Materiais Metalicos Nao Ferrosos 10 11

1º Ano 1º Ano

2º Semestre2º Semestre

Tecnologia de MateriaisTecnologia de Materiais

2 Semestre2 Semestre

Tecnologia de Materiais Tecnologia de Materiais

Materiais Metálicos Não Ferrosos

Elaborado por: Leopoldina Alves e Milena Vieira

LIGAS METÁLICASNÃO FERROSASNÃO FERROSAS

• Usadas em geral para:• Usadas em geral para:

• Resistência à corrosão

• Resistência ao desgaste

• Cond eléctricaCond. eléctrica

• Peso reduzido (algumas)

• Resistência a altas

temperaturas (algumas)

• Boas resistência e rigidez

específicasespecíficas

LIGAS NÃO FERROSAS

NÃO FERROSOS

Ligas leves Ligas para altas temper.

Ligas baixo ponto de fusão

Metais/Ligas Refractárias

Ligas Al Ligas Mg

Ligas BeLigas Ti

NiPb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb

Ligas Cu

Cu-NiLatões

Bronzes

LIGAS NÃO FERROSAS

•Em geral mais caras que as ligas ferrosas•Usadas para aplicações específicas:•Usadas para aplicações específicas:

• Resistência à corrosão (Cu, Ni)• Alta conductividade (Cu, Al)• Baixo peso (Al, Mg, Ti)Baixo peso (Al, Mg, Ti)• Resistência a altas temperaturas (Ni)

•Utilização desde utensílios domésticos até aplicações aeroespaciais

Cobre (Cu)

Estanho (Sn)

Tungsténio (W)

Titâ i (Ti)

Zinco (Zn)

Ferro (Fe)

Niquel (Ni)

Magnésio (Mg)

Berílio (Be)

Alumínio (Al)

Titânio (Ti)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Magnésio (Mg)

Densidade (ton/m^3)

LIGAS NÃO FERROSASNÃO FERROSAS

ALUMÍNIO

GENERALIDADES

• O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre

• O seu processamento é caro, tendo restringido a sua aplicação até

meados do século, mas é um dos materiais mais usados actualmente

• Forma ligas com Mn, Cu, Mg, Si, Fe, Ni, Li etcForma ligas com Mn, Cu, Mg, Si, Fe, Ni, Li, etc

• Algumas ligas possuem resistência mecânica superior aos aços estruturais

ALUMÍNIO

- PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICASPROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

Ponto de Fusão: 660 °C

Sistema cristalino: CFC

DensidadeAl = 2,7 g/cm3

Cu = 8.9 g/cm3

Aço = 7.9 g/cm3

Condutividade térmica: 217,6 W/m.KCondutividade térmica: 217,6 W/m.K

Resistividade elétrica: 2,63 μΩ.cm

ê àResistência à tracçãoAl puro = 60- 80 Mpa

ELEMENTOS DE LIGA TRABALHO MECÂNICO A FRIO TRATAMENTO TÉRMICOELEMENTOS DE LIGA, TRABALHO MECÂNICO A FRIO, TRATAMENTO TÉRMICO

MELHORIA DE PROPRIEDADES

ALUMÍNIO

Bauxite: Al O nH O: 48% a 64% de alumina

Principal MineralPrincipal MineralBauxite: Al2O3.nH2O: 48% a 64% de alumina

Obtenção do AlumínioObtenção do AlumínioObtenção do AlumínioObtenção do Alumínio

Método Bayer (processo químico): extração do óxido (Al2O3) que contémt lo metal;

Processo eletrolítico: eletrólise da alumina

ALUMÍNIO

• O alumínio industrial contém geralmente 0,5% de impurezas, mas pode ser obtido quase puro (Al > 99,99%) por refinação electrolítica.

↓ Condutib. lé t ieléctrica

Efeito

↑Resistência mecânica a

quenteNi, Fe

Afinam GrãoTi(<0,1%); B(<0,01); Zr(<0,2%) Efeito

Impurezas

↑Resistênciaà fluência

↑Resistênciaà corrosãoà fluência

Si(<0,8%) Cu, Ni, Sn, Pb, Cr e Mn

ALUMÍNIO

Efeito das impurezas na Condutividade eléctrica

ALUMÍNIO

PROPRIEDADES• Baixa densidade (1/3 do aço)• Baixa densidade (1/3 do aço)• Boa condutibilidade térmica e eléctrica• Elevada resistência específica• Grande ductilidade• Fácil maquinação, fundição, soldadura e processamento em geral • Boa resistência à corrosão (Al apresenta ↑ resistência à corrosão do que as suas ligas)( p q g )• Custo moderado

• Não é tóxico

O Al é fortemente oxidável: Forma película de Al2O3 que protege o metal contra corrosão

Boa para ácido clorídrico Resistência química limitada: Boa para ácido clorídrico, sulfúrico e nítrico

As bases atacam o metal

A di ã t t t it bt d d Al OAnodização: tratamento que permite obter camada espessa de Al2O3

Al2O3: é estável, transparente, inerte, protege o Al dos meios agressivos

LIGAS DE ALUMÍNIO

Ligas de trabalho mecânico Ligas de fundição

Não endurecíveisEndurecíveis por SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGApor trat. térmicop

tratamento térmico

Al-Cu Al-Mg

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA•A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15%

Al-Cu-NiAl-Mg-SiAl-Zn-CuAl Li

gAl-MnAl-Si

• Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases são muito idênticosAl-Li

•Aumento de resistência por solução sólida – adicionar Mg, Fe, Mn

•Aumento de maquinabilidade CuTRATAMENTOS

R i t •Aumento de maquinabilidade – Cu•Aumento de resistência à corrosão – Si•Aumento fluidez de fundição – Mn, Si

• Recozimentos

• Endurecimento por precipitação e

envelhecimento, apenas em algumas ligas•A adição de elementos de liga geralmente retarda a formação de Al2O3

• Endurecimento por deformação plástica a

frio (encruamento)

LIGAS de ALUMÍNIO - Processamento

Ligas de trabalho mecânico:

Passam por processos de laminagem, t ã f j ti textrusão, forjagem, estiramento.

