METAIS. Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho

(1)

METAIS

E LIGAS METÁLICAS

P f R b t M

t i

d B

Filh

(2)

O

i

li

áli

ã

Os metais e as ligas metálicas são

solicitados

para

determinadas

solicitados,

para

determinadas

aplicações, pelas propriedades que

apresentam.

(3)

Ligas Metálicas

São materiais que possuem propriedades

metálicas compostos por dois ou mais

metálicas, compostos por dois ou mais

elementos, sendo pelo menos o maior

constituinte

deles,

um

metal.

Normalmente as ligas são criadas para

modificar ou acrescentar propriedades

dif

d

i d d

d

i

diferentes das propriedades dos metais

que a formam.

(4)

A maioria destes materiais apresentam

p

elevados valores de:

• Dureza;

;

• Condutividade elétrica;

d i id d

i

• Condutividade térmica;

• Temperatura de fusão;

Temperatura de fusão;

• Brilho;

(5)

Processos de Fabricação

(6)

Operações de conformação

(7)

Operações de conformação

(8)

Operações de conformação

(9)

Operações de conformação

(10)

Operações de conformação

Estampagem

(11)

Operações de conformação

Estampagem Magnética

O trabalho da equipe do Dr. l h d i id d d Glenn Daehn, da Universidade de Colúmbia (Estados Unidos) está utilizando magnetismo para conformar chapas de metal em seu aspecto final. Além de ser

mais barato e evitar a geração deg ç _{Dahen chama o processo de estamparia por} sucata.

O processo utiliza o campo magnético para expandir certas

Dahen chama o processo de estamparia por batidas ("bump forming"), porque o campo magnético bate contra o metal em pulsos muito curtos tipicamente de 5 a 20 vezes magnético para expandir certas

porções do metal durante o processo de estamparia

muito curtos - tipicamente de 5 a 20 vezes em menos do que um segundo - enquanto o metal move-se, conformando-se ao molde.

(12)

Fundição

(13)

Tipos de Ligas Metálicas

• Ligas Ferrosas

: Apresentam o elemento ferro

como constituinte principal.

p

Ex.: Aço, ferro fundido e aço corten

• Ligas não-ferrosas

g s

o e os s

: Não apresentam o

:

o p ese

o

elemento ferro como constituinte.

E

L tã

b

l

li

d

Ex.: Latão, bronze, zamac, alpaca, ligas de

alumínio

(14)

Ligas Ferrosas

• Aços: São ligas de

ferro-carbono. Podem apresentar

concentrações apreciáveis de concentrações apreciáveis de outros elementos de liga como níquel, molibdênio, cromo e

t outros.

Apresentam teor de carbono abaixo de 1% e de acordo com abaixo de 1% e de acordo com a concentração de carbono podem ser classificados como

d l di i

de Alto, Médio e

(15)

Ligas ferrosas

F f did É li d

• Ferro fundido: É uma liga de

ferro-carbono com teor de

carbono acima de 2,14%.

Os produtos são obtidos, mais comumente, pelo processo de

f di ã ld d i

fundição em molde de areia ou matriz.

(16)

Ligas ferrosas

• Aço Corten, Aço Patinável ou Aço Aclimável : É uma liga de

Museu Djalma Guimarães -BH ç g ferro-carbono pequenas concentrações de cobre. A

oxidação desta liga cria uma

o dação desta ga c a u a

pátina (fina película) na sua superfície que o protege da corrosão

(17)

Ligas Não ferrosas

Ligas Não-ferrosas

• Latão: ligas Cobre-Zinco

M it tili d d d

Muito utilizadas desde a antiguidade.

Alta resistência à corrosão Alta resistência à corrosão em atmosfera ambiente e água do mar.

Produtos são, em geral, obtidos por forjamento ou fundição

(18)

Ligas Não ferrosas

Ligas Não-ferrosas

B li C b E t h • Bronze: liga Cobre-Estanho

Série de ligas metálicasg queq

tem como base o cobre e liga

principal o estanho e

proporções variáveis de outros

l t i

elementos como zinco,

alumínio, antimônio, níquel,

fósforo, chumbo entre outros

com o objetivo de obter

características superiores a do

cobre. O estanho tem a

característica de aumentar a característica de aumentar a resistência mecânica e a dureza do cobre sem alterar a sua

O Pensador Auguste Rodin

(19)

Ligas Não ferrosas

Ligas Não-ferrosas

• Zamac:

liga de Zinco(Zn) Alumínio (Al) Magnésio liga de Zinco(Zn), Alumínio (Al), Magnésio (Mg) e Cobre (Cu)

