Trabalho de Metalografia: Ligas de Cobe e Alumínio

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PRAÇA XI 
Engenharia Mecânica 
 
 
COBRE, ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 
 
 
David Viana de Araújo 20140200851-1 
Eduardo do Nascimento Oliveira 20140135115-8 
Eduardo do Nascimento Oliveira Filho 20140106733-6 
Marcus Vinícius Cavalho de Mello 20120204254-6 
Silas Martins de Souza 201403338132 
 
 
DEZEMBRO DE 2016 
RIO DE JANEIRO 
 
ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 
 
1. INTRODUÇÃO 
 O alumínio é um elemento metálico produzido através do minério da bauxita e trata-
se de um metal leve e versátil de grande aplicação na indústria. 
 É um elemento resistente à corrosão, condutor de calor e eletricidade e reflete luz e 
energia radioativa, além de não ser tóxico e magnético, podendo ser transformado através 
de vários processos utilizados em outros metais. 
 
2. CARACTERÍSTICAS GERAIS, PROPRIEDADES E APLICAÇÕES. 
 O alumínio é um metal que apresenta baixa densidade, cerca de 2.710kg/m³, 
aproximadamente 1/3 da densidade do aço ou do ferro que chegam em torno de 
7.860kg/m³. Tal característica é particularmente importante na indústria do transporte que 
exigem componentes com baixo peso específico, contribuindo para a economia de energia 
de um transporte, aumentando assim sua autonomia e velocidade. 
 Sua condutividade elétrica é aproximadamente 60% da condutividade elétrica do 
cobre, mas sua densidade é aproximadamente 1/3 deste elemento, o que o torna um 
material econômico como condutor elétrico, amplamente utilizado em cabos para 
transmissão de energia, bases de lâmpadas, dentre outros componentes elétricos. 
 Sua condutividade térmica é de aproximadamente três vezes maior que a do aço, 
tendo a justificativa da sua utilização em utensilhos de cozinha, equipamentos ar 
condicionado, trocadores de calor industriais e peças de motores automotivos. São 
utilizados também em equipamentos para economia de energia como coletores de luz 
solar. 
 O alumínio apresenta alta resistência à corrosão, pois quando é exposto ao ar, é 
formada sobre a sua superfície uma película de óxido que atua como protetor contra a 
corrossão. Além disso, é capaz de sofrer procesos químicos e eletroquímcos em sua 
superfície como pintura e anodização, tornando mais eficiente a resistência à corrosão. 
Esta característica é muito utilizada em perfis extrudados, na construção civil e na 
fabricação de utensílhos domésticos. 
 O alumínio pode ser encontrado sob diversas formas, como por exemplo, folhas 
finas, chapas, placas, vergalhões, tubos e cabos e ainda apresenta excelente usinabilidade 
e plasticidade, sendo considerado o melhor material para a extrusão de perfis complexos. 
Embora o aço se torne frágil a baixas temperaturas, o alumínio aumenta sua resistência 
mecânica e mantém sua qualidade sob tais condições. 
 O alumínio é atóxico e inodoro e sua superfície é lisa e facil de ser lavada, tornando-o 
higiênico, não permitindo o desenvolvimento de germes sobre sua superfície. Por isso é 
utilizado em latas de bebidas, pacotes de alimentos, utesílhos de coziha e na indústria 
pesqueira e leiteira. 
 Por fim, o alumínio é economicamente reciclável, pois necesita apenas de 1/128 da 
energia necessária para transformar o minério em alumínio. 
 
3. LIGAS DE ALUMÍNIO 
 O alumínio é encontrado numa vasta quantidade de ligas e pode ser fornecido sob 
a forma de lingotes, perfis extrudados, vergalhões, tubos, barras, chapas, placas e folhas 
finas. 
 O sistema de classificação do alumínio, segundo a ABNT, baseia-se num sistema de 
quatro digitos XXXX, onde o primeiro dígito XXXX indica o grupo de ligas conforme a 
classificação abaixo: 
 
99% DE PUREZA 1XXX 
COBRE 2XXX 
MANGANÊS 3XXX 
SILÍCIO 4XXX 
MAGNÉSIO 5XXX 
MAGNESIO E SILÍCIO 6XXX 
ZINCO 7XXX 
OUTROS ELEMENTOS 8XXX 
SÉRIE NÃO UTILIZADA 9XXX 
 
 O segundo dígito XXXX indica modificações da liga original ou dos limites de 
impurezas. 
 Os dois últimos dígitos XXXX identificam a liga de alumínio ou indicam a pureza do 
alumínio. 
 
