Ligas Metálicas e Não Métalicas

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Introdução
Os engenheiros estão freqüentemente envolvidos em decisões que implicam a seleção de materiais, as quais exigem que eles tenham familiaridade com as características gerais de uma ampla variedade de metais e suas ligas (bem como de outros tipos de materiais). Além disso, pode ser necessário o acesso a bases de dados contendo os valores das propriedades de um grande número de materiais. Toma-se apropriado concluir o tratamento dos materiais metálicos e não metálicos com a discussão de algumas das importantes ligas que são utilizadas na engenharia em termos das suas composições, propriedades, aplicações e técnicas de fabricação. Isso é feito com base em diversos conceitos e fenômenos.
Muitas vezes um problema relacionado a materiais consiste realmente em uma simples questão de seleção de um material que possua a combinação correta de características para uma aplicação específica. Portanto, as pessoas que estão envolvidas no processo de tomada de decisões devem possuir algum conhecimento das opções disponíveis. Essa apresentação extremamente resumida fornece uma visão geral de algumas das ligas que estão comercialmente disponíveis, das suas propriedades gerais e das suas limitações
Ligas Metálicas
Fabricação dos metais
Ocasionalmente, a adequação de um material para uma aplicação é regida pela facilidade com que se produz uma forma desejada e pelo custo que está envolvido. As técnicas de fabricação dos metais consistem nos métodos segundo os quais os metais e as ligas são conformados ou são manufaturados em produtos de utilidade. Essas técnicas são precedidas por processos de refino, formação de ligas e, com freqüência, processos de tratamento térmico que produzem as ligas com as características desejadas. As classificações das técnicas de fabricação incluem vários métodos de conformação dos metais, fundição, metalurgia do pó, soldagem e usinagem; com freqüência, duas ou mais dessas técnicas devem ser usadas antes que uma peça esteja terminada. Os métodos selecionados dependem de diversos fatores; os mais importantes são as propriedades do metal, o tamanho e a forma da peça acabada e, obviamente, o custo.
Operações de conformação
As operações de conformação consistem naquelas onde a forma de uma peça metálica é alterada mediante deformação plástica; por exemplo, forjamento, laminação, extrusão e estiramento são técnicas usuais de conformação. Obviamente, a deformação deve ser induzida por uma força ou tensão externa, cuja magnitude deve exceder o limite de escoamento do material. A maioria dos materiais metálicos é suscetível a esses procedimentos, sendo pelo menos moderadamente dúcteis e capazes de sofrer alguma deformação permanente sem trincar ou fraturar. Quando a deformação é obtida a uma temperatura acima daquela na qual a recristalização ocorre, o processo é conhecido por trabalho a quente de outro modo, o processo é conhecido por trabalho a frio. Para a maioria das técnicas de conformação, tanto os procedimentos de trabalho a quente como de trabalho a frio são possíveis. No caso das operações de trabalho a quente são possíveis grandes deformações, que podem ser repetidas sucessivamente, pois o metal permanece mole e dúctil. Ainda, as exigências em relação à energia de deformação são menores do que as energias para o trabalho a frio. Contudo, alguns metais experimentam alguma oxidação da sua superfície, o que resulta em perda do material e em um deficiente acabamento final da superfície. O trabalho a frio produz um aumento na resistência com uma conseqüente redução na ductilidade, uma vez que o metal encrua; as vantagens em relação ao trabalho a quente são uma melhor qualidade do acabamento superficial, melhores propriedades mecânicas e uma maior variedade dessas, bem como um controle dimensional mais preciso da peça acabada. Ocasionalmente, a deformação total é obtida mediante uma série de etapas onde a peça é submetida sucessivamente a pequenas magnitudes de trabalho a frio, sendo então submetida a um processo de recozimento intermediário, entretanto, esse é um procedimento caro e inconveniente.
Forjamento
	O forjamento consiste no trabalho mecânico ou na deformação de uma única peça de um metal que está normalmente quente; isso pode ser obtido pela aplicação de sucessivos insuflamentos ou mediante compressões contínuas. Os forjamentos são classificados como sendo de matriz fechada ou de matriz aberta. No caso de uma matriz fechada, uma força atua sobre duas ou mais metades de uma matriz que possuem a forma acabada, de tal modo que o metal é deformado na cavidade entre essas partes da matriz. 
No caso de uma matriz aberta, são empregadas duas matrizes que possuem formas geométricas simples (por exemplo, chapas planas paralelas, semicírculos), normalmente em grandes peças de trabalho. Os itens forjados possuem estruturas de grão excepcionais, além da melhor combinação de propriedades mecânicas. Chaves e ferramentas, e virabrequins dos motores e barras de conexão de pistões automotivos são itens típicos que são conformados usando essa técnica. 
Laminação
A laminação, que é o processo de deformação mais amplamente utilizado, consiste em se passar uma peça metálica entre dois rolos; uma redução na espessura resulta das tensões de compressão exercidas pelos rolos. A laminação a frio pode ser usada na produção de chapas, tiras e folhas com elevada qualidade de acabamento de superfície. Formas circulares, bem como vigas I e trilhos de trem, são fabricadas usando rolos que possuem ranhuras.
