06 Metais não ferrosos

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ME111 – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
METAIS NÃO FERROSOS
Prof. Dr. Tahiana F.C Hermenegildo
Departamento de Engenharia Mecânica/CTG
tfchermenegildo@gmail.com
COBRE
 3º material mais utilizado
 Ponto de fuão: 1083ºC
 Densidade: 8,96g/cm3
 Condutividade Elétrica: 1,7x10-6 ohm-cm (a 20ºC)
 A excelente condutividade o torna o principal 
material de instalação elétrica;
 Principal limitação: baixa resistência à fluência
COBRE
Fonte: http://www.bndes.gov.br/conhecimento/relato
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
 Cobre puro é de difícil usinagem (mto dúctil);
 Alta resistência à corrosão em diversos ambientes;
 As propriedades mecânicas e de corrosão podem 
ser melhorados através de formação de ligas;
 As ligas mais comuns de cobre são os latões.
PRINCIPAIS GRUPOS
Família Elemento de liga principal Solubilidade sólida (% at.)
Cobre, ligas de alto cobre
Latões Zn 37
Bronze fosforados* Sn 9
Bronze com alumínio Al 19
Bronze com sílicio Si 8
Níquel-cobre, níquel prata Ni 100
* Adições de fósforo que possui efeito desoxidante
LATÕES (CU-ZN)
 Ligas com teores de Zn entre 5 e 50% p.
 Até 37%p Zn latões alfa (CFC)
 Entre 37 a 45%p Zn latões beta (CCC)
 ↑ Zn = ↑ dureza, resistência mecânica
 Diminuição da resistência a corrosão em meios agressivos
 Aplicação: 90Cu-10Zn (bronze comercial)  peças e
objetos ornamentais (medalhas);
 Cartuchos de armas boa estampabilidade
DIAGRAMA CU-ZN (LATÃO)
Aumento da resistência 
mecânica pela formação 
de solução sólida com o 
Zn.
Maior dureza 
com maior qte
de Zn.
Dutilidade
ligeiramente
maior
BRONZES (CU-SN)
 ↑ Sn = ↑ dureza e resistência mecânica sem alterar a
dutilidade.
 Elevada resistência à corrosão;
 Aplicação: contatos, componentes elétricos, etc... boa
condutividade elétrica e resistência mecânica melhor do
que a do cobre.
 90Cu10Sn + empregada (molas para serviço pesado).
BRONZE (CU-SN)
LIGAS CU-NI
CU-NI
 ↑ Ni = ↑ dureza e resistência mecânica. Altera pouco a
dutilidade;
 Mtos dúteis, excelente resistência à corrosão
salina;
 Sua resistividade elétrica praticamente independe
da temperatura;
 Aplicações: cabos flexíveis, componentes de
chaves elétricas, relés.
ALUMÍNIO
O alumínio é obtido da bauxita
(mineral)
Produção mundial: 157,4 milhões
de toneladas
Brasil ocupa o 4º lugar do ranking
produzindo 21 milhões de
toneladas de bauxita
Fonte: Associação Brasileira do Alumínio: http://www.abal.org.br
Estados Unidos e Canadá são os maiores produtores, entretanto não
possui jazidas de alumínio e dependem da importação.
Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na
região amazônica, perdendo apenas para Austrália e Guiné. Outros locias
são nas regiões de Poços de Caldas (MG) e Cataguases (MG).
PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
 Baixa densidade 2,7g/cm3 (aço – 7,9g/cm3);
 Condutividades elétricas e térmicas altas;
 Boa resistência à corrosão em alguns ambientes
(atmosfera);
 Facilidade de conformação;
 Reciclável
 Maior limitação: temperatura fusão 660ºC
ALUMÍNIO
DESIGNAÇÃO DAS LIGAS DE AL
Numerais Principais elementos de liga
1XXX Nenhum (> 99,00% Al)
2XXX Cu
3XXX Mn
4XXX Si
5XXX Mg
6XXX Mg e Si
7XXX Zn
8XXX Outros elementos (Li)
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica
Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica)
Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral
Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem
Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de
barcos
Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico e automobilístico
Liga 7xxx: Componentes estruturais de aeronaves e outras aplicações
que necessitam de elevados requisitos de resistência. Esta liga é a que
possui a maior resistência mecânica entre as ligas de alumínio.
