NOTA DE AULA 08 MM

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MATERIAIS METÁLICOS 
CURSO: Engenharia Mecânica – 4º Semestre 
Prof. Francisco Nascimento 
 
 
UNIDADE II: NOTA DE AULA – 08 
 
 
1. METAIS NÃO FERROSOS 
 
Os metais não ferrosos ocupam uma posição de destaque na indústria e representam um campo 
muito importante na engenharia, principalmente nos setores mecânicos, elétricos e de transporte. 
 
Na sua maioria podem ser utilizados no estado puro; contudo, sua importância crescente deve-se ao 
constante desenvolvimento de suas ligas, com características físicos-químicos e mecânicos de tal 
ordem que os tornam insubistituíveis em determinadas aplicações. 
 
2 - METAL COBRE 
 
O cobre é um elemento metálico com número atômico 29 e peso atômico de 63,57. O seu símbolo 
químico é Cu, e suas valências são +1 e +2. Não é magnético e pode ser utilizado puro ou em ligas 
com outros metais que lhe conferem excelentes propriedades químicas e físicas. 
 
� Densidade: 8,96 g / cm3 ( 20°C ) 
� Ponto de fusão: 1083ºC 
� Ponto de ebulição: 2595°C 
� Coeficiente de dilatação térmica linear: 16,5 x 10-6 cm/cm/°C ( 20°C) 
� Resistividade elétrica: 1,673 x 10 -6 ohm.cm (20°C) 
� Pressão de vapor: 101 mm Hg à 20°C 
� Condutividade elétrica: 101 % IACS à 20 °C 
� Calor latente de fusão: 50,6 cal/g 
� Calor específico: 0,0912 cal/g/°C (20°C) 
� Forma cristalina: Cúbica de faces centradas 
 
Os principais minerais para obteção do cobre estão listados na tabela abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
É um metal vermelho-marrom, sendo, após a prata, o melhor condutor de calor e da eletricidade, em 
função de sua baixa resistividade elétrica. Além das características acima, o cobre possui boa 
resistência à corrosão e a oxidação, apresenta resistência mecânica e características de fadiga 
satisfatórias, boa usinibilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposição ou 
por aplicação de verniz. 
 
O cobre é normalmente usado em sua forma pura, mas também pode ser combinado com outros 
metais para produzir uma enorme variedade de ligas. Cada elemento adicionado ao cobre permite 
obter ligas com diferentes características tais como: maior dureza, resistência a corrosão, resistência 
mecânica, usinabilidade ou até para obter uma cor especial para combinar com certas aplicações 
 
Conforme classificação da ABNT, os pricinpais tipos de cobre seguem abaixo: 
 
=> Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP) - Fundido a partir de cobre eletrolítico, contendo no mínimo 
99,90% de cobre (e até 0,1% de prata). A figura abaixo ilustra a produção do cobre eletrolítico. 
 
 
 
=> Cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC) - contendo no mínimo 99,90% de 
cobre (incluida a prata). 
 
=> Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP) - Fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% 
a 99,85 no mínimo de cobre (incluida a prata). 
 
=> Cobre desoxidade com fósforo, de baixo teor de fósforo (Cu DLP) – obtido por vazamento em 
molde, isento de óxido cuproso por desoxidação com fósforo, com um teor mínimo de 99,90% de 
cobre (e prata) e teores rresiduais de fósforo (entre 0,004 e 0,012%). 
 
=> Cobre desoxidado com fósforo, de alto teor de fósforo (Cu DHP) – obtido como o anterior, 
com teor mínimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fósforo (entre 0,015 e 
0,040%). 
 
=> Cobre isento de oxigênio (Cu OF) - do tipo eletrolítico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata), 
processado de modo a não conter nem óxido cuproso e nem resíduos desoxidantes. 
 
=> Cobre refundido (Cu CAST) – 0btido a partir de cobre secundário e utilizado na fabricação de 
ligas de cobre; o teor mínimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B). 
 
Esses tipos de cobre são fornecidos em forma de placa, chapas, tiras, barras, arames e fios, 
tubos, perfís ou conformados por forjamento. 
 
