AULA_28_MAT_DE_CONST_MEC

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
OCB
Prof. Dr.Odney Carlos Brondino
1Provérbio chinês: 
“Escuto e Esqueço, Vejo e Lembro, Faço e Aprendo.”
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�O Ni é comumente obtido dos sulfetos de minerais de milerita e pentlandita (FeNi9S8),
pentlandita Nicolitagarnierita millerita pirrotina
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associados a outros sulfetos metálicos, freqüentemente acompanhados de cobre e
cobalto.
�Outro minerais: garnierita ou silicato hidratado de níquel e magnésio, pirrotina, nicolita.
�Os sulfetos destes minerais contribuem com mais de 90% do níquel extraído.
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�O nome níquel deriva de “kupfernickel”, referência dada a nicolita pelos mineiros
alemães quando a identificaram no século XVII.
�Retatos indicam que, moedas japonesas (800 anos a.C). e gregas (300 anos a.C)
continham (Ni-Cu).
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� Nos anos 300 ou 400 a.C. fabricavam-se armas contendo Fe e Ni entre 5 a 15%.
�Em 1751, Axel Frederich Cronstedt descreveu que havia detectado níquel metálico;
�Em 1755, o químico sueco Torbern Bergman confirmou seu trabalho.
�Em1820 Michael Faraday � liga sintética de ferro-níquel � início das ligas Ni ao aço.
� Grande contribuição para o desenvolvimento industrial do mundo.
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
NÍQUEL – CARACTERÍSTICAS
�O Ni possui boas propriedades mecânicas e tecnológicas, aliado à elevada resistência
à corrosão
�Estima-se que na crosta terrestre o níquel não exceda os 0,01%
�24o metal mais abundante na Terra
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�24 metal mais abundante na Terra
�Ponto de Fusão: 1455 ºC
�Densidade: 8,91 g/cm3
�Estrutura cristalina: (CFC)
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
NÍQUEL – Maiores Produtores
País
Produção 
(Em mil toneladas)
2005 2006 2007
Rússia 315 320 322
Canadá 198 230 258
Austrália 189 191 180
Indonésia 160 145 145
6
Indonésia 160 145 145
Nova Caledônia 112 112 119
Colômbia 89 90 99
Brasil 74 82 81
China 77 79 80
Cuba 72 74 77
República 
Dominicana 46 46 47
África do Sul 42 41 42
http://www.dnpm.gov.br/conteudo.asp?IDSecao=68&IDPagina=39
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
�O Ni possui um elevado custo quando comparado aos demais metais não ferrosos.
Bolsa de Metais de Londres (LME)
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
O processo de purificação do Ni é feito em várias etapas a partir do minério:
1. britagem,
2. moagem, redução em fornos,
3. lixiviação amoniacal,
4. filtragem e
5. secagem do carbonato.
Lixiviação: Operação de separar de certas substâncias, 
por meio de lavagem, os sais nelas contidos. 
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6. lixiviação do carbonato de níquel em meio sulfúrico, com posterior fase de
purificação;
7. Após a solução é submetida à etapa de extração por solvente, onde se obtém duas
linhas de eletrólitos: níquel e cobalto.
8. Esses produtos alimentam as salas de eletrólise, onde se retiram as produções de
níquel e cobalto eletrolítico.
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Um dos métodos eficazes e econômicos de se purificar metais é através da eletrólise.
Cátodo: É o eletrodo negativo que atrai cátions, e é
nele que ocorre a redução do cátion.
�A eletrólise ocorre em células eletrolíticas, com dois eletrodos ligados aos terminais de
um gerador de corrente contínua.
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Ânodo: O eletrodo positivo que atrai ânions e , por
isso, aqui se dá a oxidação do ânion.
�O Ni com impurezas funciona como ânodo numa solução aquosa que funciona como
eletrólito (dentro da célula eletrolítica). O Cátodo da célula é o próprio Ni com alto grau
de pureza.