Ligas de Fundição:

Fundição em molde de areia fundição emFundição em molde de areia, fundição em molde permanenete e fundição injectada.

Metalurgia do pó

LIGAS de ALUMÍNIO

Tratamentos Térmicos:Tratamentos Térmicos:

Alívio de tensões:Alívio de tensões:

T= 130-150°C

T d d d dTempo depende da espessura da peça

Recozimento :

T= 300-400°CT 300 400 C

recristalização: para ligas deformadas plasticamente

homogeneização: peças fundidashomogeneização: peças fundidas

LIGAS de ALUMÍNIO

Tratamento térmico de solubilização seguido de Precipitação ou envelhecimento :

Solubilização

Arrefecimento rápido

Precipitação

LIGAS de ALUMÍNIO

Tratamento térmico de solubilização seguido de Precipitação ou envelhecimento :

Solubilização5 65%5,65%

LIGAS de ALUMÍNIO

Tratamento de endurecimento por precipitação, ou

envelhecimento

LIGAS de ALUMÍNIO

lh id lEnvelhecidas Naturalmente Envelhecidas Artificialmente

ALUMÍNIO E LIGAS de ALUMÍNIO

NOMENCLATURA ALUMINIUM ASSOCIATION (AA) E ASTM PARA LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO

XXXX

X1 elemento maioritário da liga

X2 - zero se é liga normalX2 zero se é liga normal

- 1, 2 e 3 indica uma variante específica da liga normal(como teor mínimo e máximo de um determinado elemento)(como teor mínimo e máximo de um determinado elemento)

X3 e X4 para diferenciar as várias ligas do grupo.


LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO

C i t 4 dí it O i i d fi i i l l t d li• Consiste em 4 dígitos. O primeiro define o principal elemento de liga

•1xxx – Alumínio puro (99%)

•2xxx – Ligas com Cu2xxx Ligas com Cu

•3xxx – Ligas com Mn

•4xxx – Ligas com Si

•5xxx – Ligas com Mg

•6xxx – Ligas com Mg e Si

7 Li Z•7xxx – Ligas com Zn

•8xxx – Outros elementos (Li...)

Alumínio não ligado 1000- O segundo algarismo indica modificações nos limites de impurezas

Os dois últimos algarismos representam o teor de alumínio além de 99%- Os dois últimos algarismos representam o teor de alumínio além de 99% em centésimas

Ex: 1065 Al com 99,65% de pureza


NOMENCLATURA ALUMINIUM ASSOCIATION (AA) E ASTM PARA LIGAS DE FUNDIÇÃOÇ

XXX XXXX.X

X1 elemento maioritário da liga

X2 e X3 teor mínimo de alumínio

X4 - zero indica composição das peças fundidasX4 zero indica composição das peças fundidas

- 1 e 2 indica composição dos lingotes


ÃLIGAS DE FUNDIÇÃO

• Consiste em 4 dígitos. O primeiro define o principal elemento de liga

•1xx.x – Alumínio puro (99,5%)

•2xx.x – Ligas com Cu

•3xx.x – Ligas com Si+Cu ou Mg

•4xx.x – Ligas com Si

•5xx x Ligas com Mg•5xx.x – Ligas com Mg

•7xx.x – Ligas com Zn

•8xx.x – Ligas com Sn8xx.x Ligas com Sn

NOMENCLATURA DAS LIGAS DE ALUMÍNIO(ALUMINIUM ASSOCIATION)

SUFIXOS:

• F – sem controle, como fabricado Tz – tratado termicamente

Uma letra seguida de um ou mais algarismos,definindo a condição final

F sem controle, como fabricado

• W – tratamento de dissolução

• O – recozido (trab. mecânico)

1-Envelhecido naturalmente

2-Recozido (fundição apenas)

• Hxy– deformado a frio (idem)

x=1–deformação a frio simples

3-Dissolução e def. a frio

4- Dissolução e envelhec. natural

x=2–parcialmente recozido

x=3–estabilizado por trat. térmico a baixa

5-Envelhecido em forno

6-Dissolução e envelhec. forno

Di l bilitemperatura

y=8,6,4 ou 2–total. endurecido,3/4, ½ ou ¼

7-Dissolução e estabilização

8-Dissolução, def. frio, envelhec. forno

9 Dissolução envelhec Forno def frioendurecido 9- Dissolução, envelhec. Forno,def. frio


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

Propriedades mecânicas

Res

ist.

corro

são

Maq

uin.

Sol

dabi

l.

