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16/11/2022
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CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS 
MATERIAIS: 
MATERIAIS METÁLICOS
Prof Eng Civil Márcia Elisa J. Pretto, MSc
• FUNDIÇÃO DE METAIS E LIGAS
• LAMINAÇÃO A QUENTE E A FRIO DE METAIS E 
LIGAS
• EXTRUSÃO DE METAIS E LIGAS
• FORJAMENTO
• OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE 
METAIS
– TREFILAÇÃO
– Embutimento ou estampagem profunda
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Prof Eng Civil Márcia Elisa J. Pretto, MSc
PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• FUNDIÇÃO DE METAIS E LIGAS
– Fundidos em um forno que funciona como 
reservatório de material líquido
– Elementos de liga podem ser adicionados ao 
metal líquido para obter ligas com diferentes 
composições
– Depois de remover as impurezas (óxidos) vaza em 
um molde de uma unidade semicontínua de 
fundição em coquilha
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• FUNDIÇÃO DE METAIS E LIGAS
– fundição em coquilha
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
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• Videos
– FUNDIÇÃO
• https://www.youtube.com/watch?v=3x3QEh3nz5I
• https://www.youtube.com/watch?v=pt6Tb1Wf1DA
• LAMINAÇÃO A QUENTE E A FRIO DE METAIS E 
LIGAS
• Obtidas chapas, finas ou grossas, com grandes 
comprimentos e seções transversais uniformes
• Para obtenção de chapas é necessário laminar a 
quente os lingotes (1200ºC)
• É possível laminar a quente lingotes diretamente da 
fundição
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• LAMINAÇÃO A QUENTE E A FRIO DE METAIS E 
LIGAS
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(H.E. McGannon (ed.), “The Making, Shaping and Treating of Steel”, 9. ed., United States Steel, 1971, p. 677. Cortesia da United States Steel Corporation.)
Figura 6.3
Esquema da sequência 
de operações de 
laminação a quente para 
a transformação de um 
lingote em uma placa, 
em um trem de 
laminadores reversível 
tipo duo.
• LAMINAÇÃO A QUENTE E A FRIO DE METAIS E 
LIGAS
• Depois da laminação a quente, que pode também 
incluir alguma laminação a frio, as bobinas de placas 
metálicas são geralmente reaquecidas (recozimento)
– Eliminar encruamento
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
ENCRUAMENTO - Elevação da tensão de escoamento na fase de deformação plástica, ou seja, 
é o fenômeno que ocorre no metal com aumento da dureza devido à deformação plástica (só 
ocorre a frio). O encruamento causa modificações nas propriedades mecânicas do material.
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• Videos
– LAMINAÇÃO
• https://www.youtube.com/watch?v=M98xHGalX-0
• EXTRUSÃO DE METAIS E LIGAS
• Processo de conformação plástica por ação de uma 
tensão elevada, um material é forçado a passar por 
meio de uma matriz aberta, provocando uma redução 
da seção transversal
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(G. Dieter, Mechanical Metallurgy, 2. ed., McGraw-Hill, 1976, p. 639. Reproduzido com permissão da The McGraw-Hill Companies.)
• EXTRUSÃO DE METAIS E LIGAS
• Processo utilizado para fabricar barras cilíndricas ou 
tubos
• Metais dúcteis como alumínio e cobre – formas com 
seções transversais complexas
• A maior parte dos metais são extrudados a quente 
– Tarugo em uma prensa de extrusão será forçado pelo embolo 
da extrusora e passar através de uma matriz
– Como a deformação do metal é contínua, são obtidos grandes 
comprimentos com a seção transversal desejada
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• EXTRUSÃO DE METAIS E LIGAS
• Extrusão direita 
– O tarugo é colocado na prensa da extrusão e forçado pelo 
embolo de extrusão a passar diretamente através de uma 
matriz
• extrusão inversa
– Um embolo oco suporta a matriz, estando a outra 
extremidade do contentor da prensa de extrusão fechada por 
um prato
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• Videos
– EXTRUSÃO
• https://www.youtube.com/watch?v=ExErl8NpyP8
• FORJAMENTO
• Metal é martelado ou prensado na forma desejada
• Maioria é realizado a quente, mas alguns são forjados a 
frio
• 2 métodos:
– Por impacto
» Martelo atua repetidamente exercendo uma força de 
choque contra a superfície do metal
– Forjamento em prensa
» Material é submetido a uma força progressiva de 
compressão
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• FORJAMENTO
• Processos podem ser classificados como 
– forjamento em matriz aberta 
» Se realiza entre duas matrizes planas ou em matrizes com 
formas muito simples tais como cavidades semicirculares 
ou em forma de V
» Utilizado para fabricar peças de grandes dimensões
• Eixos de aço para turbinas a vapor e geradores 
elétricos 
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Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• FORJAMENTO
• Processos podem ser classificados como 
– forjamento em matriz fechada
» Metal é colocado entre duas matrizes que tem cavidades 
internas que são as metades superior e inferior da peço 
que se pretende forjar
» Pode-se realizar utilizando apenas um par de matrizes ou 
matrizes de impressão múltipla (sequenciais)
• Forjamento de bielas para motores de automóveis
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• FORJAMENTO
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Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(H.E. McGannan (ed.), “The Making, Shaping and Treating ot Steel”, 9. ed., United States Steel, 1971, p. 1044.)
