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Outras Ligas não Ferrosas Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA UNIDADE DE ENSINO DE FLORIANÓPOLIS.

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

2 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 2 LIGAS NÃO FERROSAS Ligas leves Ligas resistentes à corrosão Ligas baixo ponto de fusão Ligas Refratárias Ligas Al Ligas MgLigas Be Ligas Ti Ligas Zn Ligas Mo Ligas WLigas Ta Ligas NiLigas Cu Ligas SnLigas Pb Ligas Nb Ligas Re

3 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 3 LIGAS LEVES

4 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 4 LIGAS LEVES Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg) 

5 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 5 TITÂNIO E LIGAS

6 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 6 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/cm 3 ) 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 TITÂNIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS

7 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 7 TITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO Descoberto na Inglaterra por William Justin Gregor em 1791, a partir do mineral ilmenita (FeTiO 3 ). Novamente descoberto mais tarde por Heinrich Klaproth, no mineral rutilo (TiO 2 ), 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. TITÂNIO E LIGAS - HISTÓRICO RUTILO ILMENITA

8 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 8 TITÂNIO PURO - COMPARATIVO

9 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 9 TITÂNIO PURO - FASES (CCC) Cúbico de corpo centrado (HCP) hexagonal compacta

10 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 10 TITÂNIO PURO - MICROESTRUTURA

11 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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, HNO 3 ) usado na indústria de processamento de petróleo

12 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 12 Ligas  Ligas quase  Ligas  -  Ligas  Ti puro Al,O,N,H,Ga 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 Grande adição de V e Mo =>  à temp ambiente (não é usual) Estrutura  obtida com tratamento de envelhecimento Grande ductilidade – fácil deformação a frio São soldáveis Ligas mais pesadas V,Mo,Nb,Cr, Fe,Ta Alguma fase  numa microestrutura essencialmente  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.) (ou duplex) Balanço conveniente de elementos => Microestrutura bifásica Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades Excelente resistência à corrosão Alguma ductilidade (apesar de ser HC) Baixa resistência mecânica

13 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 13 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA Ti-5%Al-2,5%Sn - importante liga comercial - estrutura HCP - Al e Sn estabilizam a fase  no Ti e aumentam a resistência mecânica por solução sólida. - presença de pequena quantidade de fase  devido ao Fe (0,3%) - Al aumenta a resistência mecânica do Ti e diminui a densidade Ti –5%Al-2,5%Sn Aquecido a 815 o C e resfriado ao ar Partículas  (presença do Fe) matriz  Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 o C e resfriado no forno durante 6 h até 788 o C e até T amb em 2 h. matriz  grosseira Ti –5%Al-2,5%Sn Recozido 30 min a 1117 o C e resfriado ao ar fase  fase  acicular 250x

14 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 14 - contém certa quantidade de fase  na matriz  - Mo e V (1 a 2%) estabilizam a fase  - Sn e Zr são adicionados para reduzir a quantidade de Al mantendo a resistência mecânica - desenvolvido para aplicações em motores de aviões Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 899 o C grãos  grãos  fase  fase  acicular 250x Ti –8%Al-1%Mo-1%V - forjado a 1004 o C e resfriado ao ar fase  TITÂNIO E LIGAS – LIGAS QUASE ALFA

15 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 15 - contém um ou mais elementos estabilizadores da fase  - liga mais importante Ti-6%Al-4%V - são ligas endurecidas por tratamento térmico e envelhecidas - boa soldabilidade e trabalhabilidade Ti –6%Al-4%V 1 h a 954 o C e resfriado no forno intergranular  grãos  fase  250x Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 o C e resfriado no forno intergranular  Ti –6%Al-4%V 1 h a 1066 o C e resfriado em água martensita  TITÂNIO E LIGAS – LIGAS ALFA-BETA

16 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 16 TITÂNIO E LIGAS – LIGAS BETA - elementos estabilizadores da fase  (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) Ti –13V-11Cr-3Al grãos  equiaxiais 250x Ti –3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo envelhecido 6 h a 677 o C grãos  precipitados 

17 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 17 TITÂNIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS Recozimentos Algumas ligas permitem tratamento tér mico de envelhecimento

18 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 18 TITÂNIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

19 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 19 TITÂNIO E LIGAS – FORMAS DE FORNECIMENTO

20 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 20 ELEMENTO QUÍMICO TITÂNIO

21 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 22 TITÂNIO E LIGAS – APLICAÇÕES

23 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 23 LIGAS LEVES Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg)  

24 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 24 BERÍLIO E LIGAS

25 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 25 Densidade muito baixa (1,84 g/cm 3 ) próxima a de um polímero Muito frágil (pouquíssima ductilidade a T amb ) 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 BERÍLIO E LIGAS - CARACTERÍSTICAS

26 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 27 BERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

28 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 28 BERÍLIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS Relação Resistência / Peso Temperatura (ºC)

