LIGAS METALICAS E TRATAMENTOS TERMICOS

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Prof. Hairton 
hairtonsousa@hotmail.com 
 
 
PROCESSAMENTO TÉRMICO DE 
LIGAS METÁLICAS 
PROCESSAMENTO TÉRMICO 
• RECOZIMENTO 
 
– Refere-se a um tratamento térmico no qual um material é 
exposto a uma temperatura elevada por um período de 
tempo longo e a seguir é lentamente resfriado até a 
temperatura ambiente. 
 
– O recozimento é realizado para: 
• (1) alivia tensões; 
• (2) aumenta a maciez, ductilidade e tenacidade; 
• (3) produz uma microestrutura específica. 
 
– Uma variedade de tratamentos térmicos de recozimento 
são possíveis. 
 
– Eles são caracterizados pelas mudanças que são induzidas, 
que muitas vezes são microestruturais e são responsáveis 
pela alteração das propriedades mecânicas. 
 
 
PROCESSAMENTO TÉRMICO 
• RECOZIMENTO 
– Qualquer processo de recozimento consiste de 3 estágios: 
(1) aquecimento até à desejada temperatura. 
(2) manutenção ou "encharcamento" à temperatura. 
(3) resfriamento, usualmente até à temperatura ambiente. 
 
– Tempo é um parâmetro importante nestes procedimentos. 
Durante o aquecimento e resfriamento, existem gradientes 
de temperatura entre as porções do lado de fora e o lado 
de dentro da peça. 
 
– Suas magnitudes dependem do tamanho e da geometria 
da peça. Se a taxa de mudança da temperatura é 
demasiado grande, podem ser induzidos gradientes de 
temperatura e tensões internas que podem conduzir ao 
empeno ou mesmo trincamento. 
 
PROCESSAMENTO TÉRMICO 
• RECOZIMENTO 
 
 
– O processo de recozimento é um tratamento térmico que é 
usado para eliminar os efeitos do trabalho a frio, isto é, para 
amolecer e aumentar a ductilidade de um metal anteri-
ormente endurecido por deformação. 
 
– Ele é comumente utilizado durante os procedimentos de 
fabricação que requerem extensiva deformação plástica, a 
fim de permitir uma continuação da deformação sem fratura 
ou excessivo consumo de energia. 
 
– É desejada uma microestrutura de grãos finos e, portanto, o 
tratamento térmico é terminado antes que ocorra um 
apreciável crescimento de grão. 
 
– A oxidação superficial ou a formação de carepa pode ser 
evitada ou minimizada mediante o recozimento em 
temperatura relativamente baixa (mas acima da temperatura 
de recristalização), ou numa atmosfera não-oxidante. 
PROCESSAMENTO TÉRMICO 
• ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO 
 
– TRAMENTO TERMICO DE SOLUBILIZAÇÃO 
 
– TRATAMENTO TERMICO DE PRECIPITAÇÃO 
 
 
 
PROCESSAMENTO TÉRMICO 
• TÊMPERA 
 
– A dureza de um aço pode ser aumentada aquecendo-o e 
então mergulhando o metal em uma solução líquida que 
rapidamente o resfrie. 
 
– O resfriamento rápido, conhecido como têmpera, pode 
formar microestruturas tais como a bainita ou a martensita, 
que distorcem a rede cristalina do aço e aumentam sua 
dureza e sua resistência mecânica. 
 
– As soluções de têmpera usadas nesse processo são 
classificadas de acordo com a velocidade com que resfriam o 
metal, isto é, ao ar (pouco eficaz), óleo (rápido), água (mais 
rápido). 
 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
LIGAS METÁLICAS 
• INTRODUÇÃO 
 
– Ligas metálicas, em virtude de sua composição, são 
frequentemente agrupadas em 2 classes: ferrosas e não-
ferrosas. 
 
• Ligas ferrosas, aquelas nas quais o ferro é o principal 
constituinte, incluem aços e ferros fundidos. 
 
• Ligas não-ferrosas são todas aquelas ligas que não 
tem como base o ferro. 
 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS 
• São produzidas em maiores quantidades do que qualquer 
outra liga de metal. 
 
• Seu amplo uso é devido 3 fatores: 
• (1) compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes 
na crosta terrestre; 
• (2) ferro metálico e aços podem ser produzidos usando técnicas 
relativamente econômicas de extração, de refino, de adição de 
elementos de liga e de fabricação; 
• (3) ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido de que 
elas podem ser elaboradas sob medida para ter uma larga faixa 
de propriedades mecânicas e físicas. 
 
