4 METAIS NÃO FERROSOS

Prévia do material em texto

1 
Metais - Introdução 
Universidade de Pernambuco 
Escola Politécnica 
Curso: Engenharia Civil 
Disciplina: Materiais de Construção II 
Prof.: Yêda Vieira Póvoas, Dra. 
 Angelo Just da Costa e Silva, Dr. 
Introdução 
Principais usos: materiais estruturais, condutores elétricos, 
esquadrias, pisos, peças decorativas, etc... 
www.mundoeducacao.com 
serralheriaartisticacolonial.blogspot.com 
Metais 
Elementos químicos de estrutura cristalina no 
estado sólido, opacos, com as seguintes 
propriedades: 
Alta dureza. 
Grande resistência mecânica. 
Elevada ductilidade. 
Condutividade térmica e elétrica. 
Elasticidade e plasticidade. 
História 
Primeiros metais descobertos pelo homem 
O cobre foi descoberto por acaso, quando alguma fogueira foi 
feita sobre pedras que continham minério cúprico. 
 
Posteriormente o processo foi reproduzido. 
Bronze Ferro Cobre 
História 
Por volta de 4000 a.C. 
começou o forjamento dos 
metais (conformação da 
massa aquecida de metal por 
marteladas). 
 
Hoje o forjamento pode ser 
realizado, também, por 
prensagem. 
arquehistoria.com 
História 
Do 4º ao 3º milênio, as técnicas de fusão e modelagem foram se 
sofisticando até que houve a descoberta de que a adição de estanho 
ao cobre formava uma liga muito mais dura e muito mais útil do que o 
cobre puro. 
Era a descoberta do bronze, que 
possibilitou ao homem modelar uma 
multidão de novos e melhores 
utensílios: vasos, serras, espadas, 
escudos, machados, trombetas, sinos 
e outros. 
2 
História 
A habilidade do ferreiro é que 
indicava se as propriedades do 
ferro podiam ser melhoradas ou 
não, conforme o tratamento 
térmico aplicado posteriormente. 
www.ebah.com.br 
No início os fornos primitivos não conseguiam alcançar 
temperaturas de fusão. Quando da descoberta do ferro, a massa 
do minério era aquecida várias vezes e martelada para que o 
metal se separasse da escória. 
Conceitos básicos 
Metalurgia: ciência que estuda e gerencia a obtenção 
do metal puro, desde sua extração do subsolo até 
sua transformação em produtos adequados ao uso, 
envolvendo as seguintes etapas: 
Extração (a partir de minérios) 
Refino (controle e correção das impurezas) 
Tratamentos (modificação das propriedades) 
Obtenção das ligas metálicas 
Siderurgia: área da metalurgia que trabalha 
exclusivamente na produção de ferro e aço. 
Conceitos básicos 
Na natureza os metais estão sob as formas de: 
Óxidos: Fe, Al, Mn, Cr, Ti, Sn. 
Sulfetos: Cu, Pb, Hg, Ni, Zn. 
Nativos: Au, Ag, Pt. 
Carbonatos: Ca, Mg. 
Outros 
Conceitos básicos 
Na indústria metalúrgica a matéria prima é uma rocha 
que mistura o metal desejado com oxigênio e outras 
impurezas (ganga). A obtenção do metal puro pode ser 
obtida pelos processos: 
Eletrometalúrgicos: eletrólise (ex. alumínio). 
Hidrometalúrgicos: soluções aquosas e troca de 
cátions (ex. cobre) 
Pirometalúrgicos: redução em altas temperaturas (ex. 
aço). 
Conceitos básicos 
Minério: Metal, ou componente 
de metal, mais impurezas 
(ganga) conforme encontrado na 
natureza. 
 
Mineração: Extração do minério. Envolve a 
colheita do minério (lavra) e a concentração, 
também conhecida por purificação ou separação, 
que pode ser feita por processo químico ou 
mecânico. 
 
Minério 
de Ferro 
www.infoescola.com 
Conceitos básicos 
Jazida: Massa de 
substâncias minerais 
ou fósseis encontradas 
na superfície ou 
interior da terra. 
 