 
 
Suas propriedades mecânicas variam dentro dos seguintes limites: 
 
� Limite de escoamento – 5 a 35 kgf/mm2 
� Limite de resistência à tração:22 a 45 kgf/mm2 
� Alongamento: 48 a 6 % 
� Dureza Brinell: 45 a 105 
� Módulo de elasticidade: 12.000 a 13.500 kgf/mm2 
 
Alguns tipos apresentam boa resistência ao choque e bom limite de fadiga. Os valores dependem 
do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado. 
 
 
2.1 – APLICAÇÕES INDUSTRIAIS DOS DIVERSOS TIPOS DE COBRE 
 
2.1.1. Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP) e Cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu 
FRHC). 
 
Ambos têm qualidades semelhantes e são utilizados onde se exige alta condutibilidade elétrica e 
boa resistência à corrosão, tais como: 
 
� Na INDÚSTRIA ELÉTRICA, na forma de cabos condutores aéreos, linhas telefônicas, 
motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, fiação para 
instalações domésticas e industriais, interruptoras, terminais, em aparelhos de rádio e em 
televisores. 
 
� Na INDÚSTRIA MECÂNICA, na forma de peça trocadoras de calor, radidadores de 
automóveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios. 
 
� Na INDÚSTRIA DE EQUIPAMENTOS QUÍMICOS, em caldeiras, destiladores, alambiques, 
tanques e recipientes diversos, em equipamentos para processamento de alimentos. 
 
� Na CONSTRUÇÃO CIVIL E ARQUITETURA, em telhados e fachadas, calhas e condutores 
de águas pluviais, cumieiras, pára raios, etc. 
 
 
2.1.2. Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP). 
 
Embora contendo maior teor de impurezas, as aplicações são mais ou menos semelhantes às 
anteriores no campo mecânico, químico e contrução civil. Na indústria elétrica, esse tipo de 
cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade elétrica não for muito elevada. 
 
2.1.3. Cobre isento de oxigênio(Cu OF). 
 
Devido a sua maior conformabilidade, é particularmente indicado para operações de extrusão por 
impacto. 
 
Tem importantes aplicações, tais como, em equipamentos eletro-eletrônico, em peças para radar, 
anodos e fios de tubos a vácuo, vedações vidro-metal, válvulas de controle termostático, rotores e 
condutores para geradores e motores de grandes portes, antenas e cabos flexíveis e em peças para 
serviços a altas temperaturas, na presença de atmosferas redutoras. 
 
 
 
 
2.1.4. Cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor em fósforo (Cu DLP). 
 
É utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamentos que conduz fluidos, tais 
como evaporadores e permutadores de calor, tubulações de vapor, ar, água fria ou quente e óleo; em 
tanques e radiadores de auomóveis; em destiladores, caldeiras, autoclaves, onde se requer 
soldagem, em aparelhos de ar condicionado, etc. 
 
2.1.4. Cobre desoxidado com fósforo, de alto teor em fósforo (Cu DHP). 
 
Aplicações relativamente semelhantes às do tipo anterior. 
 
2.2. PRINCIPAIS LIGAS DE COBRE 
 
No sentido de sistematizar os dados existentes sobre o cobre e suas ligas, de modo a colocá-los à 
disposição das indústrias de transformação, dos projetistas e dos consumidores, o Conselho 
Internacional pra o Desenvolvimento das Aplicações do Cobre confiou ao ¨Copper Data Sheets 
Committee” ( Comitê de Tabelas Informativas sobre o Cobre) a tarefa de selecionar as ligas mais 
importantes e classificá-las, resultando os seguintes grupos principais: 
 
 
 
Além dessas, existem outras ligas importantes. A seguir serão abordados os grupos de maior 
interesse para indústria. 
 
� Liga Cobre-cádmio (CuCd) – em que o teor de cádmio varia de 0,6 a 1,0%; apresenta maior 
resistência a fadiga e ao desgaste e elevada resistência ao amolecimento pelo calor. 
Empregada principalmente na indústria elétrica, em cabos condutores aéreos de linha de 
troleíbus, molas e contato, linha de trasmissão de alta resistência mecânica. 
 
