129096_transparência ligas não-ferrosasverificada

Prévia do material em texto

�
IPUC – Departamento de Engenharia Mecânica
LIGAS NÃO FERROSAS
 
Introdução
			
Aço: Vantagens	- Variedades de Propriedades Mecânicas
			 
 - Fabricação fácil e econômica
Desvantagens : Densidade relativamente alta
			 Condutividade elétrica baixa
			 Suscetibilidade à corrosão
Ligas de cobre, alumínio, magnésio, níquel, chumbo, estanho, zinco
Mecanismos de Endurecimento em Ligas não ferrosas:
Encruamento
Precipitação
Transformação Martensítica
Endurecimento por Precipitação
Resulta do desenvolvimento de partículas de uma nova fase em liga que apresenta uma solubilidade máxima de um componente no outro e existe um limite de solubilidade que diminui rapidamente com a concentração do componente principal em função de uma redução na temperatura. Depois a composição de uma liga endurecível por precipitação deve ser inferior à solubilidade máxima.
Endurecimento por precipitação: é obtido através de um tratamento térmico de solubilização seguido de têmpera até uma temperatura na qual a difusão e a conseqüente formação de fase saturada seja prevenida. O tratamento de precipitação consiste no aquecimento da solução sólida supersaturada até uma temperatura na qual a taxa de difusão se torna apreciável. 
Cobre e suas ligas
Preço: 5 vezes aço carbono
Concentração do minério; ustulação; fusão para matte( Cu = 30%); Blister ( Cu = 98-99%); Refino Eletrolítico(99,9%)
Estrutura: CFC, endurecível por solução sólida ( bronze ao fósforo)
Número atômico: 29 e massa atômica 63,57uma, não magnético, densidade 8,96g/cm3, ponto de fusão 1083°C, Resistividade elétrica 1,673.10-6 ohm.cm(20°C); condutividade elétrica :101%IACS à 20°C.
Extração: mina com minério de 1 a 2%Cu. , célula de flotação concentrado com 30%Cu; matte;60%Cu , e depois conversor blister 98,5%Cu, moldado em ânodo.Célula eletrolítica ;99,99%Cu
Processo de Fabricação: Fundição, metalurgia do pó( mancais porosos de bronze com adições de grafita/chumbo e ferro (autolubrificantes), material para fricção sinterizado) 
É um metal de transição cuja densidade é 8,96g/cm3 , ponto de fusão de 1083°C com elevada condutibilidade elétrica menor apenas que a prata.
Classificação ASTM:
C1XX cobre comercialmente puro e ligado
C2XX latão binário(Cu-Zn)
C3XX latão com chumbo ( Cu-Zn-Pb)
C4XX latão com estanho ( Cu-Zn-Sn)
C5XX bronze(cobre-estanho, com e sem fósforo)
C6XX cobre-alumínio, cobre silício
C7XX cuproníquel e alpaca
Cobre comercialmente puro ( >99,3% de cobre mais prata).
Cobre eletrolítico ( > 99,90%).
Utlização: fios e cabos condutores de eletricidade; condução de energia térmica, fluidos e construção civil.Apresentam elevada trabalhabilidade (podem atingir 90% de deformação sem recozimento intermediário),
Designação de Liga; ASTM B-36 Cu-Zn chapa,tira e barra laminada
				ASTM B148 bronze ao alumínio fundido em areia
				ASTM B 601	alívio de tensões
Propriedades: excelente dutilidade, resistência a corrosão, condutividade elétrica e térmica, 
80% é usado como instrumento elétrico e aplicações arquitetura
Cobre ligado é a denominação que se aplica às ligas de cobre com baixo teor de liga , ou seja, aquelas nas quais os elementos de liga somados não ultrapassam 1%. A função desses elementos é aumentar a resistência mecânica sem reduzir sua condutividade elétrica.