• A principal desvantagem de muitas ligas ferrosas é sua 
susceptibilidade à corrosão. 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS - AÇOS 
 
• Aços são ligas ferro-carbono que podem conter apreciáveis 
concentrações de outros elementos de liga. 
 
• Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo 
com a concentração de carbono, isto é, os tipos com baixo, 
médio e alto teor de carbono. 
– Aços-carbono comuns contém apenas concentrações residuais de 
impurezas outras que não o carbono. 
 
• Também existem sub-classes dentro de cada grupo de 
acordo com a concentração de outros elementos de liga. 
– Para aços-liga, elementos de liga são intencionalmente adicionados 
em concentrações específicas. 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS - AÇOS 
• CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS CARBONO DE ACORDO 
COM A CONCENTRAÇÃO DE ELEMENTOS DE LIGA 
 
– As classificações mais comuns para os aços são: 
 
• aços carbono; 
 
• aços de baixa liga; 
 
• aços média liga; 
 
• aços de alta liga. 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
A. LIGAS FERROSAS – AÇOS CARBONO 
 
– O aço é basicamente uma liga de ferro e carbono, 
alcançando seus níveis de resistência e de dureza 
principalmente através da adição de carbono. 
 
– Os aços carbono são classificados quanto à composição 
química em quatro grupos, dependendo de seus níveis 
de carbono. 
 
• baixo carbono - até 0,14% carbono; 
• aço doce - de 0,15% até 0,29% carbono; 
• aço de médio carbono - de 0,30% até 0,59% carbono; 
• aço de alto carbono - de 0,60% até 2,00% carbono. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE BAIXA LIGA 
 
• Contêm pequenas quantidades de elementos de liga que 
produzem consideráveis melhorias em suas propriedades. 
 
• São geralmente definidos como aqueles que possuem teor 
total de liga de 1,5% a 5,0%. 
 
• Os elementos de liga são adicionados para melhorar a 
resistência mecânica e a tenacidade, para diminuir ou 
aumentar a resposta ao tratamento térmico e para retardar 
os processos de formação de carepa e corrosão. 
 
• Os mais comuns são o manganês, silício, cromo, níquel, 
molibdênio e vanádio. Aços de baixa liga podem conter 
quatro ou cinco desses elementos de liga em diversos teores. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE BAIXA LIGA 
 
• Possuem maior limite de escoamento e de resistência que 
aços doces ou aços carbono estruturais. 
 
• Apresentam altas razões resistência-peso => é possível 
reduzir o peso de carros, caminhões, equipamentos pesados, 
etc. com o uso de aços de baixa liga. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE BAIXA LIGA 
 
• Aços carbono comuns, que apresentam fragilidade a baixas 
temperaturas, não são confiáveis em aplicações críticas. Por 
isso, aços de baixa liga com adição de níquel são 
freqüentemente empregados em situações de baixa 
temperatura. 
 
• Os aços perdem muito de sua resistência a altas 
temperaturas. Para evitar essa situação, são adicionadas 
pequenas quantidades de cromo ou de molibdênio. 
LIGAS METÁLICAS 
C. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE MÉDIA LIGA 
 
• Aços de média liga são definidos como aqueles que 
possuem teor de elementos de liga entre 5% e 10%. 
 
• Apresentam características semelhantes às dos aços de 
baixa liga, requerendo, porém, maiores cuidados em sua 
fabricação e soldagem. 
LIGAS METÁLICAS 
D. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE ALTA LIGA 
 
• Esse grupo de aços, caros e para uso específico, contêm teor 
de elementos de liga ultrapassando 10%, resultando em 
propriedades químicas e mecânicas excepcionais. 
 
• Aços austeníticos ao manganês contêm altos teores de 
carbono e manganês, quedão dois excepcionais atributos, a 
capacidade de endurecer sob trabalho a frio e grande 
tenacidade. 
 
• Aços inoxidáveis são aços de alta liga que possuem a 
capacidade de resistir à corrosão. Essa característica 
provém do alto teor de cromo, normalmente acima de 10%. 
 
LIGAS METÁLICAS 
D. LIGAS FERROSAS – AÇOS DE ALTA LIGA 
 
• O níquel também é empregado em quantidades 
consideráveis em alguns aços inoxidáveis. 
 
