Outras Ligas não Ferrosas

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1 Outras Ligas não Ferrosas
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLIS DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL MECÂNICA - DAMM Outras Ligas não Ferrosas ProIn II – Mecânica Industrial Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng

2 LIGAS NÃO FERROSAS Ligas leves Ligas resistentes à corrosão
Ligas Be Ligas Mg Ligas leves Ligas Ti Ligas Al Ligas resistentes à corrosão Ligas Cu Ligas Ni Ligas Pb Ligas Sn Ligas baixo ponto de fusão Ligas Zn Ligas Ta Ligas W Ligas Refratárias Ligas Re Ligas Nb Ligas Mo

3 LIGAS LEVES

4  Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be)
LIGAS LEVES  Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg)

5 TITÂNIO E LIGAS

6 TITÂNIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Titânio – Metal recente (anos 50) Metal abundante, porém de difícil processamento; Quando puro é um metal fácil de se trabalhar Baixa densidade (4,5 g/cm3) Ponto de fusão “médio-alto” (T=1668ºC) Liga com excelente relação resistência/peso Elevada resistência mecânica (LR até 1400 MPa) Excelente resistência à corrosão abaixo de 550ºC Acima de 550ºC baixa resist à corrosão e fluência Elevada biocompatibilidade

7 TITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO TITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO
Descoberto na Inglaterra por William Justin Gregor em 1791, a partir do mineral ilmenita (FeTiO3). Novamente descoberto mais tarde por Heinrich Klaproth, no mineral rutilo (TiO2), que o denominou de titânio em Em 1946 William J. Kroll desenvolveu um método para produzi-lo comercialmente; O processo Kroll consiste na redução do TiCl4 com magnésio, método que continua sendo utilizado atualmente. ILMENITA RUTILO

8 TITÂNIO PURO - COMPARATIVO

9 (CCC) Cúbico de corpo centrado (HCP) hexagonal compacta
TITÂNIO PURO - FASES (CCC) Cúbico de corpo centrado (HCP) hexagonal compacta

10 TITÂNIO PURO - MICROESTRUTURA

11 TITÂNIO PURO - CARACTERÍSTICAS
99,5 a 99,0% Ti (0,08%C, 0,18 a 0,40% O, 0,20 a 0,50% Fe) oxigênio considerado elemento de liga impurezas - C, N, H melhor resistência a corrosão que as ligas de Ti excelente resistência a meios químicos (HCl, HNO3) usado na indústria de processamento de petróleo

12 Ti puro Ligas a Ligas quase a Ligas a- b Ligas b Al,O,N,H,Ga
Excelente resistência à corrosão Alguma ductilidade (apesar de ser HC) Baixa resistência mecânica Ti puro Ligas não endurecíveis por T.T. – endurecimento por solução sólida Al principal elemento de liga – até 5~6% Resistência moderada a alta temperatura Boas tenacidade, resist fluência, soldabilidade Ligas a Al,O,N,H,Ga Ligas quase a Alguma fase b numa microestrutura essencialmente a Adiciona-se Sn e Zr para manter a resistência diminuindo o Al Altas resist mecânica, tenacidade, resist fluência, soldabilidade Resist aumentada com envelhecimento (=> menor resist corrosão) V,Mo (peq.quant.) Ligas a- b Balanço conveniente de elementos => Microestrutura bifásica Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades (ou duplex) Ligas b Grande adição de V e Mo => b à temp ambiente (não é usual) Estrutura b obtida com tratamento de envelhecimento Grande ductilidade – fácil deformação a frio São soldáveis Ligas mais pesadas V,Mo,Nb,Cr,Fe,Ta

13 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA
Ti-5%Al-2,5%Sn - importante liga comercial - estrutura HCP Al e Sn estabilizam a fase a no Ti e aumentam a resistência mecânica por solução sólida. - presença de pequena quantidade de fase b devido ao Fe (0,3%) Al aumenta a resistência mecânica do Ti e diminui a densidade 250x 250x Partículas b (presença do Fe) matriz a grosseira fase a fase a acicular matriz a Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 oC e resfriado no forno durante 6 h até 788 oC e até Tamb em 2 h. Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 oC e resfriado ao ar Ti –5%Al-2,5%Sn Aquecido a 815 oC e resfriado ao ar

