Ligas Metálicas

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Ligas Metálicas
As ligas metálicas são materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais 
elementos, sendo que pelo menos um deles é metal.
Na produção de ligas metálicas, os metais e
outros elementos passam por tratamentos
térmicos que alteram suas propriedades
Procure na Tabela Periódica o bronze.
O bronze tem praticamente todas as características dos elementos do grupo dos metais.
O que ocorre é que o bronze não é um metal, muito menos um elemento químico. Na 
realidade ele é uma liga metálica.
Por exemplo, o bronze, citado anteriormente, é uma liga metálica em que se 
misturaram os metais cobre (Cu – 90%) e estanho (Sn – 10%).
A produção dessa e de outras ligas metálicas se dá normalmente
pelo aquecimento conjunto dos metais, até que eles se fundam e se
misturem completamente; seguido de seu esfriamento e solidificação.
No nosso cotidiano é muito comum a presença dessas ligas, pois
elas podem ter suas propriedades amplamente alteradas por meio
do processo utilizado na sua preparação e também pela
proporção em que esses elementos são misturados. Em razão
desse fator, as ligas muitas vezes acabam sendo mais eficazes que
os metais puros e são preparadas com várias finalidades e usos.
Por exemplo, o ferro puro oxida facilmente com o ar, o
magnésio é muito reativo e inflamável, o ouro e a prata
são moles, etc. Assim, ao misturar esses metais com outros
metais ou com outros elementos é possível conseguir
materiais com as propriedades desejadas, como maior
dureza, menos reatividade e assim por diante.
O procedimento mais freqüente na preparação de
ligas metálicas consiste em fundir, em primeiro lugar, o
metal cujo ponto de fusão é mais elevado,
acrescentando-se em seguida os demais componentes.
Também é possível inverter a ordem ou fundir os
componentes simultaneamente. O método de fusão
mais simples é o do cadinho, utilizado em pequenas
fundições. Quando é necessário obter grandes
quantidades de liga, usam-se fornos elétricos de
diferentes tipos, como os de arco e de indução de
baixa ou alta freqüência.
A preparação de algumas ligas metálicas consiste no
próprio processo de obtenção do metal, já que
alguns minérios já contêm os elementos necessários à
liga que se deseja obter. Um exemplo disso é o
bronze (liga de cobre e estanho), primeira liga
utilizada pelo homem, há mais de cinco milênios. Os
homens primitivos fabricavam bronze pela simples
fundição do minério de cobre, que já continha
estanho.
Classificação das ligas metálicas
Ao planejar a combinação de metais, entre si ou com
outros elementos, considera-se com especial cuidado
a variação das proporções, fator que influi
decisivamente nas propriedades do material final.
Certas misturas formam uma rede cristalina perfeita,
com os átomos de diversos materiais dispostos em
posições perfeitamente determinadas; em outros
casos, os átomos se distribuem aleatoriamente.
No estudo das características de uma liga metálica
são empregados gráficos ilustrativos da relação entre
tempo e temperatura. Outro recurso útil à análise é o
diagrama de fases, em que se apresentam a
porcentagem dos componentes e a temperatura. A
partir desses diagramas, que exibem as diversas fases
ou formas de cristalização a que estão sujeitos os
materiais, é possível classificar cinco tipos genéricos de
ligas.
Tipo I: ligas com solução sólida. As ligas metálicas do tipo I são miscíveis tanto no
estado sólido quanto no líquido. Na elaboração das combinações de solução
sólida, formam-se cristais que contêm todos os metais componentes da liga.
Tipo II: ligas eutéticas. Chamam-se eutéticas as ligas que, em estado sólido,
apresentam proporções inalteráveis e ponto de fusão constante e
característico, também chamado eutético. Por manter constantes os pontos de
fusão e solidificação, a liga eutética se comporta como um metal puro.
Tipo III: No grupo III os metais são totalmente miscíveis em estado líquido, mas
em estado sólido só se misturam parcialmente.
Tipo IV: O grupo IV inclui as ligas de metais não miscíveis em estado líquido.
Tipo V: ligas que formam compostos. Os metais do tipo V combinam-se para
formar compostos denominados intermetálicos, principais endurecedores das
ligas industriais. Alguns, como os carbonetos de boro e de tungstênio, estão
entre os materiais mais duros e resistentes que se conhecem.