Podem ser divididos em três grupos:
cobres ligados de alta condutividade térmica e elétrica(Cu-Ag);
cobres ligados de alta resistência mecânica(Cu-As;Cu-Cr;Cu-Zr)
cobre ligados de alta usabilidade(Cu-Te;Cu-S;Cu-Pb)
Bronze( serié 505/19)- são ligas cobre-estanho( 2 a 11%Sn). A solubilidade do estanho no cobre é elevada o que provoca endurecimento por solução sólida com redução da dutilidade. Mancais antifricção 
Apresenta boa resistência à corrosão em água ácida 
Cupro-níquel( serié 704-715) – solubilidade ilimitada no estado sólido, com resistência mecânica máxima de 65%Ni , elevada resistência à corrosão em ambientes de águas industriais e salgadas, ácidos minerais e orgânicos.aquecedores e evaporadores de sistemas de alimentação de água de usinas de energia, facilmente soldável, boa conformabilidade a quente e a frio.
Cu-45%Ni – constantan ( fio de termopares) , resistores elétricos, termostatos bimetálicos.
Alpacas – Cu-Zn-Ni – excelente deformação a quente e a frio , resistente à corrosão
Brass( latão- %Zn 5 a 40% ):- C280 -%Zn =40%.apresentam boa resistência à corrosão e boa conformabilidade com dureza e resistência mecânica maior que o cobre. 
Aplicações : moedas, jóias, placas, munição, bijuteria, tubos de trocadores de calor, radiadores , rebites , pinos, 
O metal de Muntz com 40%Zn tem excelente trabalhabilidade a quente. Para porcentagens de Zn maiores que 50% forma-se fase ( que apresenta baixa dutilidade ( os latões bifásicos são indicados para extrusão a quente).
Cobre-Berílio – A solubilidade do berílio no cobre é limitada , reduzindo-se de 2,1 à 864 para menos de 0,25 à temperatura ambiente. 
Susceptível a envelhecer por precipitação. Para que atinja a dureza mais alta possível , o teor de berílio deve ser da ordem de 1,8 a 2,0% e a temperatura de envelhecimento de 350°C com tempo de 3 a 5horas.
As ligas são usadas na fabricação de contato elétrico, relés, máquinas de soldagem por resistência elétrica.
Tratamento Térmico:
Recozimento: 430 –650°C
Aplicações : resistência a corrosão soluções ácidas, básicas e orgânicas, boa soldabilidade, baixa resistência a abrasão a partículas duras e boa resistência ao desgaste metal-metal.
ALUMÍNIO
É o metal mais abundante em a natureza. Em 1986, Martin Hall produziu alumínio por eletrólise da alumina( óxido de alumínio hidratado). 
Propriedades:
CFC, densidade 2990kg/m3 , bom condutor de eletricidade(60% da condutibilidade do cobre) e calor ,dútil, boa fusibilidade, resistência à corrosão e usinabilidade;
Dureza: 20 a 120HB
Resistência a Tração: 90 a 1200MPa
Fibras contínuas podem ser adicionadas ao alumínio para aumentar a resistência( Al203 , SiC, C) 
Boa usinabilidade, soldabilidade e moderada resistência. 
Vantagens de Utilização:
1/3 do peso do aço
Elevada relação resistência /peso.
Pode ser endurecido superficialmente por anodização
Soldável, boa conformabilidade,não magnético
Atributos: leveza, condutibilidade, impermeabilidade e opacidade, beleza, resistência à corrosão atmosférica, conformabilidade, reciclabilidade
Classificação do Alumínio Forjado:
Al ( comercialmente puro)>99,0% 1000
Cobre(elemento de liga)				 2000
Manganes							 3000
Silício							 4000
Magnesio							 5000
		 
