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METAIS NÃO FERROSOS COBRE E SUAS LIGAS ALUMÍNIO E SUAS LIGAS Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota 1 MATERIAL DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA Bronzinas.

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1 METAIS NÃO FERROSOS COBRE E SUAS LIGAS ALUMÍNIO E SUAS LIGAS Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota 1 MATERIAL DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA Bronzinas

2 Materiais MetaisNão-metais FerrososNão-ferrososSintéticosNaturais AçosFofosPesadosLevesPlásticosResinóides Madeira Couro Borracha Etc

3 OBTENÇÃO DOS METAIS NÃO-FERROSOS Cobre- minérios: Calcopirita CuFeS 2 e cobre nativo. Alumínio- minério: Bauxita Al 2 O 3 H 2 A metalurgia do alumínio compreende basicamente duas fases: Obtenção da Alumina (Al 2 O 3 ), a partir do minério (bauxita). Eletrólise da Alumina (processo Bayer).

4 METAL COBRE O cobre é um metal vermelho-marrom, Tf= 1083ºC, p=8,96g/cm3 (a 20ºC), sendo após a prata, o melhor condutor de calor e de eletricidade. O cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. Boa resistência a corrosão Boa resistência mecânica Boa usinabilidade Cor decorativa Propriedades Mecânicas: Recoz. LE – 5 a 8 kgf/mm2, A - 48 a 50% Encr. LE – 18 a 35 kgf/mm2, A – 6 a 30%

5 PRINCIPAIS LIGAS DE COBRE Cobre- Estanho (bronze) Cobre-Zinco (latões) Cobre-Níquel-Zinco (alpaca) Ni 68%- Cu 29%- Fe 2%- Mn 1% (monel) É dúctil, resistente a altas temperaturas e a corrosão.

6 MONEL Ni 68%- Cu 29%- Fe 2%- Mn 1% (monel) É dúctil, resistente a altas temperaturas e a corrosão Pás de turbinas a vapor, condensadores e rotores de bombas para soluções corrosivas. Suporta ate 350ºC em meios ácidos fortes como HCl e HF.

7 APLICAÇÕES O Cobre e suas ligas encontram aplicações nos mais diversos setores: construção civil, elétrica, automobilística, arquitetura, eletro-eletrônica, mecânica, objetos decorativos, bélica, mineração, construção naval e exploração petrolífera, entre outras.

8 METAL ANTI-FRICÇÃO Bronze Fosforo 90,4 %Cu + 8,9 %Sn + 0,7 %P. Metal Branco, Patente 5 %Cu + 85%Sn + 10%Sb(Antimônio). BABBIT – Bronzina com camada anti-fricção constituida de chapa de aço revestida de Metal Branco. Bronzinas de Biela Soft, white metal, an alloy of tin, lead, copper, and antimony, used to reduce friction in bearings, developed by the US inventor Isaac Babbit in 1839.

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10 AVARIAS EM BRONZINAS 1. Desalinhamento 2. Montagem Incorreta 3. Lubrificação 4. Impurezas 5. Sobrecarga 6. Corrosão 7. Manutenção: - Corretiva – Paradas não programadas - Preventiva – Paradas programadas - Preditiva Monitoramento continuo – termografia, vibração, ultra-som e Análise de óleo - Proativa – Eliminaçao da raiz do problema – Alinhamento a Laser e Balanceamento de Precisão Análise de óleo: Ferrografia Espectrofotômetro

11 FUNÇÕES DO LUBRIFICANTE: REDUZIR O DESGASTE (redução das forças de atrito) VEDAÇÃO (evita a entrada de impurezas) LIMPAR – Detergente / dispersante – Remoção de contaminantes PROTEGER – Anti-corrosivo (isolamento elétrico) ARREFECER – Redução de calor (Amortecimento dos choques dissipa energia mecânica) INFORMAR O lubrificante é o sangue do motor

12 ALUMÍNIO A resistência mecânica é baixa; no estado puro o seu valor gira em torno de 5 a 6 kgf/mm² ; no estado encruado (laminado a frio com redução de 75%) sobe para cerca de 11,5 kgf/mm². É muito dúctil: alongamento de 60 a 70%. Devido a sua alta ductilidade, é facilmente laminado, forjado e trefilado, de modo a ser utilizado na forma de chapas, folhas muito finas, fios, tubos, etc.

