Unidade 10 - Materiais Metálicos Não Ferrosos (1)

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Princípios da Ciência e Tecnologia 
dos Materiais
CCE 0291 (2 créditos)
Fábio Oliveira
2015/2
Unidade 10 
Materiais Metálicos Não Ferrosos
Classificação Geral
PRINCIPAIS MATERIAIS 
METÁLICOS
FERROSOS NÃO FERROSOS
FERROS 
FUNDIDOS
Cu e SUAS LIGASAÇOS Al e SUAS LIGAS
Ni e SUAS LIGAS
Introdução
O aço e outras ligas ferrosas são consumidos em
quantidades extraordinariamente grandes, pois têm
uma enorme variedade de propriedades
mecânicas, podem ser fabricados com relativa
facilidade e são produzidos de forma econômica.
Introdução
Entretanto, eles possuem algumas limitações
características, principalmente:
- massa específica relativamente elevada;
- condutividade elétrica comparativamente baixa; e
- suscetibilidade inerente à corrosão em alguns
ambientes comuns.
Introdução
Assim, para muitas aplicações, é vantajoso ou até
mesmo necessário usar outras ligas com
combinações de propriedades mais adequadas.
Os sistemas de ligas são classificados ou de acordo
com seu metal básico ou de acordo com alguma
característica específica que seja compartilhada por
um grupo de ligas.
Cobre e suas Ligas
O cobre a as ligas à base de cobre, que
apresentam uma combinação desejável de
propriedades físicas, têm sido utilizados em uma
grande variedade de aplicações desde a
antiguidade.
Cobre – elemento 
PROPRIEDADES
Densidade 8,96 g/cm³
Ponto de fusão 1083 °C
Condutibilidade elétrica
61,7 Sm/mm²
(padrão de referência)
Cobre e suas Ligas
O cobre, sem elementos de liga, é tão macio e dúctil
que é muito difícil de ser usinado. Além disso, ele
tem capacidade quase ilimitada de ser trabalhado a
frio. Adicionalmente, ele é altamente resistente à
corrosão em diversos ambientes, que incluem a
atmosfera ambiente, a água do mar e alguns
produtos químicos industriais.
Cobre e suas Ligas
Devido à formação de uma pátina (camada passivante de
óxidos) esverdeada, estruturas à base de cobre e ligas de
cobre, como telhados (de cobre comercialmente puro) e
estátuas (geralmente de bronze), apresentam elevada
resistência à corrosão provocada pelas intempéries e corrosão
atmosférica.
Cobre e suas Ligas
As propriedades mecânicas e de resistência à
corrosão do cobre podem ser melhoradas pela
formação de ligas. A maioria das ligas de cobre não
pode ser endurecida ou ter sua resistência
aumentada por procedimentos de tratamento
térmico.
Cobre e suas Ligas
Consequentemente, o trabalho a frio e/ou a
formação de ligas por solução sólida devem ser
utilizados para melhorar essas propriedades mecânicas.
As ligas de cobre mais comuns são os latões, em que o
zinco, como uma impureza substitucional, é o elemento
de liga predominante. Já os bronzes são ligas de cobre
e vários outros elementos, incluindo estanho, alumínio,
silício e níquel.
Cobre e suas Ligas
Série CDA/ASTM Tipo de Liga
C1XX Cobre comercialmente puro e cobre ligado
C2XX Latão binário (Cu-Zn)
C3XX Latão com chumbo (Cu-Zn-Pb)
C4XX Latão com estanho (Cu-Zn-Sn)
C5XX Bronzes (Cu-Sn, com e sem P)
C6XX Cobre alumínio, cobre silício
C7XX Cuproníquel e alpaca (Cu-Zn-Ni)
O sistema da Copper Development Association (CDA),
também adotado pela ASTM, divide as ligas de cobre
segundo a seguinte classificação:
O primeiro algarismo identifica o grupo da liga, enquanto os
demais identificam uma determinada liga específica.
Cobre e suas Ligas
Liga ASTM
Composição 
química
Limite de 
resistência 
à tração 
(MPa)
Limite de 
resistência 
ao
escoamento 
(MPa)
Alongamento 
(%)
Dureza 
Brinell
(HB)
Limite de 
resistência
à fadiga 
(MPa)
C210 95Cu-5Zn 270-550 100-380 45-3 65-120 -
C353 62Cu-36Zn-2Pb 340-700 150-460 45-2 70-125 100-195
C464 61Cu-38Zn-1Sn 395 160-390 40-20 90-145 150-230
C510 95Cu-5Sn 350-950 130-620 55-2 75-205 85-265
C623 87Cu-10Al-3Fe 620-700 300-450 18-10 160-180 200-245
C745 65Cu-10Ni-25Zn 340-910 130-530 50-1 22-92 -
Cobre e suas Ligas
Cobre e suas Ligas
Alumínio e suas Ligas
O alumínio é um elemento metálico encontrado
de forma abundante na crosta terrestre, geralmente
na forma de óxidos (Al₂O₃, por ex.). Possui elevadas
condutibilidades térmicas e elétricas, além de
ótima resistência à corrosão em alguns ambientes
comuns, incluindo a atmosfera ambiente, porém
baixa resistência mecânica,
quando não ligado.