� Liga Cobre-cromo (CuCr) – com cerca de 0,8% de cromo, presta-se a tratamento de 
endurecimento por precipitação(aquecimento a cerca de 1000ºC durante 15 minutos, 
resfriamento em água e reaquecimento entre 400 e 500ºC, durante tempos mais ou menos 
longos), o qual provoca a elevação da resistência mecânica. 
 
� Liga Cobre-chumbo (CuPb) – com 0,8 a 1,2% de chumbo, adicionado com o objetivo de 
melhorar a usinibilidade do cobre; empregada em componentes elétricos que, além de alta 
condutibilidade elétrica, exigem elevada usinibilidade: conectores, componentes de chaves e 
motores, parafusos, etc. 
 
 
� Liga Cobre-cádmio-estanho (CuCdSn) – os elementos cádmio e estanho são introduzidos 
em teores de aproximadamente 0,8% para o primeiro e 0,6% para o segundo. Empregada em 
molas e contatos elétricos; cabos condutores de ônibus elétricos, eletrodos para solada 
elétrica, etc. 
 
� Latões – os latões comuns são ligas de cobre-zinco, podendo conter zinco em teores que 
variam de 5 a 50%, o que significa que existem inúmeros tipos de latões. 
 
Os latões contendo até cerca de 37% de zinco caracterizam-se pelo fato do zinco ser mantido em 
solução sólida no cobre. Tais latões têm a denominação genérica de latões-alfa. Entre 37 e 45% 
surge uma outra fase e os latões são denominados alfa-beta; e entre 45 e 50% são chamados beta. 
 
Fig.55 – pg. 175 
 
Os latões alfa apresentam uma estrutura CFC (Cúbica de Face Centrada) e os beta, estrutura CCC 
(Cúbica de Corpo Centrado). A prsença do zinco, obviamente, altera as propriedades do cobre. A 
medida que o teor de zinco aumenta, ocorre também uma diminuição da resistência à corrosão 
em certos meios agressivos, levando a “dezinficação”, ou seja, corrosão preferencial do zinco. 
 
No estado recozido, a presença de zinco até cerca de 30% provoca um ligeiro aumento da 
resistência à tração, porém a ductilidade aumenta consideravelmente. 
 
As ligas com alumínio, como CuZnAl, com pequenos teores de arsênio, possuem melhor 
resistência à corrosão devido à presença do alumínio e do arsênio, este último adicionado para 
diminuir a dezinficação. São utilizadas na forma de tubos para condensadores e permutadores de 
calor e aplicações semelhantes, na indústria química e mecânica. 
 
As ligas contendo estanho, apresentam boa resistência à corrosão em água doce ou salgada 
pouco poluida. Empregam-se na forma de placas e tubos para permutadores de calor, 
condensadores, peças forjadas e usinadas em equipamentos de refino de petróleo, construção naval, 
entre várias aplicações. 
 
� Bronze (CuSn) – nos bronzes comerciais o teor de estanho varia de 2 a 10% podendo chegar 
a 11% nas ligas para fundição. 
 
A medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com 
a resistência mecânica, sem queda da ductilidade. Essas ligas podem, geralmente, ser 
trabalhadas a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e escoamento. 
 
As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que atua como 
desoxidante; nessas condições, os bronzes são chamados de fosforosos. Frequentemente 
adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de antifricção das ligas, além 
da usinibilidade. O zinco é da mesma forma eventualmente adicionado, atuando como desoxidante 
em peças fundidas para melhorar a resistência mecânica. 
 
� Ligas Cobre-niquel (CuNi) – O teor de níquel varia, em média, de 5 a 45%; o manganês 
pode estar presente até cerca de 2,0%, assim como o ferro até 2,0%. A introdução do 
níquel tende a tornar a cor da liga resultante mais clara, a cor branca começando a aparecer 
a partir de cerca de 20% de níquel. 
 