 
Mina: jazida na extensão 
concedida pelo governo. 
Minas de ferro da Vale em Carajás 
economia.ig.com.br 
3 
Conceitos básicos 
Liga: Mistura, de aspecto metálico e homogêneo, 
de um ou mais metais entre si ou com outros 
elementos não metálicos com propriedades 
melhoradas em relação aos materiais puros 
constituintes. 
 Visando à melhoria das suas propriedades (por 
exemplo, resistência mecânica e resistência à 
corrosão), a maioria dos materiais metálicos são 
ligas metálicas. 
 
Classificação 
Metais ferrosos: contêm uma percentagem 
elevada de ferro em sua composição química, 
sendo este o seu principal constituinte. 
Desvantagens: 
 Densidade relativamente alta 
 Condutividade elétrica comparativamente alta 
 Susceptibilidade à corrosão em alguns 
ambientes usuais 
Classificação 
As ligas ferrosas (principalmente os aços) 
contribuem com a grande parte da produção 
mundial de materiais metálicos, em função de uma 
combinação de boa resistência mecânica, 
tenacidade e ductilidade, associadas a um 
custo de produção relativamente baixo. 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição, ou o contém em pequena 
quantidade. 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
Alumínio (Al) – Minério bruto: Bauxita 
A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, a 
qual é constituída por um óxido hidratado (Al2O3.H2O), 
tendo ainda óxido de ferro, sílica, óxido de titânio e 
outros compostos em menores quantidades. 
A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina 
(Al2O3) aproveitável para que a produção de alumínio 
seja economicamente viável. 
O processo de obtenção de alumínio primário divide-se 
em três etapas: mineração, obtenção da alumina e 
eletrólise da alumina (eletrometalúrgico). 
 
Alumínio (Al) 
Principais ligas: Cu, Mg, Si, Mn, Zn 
Densidade relativamente baixa (cerca de 2,7g/cm3 para o 
metal puro) quando comparada com a do aço carbono 
comum (7,9g/cm3). 
Altas condutividades elétrica (cerca de 62% da do cobre) e 
térmica. 
Boa resistência à corrosão em alguns ambientes (incluindo o 
atmosférico) devido à estabilidade do seu principal óxido 
(Al2O3) que se forma na superfície do metal, o que se torna 
um “mecanismo de barreira”. 
 
4 
Alumínio (Al) 
Boa ductilidade (mesmo abaixo da temperatura ambiente) e 
boa capacidade de conformação mecânica (por laminação, 
extrusão, estampagem, etc.). 
Baixa temperatura de fusão do metal puro (660oC), que 
restringe a temperatura máxima na qual ele pode ser usado; 
por outro lado, facilita a sua fundição e moldagem 
Baixa resistência mecânica na forma de metal puro, podendo 
ser melhorada por conformação mecânica a frio e por adição 
de elementos de liga (associada ou não a tratamentos 
térmicos) 
Módulo de elasticidade na ordem de 70GPa. 
Alumínio (Al) – Minério bruto: Bauxita 
Alumínio (Al) – Minério bruto: Bauxita 
O alumínio também pode ser produzido a partir da 
reciclagem de sucatas (utensílios domésticos, latas de 
bebidas, esquadrias, componentes automotivos, entre 
outros, podem ser fundidos e empregados novamente 
na fabricação de novos produtos). 
A reciclagem do alumínio representa uma economia de 
recursos naturais e de energia elétrica (consomem-se 
apenas 5% da energia necessária para produção do 
alumínio primário) 
 
Alumínio (Al) – Minério bruto: Bauxita 
Características: leve, bom condutor, boa capacidade mecânica, 
difícil soldabilidade, duro 
 
Aplicações: esquadrias, telhas, chapas, 
lâminas, perfis extrudados, latas, 
eletrodomésticos. 
 
Resistência à corrosão: formação de 
camada de protetora escura de óxido 
(péssimo efeito estético). Cuidado na aplicação em contato com 
outros metais 
 
Anodização: aumenta a proteção natural da camada de óxido, 
além da reflexão, brilho e resistência a ataques químicos 
(cimento) 
Bauxita 
afeal.com.br 
www.alutecdfaluminio.com.br 
alum-profile.com.pt 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
5 
Cobre (Cu) 
Características: relativamente pesado (densidade 
8,93g/cm3),excelente condutibilidade elétrica e térmica 
(melhor condutor térmico e elétrico, após a prata), boa 
capacidade mecânica (módulo elasticidade 110GPa), 
maleável, duro. 
 
