Ligas Metálicas Ferrosas e Não ferrosas 2

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Ligas Metálicas
Ligas Ferrosas
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Ligas Ferrosas
Fe é o constituinte principal
Importantes como materiais de construção mecânica
Adaptáveis com relação às propriedades mecânicas e físicas
Suscetibilidade à corrosão
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Ligas do sistema Fe-C
Podem ter elementos de liga
Aço-carbono
Aço-liga
Milhares de ligas
Propriedades mecânicas sensíveis ao teor de Carbono
Inferior a 1%p.
Ligas Ferrosas - Aços
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Contém menos que 0,25%p. de C
Não respondem a tratamento térmico de endurecimento
Ligas fracas e moles de alta ductilidade
Aplicações típicas: componentes de carcaças de automóveis, formas estruturais (canaletas), tubulações, latas estanhadas, etc.
Ligas Ferrosas – Aços de Baixo Carbono
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Ligas Ferrosas – Aços de Baixo Carbono
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Concentrações entre 0,25 e 0,60%p. de C
Podem ser tratadas termicamente para endurecimento
Aplicações: rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequim, componentes estruturais que exijam combinação entre tenacidade e resistência, etc.
Ligas Ferrosas – Aços de Médio Carbono
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Ligas Ferrosas – Aços de Médio Carbono
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Contém entre 0,6 e 1,4%p. de C
Duros e resistentes
Quase sempre são usados em condição endurecida
Resistentes ao desgaste e à abrasão
Aplicações: ferramentas de corte, matrizes de conformação, facas, lâminas, molas, arames de alta resistência, etc.
Ligas Ferrosas – Aços de Alto Carbono
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Ligas Ferrosas – Aços de Alto Carbono
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Classificação dos Aços
Normas ABNT (ou AISI)
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, se baseia na no sistema americano de classificação (AISI).
AISI – American Iron and Steel Institute.
Classifica os aços em dois grandes grupos de forma distinta:
Aços-ao-carbono e os aços de baixa-liga.
Aços de alta-liga.
Aços de baixa-liga: caracterizados como ligas do sistema Fe-C contendo elementos adicionados intencionalmente e/ou apresentando elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais. 
Neste caso, apresentam um somatório de elementos de liga inferior a 5%.
Além de P, S, Mn e Si ou Al contém Cr, Ni, Mo, Si, Mn, e B.
São adicionados moderadamente principalmente para aumentar a temperabilidade.
Ligas Ferrosas – Aços de Baixa Liga
Classificação dos Aços
Normas ABNT (ou AISI)
Aços-ao-carbono e os aços de baixa-liga.
4 números precedidos por uma letra maiúscula que especifica o processo de fusão, e pode apresentar ainda letras após os números.
O primeiro número representa o(s) elemento(s) de liga(s) presentes no aço;
O segundo número representa o teor desses elementos de liga (deve-se consultar as tabelas, junto à norma); 
O terceiro e quarto números representam o teor de carbono.
Normas ABNT (ou AISI)
Aços-ao-carbono e os aços de baixa-liga.
Normas ABNT (ou AISI)
Aços-ao-carbono e os aços de baixa-liga.
Normas ABNT (ou AISI)
Aços-ao-carbono e os aços de baixa-liga.
Classificação dos Aços
Normas ABNT (ou AISI)
Aços de alta-liga.
A norma ABNT classifica os aços de alta-liga em duas classes distintas:
Aços resistentes a corrosão e a altas temperaturas; e
Aços Ferramentas.
Aços de alta-liga: diferenciam-se dos aços de baixa liga pela quantidade de elementos de liga, apresentando um somatório de elementos de liga superior a 5%.
Ligas Ferrosas – Aços de Alta Liga
Função dos elementos de liga): 
O aumento da resistência ao desgaste (é o caso de aços-ferramenta, aços-rápidos, aços indeformáveis para trabalho a frio, aços indeformáveis para trabalho a quente, entre outros);
O aumento da resistência à corrosão (sendo o caso típico dos aços inoxidáveis, de um modo genérico);
O aumento da resistência à elevadas temperaturas;
A melhoria das propriedades elétricas e magnéticas (adição de Si e Co em teores elevados);
Melhoria da usinabilidade (adição de S, P ou Pb, para teores acima dos considerados usuais para estes elementos).
Altamente resistentes à corrosão
Elemento de liga predominante: Cromo (11%p.)
Níquel e molibdênio 
Aplicações: turbinas a gás, caldeiras a vapor de alta temperatura, fornos de tratamento térmico, aeronaves, mísseis, etc.
