ECV T metais1 2013 02

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MATERIAIS METÁLICOS

DECORREM DA COMBINAÇÃO DE ELEMENTOS METÁLICOS
 Alta conductibilidade elétrica e térmica
 Grande resistência mecânica, mas bastante deformáveis
  DUCTILIDADE
 Geralmente LIGADOS com outros elementos
 CONSTRUÇÃO: Al, Pb, Zn, cobre, ferro fundido, aços
 PUROS OU EM MINÉRIOS 
PROPRIEDADES E ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
DENSIDADE - MASSA ESPECÍFICA APARENTE
Al Zn Fe Aço Latã
o
Ni Cu Pb Hg Pt
2,70 7,13 7,87 7,85 8,5 8,90 8,96 11,34 13,60 21,3
PROPRIEDADES TÉRMICAS E ELÉTRICAS
 DILATAÇÃO 
COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR (αL)
 
Ferro fundido Aço Fe Cu Latão Al Pb
9 11,3 11,7 17 20 22,5 29
[x 10-6 em /oC] (cerâmica-vidro ≅ 9.10-6, concreto ≅ 13.10-6) 
∆L/L = αL∆T
 CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS E ELÉTRICAS
Material Conductibilidade térmica 
em (kcal.m)/(m2.h.°C)
Resistividade elétrica 
em Ω.m
Al – Ligas 200 30-48.10-9
Cu 390 16.10-9
Pb 35 182.10-9
Ag 448 15.10-9
Aço 50 100-700.10-9
Tijolo (cerâmica) 0,6 1-2.106
Concreto 1,5 1-2.106
Vidro 1,0 1012
Polietileno 0,25 1012-1016
Madeira 0,1 2.106 (7%)
Ar 0,024 -
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
σ = F/S0 ⇒ ∆L/L0 = [(L´ - L0)/L0]100
 
ESTRICÇÃO OU INSTABILIDADE PLÁSTICA: [(S0 - S)/S0)]100 
DIAGRAMAS REAIS:
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CASO DOS AÇOS DOCES (%C < 0,3 %) E METAIS MOLES
 
- FASE OE (ZONA I)  FASE ELÁSTICA 
E: limite de elasticidade ou limite de proporcionalidade feH
- FASE EE’ (ZONA II)  FASE PLÁSTICA DE ESCOAMENTO
E´: limite de elasticidade convencional ou 
 tensão de escoamento fy
- FASE E’M (ZONA III)  FASE PLÁSTICA DE ENCRUAMENTO
M: limite de resistência fu
- FASE MS (ZONA IV)  FASE DE ESTRICÇÃO 
S: limite de ruptura 
 
CASO MAIS COMUM (EX. Al, AÇOS %C > 0,4 %)
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Observação: ductilidade - importância de especificar a base de medida
 
 
RESISTÊNCIA AO IMPACTO (CHOQUE)
RESISTÊNCIA QUE O METAL OPÕE À RUPTURA SOBRE AÇÃO DE 
UMA CARGA DINÂMICA
PÊNDULO DE CHARPY:
 
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DUREZA
DUREZA BRINELL: MEDIDA DA LARGURA DE UMA MARCA (D) 
DEIXADA POR UMA ESFERA DE AÇO TEMPERADO DE DIÂMETRO D 
DEPOIS DE APLICAÇÃO DE UMA CARGA ESTABELECIDA F. 
 
MEDIDA DO NÚMERO DE DUREZA: 
 
Material Dureza Brinell
Aço, ferro fundido
Cobre, Alumínio (ligas duras)
Cobre, Alumínio (ligas moles)
Chumbo
95-500
30-140
15-70
até 30
 
CORRELAÇÃO DIRETA ENTRE DUREZA E RESISTÊNCIA DENTRO DE 
UMA MESMA FAMÍLIA DE METAIS:
 
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DOBRAMENTO
DOBRAMENTO DE UMA BARRA OU CHAPA EM TORNO DE UM PINO 
CILÍNDRICO ATÉ FICAREM PARALELOS ÀS DUAS PONTAS
A AMOSTRA NÃO DEVERÁ ROMPER OU FISSURAR
 