14 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS QUASE ALFA
- contém certa quantidade de fase b na matriz a Mo e V (1 a 2%) estabilizam a fase b Sn e Zr são adicionados para reduzir a quantidade de Al mantendo a resistência mecânica - desenvolvido para aplicações em motores de aviões 250x 250x grãos b grãos a fase a fase a acicular fase b Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 899 oC Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 1004 oC e resfriado ao ar

15 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA-BETA
contém um ou mais elementos estabilizadores da fase b liga mais importante Ti-6%Al-4%V são ligas endurecidas por tratamento térmico e envelhecidas - boa soldabilidade e trabalhabilidade 250x 250x intergranular b grãos a fase a intergranular b martensita a Ti –6%Al-4%V 1 h a 954 oC e resfriado no forno Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 oC e resfriado no forno Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 oC e resfriado em água

16 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS BETA
elementos estabilizadores da fase b (CCC) - V, Mo, Cr e Fe liga mais importante Ti-13%V-11%Cr-3%Al maior densidade que as anteriores (+ qtidade V e Cr) grãos b precipitados a grãos b equiaxiais 250x 250x Ti –13V-11Cr-3Al Ti –3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo envelhecido 6 h a 677 oC

17 TITÂNIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS
Recozimentos Algumas ligas permitem tratamento térmico de envelhecimento

18 TITÂNIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

19 TITÂNIO E LIGAS – FORMAS DE FORNECIMENTO

20 ELEMENTO QUÍMICO TITÂNIO

21 TITÂNIO E LIGAS – APLICAÇÕES
Devido à grande relação resistência/peso: Aeronáutica e aeroespacial Motores a jato (estrut. e compon.) Pás e discos de turbinas Carros de competição artigos desportivos em geral Devido à grande resistência à corrosão: Processamento químico Submersíveis Implantes biomédicos

22 TITÂNIO E LIGAS – APLICAÇÕES

23   Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be)
LIGAS LEVES  Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg) 

24 BERÍLIO E LIGAS

25 BERÍLIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Densidade muito baixa (1,84 g/cm3) próxima a de um polímero Muito frágil (pouquíssima ductilidade a Tamb) Grande afinidade com oxigênio formando BeO (tóxico) Temperatura de fusão de 1287 ºC A liga mais importante é a Lockalloy (62Be-38Al) Alta rigidez (pouco elástica) no estado puro Ligas de alto custo; Péssima soldabilidade Usinabilidade ruim Excelente estabilidade dimensional

26 BERÍLIO E LIGAS – TRATAMENTO TÉRMICO
Como o berílio forma poucas ligas também não é comum se fazer tratamentos térmicos Por não sofrer encruamento (pouca ductilidade) não necessita de recozimentos

27 BERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

28 BERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS Relação Resistência / Peso
Temperatura (ºC)

29 BERÍLIO E LIGAS – APLICAÇÕES
Be puro é usado em armamento, pontas de mísseis, tubulações estruturais, componentes ópticos e instrumentos de precisão de baixo peso. Ligado com Al, é usado em aeronaves, satélites e pinças de freio a disco em automóveis de competição Parte das pinças do freio a disco de carros de competição Carcaça de um Giroscópio de berílio Parte de um míssil produzida de berílio Janela de berílio Transparente aos raios X

30    Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti)
LIGAS LEVES  Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg)  

31 MAGNÉSIO E SUAS LIGAS

32 MAGNÉSIO E SUAS LIGAS - MINÉRIOS
Percentual de magnésio encontrado em diferentes minerais Boucita Magnesita Olivita Kieserita Dolomita Carnalita Agua do mar 41 % 28 % 15 % 13 % 8 % 0,13 %

33 MAGNÉSIO - CARACTERÍSTICAS
Peso especifico 1,74 g/cm³ Ponto de fusão 651° C Ponto de ebulição 1095° C 3º metal mais abundante Processamento caro Baixa ductilidade Possível de soldar É a liga estrutural de menor densidade. Sua estrutura cristalina é hexagonal compacta (HCP) Boa usinabilidade em alta velocidade Boa resistência à corrosão e ao impacto Inflamável (cuidados na usinagem)

34 Endurecimento por precipitação Recozimentos
MAGNÉSIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS Endurecimento por precipitação Recozimentos Endurec. por deformação plástica possível, mas em pequeno grau