 
 
 
 
 
CLASSIFICAÇÃO ABNT DAS PRINCIPAIS LIGAS DE ALUMÍNIO 
 
COBRE E SUAS LIGAS 
 
1. INTRODUÇÃO 
 O início da utilização do cobre remonta a 10.000 aC, onde por mais de 5.000 anos 
este foi o único metal conhecido pelo homem. Entretanto, o cobre bruto, ou seja, o metal 
puro em seu estado metálico, foi somente utilizado pela primeira vez no período de 
transição entre a Idade da Pedra e a Idade do Metal, onde primeiramente foi utilizado como 
substituto da pedra na concepção de armas e ferramentas de trabalho. 
 Diversos povos como os romanos, babilônicos, egípcios, índios e persas utilizaram o 
cobre de forma intensa na concepção de ferramentas de trabalho, objetos de adorno, 
artigos domésticos e armas de guerra. 
 Os séculos foram passando e o cobre sempre esteve presente nas revoluções 
tecnológicas desempenhando um papel importante devido as suas diversas propriedades, 
o que o torna essencial ao homem, sendo absorvido por este através dos alimentos. 
 Além do cobre, suas ligas como latão e o bronze são de grande importância na 
indústria mecânica. 
 
2. PROPRIEDADES GERAIS 
 O cobre é um metal vermelho-marrom que apresenta ponto de fusão 
correspondente a 1.083°C e densidade corresponde a 8,96g/cm² àa 20°C sendo, após a 
prata, o melhor condutor de calor e de eletricidade e devido a sua baixa resistividade 
elétrica, uma de suas principais utilizações é na indútria elétrica. 
 O cobre possui boa resistência à corrosão atmosférica e a oxidação ao ar começa 
em torno de 500°C, além de não ser atacado pela água pura. Entretanto, ácidos, mesmo 
fracos, atacam o cobre na presença de ar. 
 Apresenta boa deformabilidade, resistência mecânica e características de fadiga 
satisfários, além de boa usinabilidade, cor decoratva e boa resistência ao choque 
dependendo do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado. 
 Por fim, o cobre pode ser encontrado na forma de placas, chapas, tiras, arames, fios, 
tubos, perfis e elementos forjados. 
 
 
 
 
CLASSIFICAÇÃO ABNT DOS PRINCIPAIS TIPOS DE COBRE 
 
 
 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE COBRE DE BAIXO 
TEOR DE LIGA 
 
 
 
3. LIGAS DE COBRE DE ALTO TEOR DE LIGA 
 As mais importantes ligas de cobre são o Latão Comum, Latão Especial, Bronze, 
Cobre-Alumínio, Cupro Níquel, Alpaca, Cobre Berílio e Cobre-Silício. 
 
3.1 LATÃO COMUM 
 O latão comum é uma liga de cobre e zinco onde o teor de zinco varia de 5% a 50%, 
o que permite a criação de inúmeros tipos de latão comum. Tais ligas são denominadas, 
por exemplo, liga de cobre-zinco 9010, que significa que esta liga apresenta 90% de cobre 
e 10% de zinco. 
 À medida que o teor de zinco aumenta, ocorre também uma diminuição da 
resistência à corrosão em certos meios agressivos, levando à “dezinficação”, ou seja, 
corrosão preferencial do zinco. 
 No estado recozido, a presença do zinco até cerca de 30% provoca um ligeiro 
aumento da resistência à tração, porém a ductilidade aumenta consideravelmente. 
 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE LATÃO COMUM 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS PRINCIPAIS LIGAS DE LATÃO COMUM 
 
