COBRE E SUAS LIGAS

PROPRIEDADES FÍSICAS DO COBRE COBRE E SUAS LIGAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO COBRE Ponto de Fusão  1083°C Densidade  8,96 g/cm3 Forma Cristalina  cfc Resistividade Elétrica  1,673x10-6 ohm.cm (100% IACS) Condutividade Térmica 0,941 cal/cm2.s.°C (Al= 0,52)

Condutibilidade Elétrica É comum exprimir a condutibilidade elétrica em termos de condutibilidade elétrica volumétrica. É medida comparativamente a um padrão de Cobre, sendo expressa em %IACS (International Annealed Copper Standard). Este padrão foi estabelecido pelo Bureau of Standar em 1913 para o Cobre puro da época. A condutibilidade de 100% IACS corresponde ao Cobre que, no estado recozido, tem uma resistividade de 0,15328 ohm.g/m² a20ºC, isto é, um fio de Cobre recozido de 1 m de comprimento, pesando 1g tem uma resistência de 0,15328 ohm.

COBRE E SUAS LIGAS ELEMENTO RESIDUAL Prata Oxigênio Cerca de 1/3 de todo o cobre produzido é de alguma forma usada na indústria elétrica Afeta pouco a condutividade elétrica Aumenta a temperatura de Recristalização do cobre Responsável pela fragilização

PROPRIEDADES MECÂNICAS COBRE E SUAS LIGAS PROPRIEDADES MECÂNICAS Deforma-se facilmente Apresenta grande alongamento nos estados: recozido, encruado e fundido Elongação ~60% Têm baixa dureza Apresenta elevada resistência à corrosão

A DUREZA DO COBRE PODE SER AUMENTADA POR COBRE E SUAS LIGAS A DUREZA DO COBRE PODE SER AUMENTADA POR Adição de elementos de liga (Cr, Cd) Tratamento térmico Encruamento

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TEOR DE COBRE COBRE E SUAS LIGAS CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TEOR DE COBRE I- Cobre IA- Tipos comerciais de Cu  mínimo de 99,3% de Cu IB- Cobres Ligados  elementos de liga <1%  Podem ser dúcteis ou para fundição II- Ligas de Cobre  elementos de liga >1%

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 1- COBRE ETP  COBRE ELETROLÍTICO TENAZ 2- COBRE FRHC  COBRE REFINADO À FOGO DE ALTA CONDUTIVIDADE 3- COBRE FRTP  COBRE REFINADO À FOGO, TENAZ 4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO 5- COBRE CU CAST COBRE REFUNDIDO 6- COBRE DLP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO (Baixo teor de P) 7- COBRE DHP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO (alto teor de P)

Cobre eletrolitico

O PROBLEMA DA PRESENÇA DO OXIGÊNIO NO COBRE O oxigênio forma um composto eutético com o cobre (Cu2O-CU) , de ponto de fusão mais baixo (1066 °C) que o Cobre puro comercial e de baixa dutilidade, segregando então para a região intergranular. Isso faz com que que haja perda de ductilidade. Outro agravante se dá na presença de gases redutores, como por exemplo [H], e à temperaturas elevadas onde o composto eutético forma vapor d'água na região intergranular. Este fenômeno pode acontecer no processo de soldagem, tratamento térmico em atmosferas protetoras umidas.

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 1- COBRE ETP  COBRE ELETROLÍTICO TENAZ % Cu  99,9% no mínimo Oxigênio  0,02-0,07% Condutividade no estado recozido  100% IACS Aplicações  Industrias elétrica, mecânica, química, construção civil

Cobre ETP fragilizado por Hidrogênio Grãos maclados α com particulas de Cu2O

COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA ELÉTRICA Cabos para rede elétrica Linhas telefônicas Transformadores Peças de rádio e TV Ânodos

COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA MECÂNICA Arruelas Rebites Radiadores de automóveis Trocadores de calor Fios, tiras,…

COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA QUÍMICA Caldeiras Destiladores Tanques Alambiques APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL Objetos artísticos Telhados Calhas,…

COBRE ETP-ELETROLITICO TENAZ - MICROESTRUTURA Grãos equiaxiais α maclados

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 2- COBRE FRNC  COBRE REFINADO À FOGO DE ALTA CONDUTIVIDADE % Cu  99,9% Oxigênio  Teor incerto (é de menor custo) Condutividade  100% IACS Aplicações  não tão nobres quanto o eletrolítico

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 3- COBRE FRTP  COBRE REFINADO À FOGO, TENAZ % Cu  99,8 % ou 99,85% Oxigênio  Teor controlado Condutividade  não é 100% IACS Impurezas  teores maiores que o ETP e FRNC Aplicações  mesmas do eletrolítico, com restrições a indústria elétrica (não tão nobre)

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO % Cu  99,95 % a 99,99% É o Cu eletrolítico sem óxido Condutividade  100% IACS É mais caro que os anteriores É resistente à fragilização pelo Hidrogênio

