Ligas de Cobre, Magnésio, Cobalto, Níquel e Superligas.

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1 Ligas de Cobre, Magnésio, Cobalto, Níquel e Superligas.
Ana Letícia Colombo Carolina Sabioni Douglas da Silva

2 Sumário da aula Cobre e suas ligas ; Magnésio e suas ligas;
Níquel e suas ligas; Superligas; Superligas de Ferro-Níquel Superligas de Níquel Superligas de Cobalto

3 Cobre e suas Ligas

4 Cobre O Cobre e suas ligas são o terceiro metal mais utilizado no mundo, perdendo apenas para os aços e para o alumínio e suas ligas. Características Principais do Cobre: Densidade: 8,96 g/ cm3 ( 20°C); Ponto de Fusão: 1083°C; Ponto de Ebulição: 2595°C; Coeficiente de dilatação térmica linear: 16,5 x 10-6 cm/cm/°C (20°C); Resistividade elétrica: 1,673x 10-6 ohm.cm (20°C); Condutividade elétrica: 101% IACS à 20°C; Calor específico: 0,0912 cal/g/°C (20°C); Calor latente: 50,6 cal/g; Forma cristalina: Cúbica de faces centradas.

5 Cobre Cobre comercialmente puro: As característica técnica mais importante para o cobre puro é sua condutividade elétrica.

6 Cobre O cobre é normalmente usado em sua forma pura. Pode também combinar com outros metais para produzir uma enorme variedade de ligas. Cada elemento adicionado ao cobre permite obter ligas com diferentes características tais como: maior dureza; resistência a corrosão; resistência mecânica, usinabilidade; obter uma cor especial para combinar com certas aplicações.

7 Cobre Cobre recozido: padrão de condutibilidade (100%); compatível com conexões, soldas (flexibilidade, resistência mecânica e a corrosão); combina resistência e ductibilidade. Barras e laminados: resistência a corrosão; resistência elástica a compressão; soldabilidade; bom condutor de calor.

8 Principais Ligas do Cobre
ALPACAS Principais Ligas do Cobre Zn COBRE ALUMÍNIO CUPRONÍQUEL Al Ni COBRE Sn Zn BRONZE LATÃO

9 Liga Cobre e Zinco  Cobre e Zinco (Latão): A composição de Zinco varia de 5% a 50%.

10 Liga Cobre e Zinco Influência do Zn: Aumenta a resistência mecânica; Baixo o ponto de fusão; Baixo custo. Fase α  CFC, dúctil e tenaz;„ Fase ß  CCC, mais resistente;

11 Liga Cobre e Zinco A resistência à tração aumenta com o teor de Zn e a resistência à corrosão diminui; „ A partir de 30% de Zn a ductilidade começa a diminuir; Até 37% de Zn fase α (latões α); 37- 45% de Zn fases α e ß (latões α + ß); 46- 50% de Zn fase ß (latões ß) Acima de 50% de Zn começa a precipitar a fase γ que é quebradiça;

12 Aplicações do Latão Liga Cobre e Zinco
Esta liga é utilizada em moedas, medalhas, bijuterias, radiadores de automóvel, ferragens, cartuchos, diversos componentes estampados e conformados etc.

13 Liga Cobre e Estanho Cobre e Estanho (Bronze): A composição de Estanho pode chegar a 20%.

14 Liga Cobre e Zinco Fase α CFC, dúctil e tenaz; Fase γ  é mais dura. Características gerais do Bronze: ‹Elevada resistência à corrosão; ‹A dureza e a resistência mecânica aumentam com o teor de Sn; A partir de 5% de Sn a ductilidade diminui.

15 Liga Cobre e Zinco É utilizado em tubos flexíveis, torneiras, varetas de soldagem, válvulas, buchas, engrenagens etc.

16 Liga Cobre e Alumínio Cobre e Alumínio: Características gerais: Esta liga normalmente contém mais de 10% de alumínio.

17 Liga Cobre e Alumínio Microestrutura de liga Cu- 9%, 2% Al no estado bruto de fusão. Fase α (clara) precipitada com eutetoide α + γ2. Microestrutura de liga Cu -9%, 2% Al após homogeneização a 600°C: fase nucleada.

