2.5 METAIS NÃO FERROSOS RES. 17.1

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METAIS NÃO FERROSOS

COBRE E SUAS LIGAS ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

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MATERIAL DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

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OBTENÇÃO DOS METAIS NÃO-FERROSOS

 Cobre- minérios: Calcopirita CuFeS

2 e cobre nativo.

 Alumínio- minério: Bauxita Al

2 O3H2

 A metalurgia do alumínio compreende basicamente duas fases:

 Obtenção da Alumina (Al

2 O3), a partir do minério (bauxita).

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METAL ALUMÍNIO

Peso específico: 2,7 g/cm³ a 20 °C. Ponto de fusão: 658 °C.

Módulo de elasticidade: 6336 kgf/mm²

Pertence ao sistema cúbico de face centrada.

Apresenta boa condutibilidade térmica e relativamente alta condutibilidade elétrica(62% da do cobre).

É não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica.

O baixo peso específico do alumínio, aproximadamente um terço do ferro.

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METAL COBRE

• O cobre é um metal vermelho-marrom, Tf= 1083ºC, p =8,96g/cm3 (a 20ºC), sendo após a prata, o melhor

condutor de calor e de eletricidade.

• O cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. • Boa resistência a corrosão

• Boa resistência mecânica • Boa usinabilidade

• Cor decorativa

• Propriedades Mecânicas:

• Recoz. LE – 5 a 8 kgf/mm2, A - 48 a 50% • Encr. LE – 18 a 35 kgf/mm2, A – 6 a 30%

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PRINCIPAIS LIGAS DE COBRE

• Cobre- Estanho (bronze)‏ • Cobre-Zinco (latões)‏

• Cobre-Níquel-Zinco (alpaca)‏

• Ni 68%- Cu 29%- Fe 2%- Mn 1% (monel)‏

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MONEL

• Ni 68%- Cu 29%- Fe 2%- Mn 1% (monel)‏

• É dúctil, resistente a altas temperaturas e a corrosão

• Pás de turbinas a vapor, condensadores e rotores de bombas para soluções corrosivas.

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APLICAÇÕES

O Cobre e suas ligas encontram aplicações nos mais diversos setores: construção civil, elétrica, automobilística, arquitetura, eletro-eletrônica, mecânica, objetos

decorativos, bélica, mineração, construção naval e exploração petrolífera, entre outras.

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METAL ANTI-FRICÇÃO

• Bronze Fosforo 90,4 %Cu + 8,9 %Sn + 0,7 %P.

• Metal Branco, “Patente” 5 %Cu + 85%Sn + 10%Sb

(Antimônio).

• BABBIT – Bronzina com camada anti-fricção constituida

de chapa de aço revestida de Metal Branco.

Bronzinas de Biela

Soft, white metal, an alloy of tin, lead, copper, and antimony, used to reduce friction in bearings,

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TIPOS DE MANUTENÇÃO

 CORRETIVA QUEBRA-CONSERTA  PREVENTIVA AGE PREVENTIVAMENTE  PREDITIVA

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AVARIAS EM BRONZINAS

7- Manutenção:

- Corretiva – Paradas não programadas

- Preventiva – Paradas programadas

- Preditiva - Monitoramento continuo → termografia, vibração, ultra-som e Análise de óleo (Ferrograia e Espectrofotômetro)‏.

- Proativa – Eliminaçao da raiz do problema – Alinhamento a Laser e Balanceamento de Precisão.

1- Desalinhamento

4 - Impurezas: Si → pó → Filtros.

Al, Fe e Cr → Pistões, Cilindros e Anéis. Cu, Pb e Sn → Bronzinas.

Bo → vazamento do aditivo do sist. De refrigeração.

2 - Montagem incorreta 3 - Lubrificação

- Sobrecarga 6 - Corrosão

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MANCAIS DE DESLIZAMENTO Oil seal Oil seal Oil ring (Bronzina)‏ Munhão  Bloco ou Muente  Biela Bucha _Eixo

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COMO EVITAR DESALINHAMENTO EM JUNTAS SOLDADAS

Desalinhamento

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QUAIS AS CONSEQUÊNCIAS DE EQUIPAMENTOS DESBALANCEADOS

BALANCEAR E MUNITORAR A VIBRAÇÃO

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Impurezas sólidas estranhas ficam impregnadas na liga antifricção,

As saliências, da liga ou da partícula, podem tocar no eixo, criando

pontos de atrito localizados e provocando o rompimento do filme de óleo. As impurezas podem provir da limpeza incorreta do motor antes ou

durante a montagem.