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

1100 A C-D A A91100 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45 Alimentos, produtos químicos, permutadores de calor, reflectores de luz

3003 A C-D A A93003 0.12Cu, Recozido(O) 110 40 30-40 Utensílios culinários, reservatórios

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - NÃO TRATÁVEIS

c S1.2Mn,0.1Zn de pressão e tubagens, latas de

bebidas5052 A C-D A A95052 2.5Mg, 0.25Cr Def. Frio (H32) 230 195 12-18 Tubagens de óleo e combustível

em aeronaves, tanques de combustível, rebites, arame

Â Á2024 C B-C B-C A92024 4,4Cu, 1.5Mg,

0.6MnTratado

termic. (T4)470 325 20 Estruturas aeronauticas, rebites,

jantes de camião, parafusos6061 B C-D A A96061 1.0Mg, 0.6Si,

0.3CuTratado

termic. (T4)240 145 22-25 Camiões, canoas, automóveis,

mobiliário, tubagens7075 C B D D A97075 5 6Z 2 5M T t d 570 505 11 E t t ti t

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

7075 C B-D D A97075 5.6Zn,2.5Mg, 1.6Cu,0.23Cr

Tratado termic. (T6)

570 505 11 Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento

295.0 A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado termic. (T4)

221 110 8,5 Volantes, jantes de camiões e aviões, carters

356 0 A03560 7 0Si 0 3Mg Tratado 228 164 3 5 Caixas de transmissão blocos de

LIGAS DE FUNDIÇÃO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

356.0 A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado termic. (T6)

228 164 3,5 Caixas de transmissão, blocos de motor

2090 --- 2.7Cu,0.25Mg2.25Li,0.12Zr

Trat. termic. e def. frio (T83)

455 455 5 Estruturas aeronauticas e de tanques criogénicos

8090 --- 1 3Cu 0 95Mg Trat termic e 465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras

LIGAS DE LÍTIO

8090 --- 1.3Cu,0.95Mg2.0Li,0.1Zr

Trat. termic. e def. frio (T651)

465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento

A= Excelente, D= fraco


ALCLADSALCLADS

- São chapas de duraalumínio revestidas em ambas as faces com alumínio puro

- Foi desenvolvida para melhorar a resistência à corrosão dos duralumínios

2017 – 4% Cu; 0,5% Mg e 0,7% Mn

2024 – 4 4% Cu e 1 5% Mg2024 4,4% Cu e 1,5% Mg

Aplicações na indústria aeronáuticaAplicações na indústria aeronáutica

ALUMÍNIO e LIGAS de ALUMÌNIO

APLICAÇÕESAPLICAÇÕES

•Construção civil e arquitectura

•Embalagens e contentoresEmbalagens e contentores

•Aeronáutica e aeroespacial

• Indústrias automóvel, ferroviária e naval,

•Condutores eléctricos alta voltagem

•Utensílios de cozinha

•Ferramentas portáteis

COBRE

Principal MineralPrincipal MineralSulfuretos de cobre

Principal MineralPrincipal Mineral

Obtenção do CobreObtenção do Cobre

Forno: fusão do minério, extração do cobre e eliminação das impurezasatravés da escória. Produz-se o cobre maleável resistente (98%).(embora possa ser usado posteriormente a maior parte é refinado posteriormente)

Processo eletrolítico: Produz-se o cobre electrolítico maleável resistenteb EMR* (99 95%)ou cobre EMR* (99,95%)

*Cobre ETP – Electrolytic tough pitch copper

COBRE

Cobre não ligadoCobre não ligadoUsado em larga

O cobre EMR é o mais barato dos cobres industriais escala na industria

eléctrica (fio, varão,

chapa).

≅ 0,04% Oxigénio: forma Cu2O

Para a maioria das aplicações o oxig. No Cu EMR é uma impureza semimportância

Porém! ↑400 ºC numa atmosfera com hidrogéneo: Forma-se vapor deágua ⇒ origina cavidades internas ⇒ o cobre torna-se frágil

Faz-se reagir o oxigénio com fósforo ⇒ P2O5

Elimina-se o oxigénio ⇒ Produz-se cobre desoxigenado de

elevada condutividade (OFHC = oxigen free high conductivity

copper)

COBRE

Cobre não ligadoCobre não ligado

Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP; EMR) - Ex linhas telefônicasCobre eletrolítico tenaz (Cu ETP; EMR) - Ex. linhas telefônicas.

C b i t d i ê i (C OF) E i t l t ó iCobre isento de oxigênio (Cu OF) - Ex. em equipamentos electrónicos

Cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor em fósforo (Cu DLP;DHP) -

- Ex. tubos que conduzem fluidosq

COBRE


Ponto de Fusão: 1083 °C


Condutividade térmica: 400 W/m.K

Resistividade elétrica: 1 7 Ω cmResistividade elétrica: 1,7μΩ.cm

DensidadeCu = 8 9 g/cm3Cu = 8.9 g/cm3

Al = 2,7 g/cm3

Aço = 7.9 g/cm3

Resistência à tracçãoCu puro = 200-300MPa

COBRE

Efeito das impurezas na Condutividade eléctrica

COBRE e LIGAS de COBRE

GENERALIDADESGENERALIDADES

• Dos primeiros metais usados

• 3-4 vezes mais caro que o Al e 6-7 vezes mais caro que o aço-carbono

• Forma ligas c/ Sn, Zn, Al, Be, Ni, Si

• Existem 3 grupos básicos de ligas

•Latões: ligas Cu-Zn (existem ainda os latões de chumbo, Cu-Zn-Pb, de estanho,

Cu-Zn-Sn...

