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Tomo II - METAIS
Conteúdo:
1. Introdução
2. Definição e Classificação dos metais
3. Ocorrência dos metais
4. Obtenção dos metais 
5. Ligas metálicas
6. Principais propriedades dos metais
1. Introdução
A utilização dos metais pelo homem é bastante antiga. As civilizações da Assíria, Babilônia, Egito, Pérsia, China, India e, mais tarde, da Grécia e de Roma já fabricavam, por processos primiti-vos, armas e inúmeros utensílios de ferro e aço. 
Do mesmo modo, muitos utensílios de ferro foram encontrados em sítios ocupados por povos pré-históricos
Os metais são os ma- teriais mais empregados. Dos metais, o ferro é o mais importante, devido às suas propriedades intrínsecas, sua substân cia na crosta terrestre e seu baixo custo de extração e processamen to (principalmente quando comparado a outros metais).
Entre os metais mais empregados na constru ção de máquinas e equipa mentos, podemos citar:
 ferros e aços, ligas ferrosas, ligas de cobre (bronze e latão), ligas leves (Al) e ulta-leves (Mg).
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2. Definição
O que é metal ???
“ Elemento que pronta mente perde elétrons, de modo a criar uma ligação metálica e resultar con dutibilidade elétrica” ( Chiaverini )
“ Outro modo de caracterizar os metais é a seguinte: metais são sólidos ou líquidos cuja condutividade elétrica diminui com a elevação de temperatura” (Fonterrada)
“ Substância química ele mentar opaca, lustrosa, boa condutora de calor e de eletricidade, boa refletora de luz, quando convenientemente polida. Os metais, na sua maioria, cartacterizam-se também por, apresentarem certo grau de ductilidade e plasticidade e serem mais pesados que os outras substâncias elementares ” ( Chiaverini ).
2.1. Classificação dos metais
Os metais classificam-se em :
metais ferrosos - aqueles que possuem o elemento ferro (Fe) em sua constituição - ferro, aço e ligas.
metais não-ferrosos - são aqueles que não possuem o elemento ferro (Fe) em sua constituição - alumínio (al), cobre (Cu), zinco (Zn), estanho (Sn), chumbo (Pb).
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2.1.1. METAIS FERROSOS
Qto. ao TEOR DE CARBONO (classificação)
Quanto mais alto o teor de carbono (C) maior a dureza do metal.
O ferro puro não possui propriedades mecânicas convenientes. Seu uso é limitado a aplicações eletro-magnéticas. Sua temperatura de fusão é de 1.535°C. É mole, dúctil e pouco resistente.
Nos ferros fundidos o carbono (C) está presente sob forma de :
CEMENTITA (Fe3C) - carbono combinado - caboneto contendo 6,67% de carbono, muito duro e frágil); e
GRAFITA ( C) - carbono em estado livre
No quadro abaixo é demonstrada a classifica ção dos metais quanto ao teor de carbono, com as respectivas porcentagens que distingüem um tipo do outro.
OBS.: A porcentagem pode variar de um autor para outro.
Classificação dos metais quanto ao teor dee carbono
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2.1.2. Aço
O que é AÇO ??
Os aços são ligas de ferro e cabono, em que o carbono varia de 0,05 - 1,7%. (Provença)
2.1.2.1. Produção do Aço
O FERRO GUSA uma liga FeC onde o carbono e as impurezas normais (Si, Mn, P, S principalmente as duas primeiras) existem em teores elevados e para ser transformado em aço (que é uma liga com baixos teores desses elementos) passa por um processo de OXIDAÇÃO por inter médio do qual a porcen tagem daqueles elemen tos é reduzida até aos valores desejados. ( Chiaverini )
Na transformação do ferro gusa em aço, utiliza-se AGENTES OXIDANTES, os quais podem ser de natureza gasosa, como o AR e o OXIGÊNIO, ou de natureza sólida, como minérios na forma de óxidos.
2.1.2.2. Processos
Os processos para produção do aço podem ser classificados:
Processos Pneumáticos - o ar e o oxigênio são os agentes oxidantes.
Processos Siemens-Martin; Életrico; Duplex etc. - em que os agentes oxidantes são substâncias sólidas contendo óxidos.
BIBLIOGRAFIA:
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: Estrutura e propriedades das Ligas Metálicas. 2ª ed. - São Paulo: McGraw Hill, 1986. vol.1
Materiais para construções mecânicas. Edição 1987- São Paulo: protec 
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2.1.2.3. Classificação e Aplica ção dos Aços
As características físicas - dureza, tenacidade, resis tência mecânica, resiliên cia, ductilidade, maleabi lidade, resistência ao desgaste, à corrosão, comportamento durante o seu processamento, custo etc. - influem na justa escolha do aço.
O número de tipos de aços é muito elevado, além dos AÇOS CARBONO com teores variáveis desse elemento, é muito grande a quantidade de AÇOS LIGADOS.
As associações técnicas especializadas, classificam os aços pela sua COMPOSIÇÃO QUÍMICA, dando origem aos sistemas SAE e AISI (americanos), DIN (alemão), ABNT ( brasileiro).