Extrusão
Na extrusão, uma barra metálica é forçada através de um orifício em uma matriz, mediante uma força compressiva que é aplicada a um embolo; a peça extrudada que emerge possui a forma desejada e uma área de seção reta menor. Dentre os produtos de extrusão estão incluídas as barras e os tubos que possuem geometrias de seção reta relativamente complexas; os tubos sem costura também podem ser extrudados.
Estiramento
O estiramento consiste em se puxar uma peça metálica através de uma matriz que possui um orifício cônico mediante a aplicação de uma força de tração no lado de saída do material. Tem-se como resultado uma redução na área de seção reta, com um correspondente aumento no comprimento. A operação completa de estiramento pode consistir em um número de matrizes em uma sequência em série. Barras, arames e produtos de tubulação são fabricados geralmente dessa maneira.
Fundição
A fundição é um processo de fabricação no qual um metal totalmente fundido é derramado no interior da cavidade de um molde que possui a forma desejada; com a solidificação, o metal assume a forma do molde, porém experimenta algum encolhimento.
 As técnicas de fundição são empregadas quando (1) a forma acabada é tão grande ou complicada que qualquer outro método seria impraticável, (2) uma liga específica possui uma dutilidade tão baixa que a conformação tanto a quente como a frio seria difícil, e (3) em comparação a outros processos de fabricação, a fundição é o processo mais econômico. Além disso, a etapa final no processo de refino, até mesmo de metais dúcteis, pode envolver um processo de fundição. Uma variedade de diferentes técnicas de fundição é comumente empregada, incluindo a fundição em molde de areia, com matriz, de investimento e contínua. Será oferecido somente um tratamento introdutório década uma dessas técnicas.
Fundição em molde de areia
No caso da fundição em molde de areia, que é o método de fundição mais comumente utilizado, a areia comum é utilizada como material de molde. Um molde em duas partes é formado mediante a compactação de areia ao redor de um molde que possui a forma da peça que se deseja fundir. Além disso, um sistema de canais de alimentação é geralmente incorporado ao molde para acelerar o escoamento do metal fundido para dentro da cavidade e para minimizar defeitos internos de fundição. As peças fundidas em areia incluem blocos de cilindros automotivos, hidrantes de incêndio e grandes conexões de tubulação.Fundição com matriz
Na fundição com matriz, o metal liquefeito é forçado para dentro de um molde sob pressão e a uma velocidade relativamente elevada, e deixada solidificar com a manutenção da pressão. Utiliza se um molde permanente de aço em duas peças ou matriz; quando unidas uma à outra, as duas peças constituem a forma desejada. Quando a solidificação completa é atingida, as peças da matriz são abertas e -a peça fundida é ejetada. São possíveis taxas rápidas de fundição, tornando esse um método barato; além disso, um mesmo conjunto de matrizes pode ser usado para milhares de fundições. Contudo, essa técnica se presta apenas para peças relativamente pequenas, bem como somente para ligas de zinco, alumínio e magnésio, que possuem baixas temperaturas de fusão.
Fundição de precisão
Para a fundição de precisão (algumas vezes chamada de fundição pelo processo de "cera perdida"), o modelo padrão é feito a partir de cera ou plástico, materiais que possuem baixas temperaturas de fusão. Despeja-se uma lama fluida ao redor do modelo padrão, que se estabelece e sedimenta para formar um molde ou revestimento sólido; geralmente utiliza-se pasta de Paris. O molde é então aquecido, de modo tal que o modelo padrão se funde e é queimado, deixando para trás uma cavidade de molde que possui o formato desejado. Essa técnica é empregada quando são necessários elevada precisão dimensional, reprodução de pequenos detalhes e excelente acabamento (por exemplo, em joalharia e em coroas dentárias e obturações). Ainda, as lâminas para turbinas a gás e os propulsores de motores a jato são fabricados usando a fundição de precisão.
Fundição contínua
Ao término dos processos de extração, muitos metais fundidos são solidificados pela sua fundição em grandes moldes de lingotes. Esses lingotes estão normalmente sujeitos a uma operação primária de laminação a quente, cujo produto é uma chapa plana ou uma chapa grossa; esses formatos são os mais convenientes para serem usadas como ponto de partida para operações secundárias subseqüentes de conformação de metais (isto é, forjamento, extrusão, estiramento). Essas etapas de fundição e laminação podem ser combinadas através de um processo de fundição contínua (algumas vezes também chamado de "fundição em fios")- Ao se usar essa técnica, o metal beneficiado e fundido é moldado diretamente na forma de um fio contínuo que pode ter uma seção reta retangular ou circular; a solidificação ocorre em uma matriz resfriada com água com a geometria de seção reta desejada. 
A composição química e as propriedades mecânicas são mais uniformes ao longo de todas as seções retas no caso de fundições contínuas do que para produtos do tipo de fundição de lingotes. Além do mais, a fundição contínua é altamente automatizada e mais eficiente. A Prancha Colorida L mostra a fundição contínua de um aço inoxidável.
