Aula 9.1 Metais não ferrosos

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AULA 9 – Introdução ao estudo dos materiais metálicos 
MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO I 
UNIVERSIDADE FEDERAL R. DO SEMI ÁRIDO 
CAMPUS ANGICOS 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
Prof. Ma. Janaina Salustio 
O que são metais? 
São substâncias inorgânicas que 
contêm um ou mais elementos 
metálicos (o ferro, o cobre, o 
chumbo e o alumínio). 
A maioria dos materiais metálicos são ligas ou seja, são 
constituídos pela combinação química de dois ou mais 
elementos metálicos (como o latão, liga metálica de cobre e 
zinco) ou por um ou mais elementos metálicos combinados com 
um ou mais elementos não metálicos (como o aço, liga metálica 
de ferro-carbono). 
O que são metais? 
 As ligas melhoram as propriedades mecânicas (ex: 
resistência e corrosão) dos metais puros. 
 Ex de ligas: latão (liga de cobre e zinco), aço (liga de ferro 
e carbono), bronze (liga de cobre e estanho) 
Os materiais metálicos aparecem na natureza como 
compostos, dificilmente são encontrados puros. Aparecem 
junto com impurezas (gangas). A mistura de metal + 
impureza é chamada de minério. 
 Aços e ferros: Magnetita, hematita, siderita 
 Alumínio: bauxita – O2Al2(OH)3 ou Al2(HO)3 
 Chumbo: galéria – PbS (sulfeto) 
 Cobre: calcosina – Cu2S (sulfato), cuprita – 
Cu2O (óxido), calcopirita – Cu2S.Fe2S3 
 Estanho: cassiterita – SnO2 (dióxido) ou pirita 
(forma livre) 
 Zinco: blenda – ZnS (sulfato), calamina 
(silicato) e smithsonita (carbonato) 
Principais minérios 
O que são metais? 
 As ligas melhoram as propriedades mecânicas (ex: 
resistência e corrosão) dos metais puros. 
 Ex de ligas: latão (liga de cobre e zinco), aço (liga de ferro 
e carbono), bronze (liga de cobre e estanho) 
Os materiais metálicos aparecem na natureza como 
compostos, dificilmente são encontrados puros. Aparecem 
junto com impurezas (gangas). A mistura de metal + 
impureza é chamada de minério. 
A obtenção de um metal passa por duas fases distintas: a 
mineração e a metalurgia. 
OBTENÇÃO DOS METAIS 
1. Mineração; 
2. Metalurgia; 
3. Siderurgia. 
1. Mineração 
 Extração do minério: 
pode ocorrer de forma 
mecânica ou com uso de 
explosivos; 
 Nessa etapa ocorre 
também a separação dos 
minérios utilizáveis dos 
economicamente pobres e a 
eliminação da ganga que não 
faz parte da constituição do 
mesmo. 
No caso de desmonte com explosivos: 
 
Perfuração – o minério é furado utilizando 
máquina de perfuração; a perfuração é 
executada com diâmetro, comprimento e 
distâncias entre furos previamente calculadas; 
 
Desmonte – os furos previamente executados 
são preenchidos (ou carregados) com 
explosivo, procedendo-se então à detonação 
deste e conseqüente fragmentação do minério. 
 
Remoção – o minério assim fragmentado é 
carregado em caminhões, vagões ou outro 
meio de transporte, até o local de 
processamento, geralmente situado próximo da 
mina. 
 Extração do minério 
Processo mecânico: 
 
 - Trituração 
 - Classificação (separados das 
pedras sem valor 
 - Levigação (água corrente) 
 - Flotação (água + óleo com 
injeção de ar) 
 - Separação magnética 
 - Lavagem simples 
 Extração do minério 
O processamento mineral, consiste de uma série de 
processos que visam a separação física dos minerais 
úteis da ganga (a parte do minério que não tem 
interesse econômico e que é rejeitada) e a obtenção 
final de um concentrado, com um teor elevado de 
minerais úteis. 
 Processamento do minério 
Conceito: é o conjunto de técnicas que o homem 
desenvolveu com o decorrer do tempo que lhe 
permitiu manipular metais e gerar ligas metálicas. 
2. Metalurgia 
Conceito: é o ramo da metalurgia que se dedica à 
fabricação e tratamento do aço. 
Processo: minério de ferro + coque (resíduo da 
destilação do carvão mineral) + fundente (baixa o 
ponto de fusão). 
3. Siderurgia 
Produção dos metais 
 A obtenção dos metais no estado sólido passa por uma 
etapa de fusão, seguida de solidificação. 
 A solidificação dos metais se dá pela nucleação e 
crescimento dos cristais da fase sólida no interior do 
líquido. 
Pontos de nucleação 
Estado líquido 
Grãos 
Estado sólido 
Ferramenta importante  Diagrama de fases 
Diagrama de fases 
 É uma forma gráfica 
para representar as 
alterações térmicas que 
ocorrem durante um 
resfriamento de um 
metal ou de uma liga, da 
temperatura que ele 
está no estado líquido 
até a temperatura em 
que ele se apresenta 
como um sólido. 
Diagrama de fases para o sistema Ferro-Carbono 
727ºC 
1147ºC 
Diagrama de fases 
 O diagrama de fases é um gráfico conciso, que fornece muitas 
informações sobre a estrutura das fases existente para uma 
liga específica. 
 