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16

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INFLUÊNCIAS NO DESGASTE DOS ANEIS DE SEGMENTO

O desgaste dos anéis depende fortemente do modo de dirigir

Os anéis de pistão têm três funções:

• Vedar a câmara de combustão do cárter; • Limitar e controlar o consumo de óleo;

• Dissipar o calor absorvido pelos pistões durante a combustão,

conduzindo-o para as faces refrigeradas de trabalho do cilindro.

Ferro fundido cinzento é frequentemente mais usado na fabricação de anéis de segmento. Contudo, muitos materiais têm sido tentados. Em alguns motores, são usados anéis de aço macio cromado na ranhura superior de compressão, porque esses anéis resistem melhor às altas temperaturas presentes nesse ponto. Motores Alternativos de Aeronaves.

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Influência do material da camisa e do tratamento térmico

DESGASTE NA CAMISA DO CILINDRO

Camisa Cilindro Motor Std (acabada)‏ Diesel 3.0

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TAXA DE DEGASTE DE ANEIS E CILINDRO

O desgaste depende também da qualidade do óleo

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FUNÇÕES DO LUBRIFICANTE:

• REDUZIR O DESGASTE (redução das forças de atrito) • VEDAÇÃO (evita a entrada de impurezas)

• LIMPAR – Detergente / dispersante – Remoção de contaminantes • PROTEGER – Anti-corrosivo (isolamento elétrico)

• ARREFECER – Redução de calor (Amortecimento dos choques dissipa energia mecânica)

• INFORMAR

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ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA

Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn e outros.

Bobina de chapa fundida

Exemplo de aplicação do Alumínio na indústria automobilística

A carroceria do Mercedes possui muitos elementos produzido em alumínio

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Folha fina de alumínio - Produto laminado retangular em seção transversal e com espessura variando de 0,006" (0,15mm)‏ a 0,00025" (0,006mm)‏.

Fundição - fabricação de folha fina de alumínio

Bauxita

Alumina

Lingotes de alumínio

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PROCESSO ROLL CASTING

(FUNDIÇÃO CONTÍNUA DE ALUMÍNIO)‏

23 ENROLADOR LAMINAS SOLIDIFICADAS CILINDROS DE REFRIGERAÇÃO BICO DE VAZAMENTO METAL LÍQUIDO CALHA FORNO FORNO DE FUSÃO FORNO DE ESPERA LINHA DE FILTRO E REFINADORES DE GRÃO CASTER FUNDIÇÃO

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CHAPA DE ESPESSURA MÍNIMA

Quando se lamina uma chapa fina, conclui-se experimentalmente que não é possível reduzir sua espessura abaixo de um certo valor. Tal tentativa resultará em uma deformação maior dos cilindros e nenhuma deformação plástica da chapa.

h

_min

=

.R.



_e

2.920

Sendo:

h_min = espessura mínima

 = coeficiente de atrito

R = raio de cilindro

_e = tensão média de escoamento

Folha fina de alumínio - Produto laminado retangular em seção transversal e com espessura variando de 0,006" (0,15mm)‏ a 0,00025" (0,006mm)‏.

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CHAPAS

2 - Processo de fabricação de folha fina

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FOLHAS

2 - Processo de fabricação de folha fina

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FOLHAS

2 - Processo de fabricação de folha fina

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29

“Seu maior atributo é sem dúvida o custo, em muitos casos cinco vezes inferior ao de uma embalagem rígida”,

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TÊMPERAS

Sistema usado pela ALCAN:

H → Indica que o material não é Tratável Termicamente T → Indica que o material é Tratável Termicamente.

Sistema de Classificação de Têmperas Norma ABNT: NBR 6835/1981 H12 – Corresponde a 1/4 duro H14 - Corresponde a 1/2 duro H16 - Corresponde a 3/4 duro H18 - Corresponde a duro H19 - Corresponde a extra-duro

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TRATAMENTOS TÉRMICOS

(precipitação ou envelhecimento)

• Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas.

• Esta nova fase enrijece a liga.

• Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência.

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TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

Consiste em

solubilização seguido de endurecimento por precipitação.