35 Aumento de resistência sempre por solução sólida
MAGNÉSIO E LIGAS – ELEMENTOS DE LIGA Aumento de resistência sempre por solução sólida Independente / dos elementos de liga, os diagramas de fases são idênticos Adição de Al seguido de endurec. precipitação - aumento de resist. Refinar o tamanho de grão – Zr Aumento de resist. corrosão – Mn Aumento resist. mecânica e fluência – Th, Ce

36 MAGNÉSIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

37 MAGNÉSIO E LIGAS – APLICAÇÕES
Quase todas de peças fundidas Blocos de motor, coluna de direção, carcaças de dispositivos, etc.. Raquetes, patins, tacos de golfe, bastões de baseball, bicicletas Componentes da indústria aeroespacial Ânodo de sacrifício de navios Modelos Exemplos de aplicações das ligas de Magnésio

38 MAGNÉSIO E LIGAS – APLICAÇÕES
Porsche 917 com estrutura tubular em Magnésio redução de 15kg em relação ao Al

39 LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO

40 LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO
 Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Cobre (Cu) Ligas de Níquel (Ni)  

41 NÍQUEL E SUAS LIGAS

42 NÍQUEL – BREVE HISTÓRICO
“Kupfernickel” – Alemanha séc XVII (Kupfer – “cobre” e nickel – “gênio astucioso, enganador” – porque os mineiros tendo acreditado ter encontrado um minério de cobre se sentiram logrados pela pretensa ação de um duende das minas; Eram usados para colorir vidros (antiguidade); Moedas e armas da antiguidade – ligas de níquel 800 anos a.C. Manuscritos chineses sugerem que o níquel (denominado “cobre branco”) era utilizado no Oriente desde a.C. Isolado pela primeira vez por Cronstedt em 1751; Amostra de metal consideravelmente pura em 1804 por Richter;

43 NÍQUEL – CARACTERÍSTICAS
Seria a liga metálica de engenharia não fosse o seu custo elevado (boas propriedades mecânicas e tecnológicas, aliado à elevada resist. à corrosão) Estima-se que na crosta terrestre o níquel não exceda os 0,01% 24º metal mais abundante na Terra Ponto de Fusão: 1455 ºC Densidade: 8,91 g/cm3 Estrutura cristalina: (CFC) Ponto de Curie: 353 ºC (é ferromagnético); Comparado ao alumínio seu preço é 5x maior;

44 NÍQUEL – ASPECTO

45 Brasil (minério laterítico):
NÍQUEL – MINÉRIO Minérios: Sulfetos: sulfetos de cobre e níquel (Canadá) Elevado custo de extração (localização profunda) Silicatos: Silicatos de Ni (Nova Caledonia – Oceania) Laterítico: oxido de ferro, cobalto e magnésio Novas possibilidades de exploração. Brasil (minério laterítico): GO, PA, PI e MG

46 NÍQUEL – OBTENÇÃO (SULFETADOS)
Moagem dos sulfetos de cobre-níquel (triturador) Pirrotita (sulfeto de ferro) é separada magneticamente Tratamento de flotação Forno revérbero (mate – sulfetos de níquel e cobre) Mate é resfriado e triturado Separação magnética material metálico e sulfetos Flotação do sulfeto remanescente (separação dos sulfetos de níquel e cobre) Reprocessamento do sulfeto remanescente

47 NÍQUEL – CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS
É dúctil e tenaz Apresenta boa resistência mecânica à frio e à quente (cerca de 500 MPa) Algumas ligas têm resistência a temperaturas sub-zero Elevada resistência mecânica até 1200ºC, mantendo a resistência à corrosão (SUPERLIGAS) Apresenta excelente resistência à corrosão (exceção para atmosferas sulfurosas) No estado puro, apresenta características mecânicas próximas do aço doce Excelente condutividade térmica e elétrica; Excelentes propriedades magnéticas;

48 NÍQUEL – RERVAS MUNDIAIS

49 NÍQUEL – CONSUMO

50 NÍQUEL – APLICAÇÕES Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas Galvanoplastia (Revestimento protetor p/ chapas de aço) Usado na indústria química e alimentar Ligas elétricas - ferro/níquel (circuitos magnéticos); Fabricação de moedas em vários países; Fabricação de material bélico; Finamente dividido é usado como catalizador para a hidrogenação de óleos vegetais; Produção de aço inoxidável, juntamente com o cromo;