Técnicas diversas
Metalurgia do pó
Uma outra técnica de fabricação envolve a compactação de um metal em pós, seguida por um tratamento térmico para produzir uma peça mais densa. O processo é chamado de maneira apropriada por metalurgia do pó, sendo freqüentemente designada por P/M {Powder Metallurgy). A metalurgia do pó torna possível a produção de uma peça virtualmente não-porosa que possui propriedades quase equivalentes às do material de origem totalmente denso. Os processos de difusão durante o tratamento térmico são fundamentais para o desenvolvimento dessas propriedades. Esse método é especialmente adequado para metais que possuem baixas ductilidades, uma vez que existe a necessidade da ocorrência de apenas uma pequena deformação plástica das partículas pulverizadas. Metais que possuem temperaturas de fusão elevadas são difíceis de serem derretidos e fundidos, e a fabricação é acelerada com a utilização da P/M. Ademais, peças que exigem tolerâncias dimensionais muito restritas (como, por exemplo, buchas e engrenagens) podem ser produzidas de maneira econômica utilizando essa técnica. O padrão decorativo na lâmina da faca que está mostrada na Prancha Colorida C é produzido utilizando uma técnica de metalurgia do pó.
Soldagem 
Em um certo aspecto, a soldagem pode ser considerada uma técnica de fabricação. Na soldagem, duas ou mais peças metálicas são unidas para formar uma única peça, em casos em que a fabricação de uma peça única é cara ou inconveniente. Tanto metais similares como dissimilares podem ser soldados. A ligação de união é metalúrgica (envolvendo alguma difusão), em vez de ser somente mecânica, como acontece com os casos em que as peças são rebitadas ou aparafusadas. Existe uma variedade de métodos de soldagem, incluindo a soldagem a arco e a soldagem a maçarico, bem como a solda-brasagem (ou solda forte) e a solda branca (ou solda fraca ou solda de estanho). Durante a soldagem a arco e a soldagem a maçarico, as peças a serem unidas e o material de enchimento (isto é, o bastão ou eletrodo de solda) são aquecidos até uma temperatura suficientemente elevada para fazer com que ambos se fundam; com a solidificação, o material de enchimento forma uma junção fundida entre as peças de trabalho. Dessa forma, existe uma região adjacente à solda que pode ter experimentado alterações microestruturais e de suas propriedades; essa região é conhecida por
zona termicamente afetada (algumas vezes abreviada por ZTA). Dentre as possíveis alterações, pode-se incluir o seguinte:
1. Se o material da peça de trabalho foi previamente trabalhado a frio, essa zona termicamente afetada pode ter experimentado uma recristalização e um crescimento dos grãos, e dessa forma, uma diminuição da resistência, da dureza e da tenacidade.
2. Com o resfriamento, tensões residuais podem se formar nessa região, as quais enfraquecem a junta.
3.Para aços, o material nessa zona pode ter sido aquecido até temperaturas que são suficientemente elevadas para pro mover a formação de austenita. Com o resfriamento à temperatura ambiente, os produtos microestruturais que se formam dependem da taxa de resfriamento e da composição da liga. Para aços comuns ao carbono que possuem baixas endurecibilidades, normalmente estarão presentes perlita e uma fase proeutetóide. Contudo, para aços-liga, um produto microestrutural pode ser a martensita, a qual é normalmente indesejável, pois é muito frágil.
4. Alguns aços inoxidáveis podem ser "sensitizados" durante a soldagem, o que os torna suscetíveis à corrosão intergranular, Uma técnica de junção relativamente moderna é aquela por soldagem por raio laser, onde um raio laser intenso e com elevada focalização é usado como fonte de calor. O raio laser derrete o metal original e, mediante solidificação, uma junção fundida é produzida; freqüentemente não existe a necessidade de se utilizar um material de enchimento. Algumas das vantagens dessa técnica são as seguintes:
 (1) este é um processo onde não existe contato, o que elimina a distorção mecânica das peças de trabalho; 
(2) ela pode ser rápida e altamente automatizada; 
(3) a alimentação de energia à peça é baixa e, portanto, o tamanho da zona termicamente afetada é mínimo; 
(4) as soldas podem ter um tamanho diminuto e ser muito precisas; 
(5) uma grande variedade de metais e ligas pode ser unida utilizando essa técnica;
(6) são possíveis soldas com ausência de porosidade e com resistências iguais ou superiores àquela do metal de base. A soldagem utilizando raio laser é usada intensamente nas indústrias automotivas e de produtos eletrônicos, onde são necessárias soldas com qualidade elevada e com rápida taxa de soldagem. Além dos raios laser, os feixes de elétrons também podem ser usados como fonte de calor para a soldagem de metais; a Prancha Colorida K mostra a microestrutura dentro da vizinhança de uma junta soldada por feixe de elétrons.
Ligas Ferrosas
As ligas ferrosas aquelas onde o ferro é o constituinte principal são produzidas em maior quantidade do que qualquer outro tipo de metal. Essas ligas são especialmente importantes comomateriais de construção em engenharia. Seu amplo uso é o resultado de três fatores: (1) compostos que contêm ferro existem em quantidades abundantes no interior da crosta terrestre; (2) o ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração, beneficiamento, formação de ligas e fabricação relativamente econômicas; e (3) as ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem principal de muitas ligas ferrosas é a suscetibilidade à corrosão. Esse capítulo discute composições, microestruturas e propriedades de um número de diferentes classes de aços e ferros fundidos.