Alumínio – elemento 
PROPRIEDADES
Densidade 2,7 g/cm³
Ponto de fusão 660 °C
Condutibilidade elétrica
37,6 Sm/mm² (99,98 % Al)
30 – 31 Sm/mm² (99,00 % Al)
Alumínio e suas Ligas
Muitas ligas de alumínio são conformadas com
facilidade em virtude de suas ductilidades
elevadas; isso fica evidenciado nas finas folhas de
papel-alumínio nas quais o material relativamente
puro pode ser laminado.
Alumínio e suas Ligas
Uma vez que o alumínio tem estrutura cristalina
CFC, sua ductilidade é mantida mesmo em
temperaturas muito baixas. A principal limitação do
alumínio é sua baixa temperatura de fusão (660
°C), o que restringe a temperatura máxima na qual
ele pode ser utilizado.
Alumínio e suas Ligas
A resistência mecânica do alumínio pode ser
aumentada por trabalho a frio e pela formação de
ligas; entretanto, ambos os processos tendem a
diminuir a resistência à corrosão. Os principais
elementos de liga incluem cobre, magnésio, silício,
manganês e zinco.
Alumínio e suas Ligas
Ligas para 
trabalhos 
mecânicos
Série Composição química Aplicações principais
1XXX Al comercialmente puro
Cabos de alumínio, utensílios domésticos, 
trocadores de calor
2XXX Al-Cu e Al-Cu-Mg Indústria aeronáutica
3XXX Al-Mn e Al-Mn-Mg Latas de bebidas e panelas
4XXX Al-Si
Metal de adição para soldas, pistões 
forjados de motores
5XXX Al-Mg
Aplicações náuticas, tanques para 
transporte de combustíveis e produtos 
especiais
6XXX Al-Mg-Si
Perfis arquitetônicos, componentes 
automotivos
7XXX Al-Zn e Al-Zn-Mg Indústria aeronáutica
8XXX Outras ligas (Al-Li, Al-Fe, ...)
Laminados finos (folhas), e outras para 
embalagens descartáveis
O sistema de classificação adotado pela Aluminum Association e também pela ABNT,
subdivide-se em duas partes: o adotado para as ligas utilizadas em trabalhos mecânicos
(laminação, extrusão, forjamentos e outros) e o que foi adotado para ligas destinadas
exclusivamente à produção de peças fundidas.
O primeiro algarismo identifica o grupo da liga, enquanto os demais identificam uma
determinada liga específica.
Alumínio e suas Ligas
Ligas para 
peças 
fundidas
Série Composição química Aplicações principais
1XX.X Al comercialmente puro Contatos elétricos
2XX.X Al-Cu e Al-Cu-Mg Indústria aeronáutica
3XX.X Al-Si-Mg e Al-Si-Cu Várias
4XX.X Al-Si Pistões fundidos de motores
5XX.X Al-Mg Aplicações náuticas
7XX.X Al-Zn e Al-Zn-Mg Indústria aeronáutica
8XX.X Al-Sn
Várias (ligas com baixo ponto de 
fusão)
Alumínio e suas Ligas
Liga
Composição 
química
Limite de 
resistência 
à tração 
(MPa)
Limite de 
resistência ao
escoamento 
(MPa)
Alongamento 
(%)
Dureza 
Brinell
(HB)
Limite de 
resistência
à fadiga 
(MPa)
2017
94,2Al-4Cu-
0,6Mg-0,5Si-
0,7Mn
425 275 22 105 125
3003
98,68Al-1,2Mn-
0,12Cu
110 40 30 28 50
443.0
92,8Al-5,25Si-
0,8Fe-0,6Cu-
0,05Mg-0,5Zn
131 55 8 40 -
5082 95,5Al-4,5Mg 395 370 4 - -
6053
97,85Al-1,2Mg-
0,7Si-0,25Cr
255 220 13 80 90
7178
88,27Al-6,8Zn-
2,7Mg-2Cu-0,23Cr
605 540 10 160 150
Alumínio e suas Ligas
Alumínio e suas Ligas
Níquel e suas Ligas
O níquel é um elemento condutor de eletricidadee
calor, dúctil e maleável, porém não pode ser laminado,
polido e ou forjado, apresentando certo caráter
ferromagnético. É resistente à corrosão e só pode ser
utilizado como revestimento por
eletrodeposição.
Níquel – elemento 
PROPRIEDADES
Densidade 8,9 g/cm³
Ponto de fusão 1455 °C
Condutibilidade elétrica 10,41 Sm/mm² (100 % Ni)
Níquel e suas Ligas
O monel, uma liga à base de níquel que contém
aproximadamente 65%p Ni e 28%p Cu (o restante é
ferro), possui resistência muito elevada e é
extremamente resistente à corrosão; ele é usado em
bombas, válvulas e outros componentes que estão em
contato com alguma solução ácida ou à base de
petróleo.
Níquel e suas Ligas
Níquel e suas Ligas
Exercícios
1. Quais são as principais características das ligas de
alumínio?
2. Qual a desvantagem de se trabalhar com o alumínio
em temperaturas elevadas (acima de 700 °C)?
3. Pode-se usinar o cobre? Explique.
4. Defina a liga monel.