51 NÍQUEL – APLICAÇÕES Baterias (níquel-cádmio);
Ligas anti-corrosivas e refratárias; Veículos espaciais e submarinos nucleares; Equipamentos para reatores nucleares; Equipamentos para indústria química e petroquímica; Trocadores de calor; Resistência elétrica ; Turbinas refrigeradas à gás; Imãs (Alnico) , …ETC Metalurgia (ligas)

52 NÍQUEL – APLICAÇÕES Por sua alta resistência a corrosão, as principais aplicações das ligas de níquel mais puras são em equi- pamentos de processamento químico e de alimentos. Turbinas, válvulas, bombas, trocadores de calor

53 PRINCIPAIS LIGAS DE NÍQUEL
Ni - puro Ni-Al (Duraníquel) Ni-Cu (monel) e Ni-Cu-Al (monel K) Ni- Cr-Mo-Al (Inconel) Ni-Mo (Hastelloy) Alnico Ni-Ti (liga com memória de forma)

54 NÍQUEL COMERCIALMENTE PURO (classe 200)
Ligas com 99,5 a 99,99 %Ni Contém como “impureza” principalmente o Co Boa resistência mecânica (aço baixo carbono) aliado à elevada resistência à corrosão Relativa resistência a quente Aplicações Equipamentos para processamento de alimentos, partes elétricas e eletrônicas, materiais para ambientes básicos, partes de foguetes, alvos para sputtering, trocadores de calor em elevada temperatura

55 LIGAS DE NÍQUEL – DURANÍQUEL (Ni-Al) – Classe 300
Liga de alta resistência mecânica Excelente propriedades elásticas Liga de elevada resistência à corrosão Endurecido por precipitação (Ni3AlTi na matriz) APLICAÇÕES: Palheta de bombas, Molas, Eixos, etc.

56 LIGAS DE NÍQUEL – MONEL – Classe 400
- Ni 60-70%– Cu 29% - Pode conter Fe, Si, S, C e Mn Tem resit. mecânica superior ao aço médio carbono Apresenta elevada resistência à corrosão Apresenta elevada resitência à altas temperaturas APLICAÇÕES: Indústrias naval, química e petroquímica

57 LIGAS DE NÍQUEL – MONEL K – Classe K-500
- Cu 29% -Al 3% - 0,6%Ti Possui alta resistência mecânica Apresenta elevada resistência à corrosão Pode ser endurecida por precipitação forma precipitados de (Ni3(Al,Ti)) APLICAÇÕES: Componentes para aviões, molas, eixos,…

58 LIGAS DE NÍQUEL – INCONEL – Classe 600
Ni – Cr 13% – Mo 4% -Al 7% Boa resistência a meios oxidantese redutores e à carbonetação; Resistência a altas temperaturas Utilizado em lâminas de turbinas; Material de Adição em Soldagem;

59 LIGAS DE NÍQUEL – HASTELLOY
Apresenta elevada resistência à corrosão a altas temperaturas Alta resistência em temperaturas elevadas

60 LIGAS DE Ni – ALNICOS (Ligas magnéticas (Al-Ni-Co)
Liga de: Alumínio, Níquel, Cobalto e Ferro são fabricados através do processo de fundição; Boa resistência à corrosão; utilizados em ambientes com temperatura entre 500 ºC e 550ºC, com excelente estabilidade; Alta indução residual vs. baixa coercitividade é especialmente recomendado em aplicações onde apenas desmagnetização temporária é necessária Aplicações: placas magnéticas, sensores, equipamentos eletropermanentes, levantadores de carga; Permalloy (Ni-Mo-Fe e Ni-Cr-Fe) Perminvar (Fe-Ni-Co e Ni-Co-Mo-Fe)

61 LIGAS DE NÍQUEL – NITINOL
Apresenta memória de forma Alto custo Utilização: indústria aeroespacial biomédica robótica

62 LIGAS DE NÍQUEL – PROPRIEDADES

63 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

64 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO
Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn)

