Ligas Metalicas

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Prof. Marcos Rogério Guilherme
Ligas Metálicas
Solução Sólida 
Solvente 
Soluto 
Defeitos pontuais devidos à presença de impurezas são encontrados em soluções sólidas, podem ser de dois tipos:
Substitucional 
Intersticial 
Impurezas em sólidos
 As ligas são obtidas através da adição de elementos de liga (átomos diferentes do metal-base). Esses átomos adicionados intencionalmente podem ficar em solução sólida e/ou fazer parte de uma segunda fase.
 Em uma liga, o elemento presente em menor concentração denomina-se soluto e aquele em maior quantidade, solvente.
Soluções sólidas
Soluções sólidas
Solução sólida: ocorre quando a adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas estruturas.
 Solução sólida substitucional: os átomos de soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado.
 Solução sólida intersticial: os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no reticulado.
Solução sólida substitucional
Ocorre quando os átomos do soluto substituem as posições atômicas ocupadas pelos átomos do metal solvente
Para a formação de uma solução sólida substitucional é necessário que os componentes (solvente e soluto) apresentem:
Dimensões atômicas similares (diferença de ~15% máx.)
Estruturas eletrônicas semelhantes (eletronegatividade e valência)
Mesma estrutura cristalina (CCC, CFC ou HC ). CCC - CÚBICO DE CORPO CENTRADO, CFC - CÚBICO DE FACES CENTRADAS, HC - HEXAGONAL COMPACTA.
Cobre
Níquel
Ferro
Carbono
Raio Atômico
0,128
0,125
0,124
0,071
Eletronegatividade
1,9
1,8
1,8
2,5
Valência + Comum
+1 (+2)
+2
+2(+)
+4
Estrutura Cristalina
CFC
CFC
CCC
Hexagonal
Solução sólida
Ligas
Aço — constituído por Fe e C.
Aço inoxidável — constituído por Fe, C, Cr e Ni.
Ouro — constituído por Au (75 %), Ag e/ou Cobre (25 %) para o ouro 18K. O ouro 24K é ouro puro.
Amálgama dental (restauração) — Hg, Ag e Sn.
Bronze — constituído por Cu e Sn.
Latão (utilizado em armas e torneiras) — Cu e Zn.
Bronze = persa = tem como base o cobre e o estanho e proporções variáveis de outros elementos como zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo entre outros com o objetivo de obter características superiores a do cobre.
Aço — constituído por Fe e C.
Aço inoxidável — constituído por Fe, C, Cr e Ni.
Ouro de Joias — constituído por Au (75 %), Ag e/ou Cobre (25 %) para o ouro 18K. O ouro 24K é ouro puro.
Amálgama dental (utilizada em obturação) — constituída por Hg, Ag e Sn.
Bronze — constituído por Cu e Sn.
Latão (utilizado em armas e torneiras) — constituído por Cu e Zn.
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Adição de impurezas:
solução sólida
formação de 2a fase
Elementos em uma liga:
Solvente: elemento ou composto presente em maior quantidade;
Soluto: elemento ou composto presente em menor quantidade;
 Fase: porção homogênea de um material com características físicas e químicas uniformes.
Defeitos Pontuais: Impurezas em sólidos
Impurezas
 Dois ou mais elementos dispersos em uma única fase.
 2 tipos: substitucional ou	 intersticial.
 Substitucional: 	
 átomos do solvente substituídos por átomos do soluto no reticulo;
 a estrutura do solvente não muda, mas se deforma;
substitucional
Defeitos Pontuais: Solução sólida
 Dois ou mais elementos dispersos em uma única fase.
 2 tipos: substitucional ou	intersticial
Intersticial: 	
 os átomos do soluto “espremem-se” nos vazios (interstícios) da rede cristalina do solvente;
 ocorre quando a diferença de tamanho entre soluto e solvente é grande;
intersticial
Defeitos Pontuais: Solução sólida
Cristal covalente: vacância Cristal iônico: par de vacâncias
Defeitos Pontuais: Defeitos de Schottky
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A compensação de carga leva à formação de vazios.
Defeitos pontuais: Condição de eletroneutralidade
Tipos de Ligas Metálicas
 As ligas metálicas, em virtude da sua composição, são agrupadas com frequência em duas classes: 
Ferrosas e não-ferrosas. 
Ligas ferrosas são aquelas nas quais ferro é o principal componente, mas carbono bem como outros elementos de liga podem estar presentes
As ligas não-ferrosas - todas as ligas que não sejam baseadas em ferro
Ligas Ferrosas
 São produzidas em maiores quantidades do que qualquer outro tipo de metal. 