1.1 Aços
Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga; existem milhares de ligas que possuem composições e/ou tratamentos térmicos diferentes. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que é normalmente inferior a l%. Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo com a sua concentração de carbono, quais sejam, os tipos com baixo, médio e elevado teor de carbono. Também existem subclasses dentro de cada grupo, de acordo com as concentrações de outros elementos de liga. Os aços comuns ao carbono contêm apenas concentrações residuais de impurezas além do carbono e de um pouco de manganês. No caso de aços-liga, mais elementos de liga são adicionados intencionalmente em concentrações específicas.
Aços com baixo teor de carbono
Dentre todos os tipos diferentes de aços, aqueles produzidos em maior quantidade se enquadram dentro da classificação de baixo teor de carbono. Esses aços contêm geralmente menos que aproximadamente 0,25%p C e não respondem a tratamentos térmicos objetivados a formar martensita; um aumento de resistência é obtido através de trabalho a frio. As microestruturas consistem nos microconstituintes ferrita e perlita. Como conseqüência, essas ligas são relativamente moles e fracas, porém possuem uma ductilidade e uma tenacidade excepcionais; além disso, são usináveis, soldáveis e, dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos. Aplicações típicas para esses tipos de aço incluem os componentes de carcaças de automóveis, formas estruturais (vigas I, canaletas e ferros angulados) e chapas usadas em tubulações, edificações, pontes e latas estanhadas. comuns ao carbono com baixo teor de carbono. Em geral, eles possuem um limite de escoamento de 275 MPa (40.000 psi), limites de resistência à tração entre 415 e 550 MPa (60.000 e 80.000 psi), e uma ductilidade de 25%AL.
Um outro grupo de ligas com baixo teor de carbono são os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL ou HSLA HighStrength, Low-Alloy). Eles contêm outros elementos de liga, tais como o cobre, o vanádio, o níquel e o molibdênio, em concentrações combinadas que podem ser tão elevadas quanto 10%, e possuem maiores resistências do que os aços comuns ao carbono com baixo teor de carbono. 
A maioria pode ter sua resistência aumentada mediante tratamento térmico, dando limites de resistência à tração superiores a 480 MPa (70.000 psi); ademais, eles são dúcteis, conformáveis, e podem ser usinados Em meio a atmosferas normais, os aços HSLA são mais resistentes à corrosão do que os aços comuns ao carbono, os quais eles substituíram em muitas aplicações onde a resistência estrutural é um fator crítico (por exemplo, pontes, torres, colunas de suporte em prédios altos e vasos de pressão)
Aços com médio teor de carbono
 Os aços com médio teor de carbono possuem concentrações de carbono entre aproximadamente 0,25 e 0,60%p. Essas ligas podem ser tratadas termicamente por austenitização, tempera, e depois revenimento para melhorar as suas propriedades mecânicas. Elas são utilizadas mais freqüentemente na condição revenida, tendo as microestruturas da martensita revenida. Os aços comuns ao carbono com médio teor de carbono possuem baixas endurecibilidades e podem ser termicamente tratados com sucesso somente em seções muito delgadas e com taxas de resfriamento muito rápidas. Adições de cromo, níquel e molibdênio melhoram a capacidade dessas ligas de serem termicamente tratadas dando origem a uma variedade de combinações resistência-ductilidade. Essas ligas termicamente tratadas são mais resistentes do que os aços com baixo teor de carbono, porém com o sacrifício de ductilidade e tenacidade. As suas aplicações incluem as rodas e os trilhos de trens, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas e componentes estruturais de alta resistência que exigem uma combinação de elevada resistência, resistência à abrasão e tenacidade.Também estão incluídos alguns comentários em relação aos esquemas de designação. A Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE Society of Automotive Engineers), o Instituto Americano do Ferro e do Aço (AISI - American Iron and Steel Institute), e a Sociedade Americana para Ensaios e Materiais {ASTM American Society for Testing and Materials) são responsáveis pela classificação e a especificação dos
aços, bem como de outras ligas. A designação da AISI/SAE para esses aços consiste em um número com quatro dígitos: os dois primeiros dígitos indicam o conteúdo da liga; os dois últimos dígitos indicam o teor de carbono. Para aços comuns ao carbono, os dois primeiros dígitos são 1 e 0; os aços-liga são designados por outras combinações de dois dígitos iniciais (por exemplo, 13, 41, 43). O terceiro e o quarto dígitos representam a porcentagem em peso de carbono multiplicada por 100. Por exemplo, um aço 1060 é um aço comum ao carbono que contém 0,60%p C. Um sistema de numeração unificado (UNS Uniform Numbering System) é usado para indexar de maneira uniforme tanto as ligas ferrosas como as ligas não ferrosas. Cada número UNS consiste em um prefixo contendo uma única letra, seguido por um número com cinco dígitos. A letra é um indicativo da família de metais à qual uma liga pertence. A designação UNS para essas ligas começa com um G, seguido pelo número AISI/SAE; o quinto dígito é um zero. 