As ligas dividem-se em dois grandes grupos: ferrosas e não-
ferrosas. Entre as primeiras, mais importantes sob o ponto de
vista do volume de produção e da diversidade de
propriedades, figuram os diversos tipos de aço, enquanto as
não-ferrosas se caracterizam por suas propriedades
específicas, como leveza ou resistência à corrosão.
Principais ligas metálicas
Ligas à base de ferro: O aço comum é constituído de ferro e
uma proporção de carbono, em geral inferior a 1,8%. A partir
do aço comum se produzem materiais como o aço inoxidável,
que contém níquel, titânio e cromo, e os aços especiais, com
maiores concentrações desses e de outros elementos, de
acordo com a aplicação a que se destinem. Outro tipo de ligas
metálicas de ferro são as de ferro-níquel, com quarenta a
cinqüenta por cento de níquel, que se caracterizam pelo
coeficiente de dilatação muito baixo.
Ligas à base de cobre: Entre as ligas de cobre se incluem
algumas de uso muito freqüente, como o latão, formado de
cobre e zinco, e o bronze, de cobre com um máximo de dez
por cento de estanho. As ligas não-ferrosas à base de cobre
ocupam o segundo lugar em volume de produção, depois
das ligas de ferro.
Ligas à base de alumínio: Também comuns, as ligas de alumínio
podem ser usadas em fundição, caso das que contêm silício.
Entre as ligas forjadas de alumínio, que contêm cerca de quatro
por cento de cobre e 0,6% de magnésio, ou um por cento de
silício e um por cento de magnésio, se inclui o duralumínio, liga
endurecível por envelhecimento.
Ligas de chumbo e estanho: A solda é a mais conhecida das ligas
à base de estanho e contém quarenta a cinqüenta por cento
desse metal. O chumbo duro, liga de chumbo com 10 a 13% de
antimônio, se usa na fabricação de placas de bateria.
Ligas de manganês: Chamam-se ligas de manganês aquelas que
combinam esse metal com cobre e níquel e apresentam
coeficiente de dilatação térmica inusitadamente alto.
Ligas de metais preciosos: Entre as muitas ligas de metais
preciosos que constituem o material básico da joalheria, podem-
se mencionar a alpaca, de prata, cobre, níquel e zinco; a prata
de lei, combinada com cobre; e as ligas de ouro, com diversos
metais, que conferem ao metal resistência ao desgaste. O ouro
puro tem 24 quilates, e as ligas, valores proporcionalmente
inferiores.
Aplicações
De aplicação em quase todos os campos, as ligas metálicas
podem também ser classificadas em função de seu uso. Assim,
as de antifricção destinam-se a suavizar o atrito entre peças de
maquinaria, e as fusíveis, entre elas as ligas Newton, Rose, Darcet
e Wood, que contêm proporções variáveis de bismuto, chumbo,
estanho e cádmio, são empregadas como elementos térmicos
de segurança. As ligas resistentes à corrosão e à oxidação são
fundamentais para a construção naval, em que se usa muito a
liga Monel, de níquel com pequena percentagem de cobre e
ferro.
As ligas magnéticas como o permalói e o ticonal, constituídos
de ferro, níquel, cobalto e titânio -- mantêm suas propriedades
permanentemente e representaram um grande avanço na
comunicação por cabo submarino. Finalmente, as ligas
refratárias, de grande resistência à corrosão, ao calor e a
radiações, são utilizadas como material de construção em
usinas nucleares e na indústria aeroespacial.Permalloy
Ticonal
Propriedade Física dos Metais
1. COR E BRILHO: os metais possuem brilho característico e coloração que
varia do branco ao cinza com exceção do ouro e do cobre.
2. DUREZA: é variável. O metal mais duro é o cromo, isto justifica a
cromação de metais. Os metais mais brandos são os alcalinos.
3. DENSIDADE : é variável. Os metais de transição são mais densos.
Ex. Al d = 2,7 g/cm2
Ir d = 22,6 g/cm2
Li d = 0,53 g/cm2
4. PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO: normalmente possuem ponto de fusão
elevado.