Possui boa resistência à corrosão tração Possui boa resistência à corrosão, tração, choques e desgastes, e tem uma tonalidade cinza. Dentre todas as ligas de metais não ferrosos, o Zamac é uma das que possui maior utilização,q p ç , devido às suas propriedades físicas, mecânicas e à fácil capacidade de revestimento por eletrodeposição (Banho de cromo, níquel, cobre, ouro) O seu baixo ponto de fusão

ouro). O seu baixo ponto de fusão

(aproximadamente 400ºC) permite uma maior durabilidade do molde, permitindo uma maior produção de peças em série fundidas. Seu preço

p ç p ç p ç

elevado nos últimos tempos tem feito com que o zamac fosse substituído em larga escala pelo alumínio, que, além de ter menor densidade

(peças mais leves menor uso de material) tem (peças mais leves, menor uso de material), tem

(20)

Ligas Não-ferrosas

g

• Alpaca: liga de Cobre (Cu), Níquel (ni) e Zinco (Zn)

Seu nome significa metal branco e também é conhecida como prata

l ã d id b ilh

alemã, devido seu brilho e

coloração parecido com as da prata.

As ligas que contêm mais de 60%

d b ã fá i ã

de cobre são monofásicas e são

caracterizadas pela sua

ductibilidade e pela facilidade com

que podem ser trabalhadas a

temperatura ambiente. A adição de

níquel confere-lhe uma boa

resistência nos meios corrosivos

resistência nos meios corrosivos.

Sua composição mais usual na indústria é de 65% de cobre, 18%

(21)

Ligas Não ferrosas

Ligas Não-ferrosas

Li d Al í i • Ligas de Alumínio

Elementos de liga: Cu Si Mg Elementos de liga: Cu, Si, Mg, Mn, Zn, Li.

Apresentam baixa densidade; Elevada condutividade elétrica, e térmica;

Alta resistência à corrosão; Alta resistência à corrosão; Fácil conformação;

Baixa temperatura de fusão; Abundância de matéria-prima.

(22)

Ligas Não ferrosas

Ligas Não-ferrosas

• Alucobond e Alubond

C ó it d í h

Compósito sanduíche com

duas lâminas de alumínio e um

(23)

Outros Metais

Cobre

Titânio

Antimônio

Nióbio

Tungstênio

Molibdênio

Tântalo

(24)

Cobre

• Cobre (Cu)

Cobre

O cobre tem sido cada vez mais

utilizado em coberturas e

f h d d d d id

fachadas no mundo todo devido a sua beleza, durabilidade e sua imensa gama de possibilidades arquitetônicas. O Chile é o maior produtor de cobre no mundo, país onde a utilização deste material é

Catedral Metropolitana de Porto Alegre

4t de cobre na cúpula

ç

mais desenvolvida

.

• Zinabre ou azinhavre:

camada verde de bicarbonato de cobre que se forma na superfície

(25)

Titânio

• Titânio (Ti)

O titânio foi descoberto em 1791 por William Gregor quando investigava a areia magnética investigava a areia magnética (menachanite) existente em Menachan na Cornualha. Denominou-o "menachin".

Três anos mais tarde, M. H.

Klaproth descobriu o que supunha

ser uma nova terra no rutilo.

Chamou lhe "titânio" (do latim Museu Guggenheim em Bilbao. Revestido em chapas d i â i d

Chamou-lhe titânio (do latim

titans, os filhos da Terra). O metal

foi pela primeira vez isolado numa forma impura por J. J. Berzelius em

de titânio e pedra

Projeto Arq. Canadense Frank Gehry

1825. Hunter preparou titânio puro em 1910 aquecendo tetracloreto de titânio e sódio numa bomba de aço.

(26)

Antimônio

• Antimônio (Sb) Elemento químico metálico de símbolo Sb O antimônio é empregado principalmente em ligas

metálicas e alguns de seus d

compostos para dar

resistência contra o fogo,

em pinturas, cerâmicas,

esmaltes vulcanização da

esmaltes, vulcanização da

borracha e fogos de artifício.

(27)

Nióbio

• Nióbio (Nb)

Elemento químico metálico de símbolo Nb.

O nióbio é usado na produção de super-ligas metálicas ferrosas e não ferrosa usadas na fabricação

d f bi

motores de foguetes, turbinas e equipamentos que necessitam de alta resistência à combustão,

aços inoxidáveis de alto

Turbinas de jatos e foguetes

aços inoxidáveis de alto

desempenho.

