APOSTILA UFPE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO METAIS NÃO FERROSOS

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Leonardo F. R. Miranda
1o semestre - 2008
AULA 05 – METAIS NÃO FERROSOS
Pontos de nucleação
Grãos
Estado líquido
Estado sólido
Estrutura Cristalina
� Polifásica
� fase = grão
� Diferença entre fases é dada 
pela direção de crescimento
dos cristais
� “falsa isotropia”
� Muitos cristais distribuídos
desuniformemente
� < grão, > desorientação, > falsa
isotropia
� Deformações a frio:
� Orientam os grãos
� Aumentam a anisotropia
Estrutura Cristalina
� Depende do processo de fusão e resfriamento
� Resfriamento rápido ou agitado:
� < tamanho grãos
� > falsa isotropia
� > homogeneidade
� Quinas
�baixo entrelaçamento
�são mais fracas
�preferível cortes arredondados
Ligação Metálica
� átomos grandes
� elétrons livres
� condutividade térmica
� condutividade elétrica
� dilatação térmica
� opacidade
� brilho
� não direcional
� ↑ empacotamento
� ccc, cfc e hc
� densidade elevada
� f(temperatura)
� 2,56 a 11,45 kg/dm3
� platina: 21,30 kg/dm3
Ligas metálicas
Tipos:
� Soluções sólidas
� Interligação dos cristais 
durante a solidificação
� substituição de átomos do 
metal original ou ocupação 
do espaço intersticial
� Deformação do plano 
cristalino: metais com > 
Rmec, fragilidade e limite 
elástico
� Ex: Aço
� Compostos (fases)
� Formação de um composto 
químico diverso
� Ex: liga de Cu e Zn
� Altera propriedades
� Pode aumentar a resistência 
mecânica e à corrosão
� “impurezas” deformam o 
plano cristalino dificultando 
o escorregamento: < 
ductilidade 
� Obtenção de ligas
� Principal para a construção 
civil: Fusão
� Outros métodos:
� Pressão
� Aglutinação
� Eletrólise
� Metalurgia associada
Propriedades Mecânicas
� Função
� composição
� tratamentos térmicos
� tratamentos mecânicos
� Elastoplásticos
� deformação elástica
� deformação plástica
� ↑↑↑↑ Dureza
� força p/ penetração
Brinnel -> esfera
� Ductilidade
� Fácil moldagem
� ↑↑↑↑ Tenacidade
� resistência a impactos
� Pêndulo de Charpy
σ
ε
2
METAIS NÃO FERROSOS
Não competem em preço ou Rmec com o aço
� leveza
� condutividade 
elétrica
� resistência à 
corrosão
Vantagens sobre o Fe
e suas ligas... 2,71
2,8
8,94
7,86
0 2 4 6 8 10
Alumínio
Duralumínio
Cobre
Aço
Massa Específica (Kg/dm3)
Densidade de Massa Específica
120
70
210
0 50 100 150 200 250
Cobre
Alumínio
Aço
Módulo de Elasticidade (GPa)
Módulo de Elasticidade
485
300
220
50
500
0 200 400 600
Duralumínio
Latão
Cobre
Alumínio
Aço
R Tração (MPa)
Resistência à Tração
10
36
58
16
7,5
0 20 40 60 80
ferro gusa
aluminio
cobre
latão (70-30)
Bronze (92-8)
Condutividade (Ohms m-1 10-6)
Condutividade Elétrica METAIS NÃO FERROSOS
� Série eletroquímica
� Ouro
� Prata
� Cobre
� Hidrogênio
� Chumbo
� Estanho
� Níquel
� Cobalto
� Ferro
� Cromo
� Zinco
� Manganês
� Alumínio
+
-
0
3
METAIS NÃO FERROSOS
� Corrosão eletroquímica
� Necessário:
� diferença de potencial elétrico (ddp)
� meio condutor (ex.umidade do ar)
� contato (curto-circuito)
� Material > potencial corrói o de < potencial
� Corrosão + rápida quanto > a ddp e + baixo o potencial do 
metal
METAIS NÃO FERROSOS
� A ddp pode ocorrer:
� contato de metais diferentes
� ligas com grande quantidade de cristais de composição 
diversa em contato
� impurezas no metal
� Pontos de tensão. Ex: ao redor de rebites, arestas de chapas 
dobradas, amassadura (encruamento)
� Peças em contato com meio ambiente diferente. Ex. metais 
apoiadas na água ou enterrados em locais com diferentes 
umidades
� Corrente elétrica próxima ou atravessando o metal
� Pontos onde o capeamento protetor está rompido
� Metal, quando em condições ótimas para corrosão, ainda 
sofre grandes tensões (“stress corrosion”)
METAIS NÃO FERROSOS
� Proteção contra corrosão:
� Escolha do metal ou liga adequada
� Recobrimento do metal por óxido ou sal insolúvel e 
resistente para impedir a troca eletrolítica. Ex. anodização
do Al ou fosfatização do Fe e Zn
� Capeamento metálico: camada não porosa de outro metal 
que formará uma proteção anódica (não pode conter 
falhas) ou catódica. 