•Bronzes: ligas Cu-Sn (existem ainda os bronzes de alumínio: Cu-Al, de silício:

Cu-Si, de berílio: Cu-Be)

•Cuproníqueis: ligas de Cu-Ni

COBRE

PROPRIEDADES

• Excelente condutibilidade eléctrica (a melhor depois da prata)

• Elevada condutibilidade térmica

• Elevada resistência à corrosão

• Algumas ligas podem atingir resistência elevada (adição elementos liga; gu as gas pode at g es stê c a e e ada (ad ção e e e tos ga;

tratamentos mecânicos)

• Elevada ductilidade e maleabilidade• Elevada ductilidade e maleabilidade

• Resist específica inferior ao aço e Al

R i t/ t i f i Al• Resist/custo inferior ao aço e Al

• Oxida ao ar a temperaturas > 500ºC

• Não é atacado pela água


Tratamentos :

Todas as ligas podem sofrer encruamento

Tratamentos :

Todas as ligas podem sofrer encruamento

Recozimento

Alívio de tensões

Algumas ligas podem ser tratadas por solubilização

e precipitação (envelhecimento)e precipitação (envelhecimento)


APLICAÇÕES

• 70-80% de uso no estado puro

• Coloração boa para arquitectura, Co o ação boa pa a a qu tectu a,

decoração e joalharia

A b i tê i à ã l• A boa resistência à corrosão leva

a aplicações na indústria naval

• Tem as mais variadas aplicações

em todo o tipo de indústria...


Processamento

- Laminagem

- Extrusão

Forjagem- Forjagem

- Estiramento

- Fundição

M t l i d ó- Metalurgia do pó

LIGAS de COBRE

(Prata deNíquel)

Al; Si; Be

NOMENCLATURA DO COBRE E LIGAS DE COBRE

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO E DE FUNDIÇÃO

• Adoptada pela CDA – Copper Development Association: utiliza três dígitos

S C “C

Ç

• A mais comum é a designação UNS: Começa com a letra “C” seguida de 5 algarismos

(Os três primeiros algarismos coincidem com a designação da CDA)

• Série 1 – Para cobre e cobre ligado

• Série 2 até 7 Para ligas de trabalho mecânico• Série 2 até 7 – Para ligas de trabalho mecânico

• Série 8 e 9 – Para ligas de fundição


Wrought Alloys: Cast Alloys:

Coppers (C80000 - C81399)

High Copper Alloys (C81400-83299)

Coppers (C10100 - C15999) Brasses (C83300 - C89999)

High Copper Alloys (C16000 - C19999) Bronzes (C90000 - C95999)

Brasses (C20000 - C49999) Copper Nickels (C96000 - C96999

Bronzes (C50000 - C69999) Nickel Silvers (C97000 - C97999

Copper Nickels (C70000 - C73499) Leaded Coppers (C98000 - C98999)

Nickel Silvers (C73500 - C79999) Special Alloys (C99000 - C99999)Nickel Silvers (C73500 C79999) Special Alloys (C99000 C99999)


SUFIXOS

• Destinam-se a especificar a condição final da liga – tipo de tratamento ou % de encruamento

AS

CO

E LI

GA

CÂ

NIC

ÃO

DE

AR

AO

MEC

OSI

ÇÃ

PAA

LHO

OM

PO

RA

BA

CO TR

AS

E LI

GA

O

ÃO

DE

RA

DIÇ

ÃO

OSI

ÇÃ

PAFU

ND

OM

POC

O

LIGAS DE COBRE - LATÕES

INFLUÊNCIA DO Zn• Aumenta a resistência mecânica• Baixa o ponto de fusão• Baixa o custo

FASES PRESENTES•Fase a(até 35%Zn)

• Dúctil e def. a frio até 30%Zn• 5%Zn – Latão para dourar (resist à

corrosão, medalhas)• 15%Zn – Latão vermelho (canalizações,

joalharia, decor.)• 34%Zn – Latão amarelo (+barato,

parafusos, rebites)•Fases a+b

• Menos dúctil• 40%Zn – Metal Muntz – peças fundidas ou

def. quente, fácil maquinação, resist ~ aço• 40%Zn,1%Sn – Naval brass – grande

resistência à corrosão

LIGAS DE COBRE

Diferentes soluções sólidas dos diagramas de equilíbrio Cu – X.

Nota: A fase α ⇒ mais rica em cobre ⇒ é dúctil e permite deformação

plástica a frio.

A fase β, em cada sistema CCC e as respectivas ligas não são

deformáveis a frio ⇒ Preferencialmente utilizadas em fundição e deformação

a quente.

Outras fases são em geral muito duras e frágeis

LIGAS DE COBRE - LATÕES

LATÃO DE ALUMÍNIO LATÃO DE CHUMBO

• Liga ternária Cu-Zn-Al

• Maior resistência à tracção

• Maior resistência à corrosão

• O Pb é insolúvel no Cobre,

formando pequenas bolsas

• Efeito lubrificante melhora• Maior resistência à corrosão

• 22%Zn, 2%Al é usada em

canalizações de água salgada na

• Efeito lubrificante, melhora

maquinabilidade

• Usado em peças sujeitas a atrito

construção naval

LATÃO DE SILÍCIOLATÃO DE SILÍCIO

• Aumenta a fluidez da fusão

• Aumenta resistência tracção

LATÃO DE ESTANHO

• Aumenta resistência à tracção,

rigidez e resistência à corrosão Aumenta resistência tracção

• “Bronze silício” (85Cu-10Zn-5Si) é

usado em bombas, válvulas,

rigidez e resistência à corrosão

• “Admiral bronze” (70Cu-28Zn-1Sn-

0,75Pb) tubos de condensadoresengrenagens

)

LIGAS DE COBRE - BRONZES

INFLUÊNCIA DO Sn• Aumenta o limite elásticoAumenta o limite elástico

• Aumenta a dureza

• Liga monofásica para Sn<15%

• Até 15%Sn – grande ductilidade

•Aplicação em decoração, torneiras, peq.

chumaceiraschumaceiras

•Bronzes fosforosos:para fundição (boa

fluidez)