Aplicações: fios e cabos elétricos, chapas, 
tiras, tubos e barras 
 
Resistência à corrosão: exposto ao ar 
forma camada de óxido e carbonato 
(azinhave), venenoso, que protege o núcleo 
pt.wikipedia.org 
Cobre 
Fios e cabos elétricos 
O cobre e o alumínio são os metais mais utilizados na 
fabricação de fios e cabos elétricos 
Em geral, as linhas aéreas de transmissão de energia são 
produzidas em alumínio (devido à sua menor densidade), e 
as instalações elétricas internas domiciliares (de baixa 
tensão) são de cobre (devido à sua maior flexibilidade) 
De acordo com a NBR 5410 (ABNT, 2004), que trata de 
instalações elétricas de baixa tensão, não é indicado o uso 
de alumínio em instalações residenciais 
Cobre (Cu) 
Produção (cobre primário), originado em etapas distintas de 
extração, fundição e refino: 
Minério de cobre – mineral extraído da mina, cujo conteúdo 
oscila entre 0,7% e 2,5% de cobre 
Concentrado de cobre – minério de cobre que, através de 
um processo de moagem das rochas e mistura com água e 
reagentes, passa a apresentar entre 30% e 38% de cobre 
Processo pirometalúrgico (minérios sulfatados) ou 
hidrometalúrgico (minérios oxidados de baixo teor de cobre) 
 
Liga de cobre - Latão 
Latão: Ligas de cobre com adição de zinco entre 5% e 15% 
Características: relativamente pesado, boa capacidade 
mecânica, maleável 
Aplicações: ferragens para esquadrias - fechos, 
fechaduras, dobradiças, puxadores, acessórios, metais 
sanitários (válvulas e torneiras), instrumentos musicais. 
Resistência à corrosão: difícil oxidação 
Formação de ligas: 
 chumbo (1% a 3%): fácil trabalhabilidade 
 estanho (1%): alta resistência à água do mar 
 níquel: alta resistência mecânica 
 
Liga de cobre - Bronze 
Latão: Ligas de cobre com 1% e 10% de estanho 
 Características: Relativamente leve, duro, difícil 
oxidação, flexível, boa capacidade mecânica 
 Uso: tubos flexíveis, válvulas industriais, torneiras, 
varetas de soldagem, válvulas, buchas, engrenagens, 
além da confecção de metais sanitários, ferragens 
(fechaduras, dobradiças, fechos, puxadores), entre 
outros 
 
 
Cobre (Cu) 
Principais ligas: Mn, Zn, Ni, Sn, Al, P 
Cobre de alta pureza: 
Fios e cabos para condução de energia elétrica. O mais comum 
é o uso do cobre eletrolítico (EMR). 
Ligas de cobre (principalmente latões e bronzes): 
Tubulações (para condução de água potável, gás, água quente 
e água fria) e suas conexões. 
Componentes de sistemas de combate a incêndio (hidrantes, 
sprinklers) e de aquecimentos (solares, a gás e elétricos) 
Confecção total ou parcial de ferragens para esquadrias 
(fechos, puxadores, fechaduras, dobradiças). 
6 
Latão 
www.isok.pt 
Bronze 
blogfreicaneca.wordpress.com 
Cobre 
www.bronmetal.com 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
Zinco (Zn) 
Características: relativamente leve, 
razoável condutor, boa capacidade 
mecânica 
 
Aplicações: telhas, calhas, 
revestimentos, como metal de sacrifício 
para preservar o ferro da corrosão em 
algumas estruturas. 
 
Resistência à corrosão: exposto ao ar cobre-se de 
camada de óxido que o protege. 
Zinco 
www.quimlab.com.br 
Ponto de fusão baixo: 420°C 
Densidade de 7,14g/cm3 
Módulo de elasticidade de cerca de 95GPa 
Condutividade térmica razoável. 
Pequena dureza, boa maleabilidade e facilidade de 
moldagem e de conformação mecânica (pode ser laminado 
em chapas e trefilado em fios) 
Boa resistência à corrosão quando exposto ao ambiente 
atmosférico, sendo, contudo, reativo com ácidos (como 
clorídrico e sulfúrico) 
 