Ex: Liga Al-Cu com 5,5% de cobre é aquecida a 540ºC, todo o cobre será dissolvido no alumínio, resfriando-se rapidamente a liga em água, ela fica supersaturada pois não se dá tempo para a precipitação do cobre.

x

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TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

34 Solubilidade do Cu no Al na temperatura ambiente = 0,10%

A seguir, promove-se o “envelhecimento” ou “precipitação” de uma fase constituída de partículas finas de CuAl₂, que fortalecem a liga, porque promovem a obstrução dos movimentos das discordâncias. Duro Alumínio – ABNT 24320 (ligas de alumínio endurecíveis por precipitação)‏

Envelhecimento:

• Natural – Temperatura Ambiente – 2 dias

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TRATAMENTO TÉRMICO DE ENVELHECIMENTO

Endurecimento devido a partículas finas ou Envelhecimento (Precipitation Hardening)

Estágios da passagem de uma Discordância entre duas Partículas de Precipitado

Mecanismo de Orowan para a interação de discordâncias com partículas incoerentes.

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ALUMÍNIO ANODIZADO

Melhora a resistência a corrosão e o aspecto. Anodização (oxidação anódica)‏ → Eletrólise Camada Anódica

• Interior → 10 um • Exterior → 15 um

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SOLDAGEM DO ALUMÍNIO

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A soldagem de alumínio requer cuidados especiais,

principalmente pelo fato do alumínio criar uma camada de óxido refratário em sua superfície quando em contato com o oxigênio, esta camada tem ponto de fusão em torno de 2000°C (sendo a do alumínio de 660°C).

Corrosão: fina película (0,02m), fortemente aderente Compacta e refratária.

T_f Al  660°C

Al₂O₃

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Os processos mais utilizados para soldagem em alumínio são o TIG e o MIG.

Ambos são capazes de remover a camada de óxido durante a soldagem pelo arco elétrico e de criar uma atmosfera protetora que impede a entrada de oxigênio, causador da camada de óxido.

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EFEITO DA POLARIDADE NO FORMATO DO CORDÃO TIG

(AWS Welding Handbook, vol.2, 1991)‏

( + )‏ (-)‏ (+)‏ (-)‏ CA CA CCPD CCPR CA

AÇÃO DE LIMPEZA DO ÓXIDO NÃO SIM SIM (cada meio

ciclo)

70 % peça 30 % peça 50 % peça BALANÇO DE ENERGIA

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SOLDAGEM DO ALUMÍNIO COM TIG

A corrente Alternada faz a limpeza dos óxidos e a Alta Frequência estabiliza a abertura do arco e a mudança de polaridade

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Nova corveta da Marinha do Brasil

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SOLDAGEM POR EXPLOSÃO

Tubos cladeados soldados (metalúrgicos)‏

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ESTAMPAGEM POR EXPLOSÃO

 _{3D-Metal Forming}

Cockpit fabricado para a

Airbus. Geometria complexa com tolerância rigorosa

Adornamento arquitetônico de alumínio para substituir estrutura de poliéster

Misturador dos gases de escapamento de uma turbina, com 1 m de diâmetro, em peça única

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Foi desenvolvida para melhorar a resistência à corrosão dos duralumínios.

São chapas de duralumínio revestidas em ambas as faces com alumínio puro.

ALCLADS

Aplicações nas ligas de alumínio Alclad 2024-T3 e Alclad 7075-T6,aplicadas na indústria aeronáutica

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Soldagem por fricção: Friction Stir Welding

- _{Ausência de uma zona de fusão;}

- _{Estreita zona termicamente afetada (ZTA)‏;}

- _{Material deformado plasticamente em torno do colar (flash)‏¹} - _{Boa qualidade}

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Friction Stir Welding

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Rodas Forjadas de Aluminio Alcoa 22,5 x 11,75 Código do Produto: ROD 005

RODAS DE ALUMÍNIO (WHELLS)‏

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RODAS DE ALUMÍNIO (WHELLS)‏

Em comparação com rodas de aço, são 50% mais leves, resultando na redução de até 800 kg no peso total do veículo. Essa diminuição proporciona o aumento da capacidade de carga transportada e a redução no consumo de combustível.

Cinco vezes mais fortes e com o dobro de durabilidade das rodas de aço, os produtos não necessitam de

pintura e duram até 15 anos (em condições normais de uso)‏.

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TENDÊNCIA GERAL

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