 
3.2 LATÃO ESPECIAL 
 
LATÃO ESPECIAL COM TEORES DE CHUMBO 
 Nas ligas de cobre e zinco, o latão, pode ser introduzido teores de chumbo, criando 
assim uma liga que apresenta alta usinabilidade, devido à a pesença dispersa de 
partículas de chumbo, tendo sua aplicação em componenteselétricos e mecânicos como 
parafusos, componentes rosqueados, rebites, porcais, terminais de baterias elétricas, 
velas de ignição, buchas, mancai, dentre outros elementos que exijam um usinagem fácil e 
econômica. 
LATÃO ESPECIAL COM TEORES DE ALUMÍNIO E ARSÊNIO 
 Nas ligas de cobre e zinco, o alumínio, pode ser introduzido alumínio e pequenos 
teores de arsênio, adicionado para diminuir o processo de dezinficação. 
 Este tipo de liga, como por exemplo, a liga CuZn28Al2, possui uma melhor 
resistência a corrosão devido à presença do alumínio e do arsênio e é utilizado na forma 
de tubos para condensadores, permutadores de calor e em aplicações semelhantes, além 
de ser também utilizado na indútria químia e mecânica. 
 À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades 
relacionadas à resistência mecânica, sem perda da ductibilidade. Essas ligas, geralmente, 
podem ser trabalhadas a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e 
escoamento. 
LATÃO ESPECIAL COM TEORES DE ESTANHO 
Nas ligas de cobre e zinco, o estanho pode ser introduzido de modo a proporcionar uma 
boa resistência à corrosão em água doce ou salgada pouco poluída e emprega-se este tipo 
de liga em formas de placas e tubos para permutadores de calor, condensadores, peças 
forjadas e usinadas para equipamentos de refino de petróleo, na construção naval, dentre 
outras aplicações. 
LATÃO ESPECIAL PARA FUNDIÇÃO 
 Nas ligas de cobre e zinco, elemento como fero, chumbo, manganês podem ser 
introduzidos, criando assim ligas complexas especiais paro processo de fundição, tendo a 
aplicações destas ligas na fabricação de componentes de geometrias complexas como 
hastes de válvulas, engrenagens e peças que estão sujeitas ao contato com a água do 
mar. 
 
3.2 BRONZE 
 O bronze comercial é uma liga de cobre e estanho, onde este ultimo elemento pode 
estar presente em teores que variam de 2% a 10%, podendo chegar até 11% em ligas 
especiais para fundição. 
 À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades 
relacionadas à resistência mecânica, sem perda da ductibilidade. Essas ligas, geralmente, 
podem ser trabalhadas a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e 
escoamento. 
 As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que 
atua como desoxidante onde, nessas condições, os bronzes são chamados fosforosos. 
 
 
 
 
 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS LIGAS DE BRONZE 
 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE BRONZE 
 
 A tabela abaixo se refere às características gerais e aplicações para os bronzes de 
fundição. 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE BRONZE PARA 
FUNDIÇÃO 
 
 Uma aplicação especial para o bronze fundido é na fabricação de materiais para manciais 
sob a forma de materiais de sacrifício conhecidos como bronzinas. O limite de resitência à tração 
dessas ligas variam de 10Kgf/mm², para as ligas que contêm maior teror de chumbo, a 18kgf/mm². 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE BRONZE PARA 
MANCAIS 
 
 
 
3.4 LIGA CUPRO-NÍQUEL 
 A liga cupro-níquel é uma liga composta de cobre e níquel com o teor de níquel 
variando de 5% a 45%, podendo estar presenta na liga até cerca de 2% de ferro e 
manganês. A introdução do níquel tende a tornar a cor da liga resultante mais clara com a 
cor branca começando a aparecer a partir de cerca de 20% de níquel. 
 À medida que aumenta o teor de níquel, elevam-se as propriedades relacionadas à 
resistência mecânica, limite de escoamento, limite de resistência à tração bem como a 
dureza e limite de fadiga. Entretanto, a ductilidade é afetada. 
 As ligas cupro-níquel são muito dúcteis e apresentam excelente resistência à 
corrosão, principalmente pela ação da água do mar e algumas destas ligas apresentam 
outra característica importante que é a resistividade elétrica praticamente independente da 
temperatura, jutificando suas aplicações em resistências elétricas. 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS E APLICAÇÕES DAS LIGAS DE COBRE E NÍQUEL 
 