Aços com alto teor de carbono
Os aços com alto teor de carbono, que possuem normalmente teores de carbono entre 0,60 e l,4%p, são os mais duros, mais resistentes e, porém, os menos dúcteis dentre todos os aços carbono. Eles são quase sempre usados em uma condição endurecida e revenida e, como tal, são especialmente resistentes ao desgaste e à abrasão e capazes de suportar um fio de corte atilado. Os aços para ferramentas e matrizes são ligas com alto teor de carbono, contendo geralmente cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio. Esses elementos de liga combinam-se com o carbono para formar compostos à base de carbeto que são muito duros e resistentes ao desgaste e à abrasão (por exemplo, Cr23C6, V4C3 e WC). Esses aços são utilizados como ferramentas de corte e matrizes para a modelação e a conformação de materiais, bem como para a fabricação de facas, lâminas de corte, lâminas de serras para metais, molas e arames com alta resistência. 
Aços inoxidáveis
Os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão (oxidação superficial) em uma variedade de ambientes, especialmente a atmosfera ambiente. Seu elemento de liga dpredominante é o cromo; é necessária uma concentração de cromo de pelo menos 11 %p. A resistência à corrosão também pode ser melhorada através de adições de níquel e molibdênio. Um automóvel Ford 1936 que possui uma carcaça em aço inoxidável desprovida de pintura está mostrada na Prancha Colorida A. Os aços inoxidáveis estão divididos em três classes com base na fase constituinte predominante na sua microestrutura, quais sejam: martensítica, ferrítica ou austenítica. Os aços inoxidáveis martensíticos são capazes de serem submetidos a tratamento térmico de tal maneira que a martensita seja o seu microconstituinte principal. A adição de elementos de liga em concentrações significativas produz alterações dramáticas no diagrama de fases ferro-carbeto de ferro. Para os aços inoxidáveisausteníticos, o campo de fases da austenita (ou fase y) se estende até a temperatura ambiente. Os aços inoxidáveis ferríticos são compostos pela fase ferrita a (CCC). Os aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos são endurecidos e têm sua resistência aumentada mediante deformação plástica a frio, uma vez que eles não são tratáveis termicamente. Os aços inoxidáveis austeníticos são os mais resistentes à corrosão, devido aos elevados teores de cromo e também às adições de níquel; e eles são produzidos nas maiores quantidades. Tanto os aços inoxidáveis martensíticos quanto os aços inoxidáveis ferríticos são magnéticos; os aços inoxidáveis austeníticos não são. Alguns aços inoxidáveis são usados com freqüência a temperaturas elevadas e em meio a ambientes severos, uma vez que eles resistem à oxidação e mantêm as suas integridades mecânicas sob essas condições; o limite superior de temperatura em uma atmosfera oxidante é de aproximadamente 1000°C (1800°F). Os equipamentos que empregam esses aços são as turbinas a gás, caldeiras de vapor de alta temperatura, fornos de tratamento térmico, aeronaves, mísseis e unidades geradoras de energia nuclear. Um aço inoxidável de resistência ultra-alta (17-7PH), que é incomumente forte e resistente à corrosão. O aumento de resistência é obtido através de tratamentos térmicos de endurecimento por precipitação.
1.2 Ferro Fundido
Pelo conhecimento do diagrama do equilíbrio Fe-C, costuma-se definir ferro fundido como “as ligas Fe-C cujo teor de carbono se situa acima 2,0% aproximadamente”. Face à influência do silício nessa liga, sobretudo sob o ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro é normalmente considerado um “liga ternária Fe-C-Si”, pois o silício está freqüentemente presente em teores superiores ao do próprio carbono. Por outro lado, em função de sua constituição estrutural, o carbono está geralmente presente, em grande parcela, na forma “livre”.
Nessas condições, a definição de ferro fundido adotada nesta obra será a seguinte:
Ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita.
Dentro da denominação geral de “ferro fundido”, podem ser distinguidos os seguintes tipos de liga:
Ferro fundido cinzento
Cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura em que uma parcela relativamente grande do carbono está no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela no estado combinado (Fe3C);
Ferro fundido branco
Cuja fratura mostra uma coloração clara (donde a sua denominação), caracterizado por apresentar ainda como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício, mas cuja estrutura, devido às condições de fabricação e menor teor de silício, apresenta o carbono quase inteiramente na forma combinada (Fe3C);
Ferro fundido mesclado 
Cuja fratura mostra uma coloração mista entre branca e cinzenta (donde a sua denominação), caracterizado igualmente por uma mescla de proporções variáveis de ferro fundido branco e ferro fundido cinzento;
Ferro fundido maleável
Caracterizado por ser obtido a partir do ferro fundido branco, mediante um tratamento térmico especial (maleabilização), resultando numa transformação de praticamente todo o ferro combinado em grafita na forma de nódulos (em vez de veios ou lamelas);
Ferro fundido nodular 
Por apresentar, devido a um tratamento realizado ainda no estado líquido, carbono livre na forma de grafita esferoidal, o que confere ao material característica de boa ductilidade, donde a denominação freqüente para esse material de ferro fundido dúctil.
-Ferro fundido de grafita compactada – caracterizado pelo fato da grafita apresentar-se em “escamas”, ou seja, com a forma de plaquetas ou estrias, motivo pelo qual tem sido também designado por “quasi-escama”. Outras denominações são: escama agregada, semi-ondular e vermicular. É um produto que, como o ferro nodular, exige adição de elementos especiais como terras raras, com um elemento adicional, como o titânio, que reduz a formação de grafita esferoidal. O ferro de grafita compactada pode ser considerado um material intermediário entre o ferro fundido cinzento e o ferro nodular; possui a fundibilidade do ferro fundido cinzento, com melhor resistência mecânica e alguma ductilidade. Sua comercialização é relativamente recente.