Ex. maior ponto de fusão e ebulição; W - P.F. = 3410 oC PE = 5927 oC
menor ponto de fusão e ebulição ; Hg P.F. = - 39 oC PE = 357 oC
5. MALEABILIDADE (CAPACIDADE DE FORMAR LÂMINAS): os metais
são na sua maioria maleáveis, destacando-se o ouro, onde com 30 g
podem ser feitas lâminas de 15 m² com uma espessura de 3 x 10-6 cm.
6. DUTIBILIDADE (CAPACIDADE DE FORMAR FIOS): Os metais são
dúcteis, com destaque para o ouro, onde com 1 g pode ser feito um
fio de 3km.
7. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA E TÉRMICA: os metais são bons
condutores de calor e eletricidade destacando-se o ouro, prata,
alumínio e cobre.
8. RESISTÊNCIA MECÂNICA: os metais possuem alta resistência
mecânica a qual abrange a tenacidade (resistência ao choque),
resistência a compressão, tração, flexão e torção, destacando-se o
ferro , o que justifica sua importância na indústria metal mecânica.
Estrutura Cristalina dos Metais
Nas ligações metálicas, os elétrons livres da última camada vão
dar origem a nuvens eletrônicas que envolvem os íons metálicos
que se distribuem nos reticulados unitários cristalinos
Cada reticulado cristalino estende-se regularmente até a 
superfície do metal. As estruturas mais comuns são: CÚBICO DE 
CORPO CENTRADO, CÚBICO DE FACE CENTRADA, HEXAGONAL 
COMPACTO.
Arranjo cúbico de corpo centrado (CCC)
Neste tipo de arranjo, o número de
coordenação de cada cátion é 8, ou
seja, cada cátion é rodeado por 8 outros
cátions.
Exemplos: Li, Na, K, Rb, Cs, Ba
Arranjo cúbico de faces centradas (CFC)
Empacotamento cúbico denso. Cada cátion é 
rodeado por 12 outros cátions. O número de 
coordenação é igual a 12.
Exemplos: Ca, Sr
Arranjo hexagonal compacto (HC)
Empacotamento hexagonal denso. O
número de coordenação é 12 e cada cátion
está rodeado por 12 cátions da seguinte
maneira:
· 6 cátions no mesmo plano;
· 3 cátions no plano superior;
· 3 cátions no plano inferior.
Exemplos: Be, Mg
CONSEQÜÊNCIA DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS
1. A estrutura dos reticulados cristalinos é compacta e altamente estável,
para
rompê-la é necessário fornecer uma grande quantidade de energia o que
determina altas temperaturas de fusão e ebulição, alta densidade e
resistência mecânica
2. A nuvem eletrônica que envolve os cristais faz com que os metais sejam
bons condutores de calor e eletricidade, também determinam o alto-brilho.
3. A estrutura cristalina deforma-se com facilidade o que explica a
maleabilidade e a dutibilidade.
Ligas Metálicas
Conceito:
É toda mistura resultante da união de dois ou mais elementos onde pelo menos 
um é metálico.
Ex. Bronze - cobre e Estanho
Latão - Cobre e Zinco
Aço - Ferro e carbono
Obtenção:
a) Por Fusão de metais: Neste processo os metais são aquecidos até a fusão,
seguido de homogeneização e resfriados lentamente. Este processo é o mais
utilizado, pois a maioria dos metais são miscíveis no estado líquido.
Exceções: Chumbo e Zinco, Ferro e Mercúrio.
b) Por compressão: Consiste em submeter os metais a uma pressão no estado
pulverizado a alta temperatura. Este processo é utilizado na obtenção de ligas com
metais com alto ponto de fusão.
Este processo permite obter ligas com diferentes graus de porosidade.
Ex. mancais, onde há necessidade de porosidade para reter óleo lubrificante.
Tipos de ligas:
a) Substitucional: neste tipo de liga os componentes possuem átomos de tamanhos
equivalentes e algumas semelhança química, como consequência os átomos dos dois
componentes participam indiferentemente na constituição do reticulado cristalino. A
substituição dos átomos pode ser ao acaso ou ordenada.
