenção de peças fundidas devido à sua elevada fluidez e ao seu baixo ponto de fusão


ZINCO - Zn

•Forma ligas com Al, Cu e Pb•Muito usado em fundição de peças pelo baixo ponto de fusão e elevada fluidez

•A produção divide-se em:• Revestimentos – 40%• Fundição peças – 26%(carbu. Autom.)• Elemento de liga em latões – 18%• Zinco laminado – 12%• Outros – 4% (tintas anti-corrosivas, ânodos consumíveis, etc)

CHUMBO - Pb

•Um dos metais mais pesados•Substitui Sn em chumaceiras•Fundição de símbolos tipográficos•Protecção contra raios g e raios x• Isolamento de som e vibrações•Baterias de acumuladores

ESTANHO - Sn

•Sn “puro” só é usado em revestimentos•Sensível ao trabalho a frio mas amacia com o tempo

•Forma ligas com Cu usadas em chumaceiras de escorregamento

•40% da produção vai para revestimentos anti-corrosivos de aço e cobre

•Usado em brazagem


LIGAS DE METAIS REFRACTÁRIOS

GENERALIDADES

•Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800ºC•Tungsténio - W•Molibdénio - Mo•Tântalo - Ta•Nióbio - Nb•Zircónio, Cromo e Vanádio (não usados como refractários)•Háfnio e Rénio (muito raros)

•Todos possuem elevadas densidades•Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas•Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente


TÂNTALO

•Menos abundante dos 4 refractários•Alguma ductilidade à temperat ambiente•Baixa resistência•Bom condutor térmico•Boa resistência à corrosão à temperatura ambiente - semelhante aos vidros

•Usado em :• Material cirúrgico (corrosão)• Permutadores de calor• Processamento químico

TUNGSTÉNIO

•Metal estrutural com maior temperatura de fusão, maior densidade e maior dureza

•Elevado módulo de elasticidade (406GPa)•Bom condutor electrico•2/3 da produção vai para WC e apenas 15% éusado na forma pura

•Usado em :• Filamentos de lâmpadas• Contactos eléctricos• Electrodos não consumíveis• Protecção contra radiações• Contrapesos, volantes de inércia, etc

MOLIBDÉNIO

•Módulo de elasticidade elevado (317GPa)•90% da produção de Mo vai para elemento de liga em aços

•Boa resistência ao choque térmico•Elevada condutibilidade térmica•Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a altas temperaturas (700MPa a 1000ºC) -melhor que qualquer inox ou liga de Ni

•Usado em :• Dispositivos electrónicos de comando em aviação

• Escudos de radiação• Moldes para processamento de vidro• Matrizes de forjamento e extrusão

NIÓBIO

•Características semelhantes ao Ta•Baixo módulo de elasticidade•Elevada resistência a metais líquidos•Usado fundamentalmente na indústria nuclear e aeroespacial


Superligas

Fe-base

Superligas

Ni-base Co-base

É uma classe especial de ligas, paraaplicações em altas temperaturas.

Ni-based super-alloy single crystal turbine

blades

Jet Turbine engine, many interior components made of Ni-based and co-based superalloys


Superligas

Superligas a base de Fe: Fe(65-40%)-Ni(20-40%)-Cr(13-20%)Aplicações em temperaturas <700°C.

Siperligas a base de Ni: Ni-Cr(10-30%, Fe, Mo)Hastelloy, Inconel, Invar: Aplicações em temperaturas <800°C.

http://www.nidi.org/pages/home.htm

Superligas a base de Co: Co-Cr(20-30%)-Ni(10-20%)Resistência a tração na temp. amb.: 700-1000 MPaResistência a tração a 1000°C: 160 - 250 MPaÉ a mais resistente ao calor e mais cara que as outras e são

normalmente aplicadas em temperaturas acima de 900°C.

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