Cobre OFHC Grãos maclados α

4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO APLICAÇÕES Equipamentos eletro-eletrônicos como: Peças para radar Antenas Ânodos de tubos de raios-x

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 5- COBRE CU CAST COBRE REFUNDIDO GRAU A99,75 % de Cu % Cu GRAU B99,5 % de Cu É obtido de cobre secundário É destinado a fabricação de ligas de Cu

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 6- COBRE DLP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO % Cu  99,85% de Cu Teor de Fósforo é baixo  0,004-0,012%

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 7- COBRE DHP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO % Cu  99,9 - 99,8% de Cu Teor de Fósforo é alto  0,015-0,04%

TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 7- COBRE DLP COBRE VAZADO EM MOLDE % Cu  99,9 - 99,8% de Cu Teor de Fósforo é alto  0,015-0,04%

COBRES LIGADOS OU COBRES BAIXA LIGA CONTÉM ELEMENTOS DE LIGA MENORES QUE 1% DÚCTEIS produtos semi-manufaturados por conformação mecânica apresentam-se na forma de chapas, fios, arames, tiras, barras, tubos,.. PARA FUNDIÇÃO

COBRES LIGADOS OU COBRES BAIXA LIGA - DÚCTEIS PODEM SER REUNIDOS EM 3 GRUPOS DE LIGAS Ligas de alta condutividade elétrica (Ag) Ligas de alta resistência mecânica (As, Cd, Cr, Zr) Ligas de alta usinabilidade (Pb, Te, S, Se, Cd) Algumas ligas podem possuir uma ou + características dos grupos

LIGAS DE ALTA CONDUTIVIDADE TÉRMICA E ELÉTRICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Ag: 0,02-0,12% A Ag melhora a resistência mecânica do Cu puro A Ag melhora a fluência do Cu puro a altas temperaturas A Ag tem solubilidade total no Cu nessas concentrações Condutividade elétrica  90-100% IACS

LIGAS DE ALTA CONDUTIVIDADE TÉRMICA E ELÉTRICA Ag: 0,02-0,12% APLICAÇÕES Na indústria elétrica, como: Bobinas Interruptores Aletas de radiadores Etc.

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: As: 0,013-0,05% Tem condutividade elétrica  35-45 % IACS O As melhora a resistência mecânica do Cu puro, principalmente à altas temperaturas O As melhora a resistência à corrosão do Cu puro

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA  As: 0,013-0,05% PRINCIPAIS APLICAÇÕES Na indústria química  é usada em tubulações industriais que entram em contato com líquidos e gases pouco corrosivos Na construção mecânica  em trocadores de calor, tubulações para caldeiras

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cd: 0,6-1% Tem condutividade elétrica  80 % IACS O Cd é solúvel no Cu O Cd melhora a resistência mecânica, à fadiga e ao desgaste do Cu puro Esse cobre ligado apresenta elevada resistência ao amolecimento pelo aquecimento

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cd: 0,6-!% Aplicações na indústria elétrica molas de contato, linhas de transmissão

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cr: 0,8% Tem condutividade elétrica  80- 85% IACS O Cr não é totalmente solúvel no Cu Esse cobre ligado pode ser tratado termicamente por solubilização para melhorar as propriedades mecânicas em geral

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Zr: 0,1-0,25% Tem condutividade elétrica  90% IACS O Zr é solúvel no Cu Esse cobre ligado pode ser tratado termicamente por solubilização para melhorar as propriedades mecânicas em geral

LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Zr: 0,1-0,25% Aplicações na indústria elétrica, especialmente em aplicações em que estão sujeitas à alta solicitação

LIGAS DE ALTA USINABILIDADE PADRÕES DE USINAGEM LATÃO  usinabilidade 100 COBRE TENAZ  usinabilidade 20 Essas ligas combinam alta condutividade elétrica e boa usinabilidade Cu-Te (0,3-0,8%)  usinabilidade 85 Cu-S (0,2-0,5%)  usinabilidade 85 Cu-Se

OUTRAS LIGAS DE ALTA USINABILIDADE Cu-Pb (0,8-1,3%)  usinabilidade 85 Cu-Cd (0,8%)-Sn (0,6%)  usado em cabos aéreos de metrô, eletrodos para solda elétrica

COBRES LIGADOS PARA FUNDIÇÃO EXEMPLOS DE LIGAS Cu (99-99,5)-Cr (1%)-Si (0,1%) Apresenta resistência à tração mínima de 37 kgf/mm2 Cu-Cr (0,6-12%)

CONTÉM ELEMENTOS DE LIGA EM TEORES MAIORES QUE 1% LIGAS DE COBRE CONTÉM ELEMENTOS DE LIGA EM TEORES MAIORES QUE 1% Latões (Cu-Zn)  dúcteis e para fundição Bronzes (Cu-Sn)  dúcteis e para fundição Cu-Ni Cu-Ni-Zn (alpacas) Cu-Al Cu-Be Cu-Si

