Aula X Metais e suas ligas

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Metais e suas ligas 
Disciplina: Engenharia de Materiais Metálicos 
Curso: Engenharia Mecânica 
Universidade Federal de São João Del Rei 
Ligas metálicas 
• Ferrosas 
– Aços 
• Baixa liga ou ao carbono 
• Alta liga 
– Ferros-fundidos 
• branco, cinzento, nodular, maleável 
• Não Ferrosas 
– Alumínio 
– Titânio 
– Magnésio 
– Cobre 
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Ligas Metálicas 
Aços e Ferros Fundidos (FoFos) 
A ssessed F e- C p h ase d i ag r am .
Aços FoFos 
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Aços 
• Aços baixa liga ou aços ao carbono 
– Baixo teor de carbono 
• Comum 
• ARBL 
– Médio teor de carbono 
• Comum 
• Tratável termicamente 
– Alto teor de carbono 
• Comum 
• Ferramenta 
• Aços ligados 
– Ferramenta 
– Inoxidável 
Nomenclatura de aços 
• AISI/SAE, ASTM e UNS 
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Aços baixo carbono (até 0,25%p C) 
• Características 
– são aqueles produzidos em maior quantidade 
– ferrita e perlita 
– aumento de resistência por encruamento 
– Baixa resistência e dureza e alta ductilidade 
• ao carbono versus ARBL 
– ARBL tem até 10% de outros elementos, o que 
confere maior resistência e possibilidade de 
tratamento térmico. 
 
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Aços médio carbono (de 0,25 a 0,60%p C) 
• Características 
– São tratáveis termicamente (martensita revenida) 
– Maior resistência e menor ductilidade que as ligas 
de baixo carbono 
• ao carbono versus tratáveis termicamente 
– As ligas ao carbono tem dificuldade de formar 
martensita. A adição de elementos de liga 
favorece esse processo 
 
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Endurecibilidade aços médio carbono 
Aços alto carbono (de 0,6 a 1,4%p C) 
• Características 
– Mais duros e menos dúcteis 
– Resistentes ao desgaste 
– Capacidade de manter afiação 
• alto carbono versus aços ferramenta 
– nos chamados aços ferramentas há a adição de 
elementos formadores de carbonetos, que são 
partículas duras. 
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Aços inoxidáveis 
• Características 
– Alto teor de cromo – proteção anti-corrosão 
– Ferríticos, austeníticos ou martensíticos 
– Resistente a altas temperaturas 
Efeito do cromo 
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Efeito do cromo 
Efeito do Cr e do Ni 
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Diagrama de Shaeffler 
Ferros Fundidos 
• Características 
– Carbono entre 3 e 4,5%p 
– Carbono na forma de grafita 
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Diagrama Fe-C 
Microestruturas dos FoFos 
• A Cementita é uma fase metaestável 
– Resfriamento: 
• Mais lento: Grafita 
• Mais rápido: Cementita 
– Presença de Si: 
• Teor de Si acima de 1%: favorece a Grafita 
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Microestruturas dos FoFos 
FoFo branco 
• Resfriamento rápido; ou moderado com Si < 1% 
Hipoeutético 
CE<4,3% 
Eutético 
CE~4,3% 
(Ledeburita) 
Hipereutético 
CE>4,3% 
CE=%C+%Si/3 
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ToTo do FoFo branco 
• Tratamento Térmico de Maleabilização 
– ~ 700oC por 30 h ou mais 
Ferrítico 
(resfriamento lento) 
Perlítico 
(resfriamento rápido) 
FoFo Cinzento 
Hipoeutético 
CE<4,3% 
Eutético 
CE~4,3% 
Hipereutético 
CE>4,3% 
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FoFo Cinzento 
Ferrítico 
(resfriamento lento) 
Perlítico 
(resfriamento moderado) 
FoFo Nodular 
Ferrítico 
(resfriamento lento) 
Perlítico 
(resfriamento moderado) 
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Microestruturas de Ferros Fundidos 
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Comparativo de propriedades 
mecânicas 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
Aço baixo C 1020 Fe-0,2C-0,45Mn 380 210 25 
Aços médio C 
1040 Fe-0,4C-0,75Mn 605-780 430-585 31-19 
4340 Fe-0,4C-1,8Ni-
0,65Cr-0,25Mo 
980-1960 895-1570 21-11 
Aço alto C 1095 Fe-0,95C-0,4Mn 760-1280 510-830 26-10 
Aço inoxidável 
Austenítico 
304 Fe-0,8C-19Cr-
9Ni-2,0Mn 
515 205 40 
Fofo cinzento G2500 Fe-3,3C-2,2Si-
0,8Mn 
173 - - 
Fofo dúctil A536 Fe-3,6C-2,4Si-
0,05Mg-Ni-Mo 
689 483 3 
Fofo maleável 45006 Fe-2,5C-1,4Si-
0,5Mn 
448 310 6 
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Ligas não-ferrosas 
• Vantagens e limitações das ligas ferrosas: 
– Vantagens: 
• Grande variabilidade de propriedades mecânicas 
• Custo 
• Facilidade de processamento 
– Limitações: 
• Massa específica relativamente elevada 
• Condutividade elétrica baixa (comparativamente) 
• Susceptibilidade a corrosão 
Cobre e suas ligas 
• Características: 
– Boas propriedades físicas 
– Grande ductilidade 
– Resistência a corrosão 
– Endurecimento por solução sólida ou encruamento 
– Versatilidade de propriedades 
• Principais ligas: 
– Latão (Cu-Zn) 
– Bronzes (Cu + Sn, Al, Si, Ni, etc) 
– Ligas Cu-Be 
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250 mm 
Cobre 
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25 mm 
Latão 30% Zn 
125 mm 
Bronze 1,5% Sn 0,03-0,35% P 
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25 mm 
Bronze de Al – 9,3% Al 4% Fe 
Propriedades de algumas ligas de 
cobre 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
Cobre 
eletrolitico 
C11000 Cu-0,04Fe 220 69 45 
Cobre-Berílio C17200 Cu-1,9Be-0,2Co 1140-1310 965-1205 10-4 
Cobre-Níquel C71500 Cu-30Ni 380-515 125-485 36-15 
Latão C26000 Cu-30Zn 300-525 75-435 68-8 
Bronze ao Al C95400 Cu-4Fe-11Al 586 241 18 
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Alumínio e suas ligas 
• Vantagens: 
– Baixa densidade (2,7g/cm3) 
– Resistência a corrosão 
– Condutividade elétrica e térmica elevadas 
– Ductilidade elevada 
• Limitações: 
– Baixa temperatura de fusão 
Alumínio e suas ligas 
• Classificações: 
– Fundidas e Forjadas 
– Tratáveis e não tratáveis termicamente 
– de acordo com os elementos de liga 
• Nomenclatura: 
– Associação do Alumínio 
– Composição e tratamentos térmicos 
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Alumínio e suas ligas 
• Classificações: 
– Fundidas e Forjadas 
– Tratáveis e não tratáveis termicamente 
– de acordo com os elementos de liga 
• Nomenclatura: 
– Associação do Alumínio 
– Composição e tratamentos térmicos 
Exemplos: 
 