A faixa de composição dos cinco principais tipos de ferros fundidos, sem elementos de liga, está indicada na Tabela 159 (293).
 
  
2 – Ligas não Metálicas
Ligas não ferrosas
O aço e outras ligas ferrosas são consumidos em quantidades extraordinariamente grandes, pois eles possuem uma enorme variedade de propriedades mecânicas, podem ser fabricados com relativa facilidade, e são econômicos de serem produzidos. Entretanto, eles possuem algumas limitações bem definidas, principalmente as seguintes: (1) densidade relativamente alta, (2) condutividade elétrica comparativamente baixa, e (3) suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes usuais. Assim sendo, para muitas aplicações, torna-se vantajoso ou até mesmo necessário utilizar outras ligas que possuam combinações de propriedades mais apropriadas. Os sistemas de ligas são classificados ou de acordo com o seu metal básico, ou de acordo cora alguma característica que um grupo de ligas compartilha. Esse capítulo discute os seguintes metais e sistemas de ligas: ligas de cobre, alumínio, magnésio e titânio, os metais refratários, as superligas, os metais nobres e ligas variadas, incluindo aquelas que possuem níquel, chumbo, estanho, zircônio e zinco como metais básicos. 
Ocasionalmente é feita uma distinção entre as ligas fundidas e forjadas. As ligas tão frágeis que uma modelação ou uma conformação através de uma deformação apreciável não são em geral possíveis, são fundidas; essas são classificadas como ligas fundidas. Por outro lado, aquelas ligas que são suscetíveis a deformação mecânica são conhecidas por ligas forjadas. Ademais, a tratabilidade térmica de um sistema de ligas é mencionada com freqüência. O termo "tratável termicamente" se aplica a uma liga cuja resistência mecânica é melhorada através de um processo de endurecimento por precipitação ou de uma transformação martensítica (normalmente o primeiro processo), ambos os quais envolvem procedimentos específicos de tratamento térmico. 
2.1 - Cobre e suas ligas
O cobre e as ligas baseadas no cobre, que possuem uma combinação desejável de propriedades físicas, têm sido utilizados em uma ampla variedade de aplicações desde a antigüidade. O cobre, quando não se encontra na forma de ligas, é tão mole e dúctil que é muito difícil de ser usinado; ainda, ele possui uma capacidade quase ilimitada de ser submetido a deformação plástica a frio. Além disso, ele é altamente resistente à corrosão em diversos ambientes, que incluem a atmosfera ambiente, a água do mar e alguns produtos químicos industriais. As propriedades mecânicas e de resistência à corrosão do cobre podem ser aprimoradas pela formação de ligas. A maioria das ligas de cobre não pode ser endurecida ou ter a sua resistência melhorada através de procedimentos de tratamento térmico; conseqüentemente, a deformação plástica a frio e/ou a formação de ligas por solução sólida devem ser utilizadas para melhorar essas propriedades mecânicas.
As ligas de cobre mais comuns são os latões, onde o zinco, na forma de uma impureza substitucional, é o elemento de liga predominante. a fase a é estável para concentrações de até aproximadamente 35%p Zn. Essa fase possui uma estrutura cristalina CFC, e os latões a são relativamente moles, dúcteis e facilmente submetidos a deformação plástica a frio. As ligas de latão que possuem um teor de zinco mais elevado contêm tanto as fases a quanto fB' à temperaturaambiente. A fase /3' possui uma estrutura cristalina CCC ordenada, e é mais dura e mais resistente do que a fase a; conseqüentemente, as ligas a + (3' são, em geral, deformadas a quente. Alguns dos tipos de latão mais usuais são o latão amarelo, o latão naval, o latão para cartuchos, o metal muntz e o metal de douradura. Alguns dos usos mais comuns para as ligas de latão incluem as bijuterias, cápsulas para cartuchos, radiadores automotivos, instrumentos musicais, embalagem para componentes eletrônicos e moedas.
Os bronzes são ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o estanho, o alumínio, o silício e o níquel. Essas ligas são relativamente mais resistentes do que os latões, porém ainda possuem um elevado nível de resistência à corrosão. As ligas de cobre endurecíveis por precipitação mais comuns são as ligas cobre-berílio. Elas possuem uma excelente combinação de propriedades: limites de resistência à tração tão altos quanto 1400 MPa (200.000 psi), excelentes propriedades elétricas e de resistência à corrosão, além de resistência à abrasão quando lubrificadas da maneira apropriada; elas podem ser fundidas, deformadas a quente ou deformadas a frio. São obtidas resistências elevadas através de tratamentos térmicos de endurecimento por precipitação. Essas ligas são caras devido às adições de berílio, que se situam na faixa de 1,0 a 2,5%p. Suas aplicações incluem os mancais e as buchas do trem de pouso de aeronaves a jato, molas e instrumentos cirúrgicos e dentários. 