�O Ni é transferido do ânodo para o cátodo enquanto que as impurezas ficam em
solução. O Ni no estado puro se acumula no cátodo e desta forma pode ser utilizado.
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
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APARÊNCIA: BRILHANTE, METÁLICO, E PRATEADO COM UM TOQUE DOURADO
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
NÍQUEL – ASPECTO
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�A principal aplicação do níquel eletrolítico
�no mercado externo é para a fabricação de aço inox e tratamentos em superfície;
�no mercado interno as aplicações do minério de níquel, do carbonato de níquel e do
níquel eletrolítico são direcionadas à elaboração de: aço inox-siderurgia, fundidos de
ferro e aço (liga), galvanoplastia, ligas com cobre e alumínio, ligas eletroeletrônicas e
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ferro e aço (liga), galvanoplastia, ligas com cobre e alumínio, ligas eletroeletrônicas e
superligas, fabricação de componentes mecânicos , produtos químicos.
�No Brasil, as minas estão concentradas : Piauí, Pará, Bahia e Goiás, e são exploradas
pelas empresas Anglo American Brasil Ltda, Companhia Vale do Rio Doce, Mirabela
Mineração e Grupo Votorantim,
�mas a segunda maior reserva de Níquel do mundo fica em Minas Gerais na cidade de
Ipanema.
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
NÍQUEL – PROPRIEDADES
�É dúctil e tenaz
�Apresenta boa resistência mecânica à frio e à quente (cerca de 500 MPa)
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�Algumas ligas têm elevada tenacidade e resistência a temperaturas sub-zero
�Outras ligas têm elevada resistência mecânica até 1200ºC, mantendo a resistência à
corrosão (SUPERLIGAS)
�Apresenta excelente resistência à corrosão (exceção para atmosferas sulfurosas)
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Ni puro, apresenta características mecânicas próximas dos aços comuns baixo %C;
�Excelente condutividade térmica e elétrica;
�Excelentes propriedades magnéticas;
NÍQUEL – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS (Cont.)
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OUTRAS GENERALIDADES
�É o décimo material consumido no mundo;
�É das ligas de aplicação industrial mais recente
�Existem várias séries de ligas com várias designações – Monel, Inconel, Incoloy, 
Nimonic, Hastelloy, entre outras.
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
NÍQUEL – CONSUMO
15Fonte: QNI - Stainles Steel Conference em Bruxelas, Bélgica
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
� Ni - puro
� Ni-Al (Duraníquel)
� Ni-Cu (monel) e Ni-Cu-Al (monel K)
� Ni- Cr-Mo-Al (Inconel)
PRINCIPAIS LIGAS DE NÍQUEL
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� Ni- Cr-Mo-Al (Inconel)
� Ni-Mo (Hastelloy)
� Alnico (Fe-Al-Ni-Co)
� Ni-Ti (liga com memória de forma)
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Ligas com 99,5 a 99,99 %Ni
�Contém como “impureza” principalmente o Co
�Boa resistência mecânica (aço baixo %C) aliado à elevada resistência à corrosão
NÍQUEL COMERCIALMENTE PURO (classe 200)
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�Relativa resistência a quente
�Aplicações
•Equipamentos para processamento de alimentos, partes elétricas e eletrônicas,
materiais para ambientes básicos, partes de foguetes, trocadores de calor em elevada
temperatura
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
� Liga de alta resistência mecânica
� Excelente propriedades elásticas
� Endurecido por precipitação (Ni3AlTi na matriz)
� APLICAÇÕES:
LIGAS DE NÍQUEL – DURANÍQUEL (Ni-Al) – Classe 300
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� Palheta de bombas e turbinas, Molas, Eixos,
etc.