 
 
 A estrutura interna, chamada de microestrutura, que resulta 
quando uma mistura solidifica do estado líquido, é de grande 
importância com respeito aos usos da liga, e seu estudo é 
certamente um dos mais importantes do ramo da metalurgia. 
 
 
 
 A maior parte dos metais puros não apresenta as 
propriedades mecânicas necessárias a um grande número de 
finalidades industriais. Assim, torna-se necessário combinar 
dois ou mais metais de modo a formar uma liga metálica. 
 
 
Principais propriedades dos 
metais 
1. Aparência; 
2. Densidade; 
3. Dureza; 
4. Resistência mecânica a tração; 
5. Resistência à corrosão; 
6. Plasticidade; 
7. Dobramento; 
8. Durabilidade; 
9. Condutibilidade térmica; 
10. Condutibilidade elétrica; 
11. Fadiga. 
1. Aparência 
 Os metais são sólidos à temperatura ordinária; 
 Os metais não possuem porosidade aparente; 
 Os metais apresentam brilho característico, que 
pode ser aumentado por polimento ou tratamento 
químico. 
2. Densidade 
Cálculo: 
ρ = m/v 
ρ = densidade; 
m = massa do bloco metálico; 
v = volume do bloco metálico. 
Variação da densidade do metal: 2,56 a 11,45 g/cm³. 
A platina pode chegar a 21,30 g/cm³. 
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 
Densidade de Massa Específica 
METAIS MASSA ESPECÍFICA 
Alumínio 2,7 g/cm³ 
Ferro 7,9 g/cm³ 
Latão 8,6 g/cm³ 
Prata 10,5 g/cm³ 
Chumbo 11,3g/cm³ 
Mercúrio 13,6 g/cm³ 
Ouro 19,3 g/cm³ 
Platina 21,4 g/cm³ 
 
Propriedades Mecânicas 
 Função 
 Composição (teor de 
elementos de liga) 
 Tratamentos térmicos 
(Melhor arranjo 
cristalino) 
 Tratamentos 
mecânicos (Elevação 
do limite-elástico) 
 Elasto-plásticos 
 deformação elástica 
 deformação plástica 
 Ductilidade 
 Fácil moldagem 
(maleabilidade) 
  Tenacidade 
 resistência a impactos 
 Pêndulo de Charpy 
3. Resistência mecânica à tração 
 Uma das propriedades mais importantes na 
construção. 
 Depende da estrutura cristalina do material. 
Durante o ensaio de tração o corpo de prova é 
submetido a um esforço que tende a alongá-lo ou 
esticá-lo até à ruptura. 
Tensão x Deformação 
a) Material sem deformação plástica (ferro fundido); 
b) Material dúctil com limite escoamento (aços baixo 
carbono). Limite de ruptura inferior ao de resistência. 
Redução da seção (estricção) ; 
c) Material dúctil sem limite de escoamento bem definido 
(alumínio); 
 
Gráficos de materiais 
T
e
n
s
ã
o
 
Deformação 
T
e
n
s
ã
o
 
Deformação 
Limite de 
resistência 
Deformação 0,2% 
Limiteruptura 
Limite 
ruptura 
(a) 
Limite elástico 
Tensão de escoamento 
(b) (c) 
Adaptado a partir do VAN VLACK 
 NBR 6152: Material Metálico - Determinação das Propriedades 
Mecânicas à Tração - Método de Ensaio 
Ensaio fundamental na caracterização do 
comportamento mecânico. 
 