FADIGA
SOLICITAÇÕES CÍCLICAS
⇓
A RESISTÊNCIA À RUPTURA CAI ABAIXO DO VALOR MEDIDO NO 
CASO DA APLICAÇÃO DE UMA CARGA ESTÁTICA
O DECRÉSCIMO DE RESISTÊNCIA É FUNÇÃO DO NÚMERO DE 
CICLOS E DO NÍVEL DAS TENSÕES
 
AÇOS Limite de resistência à fadiga = 0,4-0,55 X (Tensão de ruptura) 
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COMPORTAMENTO AO FOGO
 Tensão (MPa) 
Deformação (%)
PARA UMA ESTRUTURA OU UM ELEMENTO DE ESTRUTURA, É 
PRECISO CONHECER:
 A TEMPERATURA CRITICA ACIMA DA QUAL O ELEMENTO NÃO 
PODE MAIS PREENCHER SUA FUNÇÃO  500 OC PARA OS AÇOS
 Tensão limite de escoamento (%)
 
 Temperatura em oC
 O TEMPO NECESSÁRIO PARA QUE O ELEMENTO ATINJA A 
TEMPERATURA CRITICA QUE DEPENDE: 
(i) da relação entre a superfície exposta ao fluxo térmico e o 
volume de metal a ser aquecido por unidade de comprimento 
(ii) do grau de proteção térmica
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PROTEÇÃO CONTRA O FOGO
 TÉCNICA CONSTRUTIVA ADEQUADA: subdivisão do edifício em 
compartimentos resistentes ao fogo, espaços cercados por elementos 
de contorno (paredes, pisos, teto) com resistência mínima ao fogo
 RETARDAR O AQUECIMENTO DO METAL: 
- Tinta intumescente
- Produtos projetados: fibras minerais, gesso, etc. 
- Produtos em placas: fibras minerais, gesso, etc.
 
 
Exemplo: Espessura da proteção (mm) p/ 
 uma estabilidade ao fogo de:
Viga em I ½ h 1 h 1 h ½ 2 h
Proteção por fibras minerais projetadas 10 23 35 48
Por placas de gesso 10 20 35 48
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
 PROCESSOS DE MOLDAGEM DO LINGOTE PARA OBTENÇÃO DE 
FIOS, BARRAS, PERFIS ESPECIAIS, CHAPAS, TUBOS, ETC.
(1) EXTRUSÃO
 
(2) LAMINAÇÃO (3) TREFILAÇÃO
 
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 (4) FUNDIÇÃO
 
(5) FORJAMENTO (6) ESTAMPAGEM
 
(7) SOLDAGEM: PARA JUNTAR AS PEÇAS
 POR PRESSÃO
↓
Peças aquecidas até o estado pastoso e ao mesmo tempo são 
comprimidas entre si por compressão ou por martelamento
 EM DESUSO
 POR FUSÃO (CALDEAMENTO) 
↓
Fusão local das peças ou fusão de um metal ou liga introduzido (metal 
de adição) entre as duas peças a soldar (metal de base)
 
* SOLDAGEM AUTOGENA
METAL DE ADIÇÃO ≅ METAL DE BASE
⇒ INTERPENETRAÇÃO DO METAL DE BASE COM A SOLDA
 
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* BRASAGEM
↓
TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO < TEMP. FUSÃO METAL DE BASE
↓
SOLDAGEM CAPILAR
BRASAGEM “SIMPLES”
TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO < TEMP. FUSÃO METAL DE BASE
+ TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO < 500 OC
BRASASOLDAGEM
TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO < TEMP. FUSÃO METAL DE BASE
+ TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO > 500 oC
* AÇOS LAMINADOS: soldagem autogena 
* TUBOS DE COBRE: 
 - Brasagem “simples” (Ex.: liga chumbo-estanho) ou
 - Brasasoldagem com solda forte (Ex.: ligas Ag-Zn-Cu-Cd, Cu-P, Cu-Zn)
* TUBOS DE AÇO GALVANIZADO: 
Processo misto de brasagem e soldagem autogena do zinco (Ex., solda 
á base de uma liga cobre-zinco - temperatura de fusão 370-400oC)
 O zinco se vaporiza em volta de 900oC  PERIGO
TUBOS COM COSTURA 
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CORROSÃO (OXIDAÇÃO)
TRANSFORMAÇÃO NÃO INTENCIONAL DE UMA METAL, A PARTIR DE 
SUAS SUPERFÍCIES EXPOSTAS, EM COMPOSTOS NÃO ADERENTES, 
SOLÚVEIS OU DISPERSÁVEIS NO AMBIENTE EM QUE O METAL SE 
ENCONTRA
 RETORNO DO METAL À SUA FORMA MAIS ESTÁVEL EM 
PRESENÇA DO OXIGÊNIO
 