Ex. Bronze = Cobre + Estanho
b) Intersticial: neste tipo de liga os componentes possuem tamanhos muito diferentes,
como conseqüência os átomos menores distribuem-se nos interstícios( espaços no
reticulado cristalino do elemento com átomo maior).
Ex. Ferro + Carbono
Propriedade das Ligas
a) Condutividade e Resistência elétrica: os metais puros apresentam maior
condutividade que as ligas, pois os elétrons movimentam-se mais facilmente
em meio homogêneo, devido a esta propriedade as ligas são utilizadas
como resistência elétrica.
Ex.
Cobre eletrolítico com 99,98% de pureza é utilizado como condutor
elétrico(fios)
Nicrom ( 60% de Ni + 40% de Cr) utilizada como resistência de chuveiro
possui uma resistência elétrica 12 vezes maior que o Níquel e 8 vezes maior
que o Cromo.
b) Resistência Mecânica: as ligas superam os metais puros porque a
presença de outros átomos no reticulado cristalino dificulta a deformação
da estrutura cristalina deste metal.
Ex. O aço é 3 vezes mais resistente a tração que o ferro puro.
c) Dureza: as ligas são mais duras que os metais componentes entretanto não
são tão maleáveis.
Ex.: Ferro com alto índice de carbono é duro e quebradiço.
TABELAS COM EXEMPLOS DE LIGAS METÁLICAS
Ligas (%) Características Aplicações
Alunínio/
Silício/Cobre
Si 0,3 a 11 %
Cu 3 a 4 %
+ Al
Resistência a 
corrosão,
boa resistência a 
altas
temperaturas
Utensílios
domésticos,
assadeiras, 
panelas
Duraluminio Al 90%
Mn 5,5 %
Cu 4%
Mg 0,5%
Superfície 
brilhante,
alta resistência
mecânica, liga 
leve
Aviões, peças 
para carro , 
bicicletas
Magnálio Mg 5 a 30 %
Al 70 a 95 %
Superfície 
brilhante,
resistência 
mecânica
Instrumentos
científicos
Ligas de Alumínio
LIGAS DE COBRE:
Ligas (%) Características Aplicações
Latão Amarelo Zn 30% ,
Cu 70%
Maior 
resistência a
corrosão, 
Flexibilidade,
boa aparência
Tubos, torneiras, 
objetos de 
decoração
Latão Naval Zn 39,3 %
Sn 0,7 %
Cu 60 %
Resistente a 
corrosão
causada pela 
água do mar.
Tubulações, 
navios,
equipamentos 
marítimos
Bronze Sn 22 %
Cu 78 %
Resistente a 
corrosão,
flexibilidade
Sinos, lustres, 
objetos de
decoração
Prata Alemã Sn 20 %
Ni 15 %
Cu 65 %
Características
semelhantes a 
da prata.
Talheres, jóias
Monel (Liga
monetária)
Ni 25 %
Cu 75 %
Elevada dureza 
e inoxibilidade, 
alto brilho
Usada na 
confecção de
moedas.
LIGAS DE NÍQUEL
Ligas (%) Características Aplicações
Monel Ni 72 %
Cu 28 %
Resistência a 
corrosão,
superfície 
brilhante
Industria 
alimentícia
Nicrom Ni 60%
Cr 40%
Alto ponto de 
fusão, baixa
condutividade 
elétrica
Resistências 
elétricas
Permaloy Ni 78 %
Fe 22%
Propriedades 
magnéticas
Cabos 
telefônicos
LIGAS DE CHUMBO:
Ligas (%) Características Aplicações
Metal de Solda Sn 33 %
Pb 67 %
Fusível a baixas
temperaturas
Soldas elétricas
LIGA DE OURO:
Ligas (%) Características Aplicações
Ouro 18 K Au 75 %
Cu 25 %
Ag 25 %
Maior dureza 
(mais resistente 
ao risco)
Jóias e circuitos
elétricos.
BIBLIOGRAFIA
1. CANTO, E. Minerais, Minérios e Metais. São Paulo: Ed. Moderna, 1996
2. CHIAVERINI. V. Tecnologia Mecânica. São Paulo: Ed. MCGraw-Hill, 1986
3. MALICHEV, A. Tecnologia dos Metais. São Paulo: Ed. Mestre Jou, 1967.