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2.1.2.4. Aços Inoxidáveis
São aços resistente à corrosão atmosférica e outros meios- gasosos ou líquidos.
Os melhores aços inoxidáveis são os que contêm simul taneamente cromo (Cr) e níquel (Ni).
2.1.2.5. Tipos de aços Inox
O agrupamento usual em classes é baseado na microestrutura que apre sentam nas condições comuns de serviços, à temperatura ambiente.
São considerados três grupos:
Aços inoxid. martensíticos
aços inoxidáveis ferríticos
Aços inoxid. austeníticos
MARTENSÍTICOS são essen cialmente ligas Fe- C- Cr (alguns tipos com pequenas quantidades de níquel) - são utilizados em lâminas de turbina e compressor, molas, eixos e hélices, porcas, parafusos etc.
FERRÍTICOS nestes o carbono é mantido baixo (0,08 a 0,12%); dependendo do teor dos elementos constituintes podem ser utilizados para fabricação de porcas, parafu 
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parafusos, equipamentos para indústria química, de restaurantes e cozinhas, peças de fornos e em componentes arquitetônicos ou decorativos.
cont. Aços inoxidáveis
AUSTENÍTICOS apresentam essencialmente cromo e níquel como elementos de liga e são considerados os mais importantes. São aços não magnéticos e não endu recíveis por tratamento térmico. Se tornam auste níticos quando aquecidos a uma temperatura entre 1000° e 1.100° seguindo-se resfriamento rápido em água ou ar. São aplicados para peças decorativas, utensílios domésticos, peças estru turais, componentes para a indústria química, naval e de papel.
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2.1.3. METAIS NÃO- FERROSOS
Cobre (Cu)
Zinco (Zn)
Estanho (Sn)
Chumbo (Pb)
Alumínio (Al)
Os metais não-ferrosos podem ser utilizados, em sua maioria, no estado puro (Chiaverini).
2.1.3.1 COBRE
Metal vermelho-marrom
Ponto de fusão : 1.083°C
Densidade : 8,89 g/cm3(a 20°C)
Segundo melhor condutor de calor e eletricidade (1º prata)
Bastante utilizado na indústria elétrica. Possui boa resistência à corrosão e à oxidação sob ação do ar (500°C). Não é atacado pela água pura. Boa usi nabilidade, cor decorativa.
2.1.3.2. ZINCO
Cor: branca azulada
Ponto de fusão : 419,4°C
Densidade : 7,13 g/cm3
Forma cristalina hexagonal compacta
É muito maleável (entre 100 e 150ºC)
Pode ser laminado em chapas e estirado em fios.
O material zincado é empregado em reserva tórios, calhas, equipamentos para laticínios, tubos, torres de transmissão, ferragens de construção, arames e cabos etc.
2.1.3.3. ESTANHO
Cor: branca prateada, levemente amarelada
Ponto de fusão : 232°C
Densidade : 7,3 g/cm3
É empregado na forma de folhas, chapas e fios estanhados. A principal 
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aplicação faz-se na ESTANHAÇÃO de chapas ou folhas de aço - folhas de flandres : usadas em latas ou recipientes para embalagens de produtos alimentícios.
Cont. metais não-ferrosos
2.1.3.4. CHUMBO
Cor : cinza azulada
Ponto de fusão :  327°C
Densidade : 11.34 g/cm3 ( 20º C)
É muito mole, maleável e deformável.
É resistente à corrosão
Um dos metais mais antigos utilizados pelo homem
Revestimentos de cabos elétricos, como solda, placas protetoras contra a ação de raios X e raios gama, 
Aplicações químicas como aditivo de petróleo, pigmentos de tintas, vidraria etc.
2.1.3.5. ALUMÍNIO
 É o metal não ferroso mais importante , após o ferro.
Cor : cinza 
Ponto de fusão : 660°C
Densidade : 2,7
g/cm3 ( 20º C)
Boa condutividade térmica ( baixo fator de emissão ) e elétrica.
É resistente à corrosão
Não magnético
É facilmente laminado (chapas), forjado (folhas muito finas), trefilado (fios, tubos etc)
Aplicações decorativas, equipamentos de trans portes ( ferroviário, rodo viário, aéreo e naval ), cabos condutores, isolante térmico, folhas, cabos elé tricos, refletores.
Sua principal aplicação (sob pureza de 99%) é em artigos domésticos e culinários ( cozinha ), arma zenamento de alimentos.
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Para fabricar uma tonelada de alumínio são necessárias cerca de duas toneladas de ALUMINA.
2.1.3.6. Obtenção da Alumina
A ALUMINA é o trióxido de dialumínio - Al2O3. E é obtido a partir do minério BAUXITA - que é o minério predo minante do alumínio.
Nos minérios utilizados na produção de alumínio o teor de alumina (Al2O3) varia de 40 a 60 %.