Aços de Alta Liga – Aços Inoxidáveis
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Aços resistentes a corrosão e a altas temperaturas
Classificação dos Aços
Normas ABNT (ou AISI)
Aços de alta-liga.
Aços Ferramentas
São classificados segundo uma letra que retrata de alguma forma o material, seguida de um ou dois números.
Classificação dos Aços
Normas ABNT (ou AISI)
Aços de alta-liga.
Aços Ferramentas
ABNT D6  2,1% C, 11,5% Cr, 0,7% W, 0,2% V
Usado na fabricação de ferramentas como punções e matrizes, é normalmente classificado como um aço indeformável para trabalho à frio.
Teor de carbono acima de 2,14% p.
Na prática entre 3 e 4,5% p. de C
Dissociação na presença de silício:
Fe3C → 3Fe + C (grafita)
Taxas de resfriamento lentas também favorecem a grafitização
Microestrutura e comportamento dependem da composição química e do tratamento térmico
Ligas Ferrosas – Ferros Fundidos
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Grafita existe em forma de flocos
Podem ser circundados por uma matriz ferrítica ou perlítica
Superfície fraturada apresenta cor acinzentada
É fraco e frágil devido à morfologia da grafita
São mais resistentes quando em compressão
Aplicações: bases de máquinas e equipamentos pesados, amortecimento de energia vibracional, etc.
Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Cinzento
ESTÃO ENTRE OS METAIS MAIS BARATOS QUE EXISTEM!
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Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Cinzento
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Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Nodular
Adições de cério e magnésio ao ferro cinzento (mais resistente e dúctil)
Grafita em forma de nódulos
Também conhecido como ferro fundido dúctil
Apresenta características parecidas com as do aço
Podem ser circundados por uma matriz ferrítica ou perlítica
Aplicações: válvulas, corpos de bomba, virabrequins, engrenagens, componentes de máquinas e automóveis
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Ligas Ferrosas – Ferros Fundidos
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Baixo teor de silício
Taxas de resfriamento rápidas
Carbono existe na forma de cementita (Fe3C)
Superfície fraturada é esbranquiçada
Duro e resistente a abrasão
Aplicações: cilindros de laminação
Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Branco
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Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Branco
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Aquecimento do ferro fundido branco entre 800 e 900°C por longo período de tempo
Decomposição da cementita
Formação da grafita em forma de aglomerados ou rosetas
Microestrutura semelhante à do ferro fundido nodular
Podem ser circundados por uma matriz ferrítica ou perlítica
Aplicações: flanges, conexões de tubulações, engrenagens, etc.
Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Maleável
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Ligas Ferrosas – Ferro Fundido Maleável
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DENSIDADE ELEVADA
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA COMPARATIVAMENTE BAIXA
SUSCETIBILIDADE À CORROSÃO EM AMBIENTES USUAIS
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Ligas Ferrosas – Limitações 
Ligas Metálicas
Ligas Não Ferrosas
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Classificadas de acordo com seu metal básico
Ligas forjadas
Ligas fundidas
Algumas são tratáveis termicamente
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Ligas Não Ferrosas
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Alumínio
Propriedades básicas:
Elemento metálico
Número atômico: 13
Símbolo: Al
Ponto de fusão: 660 °C
Estrutura cristalina: CFC
Primeiro metal não ferroso mais utilizado
 Baixa densidade (2,7 g/cm3 contra 7,9 g/cm3 do aço)
Condutividade térmica e elétrica
Resistência à corrosão em alguns ambientes comuns
Facilidade de conformação (folhas alumínio)
Limitação: baixo ponto de fusão
Resistência => deformação a frio e solução sólida (redução na resistência à corrosão)
Principais elementos: Cu, Mn, Mg, Si, Zn
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Alumínio
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Alumínio
Propriedades básicas:
Elemento metálico
Número atômico: 29
Símbolo: Cu
Ponto de fusão: 1083 °C
Estrutura cristalina: CFC
Segundo metal não ferroso mais utilizado
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre
São usadas desde a antiguidade
Cobre puro = mole e dúctil (difícil usinar)
Alta
capacidade de deformação plástica a frio
Alta resistência à corrosão
Aumento de resistência: encruamento e solução sólida
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre - Latão
Ligas mais comuns de cobre
Zinco como impureza substitucional
Zn entre 5 e 45%
Aplicações: bijuterias, moedas, medalhas, radiadores de automóveis, arruelas, parafusos, peças de decoração, etc.