• Aços ferramenta são empregados em atividades de corte e 
conformação. São aços de alta qualidade usados na 
fabricação de ferramentas, punções, matrizes de 
conformação, matrizes de extrusão, forjados, e assim por 
diante. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS 
• CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS CARBONO DE ACORDO 
COM A CONCENTRAÇÃO DE CARBONO 
 
– As classificações mais comuns para os aços são: 
 
• aços baixo-carbono. 
 
• aços médio-carbono. 
 
• aços alto-carbono. 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
A. LIGAS FERROSAS – AÇOS BAIXO-CARBONO 
 
• São os que são produzidos em maior quantidade. 
 
• Contem geralmente menos que ≈ 0,25%p C. 
 
• Um aumento na resistência do material é obtido através de 
trabalho a frio. 
 
• Microestruturas consistem dos constituintes ferrita e perlita. 
Como consequência, estas ligas são relativamente macias e 
fracas, mas têm destacadas ductilidade e tenacidade. 
 
• Além disso, são usináveis, soldáveis e, dentre todos os tipos 
de aço, são os mais baratos a serem produzidos. 
 
• Aplicações: carcaças de automóveis, formas estruturais 
(vigas, etc.) 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – AÇOS MÉDIO-CARBONO 
 
• Tem concentrações de carbono entre cerca de 0,25 e 
0,60%C em peso. 
• Estas ligas podem ser tratadas termicamente por 
austenitização, têmpera e, a seguir, revenimento para 
melhorar suas propriedades mecânicas. 
• Eles são muitas vezes utilizados na condição revenida, tendo 
microestruturas de martensita revenida. 
• Os aços-carbono de médio-carbono têm baixas 
temperabilidades e só podem ser tratadas termicamente 
com sucesso com grandes taxas de resfriamento. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – AÇOS MÉDIO-CARBONO 
 
• Adição de cromo, níquel e molibdênio melhora a 
capacidade destas ligas de serem tratadas termicamente, 
dando origem a uma variedade de combinações de 
resistência mecânica-ductilidade. 
 
• Estas ligas tratadas termicamente são mais fortes do que os 
aços de baixo-carbono, porém, mediante um sacrifício da 
ductilidade e da tenacidade. 
 
• Aplicações incluem rodas de trens, trilhos de ferrovia, 
engrenagens, virabrequins e outras partes de máquinas e 
componentes estruturais de alta resistência mecânica 
requerendo uma combinação de alta resistência mecânica, 
resistência à abrasão e tenacidade. 
LIGAS METÁLICAS 
C. LIGAS FERROSAS – AÇOS ALTO-CARBONO 
 
• Normalmente tem teores de carbono entre 0,60 e 1,4%C. 
 
• São os mais duros, os mais fortes e ainda os menos dúcteis 
entre os aços-carbono. 
 
• Eles são quase sempre usados numa condição temperada e 
revenida e, como tal, são especialmente resistentes à 
abrasão e capazes de manter uma aresta cortante 
pontiaguda. 
LIGAS METÁLICAS 
C. LIGAS FERROSAS – AÇOS ALTO-CARBONO 
 
• Os aços para ferramentas e matrizes são aços alto-carbono, 
usualmente contendo cromo, vanádio, tungstênio e 
molibdênio. Estes elementos de liga se combinam com o 
carbono para formar compostos de carbeto (ou carboneto) 
que são muito duros e muito resistentes ao desgaste (por 
exemplo, Cr23C6 , V4C3 e WC). 
 
• São utilizados na fabricação de ferramentas de corte tais 
como facas, navalhas, lâminas de serra, etc. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – AÇOS INOXIDÁVEIS 
 
• Os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão 
(enferrujamento). 
• Seu elemento de liga predominante é o cromo; uma 
concentração de pelo menos 10%Cr em peso é requerida. 
• A resistência à corrosão pode também ser melhorada por 
adições de níquel e de molibdênio. 
• Aços inoxidáveis são divididos em 3 classes com base na 
predominante fase constituinte da microestrutura - 
martensítico, ferrítico e austenítico. 
• Uma larga faixa de propriedades mecânicas combinadas 
com excelente resistência à corrosão torna os aços 
inoxidáveis muito versáteis em sua aplicabilidade. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – AÇOS INOXIDÁVEIS 
 
• Aços inoxidáveis martensíticos são capazes de ser termi-
camente tratados de uma tal maneira que a martensita é o 
micro constituinte principal. 
 
• Adições de elementos de liga em significativas concentra-
ções causa alteração acentuada no diagrama de fase ferro-
carboneto de ferro. 
 