• 15<%Sn<25: ↑ dureza e ↓ ductilidade

•Aplicação em casquilhos, chumaceiras,

juntas elementos com forte atrito instrumjuntas, elementos com forte atrito, instrum.

musicais (>17%Sn)

• Elevado preço do Sn levou à sua substituição

por Al, Pb, Be e Si


BRONZE-ALUMÍNIO (Cu-Al)

•Propriedades semelhantes ao Cu-Sn

BRONZE-SILÍCIO (Cu-Si)

•Propriedades semelhantes ao Cu-Sn op edades se e a es ao Cu S

•Empregue em engrenagens, orgãos de máquinas, arquitectura e decoração

op edades se e a es ao Cu S

•Particularmente adequado a soldadura e a peças fundidas

•Até 4%Si–alta resistência e tenacidade


BRONZE-BERÍLIO (Cu-Be)

• liga de Cu endurecível por precipitação• liga de Cu endurecível por precipitação

•Liga com maior resistência

•Excelente resistência ao desgaste e à

corrosão

•Usada em instrumentos cirúrgicos e

dentários molas e eléctrodos dedentários, molas e eléctrodos de

soldadura por pontos

CUPRONÍQUEIS (Cu-Ni)

O í l é lú l b l ã•O níquel é solúvel no cobre em qualquer proporção

•Ligas de melhor resistência à corrosão

•Não muito duras, mas bastante dúcteis,

•Usadas em permutadores de calor, tubagens,

condensadores, etc

LIGAS DE COBRE

Tratamentos Térmicos:Tratamentos Térmicos:

RecozimentoRecozimento

Alívio de tensões

Solubilização e endurecimento por precipitação

LIGAS de COBRE

LIGAS de COBRE

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


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

ETP C11000 0,04 Oxig Recozido 220 69 45 Fio electrico, rebites, juntas, panelas, pregos, tectos falsos, decoração

LIGAS DE TRABALHO M ECÂNICO

decoraçãoCobre-Berílio

C17200 1.9Be,0.2Co Envelhecido 1140-1310 690-860 4-10 Instrumentos cirúrgicos e dentários, molas, válvulas, diafragmas, electrodos não consumíveis

Latão de cartuchos

C26000 30Zn Recozido Def.frio (H04)

300 525

75 435

68 8

Radiadores de automóveis, componentes de munições, casquilhos de lâmpadas, envólucros de lanternas

Bronze fosforoso

C51000 5Sn, 0.2P Recozido Def.frio (H04)

325 560

130 19

64 10

Discos de embraiagem, diafragmas, fusíveis, molas

Cupro-níquel

C71500 30Ni Recozido Def.frio (H02)

380 515

125 485

36 15

Condensadores e permutadores dcalor, tubagens água salgada

Latão amarelo

C85400 29Zn, 3Pb, 1Sn

----- 234 83 35 Mobiliário, apoios de radiadores, iluminação

Bronze h b

C90500 10Sn, 2Zn ----- 310 152 25 Apoios, juntas, segmentos, h i

LIGAS DE FUNDIÇÃO

chumbo chumaceiras, engrenagensBronze

alumínioC95400 4Fe, 11Al ----- 586 241 18 Apoios, engrenagens, parafusos

sem-fim, juntas de válvulas

MAGNÉSIO

GENERALIDADES

• Mais leve dos metais estruturaisMais leve dos metais estruturais

• 3º metal mais abundante na crusta

C tid li d Al d d C• Competidor ligas de Al e das de Cu

• Processamento caro

• Fraco em estado puro, bom quando forma ligas com Al, Zn, Mn, Th, Ce...

Magnesite : MgCO3 (carbonato de magnésio)

Principal Mineral

Magnesite : MgCO3 (carbonato de magnésio)

MAGNÉSIO

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICASPROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICASPROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICASPROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

Ponto de Fusão: 649°C

Sistema cristalino: HC

DensidadeMg = 1,74 g/cm3

Cu = 8 9 g/cm3Cu = 8.9 g/cm3

Al = 2,7 g/cm3

Aço = 7.9 g/cm3

Módulo de Young = 44GPa

MAGNÉSIO

PROPRIEDADES

• Baixa ductilidade (inferior ao Al) difícil de trabalhar a frio

Facilmente deformável a quenteFacilmente deformável a quente

• Baixo ponto de fusão ⇒ fundição

• Boa maquinabilidade alta velocidade (Inflamável – cuidado na maquinação)

• Soldável• Soldável

• Boa resistência à corrosão (em ambiente atmosférico, mas susceptível em

ambientes marítimos)

• O Mg não tem aplicações tecnológicas no estado não ligadog p ç g g

MAGNÉSIO E LIGAS de MAGNÉSIO

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA

•A formação de ligas aumenta consideravelmente a resistência mecânica por

formação de sol ção sólidaformação de solução sólida.

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

• O principal elemento de liga é o alumínio (até 10%) conferindo boas propriedades

de endurecimento por precipitação ⇒ ↑resistência mecânicade endurecimento por precipitação ⇒ ↑resistência mecânica

•Refinar o tamanho de grão – Zr

•Aumento de resist. corrosão – Mn

•Aumento resist. mecânica e resist. à fluência a alta temperatura – Th, Ce


APLICAÇÕES

• 50% - elemento de liga no Alumínio

• 21% - Ligas de MagnésioA formação de Ligas permite:-Melhoria resitência mecânica;

• 12% - desulfurante e desoxidante

• Quase todas de peças fundidas

-Melhoria resistência à fadiga;-Melhoria resistência ao impacto

• Quase todas de peças fundidas

• Blocos de motor, volantes, apoios de assento,

coluna de direcção

• Raquetes, patins, tacos de golf, bastões de

baseball, bicicletas

• Componentes vários de aviação

• Ânodo de sacrifício de navios


é fAs ligas de magnésio podem ser classificadas :