 
 
3. Resistência mecânica à tração 
25 
Equipamentos 
26 
Garra Auto- 
travante 
Extensômetro 
F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 
27 
Dados para realização do ensaio 
28 F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 
Comprimento da Barra 
e o seu diâmetro 
29 
Classificação 
Categoria 
Ensaio de tração 
(mínimos) 
Ensaio de 
dobramento 
Aderência 
fy 
(MPa) 
fst 
(MPa) 
Along. 
10f (%) 
Pino 
f<20mm 
Coefic. de 
conf. f >10mm 
CA-25 250 1,20fy 18 2 f 1,0 
CA-50 500 1,10fy 8 4 f 1,5 
CA-60 600 1,05fy e 
>660 
5 5 f 1,5 
30 F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 
25 mm 
Base de medida 
 
Marcas de 
referência 
31 
F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 
Detalhe da região de estricção 
32 F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 
Detalhe da região de ruptura 
33 F
o
to
: 
T
a
lit
a
 d
e
 A
lm
e
id
a
 /
 R
e
g
in
a
ld
o
 M
. 
S
ilv
a
 
Alongamento em 10 diâmetros 
34 
Ensaio de Tração em Barra de Aço
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Deformação (mm) 
Fo
rç
a 
(N
)
485
300
220
50
500
0 200 400 600
Duralumínio
Latão
Cobre
Alumínio
Aço
R Tração (MPa)
Resistência à Tração 
120
70
210
0 50 100 150 200 250
Cobre
Alumínio
Aço
Módulo de Elasticidade (GPa)
Módulo de Elasticidade 
 4. Resistência à corrosão 
Corrosão: transformação não intencional de um 
metal, a partir de suas superfícies expostas. 
“ ...destruição de um corpo sólido a partir da 
superfície por processos químicos e/ou 
eletroquímicos”. 
Há exceções: ouro e platina. 
 Corrosão química: é um processo menos 
freqüente na natureza, pois envolve operações 
onde as temperaturas são elevadas. Caracteriza-
se basicamente pela ausência de água líquida. 
Também denomina-se apenas corrosão ou 
oxidação em altas temperaturas. 
 Corrosão eletroquímica: é o processo mais 
freqüente na natureza e ocorre necessariamente 
na presença de água no estado líquido 
(temperatura ambiente). Também denomina-se 
corrosão em meio aquoso. 
Principais métodos de proteção contra corrosão: 
 Escolha do metal ou liga adequada ao meio em 
que vai atuar; 
 Recobrimento do metal por um óxido resistente. 
Ex: anodização; 
 Capeamento metálico: o metal é recoberto por 
fina camada, não porosa, de outro metal; 
 Pintura superficial: uso de tintas apropriadas; 
 No aço do concreto armado: proteção adequada 
do aço com concreto de qualidade (recobrimento e 
baixa permeabilidade). 
 5. Dobramento 
 Dobramento simples: verifica a capacidade 
do metal em ser dobrado até um ângulo de 
180° sem romper. 
 5. Dobramento 
f < 20mm f ≥ 20mm Tipo 
2f 4f CA-25 
4f 6f CA-50 
5f CA-60 
NBR 6153 
6. Durabilidade 
 Depende, primordialmente, da sua resistência e 
proteção contra a corrosão. 
 Outros fatores que influenciam na durabilidade 
dos metais: resistência à fadiga, esforços que 
recebe, ação ao fogo, variações de temperatura 
a que é submetido, dentre outros. 
7. Condutibilidade térmica 
 Descrita como a habilidade dos materiais 
metálicos de conduzir calor. 
 Em geral os metais são bons condutores 
térmicos. 
8. Condutibilidade elétrica 
 Indica a facilidade com a qual um material é 
capaz de conduzir uma corrente elétrica. 
 Os metais são excelentes condutores de 
eletricidade. 
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 
9. Fadiga 
Ocorre quando o metal é solicitado repetidas 
vezes por cargas menores ou em sentidos 
variados. 
A fadiga é causada pela desagregação 
progressiva da coesão entre os cristais, que vai 
diminuindo a seção resistente, até chegar ao 
limite. 
• Materiais metálicos ferrosos: elevada quantidade 
de ferro em sua composição, sendo esse elemento o 
seu principal constituinte. Ex: aço e ferro fundido. 
• Materiais metálicos não ferrosos: não contêm ferro 
ou contêm o ferro em pequena quantidade. 
Ex: alumínio, cobre, níquel, chumbo, etc. 
Classificação dos metais 
• Sua produção atual supera a soma de todos os outros 
metais não ferrosos; 
• A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita 
(Al2O3.H2O); 
•A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina 
(Al2O3) aproveitável para que a produção de alumínio seja 
economicamente viável; 
• Densidade relativamente baixa: 2,7 g/cm³; 
• Alta condutividade elétrica e térmica; 
 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
 Funde a 650 °C; 
 5 toneladas de bauxita produz 1 t de alumínio; 
 Apresenta cor cinza clara (aceita coloração); 
 Material de amplo emprego na construção civil; 
 Material 100% reciclável; 
 Não há limitação para o número de ciclos de reciclagem 
do alumínio; 
 O processo reciclagem consome apenas 5% da energia 
necessária para a produção do alumínio primário. 
 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
• Resistência à corrosão em alguns 
ambientes: O alumínio tem uma auto-
proteção natural que só é destruída por 
uma condição agressiva ou por 
determinada substância que dissipe sua 
película de óxido de proteção. Essa 
propriedade facilita a conservação e a 
manutenção das obras, em produtos como 
portas, janelas, forros, telhas e 
revestimentos usados na construção civil. 
 