O Brasil é responsável por 98%

d j id di i e d

das jazidas mundiais sendo as principais em São Gabriel da Cachoeira (AM), Raposa Serra

do Sol (RR) e Araxá (MG) Tubulações de alto

(28)

Metais refratários

São metais que possuem temperatura de fusão

extremamente elevadas.

Nióbio: Tf 2468ºC;

T

ê i

Tf 3410ºC

Tungstênio: Tf 3410ºC;

Entre estes molibdênio e tântalo.

e es es

o bdê o e

o.

Como aplicações encontramos em: Matrizes de

t

ã

fil

t d lâ

d

extrusão, filamento de lâmpadas

(29)

Processos de Tratamento

É

É comum se processar tratamentos para alterar as

propriedades de ligas. Os tratamentos mais comuns

são:

• Endurecimento por deformação;

• Endurecimento por precipitação;

(30)

Falhas

Os materiais metálicos, quando submetidos à

esforços excessivos, podem apresentar falhas

ç

, p

p

dos seguintes tipos:

• Fratura;

• Fadiga;

• Fluência.

(31)

Falhas

• Fratura Dúctil :

Modalidade de fratura

que é acompanhada de

uma extensa

deformação plástica.

(32)

Falhas

• Fratura Frágil : Fratura

que ocorre pela rápida

propagação de uma

trinca e sem deformação

macroscópica

(33)

Importante !

• O tipo de frat ra (dúctil o frágil) não é ma propriedade

• O tipo de fratura (dúctil ou frágil) não é uma propriedade

do material, mas sim, um comportamento devido às

condições impostas como: carregamento temperatura e

condições impostas como: carregamento, temperatura e

taxa de deformação.

(34)

Falhas

• Fadiga: Falha em níveis

relativamente baixos de

tensão, de estruturas

sujeitas a tensões

flutuantes e cíclicas.

(35)

Falhas

Fl ê

i

D f

ã

• Fluência:

Deformação

permanente dependente

do tempo que ocorre

do tempo, que ocorre

sob

condições

de

tensão Para a maioria

tensão. Para a maioria

dos

materiais

só

é

considerável

em

temperaturas elevadas.

(36)

Oxidação X Corrosão

Corrosão metálica é a Oxidação é a perda

de elétrons de um elemento pela sua

transformação de um metal ou liga, pela sua interação química ou eletroquímica, num

d i d i d

elemento pela sua combinação com o oxigênio.

X

determinado meio de exposição. O processo resulta na formação de produtos de

ã lib ã d

corrosão e na liberação de energia.

Esta transformação resulta em

d d d t i l

(37)

Processos de Revestimento

Pesquisas demonstram que a corrosão é responsável pelo maior

índice de destruição do ferro e do aço, consumindo cerca de 20% da

d ã di l

produção mundial

Estes processos têm a função de proporcionar aos materiais maior durabilidade devido à proteção contra a ação de agentes corrosivos durabilidade ,devido à proteção contra a ação de agentes corrosivos presentes nos ambientes em que tais materiais estejam sendo

aplicados.

(38)

Processo de Revestimento

• Cromagem/Niquelagem • Cromagem/Niquelagem Processo de cobrimento Processo de cobrimento de superfícies metálicas por eletrodeposição de í l cromo ou níquel.

(39)

Processo de Revestimento

G l i ã • Galvanização Processo de cobrimento a Processo de cobrimento a

quente de superfícies de aço nu por imersão em zinco

Chapa galvanizada

fundido.

(40)

Processo de Revestimento

• AnodizaçãoAnodização

É um processo eletroquímico de oxidação forçada e controlada aplicada somente ao forçada e controlada aplicada somente ao alumínio e suas ligas específicas. A “película” anódica formada apresenta dureza de 7 a 8

Mhos É porosa anidra e transparente chama-se _{Perfis Anodizados}

Mhos. É porosa, anidra e transparente, chama se Oxido de Alumínio ou Alumina (Al2O3). Foi descoberta em laboratório, por H. Buff e C.Pollack em 1857, a tendência do Alumínio em

Perfis Anodizados

,

recobrir-se de uma película (oxido) baseada na transformação superficial do próprio alumínio.

Baseado nesta descoberta, inúmeras pesquisasp q

foram feitas, somente em 1911 o francês Francais Saint Martin desenvolveu os princípios básicos para oxidação eletrolítica em meio

(41)

Processo de Revestimento

Fl d • Flandres Processo de cobrimento de Processo de cobrimento de superfícies metálicas por estanho