13 METAL ALUMÍNIO Peso específico: 2,7 g/cm³ a 20 °C. Ponto de fusão: 658 °C. Módulo de elasticidade: 6336 kgf/mm² Pertence ao sistema cúbico de face centrada. Apresenta boa condutibilidade térmica e relativamente alta condutibilidade elétrica(62% da do cobre). É não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica. O baixo peso específico do alumínio, aproximadamente um terço do ferro. CFC

14 Por apresentar boa resistência à corrosão, ou seja, a ataques do meio ambiente, o alumínio também é empregado na fabricação de esquadrias para prédios residenciais ou industriais, tanques para transporte e armazenamento de combustíveis e produtos químicos. Devido à estabilidade do seu principal óxido (Al 2 O 3 ) que se forma na superfície do metal, pelo processo de anodização, que ainda melhora sua aparência, tornando-o adequado para aplicações decorativas. ALUMÍNIO

15 Uma utilização muito comum do alumínio é como embalagem: remédios, alimentos, bebidas, etc. Todos esses produtos estão protegidos contra a umidade e a luz e podem, assim, ser conservados por muito mais tempo, graças ao alumínio. ALUMÍNIO

16 COMPARAÇÃO COM OUTROS METAIS Baixo coeficiente de emissão térmica Isolante térmico. Temperatura de Fusão: 660ºC Rodas Forjadas de Alumínio Aeroespacial

17 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS PRINCIPAIS IMPUREZAS Ferro " reduz a trabalhabilidade (AlFe3) ! Silício " aumenta a resistência à tração ! Cobre " aumenta a resistência à tração. PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn e outros. Bobina de chapa fundida capô

18 CURIOSIDADE O alumínio foi mostrado pela primeira vez na Exposição Universal de Paris em Era um metal tão raro que valia muito mais que o ouro e, praticamente, não tinha preço. Conta-se que, na corte do rei Napoleão III, havia uma baixela de alumínio que era reservada somente para o imperador, sua esposa e alguns convidados muitos especiais. O outros convidados tinham que se contentar com as baixelas de ouro apenas…

19 PROCESSO HALL/HEROULT DE PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO O método de extração foi desenvolvido por Paul Heroult na França e Charles M. Hall nos EUA. No dia 23 de abril de 1886, era registrado em Paris o pedido de patente por Paul Luis Toussaint Heroult de processos de redução eletrolítica de alumina dissolvida em banho fundido de criolita. Pouco depois, era depositado nos Estados Unidos pedido análogo, por Charles Martin Hall. Esse processo perdura até hoje. Permitiu extraordinário progresso na produção do alumínio. As vidas desses dois inventores apresentaram muitas coincidências. Ambos Nasceram em 1863; as descobertas, exatamente na mesma linha, feitas por trabalhos totalmente independentes um do outro, foram feitas quando tinha 22 anos de idade; ambos faleceram em 1914; Heroult, oito meses mais velho que Hall, faleceu oito meses antes. Hall / Heroult

20 PROPRIEDADES DA ALUMINA (AL 2 O 3 ) # é estável # não é transparente # é inerte # protege o Al dos meios agressivos " A proteção do Al pode ser melhorada por anodização.

21 ALUMÍNIO ANODIZADO Melhora a resistência a corrosão e o aspecto. Anodização (oxidação anódica) Eletrólise Camada Anódica Interior 10 um Exterior 15 um Exterior sem limpeza 25 um

22 TÊMPERAS Sistema usado pela ALCAN: H Indica que o material não é Tratável Termicamente T Indica que o material é Tratável Termicamente. Sistema de Classificação de Têmperas Norma ABNT: NBR 6835/1981

23 PROPRIEDADES MECÂNICAS Como o valor de alongamento é proporcional à espessura, foi tomado como base o intervalo de espessura de 0,5 a 1,0 mm. Para têmpera H2X não se aplica limite de escoamento. Valores da tabela não são aplicados a produtos homogenizados. Os valores da dureza são orientativos. Têmperas H12 e H22 sob consulta. 1MPa = 9,807 kg/mm².