2.2 - Alumínio e suas ligas
O alumínio e suas ligas são caracterizados por uma densidade relativamente baixa (2,7 g/cm3, em comparação com uma densidade de 7,9 g/cm3 para o aço), condutividades elétrica e térmica elevadas, e uma resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, incluindo a atmosfera ambiente. Muitas dessas ligas são conformadas com facilidade em virtude das suas elevadas ductilidades; isso fica evidente através das finas folhas de papel alumínio nas quais o material relativamente puro pode ser laminado.
Uma vez que o alumínio possui uma estrutura cristalina CFC, a sua ductilidade é mantida até mesmo em temperaturas reduzidas. A principal limitação do alumínio está na sua baixa temperatura de fusão [660°C (1220°F)], o que restringe a temperatura máxima em que o alumínio pode ser utilizado.
A resistência mecânica do alumínio pode ser aumentada através de deformação plástica a frio e mediante a formação de ligas; entretanto, ambos os processos tendem a diminuir a resistência à corrosão. Os principais elementos de liga incluem o cobre, o magnésio, o silício, o manganês e o zinco. As ligas que não são tratáveis termicamente consistem em uma única fase, para as quais um aumento na resistência é obtido através do endurecimento por solução sólida. Outras ligas são tornadas termicamente tratáveis (capazes de serem submetidas a tratamento de endurecimento por precipitação) como resultado do processo de formação da liga. Em várias dessas ligas, o endurecimento por precipitação é devido à precipitação de dois elementos que não o alumínio para formar um composto intermetálico, tal como o MgZn2. 
Em geral, as ligas de alumínio são classificadas ou como fundidas ou como forjadas. As composições para ambos os tipos são designadas por um número com quatro dígitos, o qual indica quais as principais impurezas presentes e, em alguns casos, o nível de pureza. Para as ligas forjadas, existe uma vírgula, decimal localizada entre os dois últimos dígitos. Após esses dígitos, existe um hífen e a designação de revenimento básica uma letra e, possivelmente, um número de um a três dígitos, que indica o tratamento mecânico e/ou térmico ao qual a liga foi submetida. Por exemplo, F, H e O representam, respectivamente, os estados "como fabricado", "encruado" e "recozido"; T3 significa que a liga foi tratada termicamente por solubilização, submetida a deformação plástica a frio, e então envelhecida naturalmente (endurecida por envelhecimento). Um tratamento térmico por solubilização seguido por um envelhecimento artificial é indicado por T6. Algumas das aplicações mais comuns das ligas de alumínio incluem as peças estruturais de aeronaves, latas de bebidas, carcaças de ônibus e peças automotivas (blocos do motor, pistões e tubos de distribuição).
Recentemente, têm sido dadas atenções às ligas de alumínio e outros metais de baixa densidade (por exemplo, Mg e Ti) como materiais de aplicação em engenharia na área de transporte, com o objetivo de efetuar reduções no consumo de combustíveis. Uma característica importante desses materiais é a resistência específica, que é quantificada através da razão entre o limite de resistência à tração e a gravidade específica. Embora uma liga de um desses materiais possa ter um limite de resistência à tração inferior ao de um material mais denso (como o aço), com base no peso ele será capaz de suportar uma carga maior. Uma geração de novas ligas alumínio-lítio foi recentemente desenvolvida para uso pelas indústrias aeronáutica e aeroespacial. Esses materiais possuem densidades relativamente pequenas (entre aproximadamente 2,5 e 2,6 g/cm3), módulos específicos elevados (razões módulo de elasticidade-gravidade específica), e excelentes propriedades de fadiga e tenacidade a baixas temperaturas. Além disso, alguns deles podem ser endurecidos por precipitação. Entretanto, esses materiais são de fabricação mais cara do que as ligas de alumínio convencionais, pois são exigidas técnicas de processamento especiais como resultado da reatividade química do lítio.
2.3 - Magnésio e as suas ligas
Talvez a característica mais excepcional do magnésio seja a sua densidade de 1,7 g/cm3, que é a mais baixa dentre todos os metais estruturais; dessa forma, as suas ligas são usadas onde um peso leve é consideração importante (por exemplo, em componentes de aeronaves). O magnésio possui uma estrutura cristalina HC, é relativamente mole, e tem pequeno módulo de elasticidade: 45 GPa (6,5 X IO5 psi). Na temperatura ambiente, o magnésio e as suas ligas são difíceis de serem deformados; de fato, apenas uma pequena intensidade de deformação plástica a frio pode ser imposta sem um recozimento. 
Conseqüentemente, a maior parte da fabricação se dá por fundição ou por deformação a quente a temperaturas entre 200 e 35O°C (400 e 650°F). O magnésio, tal como o alumínio, possui uma temperatura de fusão relativamente baixa [651°C (1204°F)]. Quimicamente, as ligas de magnésio são relativamente instáveis e especialmente suscetíveis à corrosão em ambientes marinhos.
Por outro lado, a resistência à corrosão ou à oxidação é razoavelmente boa em uma atmosfera normal; acredita-se que esse comportamento seja devido a impurezas, em vez de ser uma característica inerente às ligas de Mg. O pó de magnésio finamente dividido entra em ignição facilmente quando aquecido ao ar; conseqüentemente, deve-se tomar cuidado ao se manusear esse material nesse estado.