• Para aços inoxidáveis austeníticos, o campo da fase aus-
tenita (ou gama) é estendido até à temperatura ambiente. 
 
• Aços inoxidáveis ferríticos são compostos da fase ferrita-
alfa (CCC). 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – AÇOS INOXIDÁVEIS 
 
• Os aços inoxidáveis austeníticos são os mais resistentes à 
corrosão por causa dos altos teores de cromo e também das 
adições de níquel; e eles são produzidos nas maiores 
quantidades. 
 
• Tanto os aços inoxidáveis martensíticos quanto os aços 
inoxidáveis ferríticos são magnéticos; o aço inoxidável 
austenítico não é magnético. 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – AÇOS INOXIDÁVEIS 
 
• Alguns aços inoxidáveis são frequentemente usados a 
elevadas temperaturas e em ambientes severos porque eles 
resistem à oxidação e mantém sua integridade mecânica 
sob tais condições. 
 
• Equipamento empregando estes aços incluem turbinas a gás, 
caldeiras de vapor de alta temperatura, fornos de 
tratamento térmico, aeronave. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
• São uma classe de ligas ferrosas com teores de carbono 
acima de 2,1% em peso. 
 
• Na prática, entretanto, muitos e muitos ferros fundidos 
contém entre 3,0 e 4,5% C em peso e, em adição, outros 
elementos de liga. 
 
• Analisando o diagrama Fe-C vemos que ligas dentro desta 
faixa de composição se tornam completamente líquidas em 
temperaturas entre aproximadamente 1150 e 1300°C, que 
é consideravelmente inferior àquela de fusão dos aços. 
 
• Assim eles podem ser facilmente fundidos e são susceptíveis 
à fundição. Além disso, alguns ferros fundidos são frágeis e 
fundição é a técnica de fabricação mais conveniente. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
• Cementita (Fe3C) , sob algumas circunstâncias pode 
dissociar-se ou decompor-se para formar ferrita-alfa e 
grafita, de acordo com a reação: 
 
 
 
• Assim o diagrama de equilíbrio verdadeiro para ferro e 
carbono não é aquele que já foi mostrado, mas sim de 
preferência aquele mostrado no próximo slide. 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
 
• Os 2 diagramas são virtualmente idênticos no lado rico em 
ferro (por exemplo, temperaturas eutética e eutetóide para 
o sistema Fe-Fe3C são 1148 e 727
oC, respectivamente, que 
se comparam com 1154 e 738oC para o sistema Fe-C);. 
 
• Entretanto, o sistema Fe-C estende-se até 100% de C 
em peso de maneira que grafita é a fase rica em 
carbono, em vez de cementita aos 6,7% de C em peso 
(diagrama anterior). 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
• Esta tendência para formar grafita é regulada pela 
composição e taxa de resfriamento. 
 
• A formação de grafita é promovida pela presença de silício 
em concentrações maiores do que cerca de 1% em peso. 
 
• Também, menores taxas de resfriamento durante a 
solidificaçãofavorecem a grafitização (a formação de 
grafita). 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS FERROSAS – FERROS FUNDIDOS 
 
• Para a maioria dos ferros-fundidos, o carbono existe como 
grafita. 
 
• Os tipos mais comuns de ferros fundidos são: ferro fundido 
cinzento, ferro fundido nodular, ferro fundido branco e ferro 
fundido maleável. 
LIGAS METÁLICAS 
A. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO CINZENTO 
 
• Os teores de carbono e de silício de ferros fundidos 
cinzentos variam entre 2,5 e 4,0% em peso e entre 1,0 e 
3,0% em peso, respectivamente. 
 
• Para a maioria destes ferros fundidos, a grafita existe na 
forma de flocos, que são normalmente circundados por uma 
matriz de ferrita-alfa ou de perlita. 
LIGAS METÁLICAS 
A. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO CINZENTO 
 
• Por causa destes flocos de grafita, uma superfície fraturada 
toma uma aparência cinza, donde o seu nome. 
 
• Mecanicamente, o ferro fundido cinzento é frágil em tração 
como consequência da sua microestrutura; as pontas dos 
flocos de grafita são pontiagudas e podem servir como 
pontos de concentração de tensão quando uma tensão 
externa de tração for aplicada. 
LIGAS METÁLICAS 
A. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO CINZENTO 
 
• Ferros fundidos cinzentos têm algumas características 
desejáveis e, de fato, são utilizados extensivamente. 
 