24 TRATAMENTOS TÉRMICOS precipitação ou envelhecimento Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. Esta nova fase enrijece a liga. Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência. O envelhecimento pode ser natural ou artificial.

25 Tramento térmico de envelhecimento

26 TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO O principal tratamento térmico consiste em solubilização seguido de endurecimento por precipitação. Ex: Liga Al-Cu com 5,5% de cobre é aquecida a 540ºC, todo o cobre será dissolvido no alumínio, resfriando-se rapidamente a liga em água, ela fica supersaturada pois não se dá tempo para a precipitação do cobre.

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28 TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO 28 Solubilidade do Cu no Al na temperatura ambiente = 0,10% A seguir, promove-se o envelhecimento ou precipitação de uma fase constituída de partículas finas de CuAl 2, que fortalecem a liga, porque promovem a obstrução dos movimentos das discordâncias. Duro Alumínio – ABNT (ligas de alumínio endurecíveis por precipitação) Envelhecimento: Natural – Temperatura Ambiente – 2 dias Artificial – Reaquecimento da liga – poucas horas.: O

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33 SOLDAGEM DO ALUMÍNIO 33 A soldagem de alumínio requer cuidados especiais, principalmente pelo fato do alumínio criar uma camada de óxido refratário em sua superfície quando em contato com o oxigênio, esta camada tem ponto de fusão em torno de 2000°C (sendo a do alumínio de 660°C).

34 Os processos mais utilizados para soldagem em alumínio são o TIG e o MIG. Ambos são capazes de remover a camada de óxido durante a soldagem pelo arco elétrico e de criar uma atmosfera protetora que impede a entrada de oxigênio, causador da camada de óxido. SOLDAGEM DO ALUMÍNIO

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36 Obs: Em circuitos de corrente contínua, a unidade de A.F. só funciona na partida para a abertura do arco. Quando a corrente é estabelecida ele cessa. TIG (Tungsten Inert Gas)

37 37 EFEITO DA POLARIDADE NO FORMATO DO CORDÃO TIG (AWS Welding Handbook, vol.2, 1991) (+)(+) (- ) (+)(-) CACA CACA

38 MATERIAIS SOLDÁVEIS PELO PROCESSO TIG - AÇOS CARBONO E DE BAIXA LIGA - AÇOS INOXIDÁVEIS E LIGAS REFRATÁRIAS - LIGAS DE ALUMÍNIO - LIGAS DE MAGNÉSIO - BERÍLIO - LIGAS DE COBRE - LIGAS DE NÍQUEL - METAIS REFRATÁRIOS E REATIVOS - FERRO FUNDIDO

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40 PROPRIEDADES QUÍMICAS DO Al - CORROSÃO O Al sofre pouca corrosão quando exposto ao ar, devido ao óxido (Al 2 O 3 ) que se forma espontaneamente na superfície. A adição de elementos de liga geralmente retarda a formação do óxido, não melhorando a resistência à corrosão.

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43 LIGAS DE MAGNÉSIO 43 HC

44 ANEXOS: FABRICAÇÃO DE CHAPAS DE ALUMÍNIO (CASTER) APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS OBRIGADO

45 TITÂNIO Propriedades e Características

46 O TITÂNIO É UM METAL BASTANTE LEVE E MUITO DURO Peso específico: 4,5 Símbolo: Ti Número atômico: 22 Massa atômica: 47,9 Foi descoberto em 1791 por W. Gregor em pesquisas com a areia magnética. Mais tarde M. H. Klaproth o encontrou no rutilo e em 1825 foi isolado por J. J. Berzelius.

47 >> TITÂNIO Não é encontrado em forma elementar mas sim ligado a outros metais e substâncias e nessa forma está amplamente distribuído na natureza. Seus minerais importantes são o rutilo e o anatase. Não é facilmente atacado pelos ácidos e com o ácido nítrico forma-se o ácido titânico.