Figura 6.8 Manipulador 
de grande capacidade 
posicionando um lingote, 
enquanto uma
prensa de 10.000 t forja o aço 
quente para uma forma 
próxima a do produto 
acabado.
• FORJAMENTO
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(H.E. McGannan (ed.), “The Making, Shaping and Treating of Steel”, 9. ed., United States Steel, 1971, p. 1045.)
Figura 6.9 Formas básicas de forjamento em matriz aberta.
• FORJAMENTO
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(Cortesia de Forging Industry Association.)
Figura 6.10 Conjunto de matrizespara forjamento em matriz fechada 
utilizado na produção de bielas para 
automóveis.
• FORJAMENTO
• São utilizados para fabricar formas complexas que 
necessitam ser trabalhadas com o objetivo de propiciar uma 
melhor estrutura, através da redução da porosidade e do 
refino da estrutura interna (refino dos grãos)
– Uma chave inglesa que tenha sido obtida por forjamento será 
mais tenaz e mais difícil de quebrar do que uma simplesmente 
fundida
– É por vezes utilizado para destruir a estrutura bruta de 
solidificação de lingotes de algumas ligas metálicas de modo que 
o material fique mais homogêneo e não quebre tão facilmente 
durante a deformação subsequente
» Certas ferramentas feitas de aço
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• Videos
– FORJAMENTO
https://www.youtube.com/watch?v=j09J4DfkUfY
• OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE 
METAIS
– TREFILAÇÃO
• arames
– Embutimento ou estampagem profunda
• Transformar chapas finas em peças com formato 
côncavo
– Colocada sobre uma matriz com a forma desejada e prensada
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
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• OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE 
METAIS
– TREFILAÇÃO
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(“Wire and Rods, Alloy Steel”, Steel Products Manual, American Iron and Steel Institute, 1975.)
• OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE 
METAIS
– Embutimento ou estampagem profunda
Ciência e Tecnologia dos Materiais
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PROCESSAMENTO DE METAIS E LIGAS
Livro: CAP 6 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(G. Dieter, “Mechanical Metallurgy”, 2. ed., McGraw-Hill, 1976, p. 688.)
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• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE GUSA EM ALTO-FORNO
• O ferro é extraído a partir de minérios de ferro em 
altos-fornos
• Num alto-forno, o coque (carbono) atua como agente 
redutor dos óxidos de ferro originando gusa
• A gusa do alto forno é transferida no estado líquido 
para um forno de produção de aço
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LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE GUSA EM ALTO-FORNO
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LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(A.G. Guy, ”Elements of Physical Metallurgy”, 2. ed., © 1959, Addison-Wesley, Figura 2-5, p. 21.)
• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE AÇO
• Aço-carbono -> liga de ferro e carbono (0,03 a 1,2% =>0,5%)
• Oxidação por oxigênio
– Gusa e um máximo de 30% de sucata de aço são carregadas num 
conversor em forma de barril, revestido a refratário
– O oxigênio puro, soprado por meio de lança, reage com o banho 
líquido e se forma o óxido de ferro
FeO + C -----> Fe + CO
– Imediatamente antes do início da reação de oxidação, são 
adicionados fundentes a base de calcário
– Carbono reduzido em 22 min, assim como outras impurezas como 
o enxofre e o fósforo
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LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE AÇO
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Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
(Cortesia de Inland Steel.)
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• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE AÇO
• Aço fundido é vazado em moldes 
– estacionários ou 
– continuamente
• Depois os lingotes são aquecidos em um forno de poço e 
laminados a quente em placas, tarugos ou blocos
– As placas são laminadas a quente e a frio
» Se obtém chapas finas e grossas
– Os tarugos são laminadas a quente e a frio
» Obtém-se barras e fio
– Blocos são laminados a quente
» Apenas a frio em perfis em I e trilhos
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• PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO
– PRODUÇÃO DE AÇO
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(Cortesia da United States Steel Corporation.)