29 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Janela de berílio Transparente aos raios X Carcaça de um Giroscópio de berílio Parte de um míssil produzida de berílio Parte das pinças do freio a disco de carros de competição

30 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 30 LIGAS LEVES Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Berílio (Be) Ligas de Magnésio (Mg)   

31 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 31 MAGNÉSIO E SUAS LIGAS

32 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 32 Percentual de magnésio encontrado em diferentes minerais Boucita Magnesita Olivita Kieserita Dolomita Carnalita Agua do mar 41 % 28 % 15 % 13 % 8 % 0,13 % MAGNÉSIO E SUAS LIGAS - MINÉRIOS

33 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 33 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) MAGNÉSIO - CARACTERÍSTICAS

34 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 34 Endurecimento por precipitação Recozimentos Endurec. por deformação plástica possível, mas em pequeno grau MAGNÉSIO E LIGAS – TRATAMENTOS TÉRMICOS

35 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 35 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 MAGNÉSIO E LIGAS – ELEMENTOS DE LIGA

36 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 36 MAGNÉSIO E LIGAS – PROPRIEDADES MECÂNICAS

37 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 37 Exemplos de aplicações das ligas de Magnésio 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

38 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 38 Porsche 917 com estrutura tubular em Magnésio redução de 15kg em relação ao Al MAGNÉSIO E LIGAS – APLICAÇÕES

39 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 39 LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO

40 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 40 LIGAS RESISTENTES À CORROSÃO Ligas de Alumínio (Al) Ligas de Titânio (Ti) Ligas de Cobre (Cu) Ligas de Níquel (Ni)   

41 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 41 NÍQUEL E SUAS LIGAS

42 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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/cm 3 Estrutura cristalina: (CFC) Ponto de Curie: 353 ºC (é ferromagnético); Comparado ao alumínio seu preço é 5x maior;

44 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 44 NÍQUEL – ASPECTO

45 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 45 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 NÍQUEL – MINÉRIO

46 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 48 NÍQUEL – RERVAS MUNDIAIS

49 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 49 NÍQUEL – CONSUMO

50 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 50 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; NÍQUEL – APLICAÇÕES

51 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 51 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) NÍQUEL – APLICAÇÕES

52 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 52 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 NÍQUEL – APLICAÇÕES

53 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 53 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) PRINCIPAIS LIGAS DE NÍQUEL

54 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 54 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 NÍQUEL COMERCIALMENTE PURO (classe 200)

55 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 55 Liga de alta resistência mecânica Excelente propriedades elásticas Liga de elevada resistência à corrosão Endurecido por precipitação (Ni 3 AlTi na matriz) APLICAÇÕES: Palheta de bombas, Molas, Eixos, etc. LIGAS DE NÍQUEL – DURANÍQUEL (Ni-Al) – Classe 300

56 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 56 - 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 LIGAS DE NÍQUEL – MONEL – Classe 400

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

58 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 58 Ni – Cr 13% – Mo 4% -Al 7% Boa resistência a meios oxidantes e redutores e à carbonetação; Resistência a altas temperaturas Utilizado em lâminas de turbinas; Material de Adição em Soldagem; LIGAS DE NÍQUEL – INCONEL – Classe 600

59 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 59 LIGAS DE NÍQUEL – HASTELLOY  Apresenta elevada resistência à corrosão a altas temperaturas  Alta resistência em temperaturas elevadas

60 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 60 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) LIGAS DE Ni – ALNICOS (Ligas magnéticas (Al-Ni-Co)

61 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 61 LIGAS DE NÍQUEL – NITINOL Apresenta memória de forma Alto custo Utilização: indústria aeroespacial biomédica robótica

62 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 62 LIGAS DE NÍQUEL – PROPRIEDADES

63 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 63 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO

64 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 64 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn)

65 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 65 CHUMBO E SUAS LIGAS

66 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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/cm 3 ) Facilidade de fundir e formar ligas com outros elementos

67 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 68 CHUMBO – RESERVAS EUA Austrália Canadá Peru México

69 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 71 PRINCIPAIS LIGAS DE CHUMBO Pb-Ag – Cumbo-Prata Com até 2%Ag apresenta exc. resi. à corrosão em meios salinos

72 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 72 CHUMBO – APLICAÇÕES

73 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 73 CHUMBO – APLICAÇÕES Baterias chumbo-ácido

74 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 74 CHUMBO – APLICAÇÕES

75 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 75 CHUMBO – APLICAÇÕES

76 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 76 CHUMBO – APLICAÇÕES

77 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 78 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn) 

79 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 79 ESTANHO E SUAS LIGAS

80 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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/cm 3 Boa resistência à corrosão, princ. ambiente ácidos, água do mar, etc.. Usado no revestimento de outros metais para evitar corrosão – Folha de flandres

81 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 81 ESTANHO – MINERAL E RESERVAS Sudeste Asiático Malásia Indonésia Tailândia América do Sul Bolívia Cassiterita (SnO 2 )Ocorrência