18 Características gerais da liga Cu – Al:
Liga Cobre e Alumínio Características gerais da liga Cu – Al: As ligas possuem boa resistência à corrosão; É utilizada em peças para embarcações, trocadores de calor, engrenagens. Hélice Buchas

19 Liga Cobre e Níquel Cobre e Níquel (Cuproníquel): O conteúdo de níquel pode variar de 10% a 30%.

20 Liga Cobre e Níquel Apresentam excelente resistência à corrosão, especialmente à água do mar;„ São dúcteis,„ Permanecem monofásicas para qualquer composição, „Podem ser trabalhadas a frio e à quente;„ Algumas ligas apresentam resistividade independente da temperatura (aplicações em resistência elétrica) A medida que aumenta o teor de Ni aumenta a dureza, a resistência mecânica e o limite a fadiga; Nas ligas comerciais o teor de Ni varia de 5- 45% A maioria das ligas Cuproníqueis contém Fe e Mn em teores em torno de 2%, para elevar a resistência à corrosão.

21 Liga Cobre e Níquel É utilizada em cultivos marinhos, moedas, bijuterias, armações de lentes.

22 Liga Cobre, Níquel e Zinco
Cobre, Níquel e Zinco (Alpacas): As ligas que normalmente contém entre 45% a 70% de cobre, e de 10% a 18% de níquel, sendo o restante constituído por zinco. Cor esbranquiçada, brilhante. Por sua coloração, estas ligas são facilmente confundidas com a prata. Tem elevada resistência à corrosão; Podem ser deformadas à frio e à quente; São utilizadas em chaves, equipamentos de telecomunicações, decoração, relojoaria, componentes de aparelhos ópticos e fotográficos etc.

23 Liga Cobre, Níquel e Zinco
São utilizadas em chaves, equipamentos de telecomunicações, decoração, relojoaria, componentes de aparelhos ópticos e fotográficos etc.

24 Magnésio e suas Ligas

25 Magnésio É um metal com coloração cinza prateada, quando
exposto ao sol perde seu brilho. Possui ótima relação resistência /peso. A sua elevada reatividade é uma das razões pela qual a produção de magnésio requer grande quantidade de energia. Metade do magnésio produzido é usado diretamente nas ligas de alumínio para melhoria das suas propriedades mecânicas.

26 Propriedades do Magnésio

27 Comparação da densidade do Magnésio com outros elementos

28 Ligas de Magnésio Essa ligas são tratadas termicamente para melhorar suas propriedades mecânicas. O tipo de tratamento térmico depende da composição e a forma (fundido ou forjado)e também das condições de serviços possíveis. Pode ser forjado, laminado, extrudado e fundidos.

29 Processamento das ligas de Magnésio
As ligas de magnésio são produzidas por quase todos os métodos convencionais de fundição, principalmente fundição em areia injetada,e em coquilha. Dependendo do tipo de peça, aplicação, propriedades da própria liga ,é feita a escolha da técnica de fundição apropriada. Logo a produção dessa liga por fundição injetada é responsável por cerca de 90% da produção de ligas de magnésio.

30 Tratamentos Térmicos mais comuns
Tratamento Térmico de Solubilização  Este tratamento provoca um aumento da resistência à tração, da ductilidade e da resistência ao impacto mas diminui a dureza e o limite de escoamento ( 340 a 565ºC). Tratamento Térmico de Envelhecimento Este tratamento origina um aumento do limite de escoamento e da dureza (120 a 230ºC). Térmico de solubilização seguido de um Envelhecimento Neste tratamento há um aumento considerável do limite de escoamento e da dureza, no entanto diminui a resistência ao impacto e a ductilidade. Tratamento Térmico de Solubilização seguido de Estabilização Este tratamento tem como principal objetivo a obtenção do máximo alívio de tensões e da mínima dilatação que as peças apresentam, quando sujeitas a elevadas temperaturas.