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
Ni 60-70%– Cu 29%
� Pode conter Fe, Si, S, C e Mn
� Tem resistência mecânica superior ao aço demédio carbono
LIGAS DE NÍQUEL – MONEL (Ni-Cu) – Classe 400
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� Tem resistência mecânica superior ao aço demédio carbono
� Apresenta elevada resistência à corrosão
� Apresenta elevada resitência à altas temperaturas
APLICAÇÕES:
Indústrias: Náutica, química e petroquímica Monel
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
Ni - Cu 29% -Al 3% - 0,6%Ti
� Possui alta resistência mecânica
� Apresenta elevada resistência à corrosão
LIGAS DE NÍQUEL – MONEL K (Ni-Cu-Al) – Classe K-500
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� Pode ser endurecida por precipitação forma precipitados de (Ni3(Al,Ti))
APLICAÇÕES:
� Indústria Aeronáutica (componentes), molas, eixos
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
Ni – Cr 13% – Mo 4% -Al 7%
� Boa resistência a meios oxidantes e
redutores e à carbonetação;
LIGAS DE NÍQUEL – INCONEL (Ni-Cr-Mo-Al) – Classe 600
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� Resistência a altas temperaturas
� Utilizado em lâminas de turbinas;
� Material de Adição em Soldagem;
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
LIGAS DE NÍQUEL – HASTELLOY (Ni-Mo)
� Apresenta elevada resistência à corrosão a altas temperaturas
� Alta resistência mecânica em temperaturas elevadas
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
� Componentes desta liga são geralmente fundidos;
�Boa resistência à corrosão;
LIGAS DE Ni – ALNICOS (Ligas magnéticas (Al-Ni-Co)
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�utilizadosem ambientes com elevada temperatura (500-550ºC), com excelente
estabilidade;
�Aplicações: placas magnéticas, sensores, equipamentos eletropermanentes,
levantadores de carga;
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
LIGAS DE NÍQUEL – NITINOL (Ni-Ti)
� Apresenta efeito memória de forma (Filme)
� Alto custo
APLICAÇÃO:
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APLICAÇÃO:
� indústria Aeroespacial
� Biomédica
� Robótica
As ligas de Nitinol têm 48-60%Ni e o restante de Ti.
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL
Nome UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características
Ni puro N02200 99.9Ni Recozido 350 
665
112 
560
45 
4
Revestimentos ou componentes 
para resistência a corrosão
Monel 
400
N04400 31.5Cu Recozido 546 273 37 Válvulas, bombas e permutadores 
de calor
Monel 
K500
N05500 29.5Cu,2.7Al,
1.0Fe,0.6Ti
Envelhecido 1050 770 30 Veios, molas e pás de turbina
Inconel N06600 15.5Cr, 8Fe Carbonetos 560 203 49 Equipamentos para tratamento 
Propriedades mecânicas
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Inconel 
600
N06600 15.5Cr, 8Fe Carbonetos 
dispersos
560 203 49 Equipamentos para tratamento 
térmico
Inconel 
625
N06625 21.5Cr,2.5Fe, 
9Mo, 3.6Nb
Deformado a 
frio
896 483 50
Inconel 
X750
N07750 15.5Cr, 7Fe, 
2.5Ti
Envelhecido 1241 827 25
Hastelloy 
B-2
N10665 28Mo Carbonetos 
dispersos
950 520 55 Componentes estruturais 
resistentes à corrosão e 
Hastelloy 
C276
N10276 16Cr, 16Mo, 
6Fe, 4W
792 531 60 processamento químico
Incoloy 
800
N08800 46Fe, 21Cr Carbonetos 
dispersos
623 287 37 Permutadores de calor
Incoloy 
825
N08825 21.5Cr,30Fe, 
3Mo, 2.2Cu
690 310 45
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
28
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
NickelINCOLOY
alloys 028,INCOLOYalloy 25-6MO
INCOLOY alloys 
800, 800H, 
800HT, 801, 802, 
MONEL
alloy K-500
MONEL
alloys
400 & 404
MONEL
alloy R-405
FERRY alloy 
MONEL alloy 401
INCOLOY alloys
902, 903, 907
& 909
INCONEL
alloy 783
NILO alloy K