82 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 82 LIGAS DE ESTANHO Designa ç ã o pela ASTM B23 Cu % Sn % Sb % Pb m á x. % ,50 3,50 8,00 3,00 2,00 91,00 89,00 84,00 75,00 65,00 4,50 7,50 8,00 12,00 15,00 0,35 10,00 18,00 Designa ç ão SAE ,0/6,5 3,0/4,5 86,00 88,25 6,0/7,5 7,0/8,0 0,50 Ligas para mancais

83 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 83 LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES Material de adição para soldagem em baixa temperatura Estanhagem de chapa de aço Folha de flandres - latinhas Decorativo

84 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 84 LIGAS DE ESTANHO - APLICAÇÕES

85 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 85 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO Ligas de Chumbo (Pb) Ligas de Estanho (Sn) Ligas de Zinco (Zn)  

86 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 86 ZINCO E SUAS LIGAS

87 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 87 ZINCO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS Temperatura de Fusão = 419,6 ºC Peso específico 7,14 g/cm 3 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 89 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 ZINCO E SUAS LIGAS – APLICABILIDADE

90 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 90 ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al Usado principalmente para fundição Principal liga estrutural de Zn %Al%Cu%Mg%Ni Liga 34,10,100,04 Liga 54,11,00,045 Liga 74,10,100,015 ZA-88,41,00,022 ZA-1211,00,870,022 ZA-2727,52,20,015

91 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 91 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 fundi da em molde em areia. Excelente usinabilidade e boas carac. Anti- atrito. ZINCO E SUAS LIGAS – LIGA Zn-Al

92 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 93 ZINCO E SUAS LIGAS – APLICAÇÕES Peças produzidas com zinco fundido Peças galvanizadas Ânodo de sacrifício

94 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 94 LIGAS REFRATÁRIAS

95 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 96 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 LIGAS REFRATÁRIAS

97 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 97 Elementos químicos podem ser adicionados aos metais refratários para melhorar suas propriedades LIGAS REFRATÁRIAS 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 98 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)

99 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 99 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS

100 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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/cm 3 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 (MoS 2 ) Molibdenita

102 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 102 LIGAS DE MOLIBDÊNIO Mo puro 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 104 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES Resistências elétricas Bandejas para forno em liga de Mo (TZM) Elementos de máquina

105 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 105 MOLIBDÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES Lubrificantes (MoS 2 )

106 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 106 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re) 

107 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 107 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS

108 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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/cm 3 (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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 (FeWO 4/MnWO4 – Wolframita e CaWO4 – Scheelita) Wolframita

110 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 110 LIGAS DE TUNGSTÊNIO W puro Metal refratário com maior temperatura de fusão Ligas Tungstênio-Rênio A incorporação de Re ao W confere à liga resistência ao impacto e m 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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: válvul as de exaustão em motores de avião, palhetas e discos de turb o, 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 112 TUNGSTÊNIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES Filamentos Eletrodos não consumíveis Ferramentas de corte

113 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 113 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)  

114 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 114 TÂNTALO E SUAS LIGAS

115 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 115 TÂNTALO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS Temperatura de Fusão de 2996 ºC Peso específico de 16,65 g/cm 3 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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)Ta 2 O 6 ) Tantalita

117 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 117 LIGAS DE TÂNTALO Ta puro Ligas Ta-W 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 119 TÂNTALO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES Ferramentas de corte Filamento de lâmpadas Capacitores Porta-amostra para evapo- ração de outros metais

120 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 120 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)   

121 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 121 NIÓBIO E SUAS LIGAS

122 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 122 NIÓBIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS Temperatura de Fusão de 2468 ºC Peso específico de 8,55 g/cm 3 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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) 2 O 6 ) Columbita

124 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 124 LIGAS DE NIÓBIO Nb puro É um metal refratário com baixa densidade (8,55 g/cm 3 ) quando comparado ao tungstênio por exemplo (19,25 g/cm 3 ) 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 126 NIÓBIO E SUAS LIGAS - APLICAÇÕES Moeda com núcleo de Nb anodizado Brinco – Nióbio em várias tonalidades Partes da propulsão produzidas com liga de Nb-Ti Moedas de Nb anodizado

127 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 127 LIGAS REFRATÁRIAS Ligas de Molibdênio (Mo) Ligas de Tungstênio (W) Ligas de Tântalo (Ta) Ligas de Nióbio (Nb) Ligas de Rênio (Re)    

128 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 128 RÊNIO E SUAS LIGAS

129 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 129 RÊNIO E SUAS LIGAS - CARACTERÍSTICAS Temperatura de Fusão de 3183 ºC Peso específico de 21,02 g/cm 3 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 131 LIGAS DE RÊNIO Re puro 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 Prof. Henrique Cezar Pavanati Outras ligas não ferrosas 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


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