AA 2024-T3 
AA 6061-O 
AA 7075-T651 
Propriedades de algumas ligas de 
alumínio 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
Liga forjada 
sem TT 
1100 Al-0,12Cu 90 35 35-45 
Liga forjada 
com TT 
2024-T4 Al-4,4Cu-
1,5Mg-0,6Mn 
470 325 20 
Liga fundida 
com TT 
295,0 Al-4,5Cu-1,1Si 221 110 8,5 
Liga Al-Li 8090 1,3Cu-0,95Mg-
2,0Li-0,1Zr 
465 360 - 
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Titânio e suas ligas 
• Características: 
– Densidade relativamente baixa (4,5g/cm3) 
– Alto ponto de fusão 
– Alta resistência 
– Alta reatividade química 
– Alta ductilidade 
– Boa resistência a corrosão 
 
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Ligas a 
Ligas a-b 
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Propriedades de algumas ligas de 
titânio 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
puro R50250 99,5Ti 240 170 24 
Liga alfa R54520 Ti-5Al-2,5Sn 826 784 16 
Liga alfa-beta R56400 Ti-6Al-4V 947 877 14 
Liga beta Ti-10V-2Fe-3Al 1223 1150 10 
Magnésio e suas ligas 
• Características: 
– Densidade baixa (1,7g/cm3) 
– Resistência baixa 
– Baixa temperatura de fusão 
– Duras e pouco ducteis 
– Boa resistência a corrosão em atmosfera normal 
• Classificação e nomenclatura: 
– Similar ao alumínio 
– Elementos de liga principais são Al, Zn e Mn. 
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Ligas de Mg 
Alloying Elements: 
A: Aluminum 
E: Rare Earths 
H: Thorium 
K: Zirconium 
M: Manganese 
Q: Silver 
S: Silicon 
T: Tin 
Z: Zinc 
F: Fabricated 
O: Annealed 
H10, H11: Strain hardened 
H23, H24, H26: Strain hardened and annealed 
T4: Solution heat treated 
T5: Artificially aged 
T6: Solution heat treated and artificially aged 
T8: Solution heat treated, cold worked, and 
artificially aged 
 
Elementos de liga e endurecimento 
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Propriedades de algumas ligas de 
magnésio 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
Liga forjada AZ31B Mg-3Al-1Zn-
0,2Mn 
262 200 15 
Liga fundida 
AZ91D Mg-9Al-
0,15Mn-0,7Zn 
230 150 3 
Niquel e superligas 
• Características: 
– Alta resistência a corrosão 
– Alto ponto de fusão 
– Resistência a altas temperaturas 
• Superligas 
– Elementos de liga principais são Co, Fe, Cr e Mo. 
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Niquel e outros materiais 
Specific Strength 
Nickel Alloy 
Steel 
Aluminium Alloy 
Titanium Alloy 
Temperature 
Superligas de Ni 
Carbeto g’ 
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A fase “gama linha” 
fase g fase g’ 
Propriedades de algumas ligas de 
níquel 
Material Composição 
(%p) 
Limite de 
Resistência a 
tração (MPa) 
Limite de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%AL) 
Inconel 600 Ni-15,5Cr-8Fe 621 200 49 
Hastelloy B-2 Ni-28Mo 896 414 61 
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Conceitos importantes 
• Nomenclatura/Classificação/Famílias de ligas 
• Métodos de endurecimento/Tratamentos térmicos envolvidos 
Saber relacionar de cada material as seguintes propriedades e a 
sua a importância: 
• Densidade 
• Resistência a corrosão 
• Ponto de fusão 
• Resistência mecânica 
• Resistência ao desgaste 
• Condutividade térmica e elétrica 
• Etc