65 CHUMBO E SUAS LIGAS

66 CHUMBO – CARACTERÍSTICAS
Formado pelo elemento químico chumbo – Pb (plumbum) Liga antiga (aprox a.C) Algumas tubulações de Pb de 300 a.C. ainda estão em serviço Possui temperatura de fusão de 327 ºC Temperatura de ebulição de 1749 ºC É muito dúctil e pouco tenaz Boa resistência à corrosão em ambientes ácidos Baixa resistência à corrosão em ambientes básicos Média condutibilidade elétrica e térmica Densidade alta (11,3 g/cm3) Facilidade de fundir e formar ligas com outros elementos

67 CHUMBO – BENEFICIAMENTO
Raramente encontrado como metal puro – Geralmente sulfeto Obtido do minério de chumbo – GALENA (PbS) Concentração por flotação Formação do aglomerado Redução dos óxidos Remoção da prata do minério Destilação a vácuo Refino GALENA

68 CHUMBO – RESERVAS EUA Austrália Canadá Peru México

69 PRINCIPAIS LIGAS DE CHUMBO
Pb-Sn – Chumbo-Estanho Usada em brasagem branda (%Sn=62%) Liga eutética com baixa temperatura de fusão (T=183ºC)

70 PRINCIPAIS LIGAS DE CHUMBO
Pb-Sb – Cumbo-Antimônio Eutético com 11,2%Sb (Temperatura de fusão = 251ºC) 1 a 3% de Sb – revestimento de cabos, laminados (folhas de chumbo), Munição 6 a 12% - placa de baterias e acessórios isolantes de radiação

71 PRINCIPAIS LIGAS DE CHUMBO
Pb-Ag – Cumbo-Prata Com até 2%Ag apresenta exc. resi. à corrosão em meios salinos

72 CHUMBO – APLICAÇÕES

73 Baterias chumbo-ácido
CHUMBO – APLICAÇÕES Baterias chumbo-ácido

74 CHUMBO – APLICAÇÕES

75 CHUMBO – APLICAÇÕES

76 CHUMBO – APLICAÇÕES

77 CHUMBO – APLICAÇÕES Fabricação de compostos organoplumbicos para catalizadores Inibidores utilizados em cascos de navio como agentes biocidas Forma um revestimento óxido protetor usado para trabalhar com ácido sulfúrico Pigmentos contendo chumbo... Atualmente tenta-se eliminar o chumbo das aplicações industriais devido à toxidade deste metal

78 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO
 Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn)

79 ESTANHO E SUAS LIGAS

80 ESTANHO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Metal macio e dúctil em baixas temperaturas e frágil em temperaturas mais altas Um dos metais mais antigos (3500 a.C.) – usado no bronze Transformação alotrópica em 16ºC Temperatura de fusão = 232 ºC Densidade = 7,31 g/cm3 Boa resistência à corrosão, princ. ambiente ácidos, água do mar, etc.. Usado no revestimento de outros metais para evitar corrosão – Folha de flandres

81 ESTANHO – MINERAL E RESERVAS
Cassiterita (SnO2) Ocorrência Sudeste Asiático Malásia Indonésia Tailândia América do Sul Bolívia

82 LIGAS DE ESTANHO Ligas para mancais Designação pela ASTM B23 Cu % Sn
Sb Pb máx. 1 2 3 4 5 4,50 3,50 8,00 3,00 2,00 91,00 89,00 84,00 75,00 65,00 7,50 12,00 15,00 0,35 10,00 18,00 Designação SAE 11 12 5,0/6,5 3,0/4,5 86,00 88,25 6,0/7,5 7,0/8,0 0,50

83 LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES
Estanhagem de chapa de aço Folha de flandres - latinhas Decorativo Material de adição para soldagem em baixa temperatura

84 LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES

85 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO
 Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn) 

86 ZINCO E SUAS LIGAS

87 ZINCO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Temperatura de Fusão = 419,6 ºC Peso específico 7,14 g/cm3 Metal maleável Resistente à corrosão Pouco resistente à tração e fluência (pouco aplicável em material estrutural) Não pode ser endurecido por encruamento devido à baixa temperatura de recristalização Dureza 50 HB Resistente à ação da atmosfera, porém é pouco resistente à ambientes ácidos e básicos.