- Ligas de fundiçãog ç

- Ligas para trabalho mecânico

Sendo a fusão e o vazamento operações muito fáceis e a deformaçãop ç ç

plástica a frio relativamente difícil, predominam as ligas de fundição


Tratamentos :

Deformação plástica a quente (trabalho a frio difícil /

Tratamentos :

limitado)

R i tRecozimento

Alívio de tensões

Algumas ligas podem ser tratadas por solubilização

e precipitação (envelhecimento)

NOMENCLATURA DO MAGNÉSIO; LIGAS DE MAGNÉSIO(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA)( )

NOMENCLATURA(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA)

SISTEMAS BINÁRIOS PRINCIPAIS• Mg – Al( , )

• 2 letras indicando os dois principais

elementos de liga (ord. crescente)

Mg Al•Mg-Al-Mn - AMxx•Mg-Al-Zn - AZxx

• Mg – ZnM Z Z ZK

• 2 ou 3 algarismos indicando as

percentagens

•Mg-Zn-Zr - ZKxx•Mg-Zn-Th - ZHxx

• Mg – Terra rara•Mg-t.r.-Zr - EKxx

• 1 letra indica ordem standardização

• Sufixos semelhantes às ligas de Al

Mg t.r. Zr EKxx•Mg-t.r.-Zn - EZxx

• Mg – Th•Mg-Th-Zr - HKxxM Th Z HZ•Mg-Th-Zn - HZxx

LETRAS E ELEMENTOS DE LIGAAlumínio – ABismuto – BCobre – CCádmio D

Prata – QCrómio – RSilício – SEstanho – T

Tório – HZircónio – KBerílio – LManganês – MCádmio – D

Terra rara – EFerro – F

Estanho – TZinco – Z

Manganês – MNíquel – NChumbo – P


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

AZ80A M11800 8.5Al, 0.5Zn, 340 250 11 Elementos estruturais, peças


LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO

0.12Mnp ç

forjadasHK31A M13310 3.0Th, 0.6Zr Def. frio e

parcialmente recozido

255 200 9 Elementos estruturais com boa resistência até 315ºC

ZK60A M16600 5 5Zn 0 45Zr Envelhecido 350 285 11 Peças forjadas de grandeZK60A M16600 5.5Zn, 0.45Zr Envelhecido artificialmente

350 285 11 Peças forjadas de grande resistência para aeronaves

AM60A M10600 6.0Al, 0.13Mn 220 130 6 Jantes de automóveisEZ33A M12330 2.7Zn, 0.6Zr, Envelhecido 160 110 3 Peças fundidas para

LIGAS DE FUNDIÇÃO

3.3Terr. raras artificialmenteç p

utilização até 260ºCAZ91A M11910 9.0Al,

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

relva e malas de viagem

LIGAS de MAGNÉSIO

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

TITÂNIO E LIGAS de TITÂNIO

MinériosMinérios

Ilmenite FeTiO3

Rutilo (TiO2)

Num forno de fusão: Ilmenita + cloro +coque

Obtenção do TitânioObtenção do Titânio

2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C ⇒ 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO

Processo Kroll: Envolve a redução do tetracloreto de titânio (TiCl4), primeiroProcesso Kroll: Envolve a redução do tetracloreto de titânio (TiCl4), primeiro com sódio (Na) e cálcio (Ca) e depois com magnésio (Mg) numa atmosfera inerte (gás Ar)

Processo electrolítico

TITÂNIO

GENERALIDADES

• Metal mais recente (a partir de ’50)

• Abundante – custo elevado de proc.Abundante custo elevado de proc.

• É Polimorfo: sofre transformação alotrópica - Fases: a 880ºC Fase b

• Fase a – HC – pouco dúctil

• Fase b – CCC – muito dúctil

• Formação ligas afecta significativa/ as propriedades (Temp. de transf.

alotrópica, endurecimento por solução sólida)

• Ligas com Al, Sn, V, Mo, Nb, Mn, Cr, Fe, Co, Ta

TITÂNIO

PROPRIEDADESLimitações:

• Baixa densidade (4.5ton/m3)

Alto ponto de fusão (1668ºC)

Limitações:

-Custo

- ↓resistência mecânica• Alto ponto de fusão (1668ºC)

• Resistência à tracção: ≅ 30 Mpa

-↓ Resistência à fluência

• Módulo de Young: ≅ 110 Gpa

E l t i tê i ã b i d 550ºC bi t t fé i• Excelente resistência corrosão abaixo de 550ºC em ambiente atmosférico e

marinho (TiO2 – garante superior resistência à corrosão. ↑ 550ºC o óxido fractura-se).

• Acima de 550ºC tem baixa resist corrosão e à fluência

• BiocompatívelBiocompatível


Os elementos de liga podem agrupar-se em 4 grupos:

• Elementos que formam solução sólida sem afectar a temperatura de transição

Ex: Sn; Zn

• Elementos que sobem a temperatura de transformação aumentando a fase α

(estabilizadores de α):

Ex: Al, Ga, O, N, H

• Elementos que baixam a temperatura de transformação podendo levar a fase β àElementos que baixam a temperatura de transformação podendo levar a fase β à

temperatura ambiente (estabilizadores de β)Ex: V, Ta, Nb, Mo

• Elementos que produzem reacção eutéctica, baixam a temperatura de transição

produzindo estrutura bifásica a baixa temperaturaproduzindo estrutura bifásica a baixa temperatura.