1040 – dois dígitos coincidem com o teor de Al acima de 99%.
	Al(%)
	Condutividade elétrica
(m/Wmm2)
	Condutividade térmica
(W/m.K)
	99,98
	37,6
	232
	99,50
	34 a 36
	210 a 220
	99,00
	33 a 34
	205 a 210
xxxx-F Como fabricado
xxxx-T Tratado termicamente
xxxx-O Recozido
xxxx-H Encruado
Elementos de Liga no Alumínio: Cobre(2xxx); Manganês(5xxx); Silício(4xxx); Magnésio ( 5xxx), Zinco(7xxx)
	Elemento de Liga
	Solubilidade (25°C)
	Solubilidade(°C)
	Cu
	0,02
	 5,65(548)
	Mg
	2,5
	14,9(450)
	Mn
	0,3
	 1,8(659)
	Si
	0,1
	 1,65(577)
	Zn
	2
	 82,0(382)
Tratamento Térmico
Recozimento –
Recozimento para alívio de tensões –
Precipitação –
Tratamento Superfície
Alumínio é susceptívela desgaste
Anodização- é uma conversão eletroquímica da superfície do alumínio de alumínio metálico a óxido de alumínio( Al2O3). O revestimento pode ter espessura diferente da superfície de alumínio. O óxido é poroso com dureza > 1000kg/mm2 .
A oxidação anódica consiste em colocar a peça de alumínio como anodo numa célula com eletrólito com baixo pH e promover assim o reforço da camada oxidada. A espessura da camada anodizada varia entre 4 e 100(m e influi na dureza , na resistência à corrosão e na capacidade de isolamento elétrico, etc. Essa película anodizada é ainda capaz de absorver corantes, lubrificantes, tintas, lacas. 
 Os eletrólitos de anodização podem conter ácido crômico, ácido oxálico e ácido sulfúrico. Quase todas as ligas de alumínio aceitam anodização fina ( <25(m). É feita em banho de ácido sulfúrico convencional a temperatura ambiente , enquanto que recobrimento duro ( hardcoating> 50(m) é feito em solução aquosa de ácido sulfúrico e oxálico a temperatura de 4°C. O harcoating aumenta a rugosidade da superfície.
Previnem a corrosão atmosférica.
O Al2O3 produzido anodicamente é poroso com dureza superior a 1000HV. 
Prevenir desgaste: Deslizamento de “hardcoating” contra aço endurecido. 
Desvantagens:
Grandes Estruturas
Peças que devem ser usinadas
Afetam a condutividade elétrica
Resistentes a ação do ácido nítrico, álcool e subproduto de petróleo.
Corrosão atmosférica: após 20 anos a profundidade de corrosão é menor que 125(m no alumínio forjado, enquanto que ligas de alumínio fundida apresentam 500(m( corrosão galvânica). Anodização melhora a resistência à corrosão significativamente. A patina ou filme de óxido que forma não ocorrerá se o filme anodizado está intacto.
Alumínio não é usado em sistema de bombeamento porque a água contem íons de metais pesados. Soluções cáustica e ácidos minerais , ambos oxidantes ou redutores, podem atacar o alumínio.É resistente à subprodutos de petróleo e solventes.
Oxido de alumínio, carbeto de silício,carbono e outras fibras são adicionadas ao alumínio e funcionam como elementos mais rígidos e resistentes que a matriz.
MAGNÉSIO
FABRICAÇÃO: Eletrólise
Densidade: 1,738
Ponto de Fusão: 650°C
Expansão Térmica: 25x 10-6 m/m.°F
Condutividade Elétrica: 31%IACS
Condutividade Térmica: 79 Btu/ft2 °F/ft
Boa resistencia à corrosão em atmosferas pouco agressivas.
Tem boa usinabilidade e pode ser forjado, extrudado, laminado e fundido
Estrutura : HC ( menor habilidade de deformar plástica)
Baixa conformabilidade é uma severa limitação do metal
Resistência a Tração: 69,7 MPa ( puro)
Ligas Principais: Al, Zn e Mn
Endurecível por precipitação com Alumínio ( solubilidade de 2% a 25°C; 12,7% na temperatura eutética)
70% da utilização indústria aeronáutica, automobilística e bens duráveis.
Classificação
As ligas de magnésio são classificadas pela ASTM (American Society of Testing and Materials) seguindo uma designação própria, dividida em três partes. A primeira parte, composta de duas letras, indica os dois principais elementos de liga. A segunda parte, com dois números, indica o percentual desses dois elementos. Se existirem duas ligas com características iguais, a terceira parte designa um número sequencial por ordem de patente. A quarta e última parte, indica o tratamento térmico ou mecânico empregado.
Já o sistema de numeração unificado (UNS) reserva as designações de M10001 até M19999 para as ligas de magnésio. 
Classificação: AZ 63 A T6- AZ elementos de liga Al( 6%) e Zn( 3%) 
Aplicações
As ligas de magnésio são largamente utilizadas na indústria aeronáutica em componentes de motores, na fuselagem e em trens de aterrisagem, por exemplo.
Encontra aplicação, também, na indústria automobilística (caixas de engrenagem, rodas, colunas de direção), indústria bélica (mísseis) e em alguns componentes eletro-eletrônicos.
Av. Dom José Gaspar, 500 - Fone: 3319-4260 - Fax: 3319-4224 
 Caixa Postal 1.686 mecanica@pucminas.br
CEP 30535-610 - Belo Horizonte - Minas Gerais - Brasil