As ligas cupro-niquel são muito dúcteis e apresentam excelente resistência à corrosão, 
principalmente pela ação da água do mar. Algumas delas apresentam uma outra carcaterítica 
importante, qual seja, a sua resistividade praticamente independente da temperatura, donde suas 
aplicações em resistências elétricas. 
 
 
 
A medida que aumenta o teor de níquel, elevam-se as propriedades relacionadas com a resistência 
mecânica, como limite de escoamento e limite de resistência à tração, assim como a dureza e o limite 
de fadiga. A ductilidade é pouca afetada. 
 
� Ligas Cobre-alumínio (CuAl) – contêm alumínio de 5 a 10 % em média, podendo ainda 
apresentar níquel até 7,0 %, manganês até 3,0 %, ferro até 6,0 % e, eventualmente, arsênio 
até 0,4 %. 
 
A de maior resistência mecânica é a que contem em média 10% de alumínio, com 5% de ferro e 5% 
de níquel. Seu limite de resistência varia de 75 a 80 kgf/mm2, seu limite de escoamento de 42 a 50 
kgf/mm2 , seu alongamento de 15 a 12% e sua dureza Brinell de 180 a 215. Essa liga pode ser 
temperada e revenida. Todas as ligas cobre-alumínio possuem boa resistência à corrosão. 
 
� Ligas Cobre-silício (CuSi) – o teor de silício é no máximo 3,0% para as ligas a serem 
conformadas, podendo, contudo, chegar a 5% nas ligas fundidas. Essas ligas podem ainda 
conter pequenos teores de zinco, ferro e manganês. 
 
Sua resistência mecânica é superior a do cobre: o limite de resistência à tração pode atingir valores 
ligeiramente superiores a 100 kgf/mm2, no estado conformado a frio. 
 
São tipicamente aplicados em componentes de equipamentos para indústria química e de papel 
(tanques, tubulações, cestos de decapagem, etc.); na indústria mecânica, em eletrodos de 
soldagem, parafusos, porcas, rebites, buchas e ganchos; na indústria naval, em eixos de hélices, e 
na industria aeronáutica, em linhas hidráulicas de pressão. 
 
2.3. TRATAMENTOS TÉRMICOS DO COBRE E SUAS LIGAS 
 
Os tratamentos térmicos usualmente empregado no cobre e suas ligas, são os seguintes: 
homogeinização, recozimento, alívio de tensões, solubilização, e endurecimento por precipitação. 
 
=> Homogeinização – o objetivo é eliminar ou diminuir a segregação de lingotes que devam ser 
trabalhados a frio ou a quente. Aplica-se principalmente nas ligas bronze ao estanho, bronze ao 
silício e cupro-níquel. Consiste no aquecimento a uma temperatura de cerca de 90ºC acima da 
máxima temperatura de recozimento, durante o tempo prolongado. 
 
=> Recozimento – aplicado nas ligas trabalhadas a frio para promover a sua recristalização. 
Dependendo das ligas, as temperaturas variam de 260 a 650ºC para o metal cobre, e de 425 a 815ºC 
para as ligas. Quanto maior o encruamento prévio, menor a temperatura de recristalização ou 
recozimento. 
 
=> Alívio de Tensões – algumas ligas de cobre estão sujeitas a ruptura por fissuração, devida à 
corrosão sob tensão. As ligas mais suscetíveis a esse fenômeno são os latões, contendo 20% de 
zinco. O tratamento consiste em aquecer, durante uma hora, a temperatura que, conforme a liga, 
variam de 190 a 260ºC. 
 
=> Solubilização e endurecimento por precipitação – entre as ligas que são comumente 
submetidas a esse tratamento térmico situam-se os bronzes ao alumínio e o cobre-berílio. 
 
No caso desta última liga, o tratatamento consiste inicialmente em solubilizar-se pelo aquecimento, 
durante 1 a 3 horas, entre 775 a 1035ºC, conforme o tipo de liga, seguindo-se a precipitação, entre 
2 a 5 horas, a temperatura variando de 300 a 510ºC. 
 
As ligas são primeiro solubilizdas e depois conformadas a frio, a seguir são endurecidas por 
precipitação.