• Eles são muito eficientes no amortecimento de energia 
vibracional. 
 
• Estruturas basais para máquinas e equipamentos pesados 
que são expostos a vibrações são frequentemente 
construídos deste material. 
 
• São os mais baratos dos materiais metálicos. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO NODULAR OU 
DÚCTIL 
 
• A adição uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério 
no ferro fundido cinzento antes da fundição produz uma 
microestrutura diferente e com conjunto distinto de 
propriedades mecânicas. 
 
• A grafita ainda se forma, mas como nódulos ou partículas 
do tipo esfera em vez de flocos. 
 
• A liga resultante é chamada ferro fundido nodular ou ferro 
fundido dúctil. 
 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO NODULAR OU 
DÚCTIL 
 
• A fase matriz que circunda estas partículas é de perlita ou 
de ferrita, dependendo do tratamento térmico. Ela é 
normalmente uma perlita para uma peça no estado bruto 
de fundição. 
 
• As peças fundidas são mais fortes e muito mais dúcteis do 
que no caso de ferros fundidos cinzentos. 
 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO NODULAR OU 
DÚCTIL 
 
• Ferro fundido dúctil tem características mecânicas que se 
aproximam daquelas do aço. Por exemplo, ferro fundido 
dúctil ferrítico tem resistência à tração variando entre 
55000 e 70000 psi (380 e 480 MPa) e ductilidades (como 
porcentagem de elongação) de 10 a 20%. 
 
• Aplicações típicas deste material incluem válvulas, corpos da 
bomba, virabrequins, engrenagens e outros componentes 
automotivos e de máquinas. 
LIGAS METÁLICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Ferro fundido cinzento. 
b) Ferro fundido nodular ou dúctil. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO BRANCO 
 
• Para ferros fundidos de baixo teor de silício (contendo 
menos do que 1,0% de Si em peso) e altas taxas de 
resfriamento, a maioria do carbono existe como cementita 
em vez de grafita. 
• Uma superfície de fratura desta liga tem uma aparência 
branca e assim é denominado ferro fundido branco. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO BRANCO 
 
• Como uma consequência de grandes quantidades da fase 
cementita, o ferro fundido branco é extremamente duro mas 
também muito frágil, ao ponto de ser virtualmente não-
usinável. 
• Seu uso está limitado a aplicações que necessitam uma 
superfície muito dura e resistente ao desgaste e sem um alto 
grau de ductilidade - por exemplo, como rolos em moinho 
de rolos. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 
 
• Ferro fundido branco é usado como um intermediário na 
produção de um outro ferro fundido, o ferro fundido 
maleável. 
• O aquecimento de ferro fundido branco até temperaturas 
entre 800 e 900°C durante um prolongado período de 
tempo à temperatura do tratamento e numa atmosfera 
neutra (para prevenir a oxidação) causa a decomposição 
da cementita, formando grafita que existe na forma de 
cachos ou rosetas circundadas por uma matriz de ferrita ou 
de perlita. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 
 
• Aplicações representativas incluem hastes de conexão, 
engrenagens de transmissão e caixa diferencial para 
industria automotiva e também flanges, conexões de tubos e 
partes de válvulas para linha férrea, marinha e outros 
serviços pesados. 
LIGAS METÁLICAS 
B. LIGAS FERROSAS – FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
• INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA 
 
• Ligar é o processo de adicionar um metal ou um não metal 
aos metais puros tais como cobre, alumínio ou ferro. 
 
• Desde o tempo em que se descobriu que as propriedades 
dos metais puros poderiam ser melhoradas adicionando-se 
outros elementos, os aços ligados tornaram-se mais 
conhecidos. 
 
• As propriedades mais importantes que podem ser 
melhoradas pela adição de pequenas quantidades de 
elementos de liga são a dureza, a resistência mecânica, a 
ductilidade e a resistência à corrosão. 
 
• Os elementos de liga mais comuns e seus efeitos nas 
propriedades dos aços são os seguintes: 
LIGAS METÁLICAS 
• Carbono (C) 
 
• O carbono é o elemento mais eficaz, mais empregado e de 
menor custo disponível para aumentar a dureza e a 
resistência dos aços. 
 
• Uma liga contendo até 2,0% de carbono em combinação 
com o ferro é denominada aço, enquanto que a combinação 
com teor de carbono acima de 2,0% é conhecida como 
ferro fundido. 
 