88 ZINCO E SUAS LIGAS – MINÉRIO E OCORRÊNCIA
Descoberto pelo alemão Andreas Marggraf em 1746 O zinco é o 23º elemento químico mais abuntante O minério de zinco (Esfarelita) é um sulfeto (ZnS) Maiores reservas: EUA, Austrália, China e Cazaquistão Obtenção Extração (sulfeto de zinco) Trituração Flotação Calcinação (Transf. sulfeto em óxido) Redução do óxido (com CO) Blenda ou Esfalerita

89 ZINCO E SUAS LIGAS – APLICABILIDADE
Vantagens Fácil de produzir por fundição em molde permanente; Possibilidade de produzir peças próximas às dimensões finais (“near net shape”) reduzindo o custo de operações posteriores; Pode ser facilmente usinado, dobrado, forjado, cunhado e soldado; Boa resistência à corrosão Resistência mecânica suficiente para muitas aplicações Custo competitivo com o alumínio e cobre para muitas aplicações Desvantagens Não pode ser usado em temperaturas acima de 100ºC; Relativa alta densidade (7,1 g/cm3) comparado com Al e Mg Estrutura HCP limita a deformação plástica do material

90 ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al
Usado principalmente para fundição Principal liga estrutural de Zn %Al %Cu %Mg %Ni Liga 3 4,1 0,10 0,04 Liga 5 1,0 0,045 Liga 7 0,015 ZA-8 8,4 0,022 ZA-12 11,0 0,87 ZA-27 27,5 2,2

91 ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al
Ligas Zn-4%Al (Alumínio aumenta a fluidez e resist a corr.) Ótima para fundição Facilidade de acabamento final Boas propriedades mecânicas Ausência de corrosão intergranular Ligas ZA Liga ZA-8 – Fundição por injeção (Excelente usinabilidade usado para fins decorativos) Liga ZA-12 – Uso geral, pode ser fundida em molde em areia (primeira opção para substituir ferro fundido, latão ou bronze) Liga ZA-27 – Melhor resistência e alongamento – geralmente fundida em molde em areia. Excelente usinabilidade e boas carac. Anti-atrito.

92 ZINCO E SUAS LIGAS – APLICAÇÕES
Temperatura de fusão baixa e solidificação rápida em fundição por injeção o torna competitivo em relação ao Mg e Al. (20% do uso do Zn) Aplicação de película protetora em metais (50% do uso do Zn) Zincagem a quente (imersão) Zincagem eletrolítica (galvanização) Pintura com tinta contendo elevada percentagem de Zn Como elemento de liga para outros metais (15% do uso do Zn) Latão, Alpacas, Zamak, etc..

93 ZINCO E SUAS LIGAS – APLICAÇÕES
Ânodo de sacrifício Peças produzidas com zinco fundido Peças galvanizadas

94 LIGAS REFRATÁRIAS

95 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas refratárias são ligas metálicas que apresentam ponto de fusão muito elevado (acima de 2400ºC) Estas ligas apresentam elevada resistência à solicitações químicas e mecânicas em temperaturas elevadas

96 LIGAS REFRATÁRIAS A ligação interatômica extremamente forte confere à esses metais importantes propriedades e características, além das altas temperaturas de fusão, tais como: Elevada rigidez Alta resistência e dureza (em baixas e altas temp.) Resistência à fluência Resistência à corrosão e oxidação Baixo coeficiente de expansão térmica Estabilidade estrutural

97 LIGAS REFRATÁRIAS Elementos químicos podem ser adicionados aos metais refratários para melhorar suas propriedades Elementos químicos de metais refratários (p. ex. Mo, W, etc.) podem ser adicionados à outros metais para conferir-lhes características refratárias Por exemplo: Ferramentas de corte, ferros fundidos...

98 Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta)
LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)

99 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS

100 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Temperatura de Fusão = 2623 ºC 6º elemento químico com ponto de fusão mais alto Peso específico 10,2 g/cm3 Elevada dureza e resistência à quente Boa resistência à fluência Boa resistência à corrosão e oxidação Estabilidade térmica Boa condutibilidade térmica e elétrica Metal refratário com custo relativamente baixo Tende a ser frágil em temperatura ambiente

101 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA
Aproximadamente 90% do Mo é usado como elemento de liga Maiores reservas de Mo é na China (43,6%) e EUA (28,3%) e Chile (13,1%) Minério de molibdênio é um sulfeto a molibdenita (MoS2) Molibdenita