• Resistência à tração entre 80 e 140 MPa. 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
Principais empregos na construção civil: 
Esquadrias 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
Principais empregos na construção civil: 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
Principais empregos na construção civil: 
Coberturas 
Metais não ferrosos 
1. Alumínio 
Principais empregos na construção civil: 
Revestimentos 
• É obtido a partir de diversos minérios: calcosita Cu2S 
(sulfato), cuprita Cu2O (óxido), calcoprita, malaquita entre 
outros; 
•Densidade de 8,93 g/cm³; 
• Elevadas condutibilidades térmica e elétrica (após a prata, 
o cobre é o melhor condutor de calor e eletricidade); 
• Boa resistência à corrosão em diversos ambientes (como o 
ambiente atmosférico e marinho); É portanto durável, chegando 
inclusive, em condições normais de uso, a durar por mais de 
uma centena de anos. 
• Resistência à tração entre 200 e 600 MPa e à compressão 
entre 400 e 500 MPa. 
 
Metais não ferrosos 
2. Cobre 
Elevada ductilidade¹ e maleabilidade²; 
 Elevada dureza e tenacidade³; 
• Dentre as aplicações do cobre na construção civil, destaca-se 
o seu emprego em fios e cabos para a condução de energia 
elétrica. 
• Funde entre 1050° C e 1200° C: pela sua alta temperatura de 
fusão é resistente ao fogo apresentando um retardamento 
significativo na sua propagação frente a outros materiais. 
 
 
Metais não ferrosos 
2. Cobre 
¹ é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até omomento de sua fratura. 
² é uma propriedade que junto a ductilidade apresentam os corpos ao serem moldados por 
deformação. 
³ é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura. 
Metais não ferrosos 
Principais empregos na construção civil: 
2. Cobre 
 Instalações elétricas (fios e cabos); 
 Instalações de água; 
 Instalações de esgotos; 
 Instalações de gás; 
 Instalações de pluviais; 
 Coberturas; 
 Dentre outros. 
Metais não ferrosos 
Principais empregos na construção civil: 
2. Cobre 
•Liga metálica é uma combinação química de dois ou mais 
elementos metálicos (como o latão, liga metálica de cobre e 
zinco) ou por um ou mais elementos metálicos combinados 
com um ou mais elementos não metálicos (como o aço, liga 
metálica de ferro-carbono). 
 
• Latão: Cobre+ Zinco (adições de zinco entre 5% e 40%) 
•Bronze: Cobre + Estanho (1% a 10% de estanho) 
 
 
 
 
 
Metais não ferrosos 
2.1 Ligas de Cobre 
Liga: cobre + zinco; 
 Adição de zinco entre entre 5% e 40% 
 Densidade: 8,6 g/cm³ 
 Apresenta elevada ductilidade e maleabilidade a quente; 
 Possui cor amarelada; 
 Funde entre 920° C e 980° C; 
 Dificilmente oxida e é muito resistente; 
 Apresenta elevada dureza e resistência ao desgaste; 
 Principal uso na construção civil: ferragens. 
 
 
 
 
 
Metais não ferrosos 
2.1 Ligas de Cobre 
Metais não ferrosos 
2.1 Ligas de Cobre 
Bronze 
 Liga: cobre + estanho; 
 Adição de 1% a 10% de estanho ao cobre; 
 Apresenta elevada dureza e densidade; 
 A cor vai do vermelho amarelado até quase 
branco; 
 Funde entre 900° C e 950° C; 
 Elevada condutibilidade térmica; 
 Principal uso na construção civil: ferragens, 
fios e cabos, tubulações e splinkers. 
Metais não ferrosos 
2.1 Ligas de Cobre 
Bronze 
 
 Metal (produto de minério sulfetado) de cor cinza-azulado; 
 Densidade: 7,1 g/cm³ 
 Funde entre 400°C e 420° C; 
 Elevada densidade e tenacidade; 
 Baixa resistência elétrica e dureza; 
 Muito vulnerável ao ataque de ácidos; 
 Razoável condutibilidade térmica; 
 Utilizado na galvanização do aço; 
 Elevado coeficiente de dilatação. 
 
 
Metais não ferrosos 
3. Zinco