Têmpera Sistema de designação de têmpera para ligas de alumínio: Definição
F Conforme fabricado
O Recozido
H1 Apenas endurecido por encruamento
H2 Endurecido por encruamento e parcialmente recozido
H3 Endurecido por encruamento e estabilizado (propriedades mecânicas estabilizadas por trat. Térmico de baixa temperatura)
T1 Resfriado a partir de um processo de moldagem em temperatura elevada e naturalmente envelhecido para uma condições substancialmente estável
T2 Resfriado a partir de um processo de moldagem em T elevada, trabalhado a frio e naturalmente envelhecido para uma condições substancialmente estável
T3 Tratamento térmico para solubilização, trabalhado a frio e naturalmente envelhecido para condição substancialmente estável
T4 Tratamento térmico para solubilização e naturalmente envelhecido para condição substancialmente estável
T5 Resfriado a partir de um processo de moldagem em temperatura elevada e envelhecido artificialmente
T6 Tratamento térmico para solubilização e envelhecido artificialmente
T7 Tratamento térmico para solubilização e estabilizado
T8 Trat. térmico para solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente
T9 Trat. térmico para solubilização, envelhecido artificialmente e trabalhado a frio
T10 Resfriado a partir de um processo de moldagem em T elevada, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente
CHUMBO (PB)
 É um metal tóxico, pesado, macio, maleável e
pobre condutor de eletricidade
 É usado na construção civil, baterias de ácido, em
munição, proteção contra raios-X , e forma parte de
ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis,
revestimentos de cabos elétricos, materiais
antifricção, metais de tipografia, etc.
ESTANHO (SN)
 O estanho é um metal branco, prateado, maleável
e dúctil.
 É componente de várias importantes ligas: soldas
(largamente usadas em eletrônica), fusíveis,
bronzes, etc
 Empregado como revestimento anticorrosivo de
metais (exemplo: parte interna de latas para
alimentos em conserva).
 Liga de estanho e nióbio é supercondutora em
baixas temperaturas.
SOLDABILIDADE PB-SN EM PCIS
 Montagem da placa
 Placa de resina fenólica/fibra com deposição de 
cobre
 Desenho da trilha
 Decapagem da placa 
 a trilha permanece intacta
 Banho de estanho (ou Pb-Sn)
 Acoplar os componentes 
 encaixe ou colagem
 Passar pelo forno de refluxo
 Soldagem dos componentes
 Solda livre Pb (SnAg3.8Cu0.7) – RoHS 2006
(a) (b)
Placas após (a) decapagem 
e (b) banho de estanho 
SOLDABILIDADE DE PCIS
 Processo de montagem SMT/SMD
 Surface Mount Technology/Device
 Componentes montados sobre a superfície da 
placa
 Totalmente automatizado
 Processo de montagem PTH
 Pin Through Hole
 Componentes montados e soldados através 
de furos na placa
 Parcialmente automatizado
http://www.smdsystems.com/smtpth.htm
SOLDAGEM DE MOLA POR PTH
Placa controladora de máquina de lavar
• Homogeneidade da solda
• Aparecimento de trincas
• Bolhas
• Falta de preenchimento
 Desempenho 
mecânico
Microscopia óptica
CPqD, 2012
SOLDAGEM DE CIRCUITO INTEGRADO POR
SMT
Microscopia óptica
CPqD, 2012
MEV – contraste composicional
Cu
Sn
Cu6Sn5 (Li et al. IEEE 26, 2003)
ZINCO (ZN)
• Densidade = 7,13 g/cm3
• PF = 419 ºC
• Maior aplicação em
galvanização de aços
• Utilizado como material
de sacrifício na proteção
galvânica
ZINCAGEM POR IMERSÃO A QUENTE
 É um processo de revestimento de peças de aço
ou ferro fundido, de qualquer tamanho, peso, forma
e complexidade, visando sua proteção contra a
corrosão.
 Quando imersos na cuba de zincagem, o ferro e o
aço são imediatamente molhados pelo zinco
O resultado é um recobrimento
formado por uma camada externa de
zinco e várias camadas de ligas Fe-
Zn que estão unidas
metalurgicamenteao metal-base
VERGALHÃO GALVANIZADO
GALVANIZAÇÃO POR IMERSÃO A QUENTE
 Destaca-se entre os possíveis métodos de
revestimento de vergalhão, pois além de conferir a
proteção por barreira, isolando o aço dos agentes
agressivos, confere proteção catódica