Elas são especialmente importantes como materiais de construção de engenharia. 
Seu amplo uso é resultado de 3 fatores:
Ligas Ferrosas
1. Os compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre;
2. Ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração e formação de ligas e a fabricação é relativamente econômicas;
3. As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido de que podem ser projetadas para possuírem uma ampla gama de propriedades físicas e mecânicas.
Ligas ferrosas
Limitações
 - Condutividade elétrica comparativamente baixa;
 - Suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes usuais.
Ligas ferrosas
Em muitas aplicações, é vantajoso ou até mesmo necessário o uso de outras ligas que possuam combinações adequadas de propriedades. Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de acordo com alguma característica específica compartilhada por um grupo de ligas.
ligas de Cu, Al, Mg e Ti, os materiais refratários, as superligas, os metais nobres, ligas diversas e materiais compósitos
As ligas ferrosas são divididas em dois grandes grupos, de acordo com o teor de carbono presente em cada uma:
„ Aços: Teor de carbono inferior a 2,11%C;
„ Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.
TF= 1534C
As fases ,  e  FORMAM soluções 
sólidas com Carbono intersticial
FERRO  = AUSTENITA
FERRO  = FERRITA
FERRO  = FERRITA 
FERRO  = FERRITA
FERRO  = FERRITA  (Delta)
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FERRO  = FERRITA
Estrutura= ccc
Temperatura “existência” até 
912C
Solubilidade máx do Carbono= 0,02% a 
727C
FERRO  = AUSTENITA
Estrutura: cfc 
(tem + posições intersticiais)
Temperatura: “existência” 
912 -1394C
Solubilidade máx do Carbono: 2,14% a 1148C
FERRO  = FERRITA 
Estrutura= ccc 
Temperatura “existência”= 
acima de 1394C
Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta interesse comercial
ccc
cfc
ccc
Até 910°C
De 910-1394°C
De 1394°C-
Uma substância adota tipicamente um arranjo mais denso a altas pressões, pois, a energia de Gibbs da fase mais compacta é menor que aquela da fase menos densa, e a transição para a fase compacta torna-se espontânea. 
Aços
 São ligas metálicas constituídas por ferro e carbono.
„ Podem conter quantidades significativas de elementos de liga, dando origem aos aços liga, inoxidáveis, ferramentas, etc.
„ Suas propriedades são fortemente influenciadas pelo teor de carbono presente
 Com o aumento do teor de carbono tem-se:
„ - Propriedades que aumentam: Dureza, resistência mecânica, resistência ao desgaste.
- Propriedades que diminuem: Ductilidade, tenacidade.
Os Aços carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos C, Si, Mg, Cu, S e P. Outros elementos existem apenas em quantidades residuais.
„ A quantidade de Carbono presente no Aço
define a sua classificação:
 os baixo carbono possuem no máximo 0,30% de Carbono;
 os médio carbono possuem de 0,30 a 0,60%;
 os alto carbono possuem de 0,60 a 1,00%.
Aços Carbono
„ Os Aços liga contem quantidades específicas de elementos de liga diferentes daqueles normalmente utilizados nos aços comuns. Estas quantidades são determinadas com o objetivo de promover mudanças nas propriedades físicas e mecânicas que permitam ao material desempenhar funções específicas.
Os aços-liga costumam ser designados de acordo com o(s) seu(s) elemento(s) predominante(s). e.g. aço-níquel, aço-cromo e aço-cromo-vanádio.
Aços Liga
AÇOS INOXIDÁVEIS
„ Contém um mínimo de 10,5% de Cromo como principal elemento de liga. 
São
aços onde não ocorre oxidação em ambientes normais.
 Alguns aços inoxidáveis possuem + de 30% de Cr ou menos de 50% de Fe.
„ Suas características de resistência são obtidas graças à formação de um óxido protetor
Alguns outros elementos como Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Nb, N e Se. Podem ser adicionados para a obtenção de características mecânicas particulares.
Superligas
As superligas são combinações superlativas de propriedades; 
A maioria é utilizada nos componentes das turbinas de aeronaves, que devem suportar exposições a ambientes severamente oxidantes e temperaturas elevadas, durante períodos de tempo razoáveis;
são classificados de acordo com o material predominante na liga 			que pode ser o Co, Ni ou Fe. Outros elementos 			incluem os materiais refratários, o Cr e o Ti.