• SISTEMA FERRO-
CARBONO
– O DIAGRAMA DE FASE 
FERRO-CARBONETO DE 
FERRO
• Após resfriamento muito 
lento das ligas ferrosas
– as fases presentes 
podem ser identificadas 
no diagrama de fases 
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• SISTEMA FERRO-CARBONO
– FASES SÓLIDAS NO DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
• FERRITA
– Fase solução sólida instersticial de C na rede cristalina do Fe 
CCC
• AUSTENITA
– Tem estrutura CFC; Dissolve mais o C
• CEMENTITA
– Duro e frágil
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• TRATAMENTOS TÉRMICOS DE AÇOS-CARBONO
– MARTENSITA
• amostra de aço-carbono resfriada rapidamente até a 
temperatura ambiente por meio de imersão em água
– Altera estrutura de AUSTENITA para MARTENSITA
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LIGAS DE ENGENHARIA
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• AÇOS DE BAIXA LIGA
– Resistencia mecânica e outros parâmetros não muito 
exigentes
– Relativamente baratos
– Desvantagens:
• Não podem ser endurecidos para resistir tensões > 690MPa 
sem que haja perda de ductilidade e resistência ao impacto
• Não são facilmente temperáveis em amostras espessas
• Baixa resistência a corrosão e a oxidação
• Tempera rápida origina distorções e formação de trincas
• Baixa resistência ao impacto a temperaturas baixas
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LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• LIGAS DE ALUMÍNIO
– Necessidade de tratar a liga termicamente para 
endurecimento
• Partículas precipitam e atuam como obstáculos ao 
movimento das discordâncias
• Precipitação - 3 passos
– Solubilização - aquecimento
– Têmpera – resfriamento rápido em água (solução sólida 
supersaturada)
– Envelhecimento – precipitados dispersos
» Natural – temperatura ambiente
» Artificial – temperatura maior; resistências maiores 
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LIGAS DE ENGENHARIA
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• LIGAS DE ALUMÍNIO
– Necessidade de tratar a liga termicamente para 
endurecimento
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LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
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Esquema de uma curva de 
envelhecimento 
(resistência mecânica ou
dureza em função do 
tempo) a uma 
determinada temperatura,de uma liga endurecível
por precipitação.
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• LIGAS DE COBRE
– Aplicações industriais
– Elevada condutividades térmica e elétrica
– Boa resistência a corrosão
– Facilidade de fabricação
– Resistencia a tração média
– Propriedades de recozimento controláveis
– Boas características gerais de brasagem (solda) e 
união
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LIGAS DE ENGENHARIA
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• LIGAS DE COBRE
– Ligas
• Resistências mecânicas elevadas
– Latão
» Adição de zinco de 5 a 40%
» 0,5 a 3% de chumbo 
• melhora a maquinabilidade
» Resistências médias
» Podem ser deformados a frio
• Aumentam a resistência
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• LIGAS DE COBRE
– Ligas
• Resistências mecânicas elevadas
– Latão
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• LIGAS DE COBRE
– Ligas
• Resistências mecânicas elevadas
– Bronzes
» Adição de estanho 1 a 10%
» Maior resistência que o latão
» Melhor resistência à corrosão
» São mais caros para fundição – até 16% de estanho
• Usados para rolamentos
• Peças para engrenagens de alta resistência mecânica
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• LIGAS DE COBRE
– Ligas
• Resistências mecânicas elevadas
– Bronzes
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• AÇOS INOXIDÁVEIS
– Excelente resistência à corrosão
• Elevado teor em cromo (12%)
– Forma um óxido superficial que protege da corrosão a liga ferro-
cromo
» Para que se produza o óxido protetor, o aço inoxidável tem 
de ser exposto a agentes de oxidação
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• AÇOS INOXIDÁVEIS
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• FERROS FUNDIDOS
– Teor de carbono maior (2 a 4 %) que o aço
– São muito fluidas no estado líquido
– Não formam filmes superficiais indesejáveis quando 
vazados
– Por adição de elementos de liga, pode-se obter 
excelente resistência ao desgaste, à abrasão e à 
corrosão 
– Baixa resistência ao impacto
– Baixa ductilidade
– Baixo custo
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• FERROS FUNDIDOS
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Magnésio
• Baixa densidade
– Aplicações aeroespaciais
– Equipamento para manuseio de materiais
• Necessidade de trabalhar a quente
• Mais caro que o alumínio
• Baixa resistência mecânica
• Baixa resistência à fluência, à fadiga e ao desgaste
• É difícil de vazar
– No estado fundido no ar, se queima
» Usar fluxos protetores durante o vazamento
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LIGAS DE ENGENHARIA
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Magnésio
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Titânio
• Relativamente leve
• Elevada resistência mecânica