Ex: FERRO  Fe2O3(H2O)n óxido férrico hidratado (ferrugem) que:
- Tem maior volume em relação ao ferro metálico
- Não apresenta grande adesão e coesão com o ferro original
- Se solta facilmente na forma de pó ou escamas
PROCESSO DA CORROSÃO
↓
O metal dá elétrons a alguma substância oxidante existente no meio 
ambiente (O, H, H2O, H2S, etc.) formando óxidos, hidróxidos, sais, etc.
TIPOS BÁSICOS DE CORROSÃO:
- CORROSÃO QUÍMICA: os elétrons perdidos pelo metal se combinam 
no mesmo lugar onde são produzidos
- CORROSÃO ELETROQUÍMICA: elementos são liberados num local e 
captados noutro; há FORMAÇÃO DE UM CIRCUITO GALVÂNICO.
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CORROSÃO QUÍMICA (OXIDAÇÃO SECA)
PROCESSO: AÇÃO DO OXIGÊNIO DO AR SOBRE UM METAL:
Metal dá elétrons segundo: M → M2+ + 2e- cátion (anodo)
Oxigênio recebe elétrons segundo: O + 2e- → O2- ânion (catodo)
 M2+ + O2- → MO (óxido)
VELOCIDADE DE OXIDAÇÃO vai depender:
- da velocidade de reação metal-oxigênio
- da temperatura, 
- da espessura e estrutura da "pele" de óxido 
 
- ÓXIDOS QUE OCUPAM MENOS VOLUME do que o metal que deu 
origem e que são frágeis, vão fissurar e partir deixando exposto o metal 
para outra ação do oxigênio
- ÓXIDOS QUE OCUPAM MAIS VOLUME do que o metal que deu origem 
vão enrugar e afastar-se rapidamente, expondo o metal (Ex.: Fe)
- ÓXIDOS COM MESMO VOLUME do que o metal que deu origem 
podem formar filmes que, se são aderentes, vão agir como barreira 
impedindoo prosseguimento da oxidação (Ex.: Al, Cr, Ni)
 
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CORROSÃO ELETROQUÍMICA (CORROSÃO ÚMIDA)
OCORRE EM AMBIENTES ÚMIDOS (vapor de água)
PRINCIPAL AGENTE CAUSADOR: ELETRÓLITO
Líquido condutor de eletricidade 
(íons: sais, ácidos, bases e gases dissolvidos em água)
Ex.: dois eletrodos do mesmo metal
 
 
PILHAS GALVÂNICAS: 2 metais diferentes em contato
Aparece uma DIFERENÇA DE POTENCIAL:
Eletrodo de zinco: anodo - dissolução do metal (corrosão):
Zn → Zn2+ + 2e-
Eletrodo de cobre: catodo - não será dissolvido (passivação):
Cu ← Cu2+ + 2e- ( ou 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-)
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POTENCIAIS DE ELETRODOS: 
2 METAIS DIFERENTES EM CONTATO + ELETRÓLITO: O DE MAIOR 
POTENCIAL (CATÓDICO) TENDE EM PROVOCAR A CORROSÃO DO 
METAL DE MENOR POTENCIAL (ANÓDICO)
OBSERVAÇÕES:
 Velocidade de corrosão = f(diferença entre os potenciais)
 Potenciais de eletrodos = f(natureza do eletrólito)
SERIES GALVÁNICAS PARA LIGAS:
 