• Embora o carbono seja um elemento de liga desejável, 
teores altos desse elemento podem causar problemas; por 
isso, é necessário um cuidado especial quando se soldam 
aços de alto teor de carbono e ferro fundido. 
LIGAS METÁLICAS 
• Enxofre (S) 
 
• O enxofre é normalmente um elemento indesejável no aço 
porque causa fragilidade. 
 
• Pode ser deliberadamente adicionado para melhorar a 
usinabilidade do aço. 
 
• O enxofre causa a quebra dos cavacos antes que eles se 
enrolem em longas fitas e obstruam a máquina. 
 
• Normalmente todo esforço é feito para reduzir o teor de 
enxofre para o menor nível possível porque ele pode criar 
dificuldades durante a soldagem. 
LIGAS METÁLICAS 
• Manganês (Mn) 
 
• O manganês em teores até 1,0% está normalmente presente 
em todos os aços de baixa liga como agente desoxidante 
(oxigênio) ou dessulfurante (enxofre). 
 
• Isso significa que ele prontamente se combina com o 
oxigênio e o enxofre para neutralizar o efeito indesejável 
que esses elementos possuem quando estão em seu estado 
natural. 
 
• O manganês também aumenta a resistência à tração e a 
temperabilidade dos aços. 
LIGAS METÁLICAS 
• Cromo (Cr) 
 
• O cromo, combinado com o carbono, é um poderoso 
elemento de liga que aumenta a dureza dos aços. 
 
• Adicionalmente as suas propriedades de endurecimento, o 
cromo aumenta a resistência à corrosão e a resistência do 
aço a altas temperaturas. 
 
• É o principal elemento de liga dos aços inoxidáveis. 
LIGAS METÁLICAS 
• Niquel (Ni) 
 
• A principal propriedade do aço que é melhorada pela 
presença do níquel é sua ductilidade ou sua tenacidade ao 
entalhe. 
 
• A esse respeito é o mais eficaz dos elementos de liga para 
melhorar a resistência ao impacto do aço a baixas 
temperaturas. 
 
• Consumíveiscom alto teor de níquel são empregados para 
soldar os diversos tipos de ferro fundido. 
 
• É também utilizado combinado com o cromo para dar 
origem ao grupo denominado aços inoxidáveis austeníticos. 
LIGAS METÁLICAS 
• Molibidênio (Mo) 
 
• O molibdênio aumenta fortemente a profundidade de 
têmpera característica do aço. 
 
• É muito usado em combinação com o cromo para aumentar 
a resistência do aço a altas temperaturas. 
 
• Esse grupo de aços é referido como aços ao cromo-
molibdênio. 
LIGAS METÁLICAS 
• Silício (Si) 
 
• A função mais comum do silício nos aços é como agente 
desoxidante. 
 
• Normalmente aumenta a resistência dos aços, mas 
quantidades excessivas podem reduzir a ductilidade. 
 
• Em consumíveis de soldagem é algumas vezes adicionado 
para aumentar a fluidez do metal de solda. 
LIGAS METÁLICAS 
• Fósforo (P) 
 
• O fósforo é considerado um elemento residual nocivo nos 
aços porque reduz fortemente sua ductilidade e tenacidade. 
 
• Normalmente todo esforço é feito para reduzir o teor de 
fósforo para os menores níveis possíveis. 
 
• Entretanto, em alguns aços o fósforo é adicionado em 
quantidades muito pequenas para aumentar sua resistência. 
LIGAS METÁLICAS 
• Alumínio (Al) 
 
• O alumínio é basicamente empregado como um agente 
desoxidante dos aços. 
 
• Ele pode também ser adicionado em quantidades muito 
pequenas para controlar o tamanho dos grãos. 
LIGAS METÁLICAS 
• Cobre (Cu) 
 
• O cobre contribui fortemente para aumentar a resistência à 
corrosão dos aços carbono pelo retardamento da formação 
de carepa à temperatura ambiente, porém altos teores de 
cobre podem causar problemas durante a soldagem. 
LIGAS METÁLICAS 
• Nióbio (Nb) 
 
• O nióbio é empregado em aços inoxidáveis austeníticos 
como estabilizador de carbonetos. 
 
• Já que o carbono nos aços inoxidáveis diminui a resistência 
à corrosão, um dos modos de torná-lo ineficaz é a adição 
de nióbio, que possui maior afinidade pelo carbono que o 
cromo, deixando este livre para a proteção contra a 
corrosão. 
LIGAS METÁLICAS 
• Tungstênio (W) 
 
• O tungstênio é usado nos aços para dar resistência a altas 
temperaturas. 
 