31 Propriedades das Ligas Magnésio
Alta resistência Baixa ductilidade Baixo ponto de fusão Soldável Boa resistência à fadiga Alta resistência ao impacto Baixo módulo de Young (45 x 103 MPa)

32 Principais Ligas de Magnésio
Ligas Mg-Al As ligas Mg-Al foram as primeiras a ser desenvolvidas. Ligas com pelo menos 85% de Mg e adições de alumínio (até 10%), de zinco (<3%) e de manganês (<0,6%). Adição do Al ao magnésio permite aumentar a sua resistência mecânica e à corrosão. E o Manganês melhora a resistência a corrosão.

33 Principais Ligas de Magnésio
Composição da liga ZAXL a05413

34 Tipos de Ligas de Magnésio
Ligas de Mg-Mn A adição do manganês nessas ligas,melhora a resistência à corrosão. São interessantes para aplicações eletroquímicas ,tais como proteção catódica dos aços.

35 Tipos de Ligas de Magnésio
Ligas de Mg-Zn Estas ligas apresentam elevadas resistências mecânicas, no entanto não têm uma vasta aplicação devido à sua à microporosidade; não são soldáveis devido à elevada quantidade de zinco (5 a 6%) e sofrem fissuração à quente. O zinco permite um aumento da resistência da liga. São usadas em peças forjadas, estampadas e perfiladas.

36 Microestrutura do fundido AE44
Microestrutura como fundido de liga AE44

37 Aplicações das Ligas Magnésio
Aplicam-se na indústria automóvel, aeroespacial, equipamentos comerciais, etc. Componentes do sistema de transmissão de um helicóptero

38 Aplicações das Ligas Magnésio

39 Magnésio em veículos Atualmente mais de 60 peças diferentes em magnésio são utilizados pela Indústria Automobilística.

40 Níquel e suas Ligas

41 Níquel Metal branco prateado, similar em muitos aspectos ao metal ferro, porém com uma boa resistência à oxidação e à corrosão. É utilizado principalmente na melhoria de resistência mecânica a altas temperaturas, para uma ampla faixa de ligas ferrosas e não-ferrosas. Outras propriedades que se destacam são: condutividades térmica e elétrica, como também uma excelente propriedade magnética. Propriedades que fazem do níquel e suas ligas, metais bastante valiosos.

42 Propriedades Físicas Símbolo Químico Ni Número Atômico 28 Peso Atômico
58,71 Densidade ( 20º C) 8,9 g/cm3 Ponto de Fusão 1453ºC Ponto de Ebulição 2910ºC Estrutura Cristalina CFC

43 O níquel é utilizado com freqüência, sozinho ou com outros elementos de liga, tais como , cromo ou molibdênio, para permitir o desenvolvimento de uma alta dureza, resistência e ductilidade. É bastante empregado na indústria automotiva, construção civil e outras indústrias, onde se exigem alta resistência, tenacidade e resistência ao desgaste e à corrosão; Diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil para os aços, geralmente empregados em equipamentos submetidos à serviços de baixas temperaturas.

44 As ligas de níquel são empregadas principalmente em serviços submetidos a altas temperaturas e à corrosão. Em relação ao sistema de classificação, o níquel se divide em quatro famílias: Níquel comercialmente puro; Ligas binárias, tais como Ni-Cu e Ni-Mo; Ligas ternárias, tais como, Ni-Cr-Fe e Ni-Cr-Mo; Ligas complexas, como Ni-Cr-Fe-Mo-Cu (com a possibilidade de outros elementos adicionais); Superligas. As ligas são melhores reconhecidas pelo seus nomes comerciais, tais como Monel, Inconel, Incoloy e Nibonic.