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(1) CÉLULAS DE COMPOSIÇÃO: É QUANDO TEM DOIS METAIS 
DIFERENTES EM CONTATO
Chapa aço galvanizado com porca e parafuso de aço inoxidável ⇒ 
Corrosão do aço galvanizado
 
Solda de chumbo-estanho em torno de arame de cobre 
⇒ Corrosão da solda
Tubo de cobre com tubo de aço galvanizado ⇒ Corrosão do aço
(2) CÉLULAS DE TENSÃO: SE FORMA ENTRE ZONAS DO MESMO 
METAL QUE SOFRERAM TENSÕES MECÂNICAS DIFERENTES 
ÂNODO (CORROSÃO): NAS ZONAS TENSIONADAS
Ex: zonas ao redor dos rebites, zonas fortemente amassadas, chapas 
dobradas
 
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(3) CÉLULAS DE CONCENTRAÇÃO: OCORRE QUANDO HÁ UMA 
DIFERENÇA DE COMPOSIÇÃO LOCALIZADA NO PRÓPRIO 
ELETRÓLITO.
ÁREAS ONDE A CONCENTRAÇÃO SUPERFICIAL EM OXIGÊNIO É 
MENOR SOFRERÃO CORROSÃO E DISSOLUÇÃO ANÓDICA:
Reação catódica: 2H2O + O2 + 4e- → 4(OH)-
Reação anódica: M → Mn+ + ne-
Exemplos:
 
 
PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO
Eliminação da corrosão só será possível com a ausência do eletrólito
 Eliminar a umidade: complicado !
MAS É POSSÍVEL MINIMIZAR A CORROSÃO
IMPEDIMENTO DE PARES GALVÂNICAS
→ Limitar os projetos a um só metal
→ Isolar elétricamente metais de composições diferentes
→ Uso de aços inoxidáveis
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REVESTIMENTOS PROTETORES
 Isolar o metal do eletrólito
→ Camada protetora com materiais orgânicos (óleos, tintas, PVC, manta 
etc.)
Limitação: comportamento e durabilidade da camada em serviço
→ Camada protetora com metais: aplicada por imersão a quente ou por 
um processo eletroquímico
- COBRE, ESTANHO, NÍQUEL, MAS atenção aos arranhões: 
 
- ZINCO: é a galvanização
→ Camada protetora com materiais cerâmicos (Ex.: esmaltes vítreos)
→ Passivação: formação de uma camada protetora de óxido na
 superfície do metal
Ex: Camada de Al2O3 sobre o alumínio (anodização)
Camada de Cr2O3 sobre o aço inoxidável
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PROTEÇÃO GALVÂNICA
 Uso dos próprios mecanismos da corrosão com finalidades 
protetoras 
→ Fornecer elétrons extras ao metal p/ torná-lo cátodo
(1) PROTEÇÃO POR ÂNODO DE SACRIFÍCIO (OU PROTEÇÃO 
CATÓDICA)
→ Criação de uma pilha “ligando” o metal que deve ser protegido com 
um metal de potencial eletroquímico inferior.
* AÇO GALVANIZADO OU ZINCADO: aço revestido por camada de zinco
PROTEÇÃO MECÂNICA + PROTEÇÃO ELETROQUÍMICA
 
* OUTROS EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DO CONCEITO DE ÂNODO DE 
SACRIFÍCIO EM ENGENHARIA:
 
 
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(2) PROTEÇÃO POR APLICAÇÃO DE UMA TENSÃO ELÉTRICA 
→ Fornecer elétrons no metal que se torna cátodo
 