O principal processo para obtenção da Alumina é o BAYER que consiste basi camente:
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3. Ocorrência dos Metais
Alguns metais são encon trados no estado chamado ‘nativo’, ou seja, na forma praticamente pura _ p. ex.: ouro, platina e, mais raramente, cobre, prata e mercúrio. ( Chiaverini )
Na maioria das vezes, contudo, os metais são encontrados na forma combinada com outros elementos, constituindo os chamados ‘minerais’, os quais são essencialmente compostos químicos, tais como óxidos, hidróxidos, sulfetos, carbonetos etc. Aos quais se dão denominações determinadas como:
hematita, limonita, calcita, quartzo, feldspato, mica, cassiterita, etc.
Esses minerais são encon trados na superfície da terra, até determinadas profun didades, isoladamente, ou em conjunto com outros.
Os minérios quando em quantidades suficientes para serem explorados econo micamente, formam os “depósitos” ou “jazidas”, definidos pois como um minério ou uma mistura de minérios dos quais podem ser extraídos elementos metálicos meca nicamente.
Chamam-se MINÉRIO os minerais dos quais se podem extrair os metais. 
3.1. Solidificação dos Metais
A solidificação ocorre com o resfriamento do metal, ou seja, com a fusão do metal (ou liga) este se liquefaz; cessada a intervenção da fonte de calor o metal inicia o resfriamento e começa a solidificar-se.
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Uma substância é dita cristalina (metais) quando se funde bruscamente a uma determinada tempe ratura, enquanto a não-cristalina (p.ex. termoplás ticos) vai amolecendo gradativamente durante a fusão, tornando-se pastosa e depois liquefazendo-se completamente. 
 (Bonjorno/Clinton)
À temperatura ambiente os metais apresentam-se no estado sólido, `a exceção do mercúrio (Hg) e do gálio (Ga). Como outras subs tâncias CRISTALINAS, eles se fundem a uma temperatura determinada, característica de cada um deles, e obedecendo às leis de fusão, ou de solidificação.
Cont. de Solidificação dos Metais
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4. OBTENÇÃO DOS METAIS
Os dois principais processos empregados para obtenção dos metais, são:
Por MINERAÇÃO
Por METALURGIA
3.1. MINERAÇÃO
 Se dá por COLHEITA e CONCENTRAÇÃO
3.1.1. Colheita
 É a coleta do minério e pode ser realizada:
1. A céu aberto - esse tipo de mineração é preferida para as pedras situadas nas encostas, pois facilita o desmonte e o transporte do minério.
2. Colheita subterrânea - inicia-se desmontando-se uma galeria mestra, a partir da qual partirão galerias secundárias.
3.1.2. Concentração - separação dos minérios utilizáveis dos economi camente pobres; onde é eliminada a ganga que não faz parte do minério.
Há processos MECÂNICOS e QUÍMICOS para se operar a concentração.
Processos Mecânicos :
1. Fragmentação - o minério é quebrado ou triturado em pedaços menores (moedores).
2. Classificação - separação das pedras inúteis (pe neira).
3. Flotação (quando a ganga é mais pesada que o minério) são misturados...
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... com água e óleo e depois recebem um insuflação de ar, formando uma espuma rica em minério que é colhido na superfície, enquanto a ganga fica depositada no fundo.
4. Separação magnética - um ímã ao passar sobre os pedaços de minério atrai o metal e deixa as impurezas.
5. Levigação - o minério é posto em água corrente, e sendo o metal mais pesado que a ganga é recolhido na superfície.
Processos Químicos de concentração
1. Ustulação - é o aqueci mento do minério sob forte jato de ar ou oxigênio com o objetivo de decompô-lo oxidando alguns dos seus elementos, fazendo-se a remoção da ganga.
2. Calcinação - é o aque cimento do minério sob ação direta do fogo
3.2. POR METALURGIA
A Metalurgia tem por finalidade obter o metal a partir do minério e de manipulá-lo industrialmente.
Os processos metalúrgicos podem ser efetuados:
1. Por Redução - é realizada com o auxílio do carbono (ou material à base de carbono como o carvão) a altas temperaturas em fornos de redução, do qual resulta o metal puro ou quase puro, em estado de fusão.
2. Processo Eletrolítico - empregado em minérios que possam ser dissolvidos na água (p. ex. blenda: zinco). A eletrólise é usada também como processo de purificação e refinação de...
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... metais, obtidos (quase) puros por algum outro processo.
3. Precipitação química - utiliza-se alguma reação química simples da qual se obtém o metal puro.
Tabela de metais e seus respectivos minérios
metais não ferrosos
metais ferrosos
* os óxidos são os mais importantes sob o ponto de vista siderúrgico. Onde os mais importantes são: magnetita (Fe3O4), hematita (Fe2o3), limonita (2Fe2O33H2O).
Na tabela abaixo são citados alguns metais e seus respectivos minérios.
MATERIAL
MINÉRIO (PRINCIPAL)
COBRE
CALCOPIRITA - CuFeS2
ALUMÍNIO
BAUXITA - Al2O3H2O
ZINCO
BLENDA
ESTANHO
CASSITERITA - Sn O2
CHUMBO
GALENA - PbS
FERRO
OXIDOS *
CARBONATOS
SULFETOS
SILICATOS