Ex: Mn, Cr, Fe, N, Co

LIGAS DE TITÂNIO

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

Ligas a•Ligas não endurecíveis por T.T. – endurecimento por solução sólida•Al principal elemento de liga – até 5~6%

Al,O,N,H,Ga •Resistência moderada a alta temperatura•Boas tenacidade, resist fluência, soldabilidade

f bLigas quase a •Alguma fase b numa microestrutura essencialmente a•Adiciona-se Sn e Zr para manter a resistência diminuindo o Al•Altas resist mecânica, tenacidade, resist fluência, soldabilidadeR i t t d lh i t ( > i t ã )

V,Mo (peq.quant.)

Ligas a- b

•Resist aumentada com envelhecimento (=> menor resist corrosão)

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

Ligas b•Grande adição de V e Mo => b à temp ambiente (não é usual)•Estrutura b obtida com tratamento de envelhecimento

(ou duplex) Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades

•Grande ductilidade – fácil deformação a frio•São soldáveis•Ligas mais pesadas

V,Mo,Nb,Cr,Fe,Ta


Tratamentos:Tratamentos:

Deformação plástica ⇒ EncruamentoDeformação plástica ⇒ Encruamento

Recozimento

Alívio de tensões

Solubilização e endurecimento por precipitação


APLICAÇÕES

•Devido à grande resist. específica:

• Aeronáutica e aeroespacial

• Motores a jacto (estrut. e compon.)

• Pás e discos de turbinas

• Viaturas competição e artigos

desportivos em geral

q q

•Devido à grande resist. corrosão:

• Processamento químico

• Submersíveis

• Implantes biomédicos / próteses

• Permutadores de calor

LIGAS de TITÂNIO

LIGAS de TITÂNIO

Rotura Cedênci Extensão Propriedades mecânicas

Tipo de Comum Composição Condição (MPa) a (MPa) Rot. (%) Aplicações/Características

Comercial/Puro

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

a Ti 5Al 5 0Al 2 5Sn Recozido 862 807 16 Caixas de turbinas de gás

liga (UNS)

a Ti-5Al-2.5Sn

(R54520)

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

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

8.0Al, 1.0Mo, 1.0V

Recozido (duplex)

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

(R54810)a-b Ti-6Al-4V

(R56400)6.0Al, 4.0V Recozido 993 924 14 Implantes de elevada resistência,

processamento químico, componentes estruturais de aeronaves

a-b Ti-6Al-6V- 6.0Al, 2.0Sn, Recozido 1069 1000 14 Componentes estruturais de alta b2Sn

(R56620)6.0V, 0.75Cu

presistência em aeronaves

b Ti-10V-2Fe-3Al

10.0V, 2.0Fe, 3.0Al

Dissolução e envelhec.

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

NÍQUEL

MinériosMinériosPentlandite FeNi9S8

Milerite NiSMilerite NiS

Garnierite MgNi6Si4O10(OH)8

Anabergite Ni3(AsO4)2•8H2O

GENERALIDADES

• 10º material mais consumido

• É das ligas de aplicação industrial mais recente

NÍQUEL


Ponto de Fusão: 1455°C


Densidade

Ni = 8,89 g/cm3

Al = 2,7 g/cm3

Aço = 7.9 g/cm3

Condutividade térmica: 70,2 W/m.K

Resistividade elétrica: 11 μΩ.cm (≅ 16% condutiv. eléctrica Cu)

Resistência à tracção

Ni (industrial) ≅ 380 Mpa

E = 207 GPa

NÍQUEL

PROPRIEDADES

•Boa resistência à corrosão

•Resistência mecânica razoável

•Rigidez próxima do aço

•Condutor eléctricoCondutor eléctrico

APLICAÇÕES

•Revestimento de chapa de aço

Elemento de liga: nos aços nas ligas de ferro ligas de Cobre•Elemento de liga: nos aços, nas ligas de ferro, ligas de Cobre

•Equipamentos de processamento de alimentos

•Componentes eléctricos

LIGAS DE NÍQUEL - SUPERLIGAS

Foram desenvolvidas uma vasta gama de Superligas à basede níq el !de níquel !

PROPRIEDADES

• Excelente Resistência à corrosão em diversos ambientes incluindo

ambientes marítimos.• Excelente propriedades de resistência térmica (até ≅1200ºC) incluindo

boa resistência à fluência

•Boa resistência à oxidação a altas temperaturasoa es stê c a à o dação a a tas te pe atu as

•Algumas ligas têm elevada tenacidade e resistência a temperaturas sub-

zeroAPLICAÇÕES

•Equipamentos Indústria Química e PetroquímicaPás de turbina

zero

•Pás de turbina• Indústria Naval e aeroespacial•etc

LIGAS DE NÍQUEL - SUPERLIGAS

Existem várias séries de ligasExistem várias séries de ligas

Designações Comerciais:

Monel (ligas à base de Ni-Cu)

Inconel (ligas à base de Ni Cr Fe)Inconel (ligas à base de Ni-Cr-Fe)

Incoloy (ligas à base de Ni-Fe-Cr)

Nimonic (ligas à base de Ni-Cr-Ti)

Hastelloy (ligas à base de Ni-Mo e Ni-Cr-Mo)

•Algumas ligas contêm pequenos teores de outros elementos como•Algumas ligas contêm pequenos teores de outros elementos como

por ex: Ti, B, Zr, Ta, Co, Al

NÍQUEL E LIGAS DE NÍQUEL

Tratamentos :Recozimento

Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por:Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por:

Solução sólida

Trabalho mecânico

Endurecimento por dispersão de carbonetos e/ou por

envelhecimento/precipitação

As ligas podem ser classificadas :