• Ele também forma carbonetos que são extremamente duros 
e portanto possuem excepcional resistência à abrasão. 
LIGAS METÁLICAS 
• Vanádio (V) 
 
• O vanádio mantém o tamanho de grão pequeno após 
tratamento térmico. 
 
• Ele também ajuda a aumentar a profundidade de têmpera 
e resiste ao amolecimento dos aços durante os tratamentos 
térmicos de revenimento. 
LIGAS METÁLICAS 
• Nitrogênio (N) 
 
• Usualmente é feito todo esforço para eliminar o hidrogênio, 
o oxigênio e o nitrogênio dos aços porque sua presença 
causa fragilidade. 
 
• O nitrogênio tem a capacidade de formar estruturas 
austeníticas; por isso, é ocasionalmente adicionado aos aços 
inoxidáveis austeníticos para reduzir a quantidade de níquel 
necessária e, portanto, os custos de produção desses aços. 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS NÃO-FERROSAS 
 
• Aço e outras ligas ferrosas são consumidas em grandes 
quantidades porque: 
– Possuem uma larga faixa de propriedades mecânicas; 
– Podem ser fabricadas com facilidade; 
– São economicamente produzidas. 
• Entretanto, elas têm algumas distintivas limitações, 
principalmente: 
– Uma relativamente alta densidade; 
– Uma comparativamente baixa condutividade elétrica; 
– Uma inerente susceptibilidade à corrosão em alguns 
ambientes comuns. 
 
 
LIGAS METÁLICAS 
• LIGAS NÃO-FERROSAS 
 
• Para muitas aplicações, é vantajoso ou mesmo necessário o 
uso de outras ligas tendo uma mais apropriada combinação 
de propriedades. 
 
• Sistemas de ligas são classificados quer de acordo com o 
metal de base quer de acordo com alguma característica 
específica que um grupo de ligas compartilham. 
 
• A tratabilidade térmica de um sistema de liga é 
frequentemente mencionada. 
 
• "Tratável termicamente" designa uma liga cuja resistência 
mecânica é melhorada por endurecimento por precipitação 
ou por uma transformação martensítica (normalmente a 
primeira), ambas as quais envolvem procedimentos 
específicos de tratamento térmico. 
LIGAS METÁLICAS 
A. COBRE E SUAS LIGAS 
 
• Cobre e ligas à base de cobre, possuindo uma desejável 
combinação de propriedades físicas, têm sido utilizadas 
numa numerosa variedade de aplicações. 
 
• Um cobre não ligado é tão macio e dúctil que é difícil de 
usinar; também, ele tem uma quase ilimitada capacidade de 
ser trabalhado a frio. 
 
• É altamente resistente à corrosão em diversos ambientes 
incluindo o ambiente atmosférico, água do mar e alguns 
produtos químicos industriais. As propriedades mecânicas e 
de resistência à corrosão do cobre pode ser melhoradas por 
elementos de liga. 
LIGAS METÁLICAS 
A. COBRE E SUAS LIGAS 
 
• LATÃO: 
– As mais comuns ligas de cobre são os latões para os 
quais zinco, como uma impureza substitucional, é o 
elemento de liga predominante. 
 
– Alguns dos latões comuns são latões amarelhos, navais e 
de cartucho, metal de "muntz" e metal de douração. 
 
– Alguns dos usos comuns para ligas de latão incluem jóias 
de vestuário, caixas de cartucho, radiadores de 
automóvel, instrumentos musicais e moedas. 
LIGAS METÁLICAS 
A. COBRE E SUAS LIGAS 
 
• BRONZE 
– Os bronzes são ligas de cobre e vários outros elementos, 
incluindo estanho, alumínio, silício e níquel. 
 
– Estas ligas são algo mais fortes do que os latões, elas 
ainda têm um alto grau de resistência à corrosão. 
 
– Geralmente elas são utilizadas quando, em adição à 
resistência à corrosão, boas propriedades de tração são 
requeridas. 
LIGAS METÁLICAS 
B. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 
 
• Alumínio e suas ligas são caracterizadas por uma baixa 
densidade (2,7 g/cm3 quando comparada com 7,9 g/cm3 
para o aço), altas condutividades elétrica e térmica e uma 
resistência à corrosão em alguns ambientes, incluindo o 
ambiente atmosférico. 
 