� Proteção catódica: transformar a estrutura em um cátodo, 
adicionando um ânodo conveniente que será destruído no 
lugar do metal base. Camada protetora deve ser renovada 
periodicamente. Ex: galvanização de ferro com Zn.
� Cuidados especiais na construção: evitar contato entre 
metais, uniformizar o ambiente, evitar amassados, etc
� Pintura superficial
� Minério: bauxita
� O2Al2(HO)2 ou Al2(HO)3
� eletrólise a 950-980oC
� têmpera
� Expansão térmica
~ dobro do aço: problemas 
de deformação com o 
concreto e o aço
↓ EAl = ↓ tensões térmicas
� Principal limitação
Fusão a 660 oC
� CFC
� Produção no Brasil:
� MG, PA, BA, ES, RJ, SP
ALUMÍNIO
� Resistente à corrosão
� Formação de pátina auto-
renovável: óxido estável, 
duro e aderente (50 a 100 Å)
� solúvel em meio alcalino
� Anodização
� eletrólise em meio ácido
� ↑ espessura do filme óxido
� introdução de corantes
� ↑ dureza superficial
� > brilho e Rcorrosão
� Corrosão eletrolítica se em 
contato com o aço, Cu ou Fe
� ↓↓↓↓ Rmec
� 50 MPa de Rt
� < 90 MPa (recozido)
� 115 MPa (trat. mecânico)
� ligas Cu, Mg, Mn, Zn
� E = 70 GPa
� Mesp = 2,6 kg/dm3
� Elevada ductilidade
� Difícil soldagem
ALUMÍNIO
�� EmpregoEmprego
�� EsquadriasEsquadrias
�� TelhasTelhas
�� Linhas deLinhas de transmissãotransmissão
�� Revestimentos e Revestimentos e 
vedaçõesvedações
ALUMÍNIO
4
Reciclagem do Alumínio
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
Primário Secundário
E
n
e
rg
ia
 (
M
J/
to
n
 d
e
 A
l)
Redução de até 95%
Reciclagem do Alumínio
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Primário Secundário
E
m
is
sõ
e
s 
(K
g
/
to
n
 d
e
 A
l) Emissões (ar)
Efluentes
Resíduo
Redução de até 90%
� liga de Al, Cu e Mg 
� solução sólida a 550oC
� resfriamento rápido
� Rt = 485 MPa 
10X maior que do Al
� = resistência à corrosão do Al
� estruturas metálicas espaciais
DURALUMÍNIO
� Adições
Mn ↑ Rmec
Mg ↑ Rcor
Si ↑ fluidez (fundição)
Cu ↑ maleabilidade
Zn-Mg ↑ Rmec e Rcor
Ligas de Alumínio
� Ligas tratadas 
termicamente
� recozimento
� têmpera
� Precipitação
� dispersão de partículas de 
outra fase na liga de Al
� método mais usado
� aquecimento a 150oC
� problemas com T>250oC
ex.: solda
� Vantagens
� Leveza
� Boa resistência com o 
uso de ligas
� Resist. à corrosão
� Menor fragilização em 
baixa temperatura
Estruturas de Ligas de Alumínio
� Desvantagens
� Elevado coef. dilatação 
térmica: dificulta 
estruturas embutidas
� Difícil soldagem
� Risco de fadiga
Estruturas de Alumínio anodizado
5
COBRE
� CFC
� Mesp = 8,8 kg/dm3
� > Rmec e + caro que o Al
� Produção: fusão + eletrólise
�RS, BA, GO
� Fusão 1100 oC
� Mole e muito dúctil
� 50% da seção na ruptura 
(aço - 70%)
� ↑↑↑↑ condução elétrica
� perde apenas para Ag
� liga ou impurezas: ↓
condução, aquecimento
Emprego do cobre
� Fios e cabos elétricos
� 99,9 % de pureza
� Canalização
� água quente
� Evitar contato com tubo de 
aço galvanizado, pois pode 
corroê-lo.