102 LIGAS DE MOLIBDÊNIO Mo puro Liga Molibdênio-Rênio (50/50)
Metal refratário de menor custo Liga Molibdênio-Rênio (50/50) Liga de alta resistência Muito cara e disponível somente em tamanhos limitados Folhas para aplicações em alta temperatura (boa soldabilidade) Liga TZM (Titânio, Zircônio, Molibdênio) 99%Mo-0,5%Ti-0,08%Zr Dobro da resistência mecânica do Mo puro Melhor soldabilidade que o Mo puro Custo aprox. 25% maior que o Mo puro

103 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Por resistir a elevada temperatura sem apresentar significativa expansão e amolecimento o molibdênio é útil para aplicações envolvendo temperaturas extremas Partes de turbinas de aviões; Contatos elétricos; Motores industriais; Filamentos Mo possui também boa resistência à corrosão e boa soldabilidade Como elemento de liga nos aços inoxidáveis, aços ferramentas, ferros fundidos, e superligas para altas temperaturas Dissulfeto de Mo é usado como lubrificante sólido (Molykote®)

104 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Resistências elétricas Bandejas para forno em liga de Mo (TZM) Elementos de máquina

105 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Lubrificantes (MoS2)

106  Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W)
LIGAS REFRATÁRIAS  Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)

107 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS

108 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Metal com o maior ponto de fusão (T = 3420ºC) Metal com a maior resistência mecânica acima de 1650ºC Peso específico 19,25 g/cm3 (aprox. 2x + pesado que o chumbo) Elevada dureza e resistência a quente Boa resistência à fluência Boa resistência à corrosão e oxidação Estabilidade térmica Boa condutibilidade térmica e elétrica Na sua forma pura é relativamente fácil de conformar Metal com o menor coef. de expansão térmica

109 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA
Maiores reservas de W é na China (75%), Bolívia, Áustria, Portugal e Rússia Os principais Minérios de tungstênio são óxidos mistos (FeWO4/MnWO4 – Wolframita e CaWO4 – Scheelita) Wolframita

110 LIGAS DE TUNGSTÊNIO W puro Ligas Tungstênio-Rênio
Metal refratário com maior temperatura de fusão Ligas Tungstênio-Rênio A incorporação de Re ao W confere à liga resistência ao impacto em temperatura ambiente (reduz temperatura de transição dúctil frágil para -100ºC 3% Re 5% Re 25% Re Liga W com pequenas quantidade de Al, Si, K Aumenta a resistência mecânica em até 4x com relação ao W puro

111 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Como elemento de liga nos aços, em pequena quantidade tem-se um aumento significativo da tenacidade Filamento de lâmpadas elétricas e filamentos para emissão de elétrons – microscópio eletrônico Componentes para trabalho em temperaturas extremas: válvulas de exaustão em motores de avião, palhetas e discos de turbo, lâminas de motor a jato, etc.. Eletrodos não consumíveis para soldagem (TIG – Tungsten Inert Gas) Termopares (Tipo D – Tungstênio-Rênio) Na forma de carbonetos (cerâmica avançada) usada para ferramentas de corte (Metal duro)

112 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Eletrodos não consumíveis Ferramentas de corte Filamentos

113   Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W)
LIGAS REFRATÁRIAS  Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re) 

114 TÂNTALO E SUAS LIGAS

115 TÂNTALO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Temperatura de Fusão de 2996 ºC Peso específico de 16,65 g/cm3 Elevada dureza e resistência a quente Boa resistência à fluência Boa resistência à corrosão e oxidação Estabilidade térmica Elevada inércia química (muito resistente à corrosão) Possui dureza e ductilidade Metal de difícil obtenção, portanto, muito caro

116 TÂNTALO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA
As maiores reservas de Ta se encontram na Austrália, Canadá, Brasil, China e Etiópia. O tântalo é obtido princ. do mineral Tantalita ((Fe, Mn)Ta2O6) Tantalita

117 LIGAS DE TÂNTALO Ta puro Ligas Ta-W Ligas Ta-Nb Ta – 2,5%W – 0,5%Nb
Ta – 10%W (KBI-10) A liga Ta10%W é a mais antiga e mais utilizada (aumenta a dureza a quente) Usada em válvulas para tubulações de gás em alta temperatura, foguetes, indústria química Ligas Ta-Nb Ta – 40%Nb