48 >> TITÂNIO Há alguns anos, devido ao grande espectro de cores que possibilita, começou a ser empregado em vários tipos de objetos. É um metal que não pode ser facilmente soldado pois seu ponto de solda está entre e 1.800ºC. A indústria utiliza-se de gás argônio e maçarico de tungstênio para soldá-lo. Logo, em alguns tipos de peças sua solda é inviável. Sua fixação costuma ser feita através de cravação, garras, rebites, parafusos, etc.

49 >> TITÂNIO É um material de difícil modelagem, mas pode-se conseguir uma certa deformação. A coloração do titânio pode ser feita de duas formas: Por aquecimento (mais difícil de controlar) Por processo eletroquímico

50 >> TITÂNIO O "surgimento" de cores na superfície do titânio ocorre devido à formação de uma certa espessura de óxidos sobre o mesmo. Na verdade as cores não estão presentes nos óxidos, elas resultam do fenômeno "Interferência Ótica".

51 >> TITÂNIO SURGIMENTO DE CORES NO TITÂNIO Existem duas superfícies paralelas, a de óxido e a do metal. A camada de óxido tem transparência variável conforme sua espessura. A luz incide sobre a superfície atravessando a camada de óxido e atingindo a face refletiva do metal. A luz é desviada de volta à superfície passando pela camada de óxido novamente. As diferenças na espessura nessa camada causam cores diferentes aos olhos do espectador.

52 >> TITÂNIO Gama de cores que pode ser obtida no titânio (aproximações):

53 >> TITÂNIO PROPRIEDADES: No estado puro, é um metal brilhante, leve, de boa resistência mecânica e excelente resistência à corrosão. É dúctil, se livre de oxigênio. É um dos poucos elementos que queimam no nitrogênio. É resistente aos ácidos clorídrico e sulfúrico diluído, à maioria dos ácidos orgânicos, a gases e soluções contendo cloro. É considerado um metal inerte. Em muitas aplicações, em especial na presença de cloro, a resistência à corrosão é superior à resistência dos aços inoxidáveis. A resistência mecânica é comparável à do aço, com um peso 45% menor. É 60% mais pesado que o alumínio mas com o dobro da resistência. O dióxido de titânio puro é claro e apresenta elevado índice de refração.

54 >> TITÂNIO APLICAÇÕES: A elevada resistência à corrosão é fator decisivo para emprego em uma variedade de equipamentos industriais. Componente importante de ligas com alumínio, molibdênio, manganês, ferro e outros metais. Ligas de titânio são leves e suportam altas temperaturas e, por isso, são empregadas em aviões, mísseis, naves espaciais. Dióxido de titânio é extensivamente usado em tintas, pelo alto poder de fixação. Eixos de hélices e outras aplicações, onde a resistência á corrosão à água do mar é necessária.

55 >> TITÂNIO APLICAÇÕES: Em termos genéricos, pode-se dizer que o titânio metal e várias de suas ligas apresentam a benéfica combinação de alta resistência mecânica e térmica, alta resistência à corrosão e baixa massa específica e, portanto, usados em aplicações críticas, nas quais o conjunto dessas propriedades é importante. Tetracloreto de titânio é usado para fabricar vidros iridescentes (as cores mudam de acordo com o ângulo de visão). Produz também intensa fumaça no ar e é usado para cenas de efeito (não é inofensivo. A fumaça se dá pela reação com a umidade do ar TiCl4 + 2H2O TiO2 + 4HCl). Titânio e ligas são usadas em próteses ósseas, implantes dentários. Também em instrumentos cirúrgicos.

56 CULTURA POPULAR - PINTOR ROMERO BRITTO 56

57 COMPOSITOS - PAINEIS Prático, moderno e versátil. Reynobond é indispensável em projetos inovadores e de grande impacto visual. A leveza, conformabilidade, opções de cores e acabamentos, e a facilidade de aplicação fazem deste produto uma solução completa em qualquer necessidade arquitetônica. O Reynobond é composto por 2 chapas de alumínio até 0,5mm de espessura unidas por um núcleo de polietileno puro de baixa densidade. É rigorosamente plano e ao mesmo tempo de alta conformabilidade Brises Comunicação Visual Forros Pilares MarquisesFachadas

58 Matéria-Prima Forno de Fundição A fundição é o ponto de partida para a fabricação de todos os produtos. É lá também que se preparam as diferentes ligas de alumínio, destinadas a diferentes tipos de produtos e aplicações.