• Aplicações aeroespaciais
• Elevada resistência à corrosão
– Soluções de cloro e de cloretos inorgânicos
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Titânio
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Níquel
• Excelente resistência à corrosão
– Processamento de alimentos
• Boa condutividade elétrica
– Componentes elétricos e eletrônicos
• E à oxidação a altas temperaturas
– Usado em turbinas de gás
• Estrutura CFC
– Altamente deformável
• Limitam o uso
– É relativamente caro
– Densidade elevada
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• LIGAS DE MAGNÉSIO, TITÂNIO E NÍQUEL
– Ligas de Níquel
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– INTERMETÁLICOS
• Aplicações estruturais a altas temperaturas
– Motores de aviões a jato
• Aluminetos: de níquel, de ferro, de titânio
– Alumínio forma uma película apassivadora de alumina
• Superligas de níquel
– Altas temperaturas
– Aplicações espaciais
– Desvantagem: comportamento frágil a temperatura ambiente
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– INTERMETÁLICOS
• Outras aplicações
– Magnéticas e resistência ao desgaste
» Fe3Si
– Elementos de aquecimento nos fornos de alta temperatura
» MoSi2
» Elevada condutividade térmica e elétrica
– Liga com memória de forma em aplicações médicas
» NITINOL = NiTi
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– INTERMETÁLICOS
• nitinol
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA
• Shape Memory Alloys – SMA
• Recupera forma quando em tratamento térmico
• Ligas de Au-Cd; Cu-Zn-Al; Cu-Al-Ni e Ni-Ti
• Recuperar uma quantidade significativa de tensão 
(superelasticidade) ou aplicam grandes forças quando 
voltam a suas formas originais 
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LIGAS DE ENGENHARIA
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA
• A liga SMA pode ser fabricada tanto em processo de 
deformação a quente quanto a frio
– Forjamento, laminação, extrusão e trefilação
» Fitas, tubos, arames, chapas e molas
• Para divulgar a memória de forma desejada e liga é 
tratada termicamente de 500 a 800ºC
• Durante o processo térmico é treinada novamente para o 
formato desejado
• AUSTENITA
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA
• Quando o material é resfriado, sua estrutura muda para 
uma altamente torcida ou cortada alternadamente por 
uma estrutura de plaquetas chamada MARTENSITA
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA
• APLICAÇÕES PRÁTICAS
– Molas vasculares
– Termostatos de cafeteiras
– Acoplamentos de tubos hidráulicos
– Armações de óculos– Arcos ortodôndicos
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA
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http://quimica12aesl.wixsite.com/quimica/em-branco
• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– METAIS AMORFOS
• Produção de metais amorfos e comportamento 
mecânico
– Processo rápido da têmpera das ligas propicia um tempo muito 
pequeno para o metal fundido se solidificar
– Não há oportunidade para a difusão dos átomos e a formação 
dos cristais
» Um sólido com um estado vítreo é formado
– Arranjo aleatório dos átomos nos metais amorfos, atividades de 
deslocamento são mínimas
» Metais formados dessa maneira são muito duros
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Prof Eng Civil Márcia Elisa J. Pretto, MSc
LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
16/11/2022
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• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– METAIS AMORFOS
• Produção de metais amorfos e comportamento 
mecânico
– Esses metais não deixam de endurecer, mas se comportam de 
modo elástico, perfeitamente de maneira plástica
» A região plástica da curva tensão-deformação é plana
– Deformação plástica é totalmente heterogênea
– A estrutura, mecanismos de deformação e propriedades são 
completamente diferentes daqueles dos metais cristalinos 
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Prof Eng Civil Márcia Elisa J. Pretto, MSc
LIGAS DE ENGENHARIA
Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– METAIS AMORFOS
• Aplicações dos vidros metálicos
– Metais de raios atômicos consideravelmente diferentes como Ti, Cu, 
Zr, Be ou Ni podem ser misturadas para formar uma liga
– A cristalização é dificultada e o sólido resultante tem uma estrutura 
amorfa
– Tais ligas ao solidificar não encolhem -> alta precisão dimensional 
pode ser alcançada
» Superfícies metálicas afiadas podem ser produzidas sem 
nenhum processo adicional ou operações de acabamento
• Facas e instrumentos cirúrgicos
– É metaestável
» Se a temperatura aumenta até um nível crucial, o metal volta ao 
estado cristalino e recupera suas características normais
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Livro: CAP 9 – Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 
William F. Smith; Javad Hashemi
• LIGAS PARA FINS ESPECIAIS E APLICAÇÕES
– METAIS AMORFOS
• Aplicações dos vidros metálicos
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LIGAS DE ENGENHARIA
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=metais-
nanoestruturas-vitreas-condutoras-energia&id=010160120412