Metais não-ferrosos: cobre e
suas ligas.
Prof. Sydney F. Santos
Materiais Metálicos
O Cobre
Utilizado pelo homem desde a
antiguidade (8.000 anos da nossa era).
Utilizações diversas – utensílios, objetos
decorativos, armas, etc.
A utilização de ligas de Cu se inicio a
cerca de 3.000 anos A.C., através da
elaboração dos bronzes (ligas de
Cu-Sn). Esta época da civilização foi
O Cobre
O Cobre
As principais aplicações do Cu metálico se
baseiam na sua alta resistência a corrosão e altas condutividades elétrica e térmica.
A deformação plástica promove o encruamento
do Cu, que reduz a sua condutividade e ductilidade.
Restauração das propriedades do Cu através de
procedimentos de recozimento (entre 500 e 700º C).
Classificação e designação do Cu
e suas ligas
Podem ser reunidos em três categorias:
Cobre Cobre sem adição de elementos de liga, com baixos
teores de impurezas ou de desoxidantes.
Cobre ligado
Ligas de Cu com muito baixos teores de elementos
de liga (< 1%).
Ligas de cobre
Ligas com maiores teores de elementos de ligas.
Classificação e designação do
Cu e suas ligas
Sistema de classificação de Cu e suas ligas quanto a composição química.Cobre
Cobre eletrolítico tenaz
Utilizado em aplicações eletrotécnicas.
Teor residual de oxigênio de cerca de 0,04% em peso. Presença de Cu2O.
Suscetível à fragilização pelo hidrogênio em processos de
soldagem.
Cobre isento de oxigênio
Utilizado em aplicações eletrotécnicas. Baixos teores de oxigênio.
Processo de refino a vácuo.
Não é suscetível a fragilização pelo hidrogênio. Alto custo.
Cobre
Cobre desoxidado ao P
Boa soldabilidade. Aplicado em sistemas mecânicos, especialmente
quando a soldabilidade é um fator importante.
Fabricação de tubos (água quente ou fria, líquidos
corrosivos), chapas para trocadores de calor, etc.
Teor de P variável.
Para baixos teores de P, pouco efeito na
condutividade elétrica.
Para teores de P mais alto, há uma diminuição da
Cobre
Impurezas
Geralmente, formam soluções
sólidas com o Cu (Al, Fe, P, Ni, Sn, Zn, Ag, Cd, As, e outras).
Origem – minérios e/ ou
processos de desoxidação.
Efeitos no Cu
Podem reduzir a condutividade
térmica e elétrica.
Aumentam a dureza e resistência
mecânica.
Cobre
Impurezas
Bi (~ 0,002%) e Pb (~0,06%) – formam
eutéticos nos contornos de grão – afetam a conformabilidade de quente do metal; em teores de Bi acima de 0,002%, ocorre
fragilização na conformação a frio.
O e S – formam compostos frágeis (Cu2O e
Cobre
Cobre
Microestrutura de Cu eletrolítico fundido em função
Cobre Ligado
Os baixíssimos teores de elementos de liga (<
1%) – manutenção da condutibilidade elétrica
elevada.
Ligas Cu-Ag
Teores de Ag de 0,027 a 0,095%. Solução sólida monofásica.
Aumenta a resistência a fluência.
Elevada condutibilidade (100% IACS).
Maior retenção do estado encruado com o aquecimento.
Cobre Ligado
Efeito da adição de Ag na cinética de amaciamento do
Cobre Ligado
Ligas de Cu-Cd
Teores de Cd de 0,05 a 0,3%. Solução sólida monofásica.
Resistência a fadiga e ao desgaste
superiores ao Cu puro.
Redução da condutibilidade elétrica – 85 a
Cobre Ligado
Ligas de Cu-Cr
Teor de Cr de 0,6 a 1,2%. Geralmente, bifásica.
Condutibilidade de 40 a 80% IACS,
dependendo do teor de Cr e do tratamento utilizado.
Elevada resistência mecânica e resistência
ao amolecimento com o aquecimento (até cerca de 400º C).
Cobre Ligado
Ligas de Cu-Zr
Teores de Zr de 0,13 a 0,20%.
Elevada condutibilidade elétrica (93%
IACS).
Elevada resistência mecânica na condição
solubilizada e precipitada.
Mantêm as propriedades mecânicas até
Cobre Ligado
Ligas de Cu-Te
Teores de Te de 0,40 a 0,60%.
Microestrutura bifásica, com compostos
intermetálicos de Te-Cu dispersos numa matriz de Cu.