• Muitas destas ligas são facilmente conformadas em virtude 
da alta ductilidade; isto é evidenciado pela fina folha da 
lâmina de alumínio em que o material relativamente puro 
pode ser laminado. 
 
• A limitação principal do alumínio é a sua baixa temperatura 
de fusão [660oC (1220oF), que restringe a temperatura 
máxima na qual ele pode ser usado. 
LIGAS METÁLICAS 
B. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 
 
• A resistência mecânica do alumínio pode ser melhorada por 
trabalho a frio e por adição de elemento de liga; 
entretanto, ambos os processos tendem a diminuir sua 
resistência à corrosão. 
 
• Os principais elementos de liga incluem cobre, magnésio, 
silício, manganês e zinco. 
 
• Geralmente, ligas de alumínio são classificadas ou como liga 
fundida ou como liga trabalhada mecanicamente. 
LIGAS METÁLICAS 
C. MAGNÉSIO E SUAS LIGAS 
• Talvez a característica mais destacada do magnésio seja a 
sua densidade, 1,7 g/cm3, que é a mais baixa de todos os 
metais estruturais; portanto, suas ligas são usadas onde peso 
leve é uma importante consideração (por exemplo, em 
componentes de aeronave). 
 
• Magnésio tem uma estrutura cristalina HC, é relativamente 
macio e tem um baixo módulo elástico: 6,5 x 106 psi (45 x 
103 Mpa). 
 
• Consequentemente, a maioria das fabricações é feita por 
fundição ou por trabalho a quente a temperaturas entre 
200 e 350°C (400 a 650°F). 
 
• Magnésio, tal como alumínio, tem uma baixa temperatura de 
fusão [651°C (1204°F)]. 
LIGAS METÁLICAS 
D. TITÂNIO E SUAS LIGAS 
 
• Titânio e suas ligas são relativamente novos materiais de 
engenharia que possuem uma extraordinária combinação de 
propriedades.• O metal puro tem uma baixa densidade (4,5 g/cm3), um 
alto ponto de fusão [1668oC (3035oF)] e um módulo 
elástico de 15,5 x 106 psi (107 x 103 MPa) . 
 
• Ligas de titânio são extremamente fortes; resistência à 
tração à temperatura ambiente são tão altas quanto 
200000 psi (1400 MPa) são atingíveis, fornecendo 
destacáveis resistências mecânicas específicas. 
 
• Além disso, as ligas são altamente dúcteis e facilmente 
forjadas e usinadas. 
LIGAS METÁLICAS 
D. TITÂNIO E SUAS LIGAS 
 
• A limitação principal do titânio é a sua reatividade química 
com outros materiais a elevadas temperaturas. 
 
• A resistência à corrosão de ligas de titânio às temperaturas 
normais é alta; elas são virtualmente imunes aos ambientes 
atmosférico, marinho e uma variedade de ambientes 
industriais. 
 
• Elas são comumente utilizadas em estruturas de aeronaves, 
veículos espaciais e nas indústrias de petróleo e química. 
LIGAS METÁLICAS 
E. METAIS REFRATÁRIOS 
 
• Metais que têm extremamente altas temperaturas de fusão 
são classificados como metais refratários. Incluídos neste 
grupo estão nióbio (Nb), molibdênio (Mo), tungstênio (W) e 
tântalo (Ta). 
 
• Temperaturas de fusão variam entre 2468°C (4474oF) para 
o nióbio até 3410oC (6170oF), a temperatura de fusão 
mais alta de qualquer metal, para o tungstênio. 
 
• Ligação interatômica nestes metais é extremamente forte, o 
que explica as altas temperaturas de fusão, os grandes 
módulos elásticos e altas resistências mecânicas e altas 
durezas, tanto à temperatura ambiente quanto às elevadas 
temperaturas. 
LIGAS METÁLICAS 
E. METAIS REFRATÁRIOS 
 
• As aplicações destes metais são variadas. 
 
• Tântalo e molibdênio são ligados com aço inoxidável para 
melhorar sua resistência à corrosão. 
 
• Ligas de molibdênio são utilizadas para matrizes de 
extrusão e partes estruturais em veículos espaciais. 
 
• Filamentos de lâmpadas incandescentes, tubos de raio-X e 
eletrodos de soldagem empregam ligas de tungstênio. 
LIGAS METÁLICAS 
 
 
• Aula relacionada ao capítulo 11 do livro Callister 
 
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