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre - Latão
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre - Bronze
Estanho de 1 a 10%
Outros elementos de liga: Al, Si, Ni, Pb, Mn, P
Metal maleável e dúctil
Resistentes à corrosão
Boas propriedades de tração
Aplicações: ferramentas, aparelhos elétricos, conexões hidráulicas, engrenagens, moedas, sinos, estátuas, instrumentos musicais, etc.
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre - Bronze
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre-Alumínio
Também conhecidas como bronze de alumínio
Solução sólida = boa resistência mecânica
Outros elementos de liga: Fe, Ni, Mn
Aplicações: indústria química, evaporadores, trocadores de calor, caixas d’água, instalações para tratamento de esgoto urbano, eletrodos de soldagem, revestimentos, tubulações em água do mar, etc.
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre-Níquel
Conhecidas como cuproníquel
Boa resistência à oxidação
Boa condutividade térmica
Boa soldabilidade
Aplicações: tubulações hidráulicas e pneumáticas, cultivos marinhos, moedas, bijuterias, armações de lentes, etc.
Alpacas: Cu-Ni-Zn (confundidas com a prata)
Aplicações: chaves, equipamentos de telecomunicações, decoração, relojoaria, etc.
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre-Níquel
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Cobre-Níquel-Zinco
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Magnésio
Propriedades básicas:
Elemento metálico
Número atômico: 12
Símbolo: Mg
Ponto de fusão: 650 °C
Estrutura cristalina: HC
Sexto elemento mais abundante na crosta, porém não é encontrado em seu estado metálico
Menor densidade de todos os metais estruturais 
	(1,7 g/cm3)
É mole (pequeno módulo de elasticidade), porém difícil de deformar
Ligas feitas geralmente por fundição
Suas ligas são quimicamente instáveis e suscetíveis a corrosão, especialmente em ambiente marinho
Principais elementos de liga: Zn, Mn, Zr, Si
Aplicações: peças para aeronaves, automóveis, bicicletas, motocicletas, dispositivos eletrônicos, etc. 
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Magnésio
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Magnésio
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Titânio
Propriedades básicas:
Elemento metálico
Número atômico: 22 
Símbolo: Ti
Ponto de fusão: 1668 °C
Estrutura cristalina: HC
Materiais relativamente novos
Baixa densidade (4,5 g/cm3)
Alto ponto de fusão
Resistente (módulo de elasticidade 107 GPa)
Reatividade química com outros materiais a alta temperatura
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Titânio
Fabricação mais cara
Alta resistência à corrosão à temperatura ambiente
Elementos de liga: Al, Sn, Mo, V, Cu, Fe
Aplicações: carcaça e fuselagem de aviões, equipamentos resistentes à corrosão da indústria naval e química, componentes de motores a jato, implantes, etc.
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Titânio
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Ligas Não Ferrosas – Ligas de Titânio
Aqueles metais que possuem alto ponto de fusão
Nióbio (Nb) – 2468 °C
Molibdênio (Mo) – 2623 °C
Tungstênio (W) – 3410 °C
Tântalo (Ta) – 3290 °C
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Materiais Refratários
Ligações químicas extremamente fortes
Elevado módulo de elasticidade
Elevada dureza
Aplicações: elementos de liga do aço inoxidável para melhorar resistência à corrosão, matrizes de extrusão, estruturas de veículos espaciais, filamentos de lâmpadas incandescentes, tubos de raios-X, eletrodos de soldagem, etc.
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Materiais Refratários
Tungstênio (W):
Metal com maior ponto de fusão, maior densidade e maior dureza
Módulo de elasticidade 406 GPa
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Materiais Refratários
Molibdênio (Mo):
Módulo de elasticidade 317 Gpa
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Materiais Refratários
Tântalo (Ta):
Módulo de elasticidade 185 GPa 
É o menos abundante dos 4 metais refratários
Aplicações: material cirúrgico, filamentos de lâmpadas incandescentes, reatores nucleares, ferramentas de corte, etc.
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Materiais Refratários
Combinações de propriedades
Projetadas para atender a solicitações de temperatura que os aços inoxidáveis não conseguem responder, quer em termos de resistência a oxidação e corrosão, resistência mecânica e resistência ao desgaste
Utilizadas a temperaturas acima de 540°C
São classificados de acordo com o material predominante na liga (cobalto, níquel e ferro)
Outros elementos de liga podem ser os metais refratários, o titânio e o cromo
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Materiais Superligas
Aplicações: turbinas, reatores nucleares e equipamentos petroquímicos.
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Superligas