118 TÂNTALO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Utilizado principalmente na indústria eletrônica, na fabricação de capacitores; Equipamentos químicos resistentes à corrosão em elevadas temperaturas (reatores nucleares); Usados na forma de carbonetos na fabricação de ferramentas de corte Componentes em fornos e reatores de alta temperatura; Ligas resistentes ao calor e com boa ductilidade Implantes e instrumentos cirúrgicos

119 TÂNTALO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Filamento de lâmpadas Capacitores Porta-amostra para evapo ração de outros metais Ferramentas de corte

120    Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W)
LIGAS REFRATÁRIAS  Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)  

121 NIÓBIO E SUAS LIGAS

122 NIÓBIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Temperatura de Fusão de 2468 ºC Peso específico de 8,55 g/cm3 Elevada dureza e resistência a quente Boa resistência à fluência Boa resistência à corrosão e oxidação Estabilidade térmica Relativa baixa densidade para um metal refratário Facilidade de produção (uso favorecido em relação aos demais) Alta condutibilidade elétrica e térmica

123 NIÓBIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA
A maior reservas de Nb do mundo se encontra no Brasil (91%). O principal minério de nióbio é a Columbita [(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6) Columbita

124 LIGAS DE NIÓBIO Nb puro Ligas Nb com adição de Zr, Hf, Ti, W, Y e Ta
É um metal refratário com baixa densidade (8,55 g/cm3) quando comparado ao tungstênio por exemplo (19,25 g/cm3) Ligas Nb com adição de Zr, Hf, Ti, W, Y e Ta Aumentam a dureza da liga Aumentam a resistência a corrosão, mas não evitam a oxidação em temperatura elevada (necessita revestimento de proteção) Ligas com 1%Zr combinam moderada resistência mecânica com excelente comformabilidade e razoável resistência à corrosão Nb-1%Zr Nb-10%Hf-1%Ti-0,75%Zr Nb-10%W-10%Hf-0,15%Y Nb-27,5%Ta-11%W-1%Zr

125 NIÓBIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Utilizado como elemento de liga em aços microligados (HSLA) e em aços inoxidáveis estabilizados; Indústria espacial (liga refratária de baixa densidade) Aplicações nucleares, escudos de radiação; Por ser inerte fisiologicamente é utilizado como jóia, implantes e instrumentos cirúrgicos; Pode ser anodizado adquirindo outras tonalidades Eletrodos para lâmpadas de vapor de sódio devido à resistência à corrosão do vapor metálico Supercondutor em temperaturas criogênicas

126 NIÓBIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Partes da propulsão produzidas com liga de Nb-Ti Brinco – Nióbio em várias tonalidades Moeda com núcleo de Nb anodizado Moedas de Nb anodizado

127     Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W)
LIGAS REFRATÁRIAS  Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)   

128 RÊNIO E SUAS LIGAS

129 RÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS
Temperatura de Fusão de 3183 ºC Peso específico de 21,02 g/cm3 4º elemento químico mais denso (perde para Os, Ir e Pt) Elevada dureza e resistência a quente Boa resistência à fluência Boa resistência à corrosão e oxidação Boa resistência ao impacto Única liga refratária que não forma carbonetos Não apresenta temperatura de transição dúctil-frágil Estima-se que a concentração de Re na crosta terrestre seja de 1 ppb – parte por bilhão (ou seja, 0, %)

130 RÊNIO E SUAS LIGAS - OCORRÊNCIA
O rênio é extraído da molibdenita (minério de Mo) tendo até 0,2% deste metal. Este é um dos motivos da liga ser tão cara (U$1.500,00/kg) Recentemente (1994) foi descoberto um mineral (ReS) Renita mas é um mineral muito raro. Molibdenita

131 LIGAS DE RÊNIO Re puro Liga de Re
É um metal refratário elevada densidade e boa resistência ao impacto em qualquer temperatura (sólido) por não possuir temper. de transição dúctil-frágil. Liga de Re Re-Mo (50/50) – Combina resistência mecânica do Mo e ductilidade do Re

132 RÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES
Utilizado como elemento de liga para o W e Mo a fim de aumentar ductilidade em elevadas temperaturas. Filamentos em espectrometros de massa Supercondutores (Re-Mo a 10K) Termopares (Re-W) medições de temperatura até 2200ºC Aplicações biomédicas – Pode se tornar radioativo ao ser bombardeado por neutrons Filamento W-Re