UDIMAR 
alloys 200 & 
300
BRIGHTRAY 
alloys
B, F & 35
NIMONIC
alloys 901,
PE11 & PE16
DURANICKEL 
alloy 301
NIMONIC
alloys NIMONICalloy 90
NIMONIC
alloy 75
BRIGHTRAY 
NILO alloys 36,
42, 48, 475 & 365
NILOMAG alloy 77
INCOLOY
alloy 908
INCONEL
alloy HX
INCOLOY
alloy 864
Mo
AI TiSCu
AI
Ti
Mo
Fe Mo Fe
Cu Co Fe Fe AI, 
Ti
Fe
AI
Ti
Mo
CoAICr
30
NIMONIC alloys
105, 115 & 263
Waspaloy
UDIMET alloys
500, 520, 700,
720 & R41
INCONEL
alloy MA 758
INCONEL
alloy MA 754
INCONEL
alloys
601 & 601GC
INCONEL
alloy 600
INCONEL
alloy 690
INCOLOY
alloy 925
INCONEL
alloy 693
INCONEL
alloys
625 & 625LCF
INCONEL
alloys
X-750 & 751
INCONEL
alloy 617 Cobalt
INCONEL
alloys 706,
718 & 718SPF
INCOLOY
alloy A-286
UDIMET
alloys
L-605 & 188
INCONEL
alloys C-276,
622 & 686
INCONEL
alloy 725
NICKEL 200, 201, 205, 212 & 270
INCONEL
alloys
G-3 & 050
alloys 028,
020 & 825alloy 25-6MO
800HT, 801, 802, 
803, 890 & DS 
INCOLOY alloy 
330
alloys
80A & 81 alloy 90BRIGHTRAY alloys C & S
Fe
Mo
Mo
Cu
Fe
Cr
Mo
AI
Ti
Y2 Cr Fe
Cr Cr
AI
Cr
Cr, WFeMo NbMo WTi
AI Mo, 
Nb
Ti, AI 
Nb
Cr, AI, Mo, Co
Mo Ti AI
INCOTHERM
alloy TD
Rare earths
Si, Mo
O3 
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas
�Galvanoplastia (Revestimento protetor para chapas de aço)
�Muito usado na indústria química e alimentar
NÍQUEL – APLICAÇÕES
Stainless steel cutlery
31
�Muito usado na indústria química e alimentar
�Ligas elétricas – ferro-níquel (circuitos magnéticos);
�Fabricação de moedas em vários países;
�Fabricação de material bélico;
�Produção de aço inoxidável, juntamente com o cromo;
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Baterias (níquel-cádmio);
�Ligas anti-corrosivas e refratárias;
�Veículos espaciais e submarinos nucleares; 
�Equipamentos para reatores nucleares;
NÍQUEL – APLICAÇÕES
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�Equipamentos para indústria química e petroquímica;
�Trocadores de calor;
�Resistência elétrica ;
�Imãs (Alnico) 
�Metalurgia (ligas)
Nickel-cadmium battery
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
�Turbinas, válvulas, bombas, trocadores de calor
NÍQUEL – APLICAÇÕES
33
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
Trocadores de Calor
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Trocadores de Calor
Tratamento de Superfície - Niquelação
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
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Turbinas de Aviões
ComponentesFoguetes
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
36
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
DIAGRAMA : Ni - Al
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
DIAGRAMA : Ni - Cu
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
DIAGRAMA : Ni - Cr
39
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
DIAGRAMA : Ni - Mo
40
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
DIAGRAMA : Ni - Ti
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OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
TRATAMENTOS
•Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por solução sólida, 
endurecimento por dispersão de carbonetos e/ou por envelhecimento
•Recozimentos , Alívio de Tensões. 
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SOLUBILIZAÇÃO SEGUIDA DE PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
Tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento
Solubilização
Resfriamento
Chamado de 
envelhecimento que
pode ser
natural ou artificial
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Precipitação
natural ou artificial
Temperatura 
ambiente
Temperatura 
acima da 
ambiente
OCB
44
POR HOJE É SÓ PESSOAL!!!!
OCB
NÍQUEL E SUAS LIGAS
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