59 Matéria-Prima Alumínio líquido retirado das cubas eletrolíticas A principal matéria-prima utilizada na fundição é o alumínio primário, vindo diretamente das salas fornos, no estado líquido, a aproximadamente 800 ºC. Ele é introduzido nos fornos de fusão, por meio de cadinhos com capacidade média de 5 toneladas. O alumínio puro recebe então a adição de outros elementos para a formação das ligas.

60 Tarugos Tarugos Estocados São produzidos pelo sistema de vazamento DC (Vazamento Vertical) com tecnologia Wagstaff Air Slip Hot Top, com tratamento de homogeneização e resfriamento controlado.

61 Bobinas por Fundição Contínua (Caster) Possuem tratamento em linha de desgaseificação, filtragem e refino do grão, resultando em um material com padrão CBA de qualidade metalúrgica e mecânica para relaminação. Bobinas Caster aguardando transporte

62 Fundição Contínua - Chapas O processo de vazamento contínuo de chapas, utiliza equipamentos baseado no processo Continuous Casting between Cylinders. A CBA possui atualmente 8 equipamentos desse tipo, sendo que dois deles, pertencem à geração dos mais modernos do mundo com capacidade média de produção de 200 toneladas/dia.

63 Caster

64 Fundição Contínua - Chapas Equipamento para fundição contínua de chapas Durante o processo contínuo, o metal líquido dentro do forno escoa por uma calha onde recebe adição de refinadores de grão, passa por um filtro cerâmico e um filtro de bolas para então chegar ao injetor que distribui o metal entre os cilindros. Neste contato, o alumínio líquido perde calor e solidifica na forma de chapa.

65 Fundição Contínua - Chapas Equipamento para fundição contínua de chapas

66 Fundição Contínua - Chapas Bobina de chapa fundida

67 EMBALAGENS CARTONADAS Por suas propriedades físico-químicas, o alumínio cumpre a função de barrar fatores externos que causam deterioração, como o oxigênio, a umidade, a luz e microorganismos. Além disso, esse material é inodoro e não deixa que cheiros internos saiam e os externos ingressem. Ademais, permite fechamento hermético; é atóxico, não-absorvente e anticorrosivo. Inovação A empresa Tetra Pak Embalagens Como exemplo, as embalagens de leite: com alumínio, chegam a durar até 6 meses, e, sem esse metal, têm validade de apenas alguns dias. Folha fina de alumínio - Produto laminado retangular em seção transversal e com espessura variando de 0,15mm a 0,006mm (seis micra). Embalagem Tetra Pak

68 APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

69 Subchassi do BMW M6

70 Carroceria do Audi A2

71 Estrutura do Audi A8

72 Motor do BMW M6

73 ( ) Alternador ( ) Bomba dágua ( ) Bomba da direção hidráulica ( ) Compressor do ar condicionado ( ) Polia do virabrequim ( ) Polias tensoras ( ) Correia poli-v A B C D E F G

74 Motor do BMW M6 (B) Alternador (C) Bomba dágua (D) Bomba da direção hidráulica (E) Compressor do ar condicionado (A) Polia do virabrequim (F) Polias tensoras (G) Correia poli-v A B C D E F G

75 Motor Mopar 8.4 litros V10

76 Motor R10 V12 TDI

77 Carroceria do Audi R8

78 Motor Mercedes-Benz SLR

79 Chassi do Motor Mercedes-Benz SLR

80 Motor Mercedes-Benz SLR

81 Motor do Mercedes-Benz SLR

82 Esquema Motor Mercedes-Benz SLR

83 Teste do Motor do Mercedes-Benz SLR

84 Suspensão Mercedes-Benz SLR

85 Motor BMW M3

86 FIM

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88 Designação Composição % Res. TraçãoAlongamento Aplicações Al89 MPa25 % chapa fina Mn117 MPa23 % reservatório Mn 0.25 Cr 193 MPa18 % tubos Cu220 MPa12 % aviões Mg 0.6 Si 152 MPa16 % oleodutos Zn 2.5 Mg 276 MPa10 % aviões ENG. MECÂNICA


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