- Ligas para trabalho mecânicoLigas para trabalho mecânico

- Ligas de fundição

LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL

LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL


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

665112 560

45 4

Revestimentos ou componentes para resistência a corrosão

Monel N04400 31.5Cu Recozido 546 273 37 Válvulas, bombas e permutadore400

, pde calor

Monel K500

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

Envelhecido 1050 770 30 Veios, molas e pás de turbina

Inconel N06600 15.5Cr, 8Fe Carbonetos 560 203 49 Equipamentos para tratamento 600

,dispersos

q p ptérmico

Inconel 625

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

Deformado a frio

896 483 50

Inconel N07750 15.5Cr, 7Fe, Envelhecido 1241 827 25X750 2.5Ti

Hastelloy B-2

N10665 28Mo Carbonetos dispersos

950 520 55 Componentes estruturais resistentes à corrosão e

Hastelloy N10276 16Cr, 16Mo, 792 531 60 processamento químicoyC276 6Fe, 4W

Incoloy 800

N08800 46Fe, 21Cr Carbonetos dispersos

623 287 37 Permutadores de calor

Incoloy N08825 21.5Cr,30Fe, 690 310 45825 3Mo, 2.2Cu

METAIS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

ZINCO (HC) CHUMBO (CFC)ESTANHOZINCO (HC) CHUMBO (CFC)ESTANHO(tetragonal)

Minério

D id d

ZnS

13 / 3

SnO2

3 / 3

PbS

3Densidade

Ponto Fusão

7,13 g/cm3

419,5 ºC

7,3 g/cm3

232 ºC

11,34 g/cm3

327 ºC

GENERALIDADES

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

•Não são sensíveis ao aumento da resistência mecânica por deformação plástica a frio nem por tratamento térmico

•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

LIGAS DE 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% (indust. automóvel)

Elemento de liga em latões 18%•Elemento de liga em latões – 18%

•Zinco laminado – 12%

•Outros – 4% (tintas anti-corrosivas, ligas para solda, etc)

LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

ESTANHO - SnSn “puro” só é usado em revestimentos (folha de flandres)•Sn “puro” só é usado em revestimentos (folha de flandres)

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

•Forma ligas com Sb e Cu usadas em chumaceiras de escorregamento

•Usado em brazagem

CHUMBO - Pb

•Sensível ao trabalho a frio mas amacia com o tempo

•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

LIGAS DE METAIS REFRACTÁRIOS

GENERALIDADES

•Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800ºCDureza

[HV]Tensão rotura

Densidade[g/cm3]

Temper.Fusão

Dureza[HV]

Tensão rotura

Densidade[g/cm3]

Temper.Fusão

• Tungsténio - W

• Molibdénio - Mo M

480151619,323422W(CCC)

[HV]rotura[MPa]

[g/cm3]Fusão[ºC]

M

480151619,323422W(CCC)

[HV]rotura[MPa]

[g/cm3]Fusão[ºC]

Molibdénio Mo

• Tântalo - Ta

• Nióbio - Nb15041316,683017Ta

(CCC)

22065510,282623Mo(CCC)

15041316,683017Ta(CCC)

22065510,282623Mo(CCC)

Nióbio Nb

• Zircónio, Crómio e Vanádio (não usados como refractários)

Háf i Ré i ( i )

603458,52477Nb(CCC)

603458,52477Nb(CCC)

• Háfnio e Rénio (muito raros)

•Todos possuem elevadas densidades

E ib f i tê i à ã t t l d•Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas

•Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente


TUNGSTÉNIO• Metal estrutural com maior temperatura de fusão, maior

densidade e maior dureza

Elevado módulo de elasticidade (406GPa)

• Bom condutor eléctrico

• 2/3 da produção vai para WC e apenas 15% é usado na

forma purap

• Usado em :

• Filamentos de lâmpadasp

• Contactos eléctricos

• Eléctrodos não consumíveisEléctrodos não consumíveis

• Protecção contra radiações


MOLIBDÉNIO• Módulo de elasticidade elevado (317GPa)• Módulo de elasticidade elevado (317GPa)

• 90% da produção de Mo vai para elemento de liga em aços

• Elevada condutibilidade térmica

• Boa resistência ao choque térmico

• Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a altas

temperaturas (700MPa a 1000ºC)

(melhor que qualquer inox ou liga de Ni)

• Usado em :

Di iti l t ó i d d i ã• Dispositivos electrónicos de comando em aviação

• Escudos de radiação

• Moldes para processamento de vidroMoldes para processamento de vidro

• Matrizes de forjamento e extrusão


TÂNTALOMenos abundante dos 4 refractários

Alguma ductilidade à temperat ambiente

Baixa resistência• Bom condutor térmico

• Boa resistência à corrosão à temperatura ambiente -

semelhante aos vidrossemelhante aos vidros• Usado em :

• Material cirúrgico (corrosão)• Permutadores de calor• Processamento químico

NIÓBIOCaracterísticas semelhantes ao Ta

Baixo módulo de elasticidade

Elevada resistência a metais líquidos

Usado fundamentalmente na indústria nuclear e aeroespacial


UNS Rotura Cedência Mod. YoungDensidade (ton/m^3) Dureza HV

Temperatura deFusão (ºC)

Propriedades mecânicas (MPa)

Molibdénio R03604 655 551 324000 10220 220 2610

Tungsténio R07005 1516 1516 407000 19250 480 3410

Tântalo R05200 413 331 186000 16600 150 2996

Nióbio R04200 50 ---- 103000 8660 60 2470

Materiais Metalicos Nao Ferrosos 10 11

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