Zinco (Zn) 
Zinco (Zn) 
Principais ligas: Al, Cu, Mg 
Galvanização de produtos siderúrgicos (aço carbono 
comum): 
Telhas, chapas lisas ou onduladas, arames, telas comuns ou 
soldadas, tubos, elementos de ligação (pregos, parafusos e 
seus complementos e rebites), calhas, rufos, condutores 
verticais de águas pluviais e eletrocalhas 
As ligas à base de zinco são utilizadas principalmente em: 
Componentes fundidos de ferragens para esquadrias 
Pigmento em tintas (zinco na forma de óxido) 
Componente de outras ligas metálicas. 
 
www.lookfordiagnosis.com 
www.mundoeducacao.com 
www.funinorte.com.pt 
7 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
Chumbo (Pb) 
Características: cinzento, azulado 
brilhante, pesado, conduz bem a 
eletricidade e mau o calor, pouco 
tenaz mas é dúctil e maleável 
 
Normalmente se utiliza na formação de ligas 
 
Aplicações: protetor de tubulações e cabos subterrâneos 
condutores de eletricidade, tintas, soldas, fusíveis, 
revestimentos de cabos elétricos. Por absorver radiações de 
ondas curtas, é usado como protetor de reatores nucleares, 
aceleradores de partículas e equipamentos de raios X e 
transporte e armazenagem de material radioativo 
Chumbo 
www.quimlab.com.br 
http://www.osmed.com.br/produtos/ambiental.php 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
Níquel (Ni) 
Características: metal de transição de coloração branco 
prateado, condutor de eletricidade e calor, dúctil e maleável 
porém não pode ser laminado, polido ou forjado facilmente 
 
Aplicações: como proteção em ligas ferrosas e não ferrosas 
devido sua alta resistência à corrosão e ao calor; compõe 
a liga para obtenção de aços inoxidáveis 
 
Galvanoplastia: processo que permite 
um acabamento refinado e protetor de 
diversas peças de metal. Ex: cromeação, 
a prateação, a douração e a niquelagem Níquel 
en.wikipedia.org 
Ligas de Níquel 
 Exemplos 
 Níquel + cobre – aumenta resistência à corrosão e 
resistência mecânica 
 Uso: refinarias de petróleo, aquecedores de água e indústria 
naval 
 
 Níquel + cromo – resistência à corrosão em meios 
oxidantes e resistência mecânicas em altas temperaturas 
 Uso: equipamentos de processamento químico, geradores de 
vapor, componentes de fornos e componentes elétricos 
 
8 
www.macovex.pt 
www.alunosonline.com.br 
Classificação 
Metais não ferrosos: Não apresentam ferro 
na sua composição 
  Alumínio 
 Cobre 
 Zinco 
 Chumbo 
 Níquel 
 Titânio 
Titânio (Ti) 
Características: cor branca, alta resistência 
mecânica, à corrosão, à água do mar e outros 
tipos de umidade, maior relação densidade/força, 
apresentando-se forte como o ferro mas com densidade 45% 
menor, baixa condutividade térmica e elétrica 
 
Aplicações: fabricação de tintas refletoras de radiação 
infravermelha, papéis, plásticos, de válvulas cardíacas, pinos 
para unir ossos quebrados, enfim, materiais que são 
colocados no corpo humano 
 
Principais metais utilizados para formação de ligas leves: 
alumínio, molibidênio e vanádio 
Titânio 
elementos.org.es 
rodasesportivas.com.br 
elonanotecnologia.com.br 
medicinadoquadril.com.br 
www.pulzo.com 
Propriedades dos metais 
 Condutividade Térmica e Elétrica 
 Resistência 
 Ponto de fusão e de ebulição altos 
 
Propriedades dos metais 
 Condutividade Térmica e Elétrica 
 
 Os metais possuem elétrons livres em suas 
ligações metálicas, o que permite um trânsito 
rápido de temperatura e calor. É por este motivo 
que os metais são bons condutores de calor e 
temperatura. 
9Propriedades dos metais 
 Resistência 
 
 Os metais resistem bastante quando são 
tracionados com forças que tendem alongar ou 
torcer uma barra ou fio metálico devido 
a ligação metálica ser muito forte mantendo os 
átomos unidos. 
Propriedades dos metais 
 Ponto de fusão e ebulição altos 
 
 Os metais fundem e fervem em temperaturas 
geralmente bem elevadas, devido à ligação 
metálica ser muito forte, mantendo os átomos 
unidos. 
 É devido a esta propriedade que se pode construir 
caldeiras, reatores, filamentos de lâmpadas, onde 
ocorrem aquecimentos intensos.