AMBIENTE E DESIGN
AMBIENTE: RESPONSÁVEL PELA FORMAÇÃO DO ELETRÓLITO 
GRAU DE AGRESSIVIDADE AMBIENTE DE APLICAÇÃO
 
- AMBIENTES RURAIS E POUCO AGRESSIVOS (região pouca 
industrializada): o ferro ao ar puro, mesmo úmido, terá uma baixa 
velocidade de corrosão.
- AMBIENTES POLUÍDOS (áreas urbanas e industrializadas): anidrido 
sulfuroso (SO2), ácidos e alcalis, poeira se dissolvem na água formando 
os íons do eletrólito.
- AMBIENTES MARINHOS: sais dissolvidos (NaCl): eletrólitos fortes.
DESIGN adequado pode evitar a exposição das peças a umidade e (ou) 
permitir que elas sequem rapidamente depois de molhadas. 
Exemplos: 
- MATERIAIS POROSOS (retentores de água) não devem entrar em contato 
com os metais
- JUNTAS: desenhadas p/ evitar a formação de canais retentivos de água: 
 
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CORROSÃO DO AÇO NO CONCRETO
 
 
CORROSÃO DO FERRO EM PRESENÇA DE UM ELETRÓLITO:
No ânodo: 2Fe → 2Fe2+ + 4e-
No cátodo: 4e- + O2 + 2H2O → 4(OH)-
Perto da superfície: 2Fe2+ + 4(OH)- → 2Fe(OH)2 
Hidróxido ferroso
Seguido por: 4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3.H2O + H2O
 Hidróxido férrico (ferrugem)
PASSIVAÇÃO DO AÇO NO CONCRETO 
→Eletrólito (água dos poros): altamente alcalina (pH = 12-13) 
→Deposição de um filme fino e aderente de óxido Fe3O4 
→Proteção para o aço
CORROSÃO DO AÇO NO CONCRETO 
→Quando a camada passivante de Fe3O4 é destruída 
→Diminuição da alcalinidade da água dos poros do concreto 
→Carbonatação ou (e) por ataque dos cloretos 
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PROCESSO
→Carbonatação e (ou) cloretos formam uma “frente” (diminuindo a 
alcalinidade do cimento) que vai penetrando aos pouco o concreto até 
atingir a armadura:
 
 
→Criação das condições ideais para a corrosão do aço 
→Formação da ferrugem (Fe2O3) que ocupa um volume entre 2 e 3 vezes 
maior do que o aço original.
→Criam-se tensões mecânicas de tração no concreto aliviadas pela 
formação de fissuras e fragmentação do concreto em volta do aço; 
estas fissuras vão aumentar a penetração de CO2 e dos cloretos e 
acelerar a corrosão...
 
VELOCIDADE DE CORROSÃO DO AÇO NO CONCRETO depende de:
- Grau de saturação do concreto
- Porosidade e permeabilidade = F(formulação, cura, tipo de cimento)
- Taxa de CO2 no ambiente
VELOCIDADE DE CORROSÃO pode ser diminuída com:
- Cobrimento adequado 
- Formulação (pouzolanas, filler) e cura do concreto
- Adição de inibidores de corrosão (Ex: CaNO3 inibe a ação dos 
cloretos)
- Uso de aço inox ou aço revestido por uma camada protetora (Ex.: 
revestimento epóxi, galvanização)
- Aplicação de uma camada protetora no concreto (Ex: tinta, reboco)
- Proteção por aplicação de uma tensão elétrica
- Proteção por eletrodo de sacrifício
- Usar outros materiais de reforço (Ex: carbono) 
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	DECORREM DA COMBINAÇÃO DE ELEMENTOS METÁLICOS
	PROPRIEDADES E ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
	DENSIDADE - MASSA ESPECÍFICA APARENTE
	Ni
	PROPRIEDADES TÉRMICAS E ELÉTRICAS
	Cu
	ENSAIO DE TRAÇÃO
	CASO DOS AÇOS DOCES (%C < 0,3 %) E METAIS MOLES
	E´: limite de elasticidade convencional ou 
	S: limite de ruptura 
	RESISTÊNCIA AO IMPACTO (CHOQUE)
	DUREZA
	DOBRAMENTO
	SOLICITAÇÕES CÍCLICAS
	COMPORTAMENTO AO FOGO
	PROTEÇÃO CONTRA O FOGO
	PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
	TEMP. FUSÃO METAL DE ADIÇÃO < TEMP. FUSÃO METAL DE BASE
	SOLDAGEM CAPILAR
	BRASAGEM “SIMPLES”
	BRASASOLDAGEM
	TUBOS COM COSTURA