Essas ligas também são classificadas como fundidas ou forjadas, e algumas delas são termicamente tratáveis. O alumínio, o zinco, o manganês e algumas terras-raras são os principais elementos de liga. Também é utilizado um esquema de designação composição-revenimento semelhante àquele usado para as ligas de alumínio. 
Essas ligas são usadas em aplicações nas indústrias de aeronaves e mísseis,
bem como em malas de bagagens. Além do mais, nos últimos anos a demanda por ligas de magnésio aumentou drasticamente em uma gama de indústrias diferentes. Para muitas aplicações, as ligas de magnésio substituíram os. plásticos de engenharia que possuem densidades comparáveis, uma vez que os materiais à base de magnésio são mais rígidos, mais recicláveis e menos caros para serem produzidos. Por exemplo, o magnésio é empregado hoje em dia em uma variedade de dispositivos portáteis de mão (por exemplo, motosserras, ferramentas mecânicas, tesouras de aparar), em automóveis (por exemplo, volantes e colunas,
estruturas de assentos, caixas de transmissão),e em equipamentos de áudio-vídeo-computação-comunicação (por exemplo, computadores portáteis, câmaras de vídeo, aparelhos de televisão, telefones celulares).
2.4 - Titânio e as suas ligas
O titânio e as suas ligas são materiais relativamente novos em engenharia, que possuem uma extraordinária combinação de propriedades. O metal puro tem densidade relativamente baixa (4,5 g/cm3), elevado ponto de fusão [1668°C (3035°F)], e um módulo de elasticidade de 107 GPa (15,5 X IO6 psi). As ligas de titânio são extremamente resistentes; é possível obter limites de resistência à tração à temperatura ambiente tão elevados quanto 1400 MPa (200.000 psi), produzindo resistências específicas excepcionais. Ademais, as ligas são muito dúcteis e facilmente forjadas e usinadas. A principal limitação do titânio está na sua reatividade química com outros materiais a temperaturas elevadas. Essa propriedade exigiu o desenvolvimento de técnicas não-convencionais de beneficiamento, fusão e fundição; conseqüentemente, as ligas de titânio são bastante caras. 
Apesar dessa elevada reatividade a temperaturas mais altas, a resistência à corrosão das ligas de titânio nas temperaturas normais é incomumente alta; elas são virtualmente imunes ao ar, a ambientes marinhos e a uma variedade de ambientes industriais. Essas ligas são normalmente utilizadas nas estruturas de aeronaves, em veículos espaciais e nas indústrias do petróleo e química.
Conclusão
Ao longo dos tempos houve uma grande evolução na história dos metais. Futuramente continuaremos dependentes destes materiais. O avanço tecnológico conduz-nos a necessidades cada vez mais complexas, tanto no que toca à indústria como à sociedade, obriga a uma constante evolução dos processos industriais o que por sua vez trás consigo produtos com maior qualidade, funcionalidade e durabilidade. As ligas leves de alumínio serão ainda mais utilizadas nos automóveis e novas superligas serão criadas com as mais diferentes utilizações. Uma delas, por exemplo, será a criação de uma liga resistente à radiação o que permitirá que as centrais nucleares funcionem durante mais tempo e em segurança. Apesar de tudo, durante muitos anos o aço continuará a ser a liga com maior expressão e utilização, isto porque para além do seu baixo custo de produção, apresenta uma enorme facilidade em adaptar as suas características ao objetivo pretendido. Como vimos anteriormente, basta adicionar diferentes compostos à liga de ferro para que esta tenha propriedades distintas das iniciais. Nesta fase em que vivemos onde os recursos naturais estão em risco, a sustentabilidade ambiental é um fator a ter em conta nos materiais utilizados nas mais diferentes áreas no dia-a-dia. É essencial examinar os todos os produtos de modo a que possam ser encontradas maneiras de minimizar o seu impacto ambiental. Assim sendo, a era dos novos materiais pretende dar resposta às necessidades humanas atuais de forma sustentável. A sustentabilidade conduz-nos à necessidade de reciclar. Como é visível observar, os metais podem de fato serem reciclados, apresentando benefícios tanto para o homem como para a natureza. Existe uma poupança significativa de energia e de minério em nosso planeta, assim sendo, poderemos continuar a usufruir dos recursos naturais, mas com moderação para que possam ser aproveitados pelas gerações futuras. As leis e normas existentes têm de ser cumpridas de modo a que tudo o que foi dito anteriormente possa ser alcançado. É necessário haver um limite entre os lucros das empresas que efetuam as explorações e as suas consequências nos locais onde atuam. Para que possamos ter um progresso sustentável é fundamental reunirmos as condições certas de modo a não comprometer o nosso destino, assim sendo a reciclagem e a renovação das áreas exploradas são fatores essenciais para manutenção no futuro.
Referências Bibliográficas
Ciência e engenharia dos materiais – Willian Callister 5ª Edição
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/ligas-metalicas.htm
https://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100620055507AAJuQu6
http://adaoreinaldo.blogspot.com.br/2010/06/importancia-e-aplicacoes-das-ligas.html
http://faculdadeinap.edu.br/materiais_didaticos_disciplinas/materiais%20e%20tecnologia/metais_e_ligas_metlicas.pdf
https://pt.wikipedia.org/wiki/Liga_met%C3%A1lica
http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=134