Elevada usinabilidade.
Condutividade de 93% IACS.
Obs: S e Se apresentam efeitos
Cobre Ligado
Propriedades
mecânicas do
Cu e Cu ligado
Ligas de cobre
Ampla família de ligas, que engloba
principalmente:
Ligas de Cu-Sn (bronzes). Ligas de Cu-Zn (latões).
Ligas de Cu-Ni (cupro-níqueis). Ligas de Cu-Ni-Zn (alpacas). Ligas de Cu-Al.
Ligas de Cu-Si. Ligas de Cu-Be.
Ligas de Cu – Zn (latões)
Os latões são utilizados em ligas para
fundição e, principalmente, em ligas para
conformação plástica.
Podem ser divididos em três grandes grupos.
Latões binários – constituídos apenas de Cu eZn, tendo outros elementos apenas como impurezas.
Latões com chumbo – ligas de Cu-Zn-Pb.
Latões especiais – ligas de Cu e Zn (com ou sem
Pb) com adição de outros elementos de liga para melhorar determinadas propriedades da liga.
Ligas de Cu – Zn (latões)
O teor de Zn nos latões varia de 5 a 50%, além de outros elementos. Até 37% de zinco, em temperatura ambiente, os latões são monofásicos – solução sólida α - latões alfa (α).Ligas de Cu – Zn (latões)
De 37 a 45% de Zn, surge a fase beta (β)
que também é uma solução sólida de Zn em
Cu. Latões bifásicos α + β.
Entre 45 e 50% de Zn, o latão apresenta
estrutura monofásico β, chamados de
latões-β.
A fase α → CFC – dúctil e tenaz.
Ligas de Cu – Zn (latões)
Propriedades dos latões
A resistência a tração e a ductilidade aumentam até um
teor de 30% de Zn.
Em latões bifásicos (Zn > 37%), o aumento do teor de Zn
leva a um aumento da resistência a tração e diminuição da ductilidade → aumento da fração da fase β.
A conformabilidade plástica frio é elevada para os latões
monofásicos (especialmente com Zn = 30%); a
conformabilidade de latões bifásicos e elevada no trabalho a quente (especialmente, para Zn = 40%).
A resistência a corrosão cai com aumento do teor de Zn
Ligas de Cu – Zn (latões)
Processo de Dezincificação
Corrosão preferencial do zinco.
Dependendo do meio corrosivo, o Zn é retirado
da liga da forma de sal solúvel ou precipita na forma de um composto insolúvel.
O ataque pode ser localizado ou distribuído.
Até 15% de Zn o latão é resistente à corrosão
por dezincificação.
Ligas de Cu-Zn (latões)
Recristalização de
um latão CuZn30 laminado a frio.
Ligas de Cu – Sn (bronzes)
Os bronzes apresentam elevada
resistência a corrosão.
Os bronzes são utilizados em
ligas para conformação e
principalmente em ligas para fundição.
Ligas para conformação: 2 a
10% de Sn.
Até 8% de Sn, os bronzes
podem ser conformados a frio (aumentam a dureza e
resistência mecânica por encruamento).
Ligas de Cu – Sn (bronzes)
Ligas para fundição: 5 a 11% de Sn.
Aumento do teor de Sn até 15% leva ao
aumento da resistência mecânica.
Há uma queda acentuada da ductilidade a
partir de 5% de Sn.
As propriedades mecânicas dos bronzes
melhoram com a adição de 0,4% de P
durante a preparação da liga (atua como
desoxidante na preparação da liga).
Ligas de Cu – Sn (bronzes)
As ligas de 8 a 16% de Sn, dependendo das
condições de resfriamento, são monofásicas
→ fase α → solução sólida de Sn em Cu.
Para Sn > 16% → precipitação de composto
intermetálico (fase δ).
Ligas com matriz α e partículas de fase δ
dispersas → ligas com características
anti-fricção → fabricação de mancais de
Ligas de Cu – Sn (bronzes)
Adições de Pb → aumentam as
características anti-fricção, a usinabilidade e
a estanqueidade (peças para fundição).
Adições de Zn → elevam a resistência
mecânica da ligas; atuam como
Bibliografia
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Editora da Unicamp, 1992.
T.A. Coutinho. Metalografia de não-ferrosos:
análise e prática. Editora Edgard Blucher, 1980.
D. Arnaud, J. Barbery, R. Biais, B. Fargette, P.
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alliages.Techniques de l’Ingénieur. Traité Materiaux métalliques. M430.