� Substituição por PVC: sem 
risco de formação de pilha 
eletrolítica e menor custo
� gás
Emprego do cobre
�� Revestimentos e telhas de cobreRevestimentos e telhas de cobre
�� Vantagens:Vantagens:
�� Chapas finas (leves)Chapas finas (leves)
�� Grande durabilidadeGrande durabilidade
�� Grandeductilidade: detalhes Grande ductilidade: detalhes 
arquitetônicos complexosarquitetônicos complexos
�� Desvantagens:Desvantagens:
�� Desconhecimento técnicoDesconhecimento técnico
�� Custo sujeito a mercado externoCusto sujeito a mercado externo
�� Exige mãoExige mão--dede--obra especializadaobra especializada
COBRE - Resist. à Corrosão
• pHatm > 4 + (SO2) ou Cl
� pátina protetora
� sulfatos e cloretos de 
cobre
� cor verde
• chuva ácida
� “azinhavre” (sulfeto de cobre,
cor marrom ou preta), tóxico
� cúpula da Catedral 
Metropolitana de SP 
• atmosfera úmida + CO2
� camada protetora (carbonato)
• atmosfera seca
� mantém-se inalterado
Reações com o meio
Corrosão galvânicaCorrosão galvânica
contato com açocontato com aço
corrói o açocorrói o aço
Duralumínio
4% Cu
LIGAS DE COBRE LIGAS DE COBRE
� ↑ Rcor, ↑ Rmec
� < condução elétrica
� Variedade de cores
� Bronze
� liga + antiga
� duro, baixa oxidação, 
bom condutor
� 5 % a 25 % Sn
� vermelho 5%
� amarelo 15 a 25%
� branco >25%
� Empregos
� válvulas, registros 
(estética)
� Esculturas, Sinos...
6
� Latão (substituição)
� Latão α
� 70% Cu + 30% Zn
� CFC
� mole, dúctil
� Emprego
� tubos
� fechaduras
� torneiras
� ferragens
� Latão β
� 60% Cu + 40% Zn 
� CCC
� mais duro e resistente
� 1% Sn ↑ Rcor
� 2% Pb ↑ usinabilidade
� Ni: ↑ Rmec
LIGAS DE COBRE
� Minério: ZnS
� Produção: MG, SP
� Resistente à corrosão eletroquímica, 
mas atacado por ácido
� Corrosão: f(concentração de SO2)
� Aplicações
� telhas planas ou onduladas
� parafusos
� tubos água fria
� calhas
ZINCO
ZINCO
� Galvanização do aço
� Proteção catódica (camada de sacrifício
� Aplicação: a quente ou spray
� Pigmentos galvânicos
� Ligas
� Latão (Cu + Zn)
� Galvalume: 55% Al-Zn
� Resistente à corrosão
� D = 7,15 t/m3
� E = 70 GPa
0 10 20 30 40 50 60 70 80Te
m
po
 
p/
 
1a
fe
rr
u
ge
m
 
(an
o
s) 35
30
25
20
15
10
5
0
Teor de Al (%)
� Minério: PbS
� Produção
� Fundição redutora
� SP, PR, BA
� Pouco dúctil
� Baixa condutibilidade térmica
� Canalizações de esgoto, 
tintas, coberturas
� risco à saúde
� Ligas de chumbo
� moles, pouco 
resistentes e Rcor
� Uso em solda
� 66 Pb + 33 Sn
� 240 oC
CHUMBO
Agradecimentos
� Vanderley M. John –
PCC/USP