CONTÉM Cu e Zn com ou sem adição de elementos secundários LATÕES (Cu-Zn) CONTÉM Cu e Zn com ou sem adição de elementos secundários Os teores de Zn nos latões podem variar de: 5-50%

TIPOS DE LATÕES (Cu-Zn) Latão binário  Cu e Zn Latão com Pb  Cu, Zn e Pb (o Pb melhora a usinabilidade) Latões especiais  Cu e Zn (com ou sem Pb) e outros elementos de liga que proporcionam determinadas características (Al, Sn)

LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) Dividem-se em 3 classes conforme a microestrutura, que por sua vez depende da % Zn

LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn)

Microestrutura de Latão 95/5

Latão 70/30

LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) - CLASSIFICAÇÃO- Fase ß  ccc, é + resistente Fase   cfc, dúctil e tenaz Até 37% de Zn fase  (latões ) 37-45% de Zn fases  e ß (latões + ß) 46-50% de Zn fase ß (latões ß) Acima de 50% de Zn começa a precipitar a fase  que é quebradiça Por isso os latões com %Zn> 50% não tem uso comercial

LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) - PROPRIEDADES- As propriedades dos latões dependem do teor de Zn A resistência à tração aumenta com o teor de Zn A partir de 30% de Zn a ductilidade começa a diminuir A medida que o teor de Zn aumenta a resistência à corrosão diminui (processo de dezincificação – corrosão preferencial do Zn)

CORROSÃO POR DEZINCIFICAÇÃO É característica dos latões Dependendo do meio, o Zn é retirado da liga da forma de sal solúvel ou precipita na forma de um composto insolúvel O ataque pode ser localizado ou distribuído Até 15% de Zn o latão é resistente à corrosão por dezincificação O Sn e o As são inibidores da dezincificação

DEZINCIFICAÇÃO A – Camada de cobre redepositado A – Metal não corroido (metal dezincificado) B – Cobre redepositado B – Metal corroido C – Produto da corrosão do zinco Dezincificação por capas de um latão Dezincificação penetrante de um latão 63-34 chumbo, em contato com água 65-35, em contato com agua doce. do mar durante 20 meses. Aumento de Aumento de 4,4x. Em B vemos cobre 55x. Em cima camada de metal redepo- redepositado envolvido pelo metal não Sitada, em baixo metal não corroido corroido A, sendo C produto da corrosão do zinco.

CORROSÃO SOB TENSÃO

ENSAIO POR NITRATO MERCUROSO

CORROSÃO ASSOCIADO À FADIGA

EXEMPLOS LATÕES  Três ligas de latões cobrem praticamente todas as necessidades da indústria São as ligas que contém: 5, 10 e 15 % de Zn

EXEMPLOS LATÕES 

LATÕES COM Pb O Pb é adicionado para melhorar a usinabilidade APLICAÇÕES Peças a serem usinadas (parafusos, porcas, rebites,…)

LATÃO com Pb _ PRINCIPAIS LIGAS_ Cu= 60-63% 1) Pb= 2,5-3,7% Zn= restante Estrutura predominante é  Suporta deformação à frio limitadas É bastante usado nos EUA

LATÃO com Pb _ PRINCIPAIS LIGAS_ Cu= 56-60% 2) Pb= 2-3,5% Zn= restante Tem na estrutura mais fase ß Suporta mais a deformação à quente É mais barato É bastante usado na Europa

LATÕES ESPECIAIS ELEMENTOS DE LIGA PRESENTES NOS LATÕES ESPECIAIS Al As Sn Mg Ni Si Fe

EXEMPLO DE LATÕES ESPECIAIS CuZn28Al2 1) CuZn28Al2, com pequenos teores de As podendo conter Pb O Al melhora a resistência mecânica Esta liga apresenta boa resistência à corrosão devido a presença do Al e do As O As diminui o problema da dezinficação

EXEMPLO DE LATÕES ESPECIAIS CuZn28Al2 Aplicações da liga CuZn28Al2 Tubos para condensadores e trocadores de calor Indústria química Indústria naval

LATÕES ESPECIAIS - LIGAS COM Sn- O Sn melhora a resistência à corrosão Acrescentando 0,75% de Sn ao latão 60-40 tem-se o latão naval Acrescentando-se 1% de Sn tem-se o latão almirantado, que tem menor tendência à dezinficação Pode-se ainda adicionar As, Pb ou P (<0,1%) para inibir ainda mais a dezinficação

LATÕES PARA FUNDIÇÃO Facilita a usinagem Os latões binários são pouco usados para fundição A maioria das ligas de fundição contém Pb e Sn PAPEL DO Pb Facilita a usinagem Diminui a estanquiedade (porosidade) PAPEL DO Sn Melhora a resistência à dezincificação Permite a utilização de sucata com Sn

LATÕES PARA FUNDIÇÃO EXEMPLOS DE PEÇAS FUNDIDAS Hélices de navios Lemes de navios Rotores para turbinas movidas à agua Buchas Engrenagens Eixos