 
3.5 LIGA COBRE-ZINCO-NÍQUEL 
 A liga cobre-zinco-níquel é uma liga composta de cobre, zinco e níquel como sugere 
o próprio nome. Sua composição varia de 10% a 30% de níquel, 45% a 70% de cobre, 
sendo o restanto composto por zinco. 
 É uma liga altamente resistente à corrosão e caracteriza-se pela cor esbranquiçada, 
tornando-se mais brilhante e decorativa à meida que se aumenta o teor de níquel, tendo a 
sua utilização principalmente na concepção de objetos decorativos e de cutelaria e em 
molas de contato de equipamentos elétricos e telefônicos. 
 Em sua composição pode ser introduzido o chumbo o que permite a fundição da liga 
em areia de peças utilizadas na indústria de laticínios, válvulas e assentos de válvulas, 
chaves e acessórios para construção naval. 
 
3.6 LIGA COBRE-ALUMÍNIO 
 A liga cobre-alumínio é uma liga composta por cobre e alumínio em que o teor de 
aumínio pode variar de 5% a 10% em média. Ainda pode conter em sua composição níquel 
até 7%, manganês até 3%, ferro até 6% e, eventualmente, arsênio até 0,4%. 
 Geralmente, esta liga apresenta boa resistência à corrosão, tendo uma vasta 
aplicação na fabricação de tubos de condensadores, evaporadores e trocadores de calor, 
componentes de equipamentos na indústria de papel, recipientes para a indústria química, 
autoclaves, componentes de torres de resfriamento, revestimentos protetores, tubos para 
água do mar, equipamentos de decapagem, engrenagens, ferramentas de conformação de 
plásticos, assentos de válvulas, hastes, hélices navais, mancais, buchas e peças 
resistentes à corrosão além de ser utilizado em instações criogênicas. 
 
3.7 LIGA COBRE-BERÍLIO 
 A liga cobre-berílio é uma liga composta por cobre e berílio em que o teor de berílio 
pode variar de 1,6% a 2,7% podendo conter em sua composição pequenas quantidades de 
cobalto, níquel e ferro. 
 É um tipo de liga que pode ser tratada termicamente através de endurecimento por 
precipitação e, depois de solubilizadas, podem ser conformadas a frio. 
 As aplicações desta incluêm a fabricação de molas de instrumentos, diafrágmas, 
cabos flexíveis, componentes de chaves elétricas, relés e, na construção mecânica, na 
fabricação de válvulas, componentes de bombas e de equipamentos de soldagem por 
resistência elétrica. 
 
3.8 LIGA COBRE-SILÍCIO 
 A liga cobre-silício é uma liga composta por cobre e silício em que o teor máximo de 
silício é 3%, podendo chegar a 5% em ligas fundidas. Esta liga ainda pode apresentar 
pequenos teores de zinco, ferro e manganês. 
 A resistência mecânica desta liga é superior a do cobre e é utilizada na fabricaçao 
de componentes de equipamentos para a indústria química e indústria de papel como 
tanques, tubulações e cestos de decapagem. Na indústria mecânica é utilizado na 
fabricação de eletrodos para equipamentos de soldagem, parafusos, porcas, rebites, 
buchas e ganchos e na indústria naval é utilizado na fabricação de eixos de hélices e pode 
também ser utilizado na indústria aeronatica em linhas hidráulicas de pressão. 
 É um tipo de liga que pode ser tratada termicamente através de endurecimento por 
precipitação e, depois de solubilizadas, podem ser conformadas a frio. 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
 Apostila: SENAI-ES: Companhia Siderúrgica de Tubarão. Programa de Certificação 
de Pessoal da Manutenção. Mecânica. Materiais Metálicos e Não Metálicos,1996. 
 
 Apostila: SENAI-MG: CETAL. Materiais para Construção Mecânica, 1999. 
 
 Apostila: Telecurso 2000. Módulo Mecânica. Materiais. 
 
 Livro: CALLISTER, RETHWICH. Fundamentos da Ciência e Engenharia dos 
Materiais: Uma Abordagem Integrada. 4ºed.LTC. Rio de Janeiro. 2014.