45 Ligas de Níquel

46 Ligas de Níquel

47 Ligas de Níquel

48 Evolução das microestruturas das ligas de Ni

49 Evolução da Microestrutura de Ni Diagrama Ni-Cr
(Nimonic 80A: Ni-20Cr-2.0Ti-1.0Al-0.05C) Liga Binária Ni-20Cr Matriz Austenítica

50 Liga Ternária Ni-20Cr-1.0Al
Matriz Austenítica

51 Liga Quatenária Ni-20Cr-1.0Al-2.0Ti
Matriz Austenítica

52 Ligas de Níquel Monel Inconel Incoloy Nimonic

53 Ligas de Ni-Cu Foi desenvolvida partindo-se de sulfetos de Ni e Cu e fazendo redução simultânea dos minérios como fonte de Cu e Ni; Altamente resistente a corrosão; Porém, com baixa resistência mecânica quando comparada as superligas de níquel; Principais ligas Monel 400 (VRC400) Monel K500 (VRCK500)

54 Principal Aplicação Indústria naval e petroquímica

55 Ligas de Ni-Cu (Monel) Composição Química

56 Monel K500 Matriz bifásica Com dispersão de TiC e após solubilização e envelhecimento apresenta precipitação de Ni3(Al,Ti).

57 Ligas de Ni-Cr-Fe (Inconel)
Resistentes a altas temperaturas com excelentes propriedades mecânicas; Elevada resistência à oxidação e resistência razoável a corrosão. Principais ligas Inconel 600 (VAT 600) Inconel 718 (VAT 718) Inconel 751 (VAT 751)

58 Principal Aplicação indústrias aeroespacial, nuclear e petroquímica, válvulas automotivas, turbinas (avião e à gás).

59 Ligas de Ni-Cr-Fe (Inconel)
Composição Química

60 Inconel 718

61 Microestrutura Ligas com matriz austenítica.
- Em geral apresentam dispersão de precipitados de Ni3(Al,Ti) e Ni3Nb além de carbonitretos do tipo M(C,N)

62 Ligas de Ni-Fe-Cr (Incoloy)
Resistentes a corrosão em altas temperaturas (em especial por cloretos), com boas propriedades mecânicas, porém inferiores as ligas Inconel. Resistência a oxidação. Principais ligas Incoloy A-286 (VAT A286) Incoloy 925 (VRC925)

63 Principal Aplicação Indústria petroquímica.

64 Ligas de Ni-Cr-Fe (Incoloy)
Composição Química

65 Microestrutura Ligas com matriz austenítica. Apresentam dispersão de precipitados de Ni3(Al,Ti) além de carbonitretos do tipo M(C,N) e carbonetos

66 Ligas de Ni-Cr (Nimonic)
Boa resistência à corrosão a alta temperatura, em especial por sulfatos, excelente resistência à fluência e à fadiga à quente. Principais ligas Nimonic 80A (VAT80A) Nimonic 90 (VAT90)

67 Principal Aplicação indústria automotiva na fabricação de válvulas para motores de combustão interna e industria petroquímica e aeroespacial.

68 Ligas de Ni-Cr (Nimonic)
Composição química

69 Microestrutura - Ligas com matriz austenítica. Apresentam dispersão de precipitados de Ni3(Al,Ti) e carbonitretos do tipo M(C,N) - Nitrogênio é sempre residual (abaixo de 0.05%)

70 Super Ligas

71 Superligas Alto desempenho, combinando alta resistência mecânica e alta resistência à corrosão em temperaturas elevadas Alta condutividade térmica, Baixa expansão térmica, Alta resistência ao ataque ambiental, Excelente resistência à fluência, à fadiga térmica e mecânica, Boa ductilidade e boa resistência a corrosão em temperaturas altas de operação

72 Classificação

73 Superligas -Tanto Fe quanto Co sofrem transformações alotrópicas.
-Fe se transforma de estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) em temperaturas baixas (alpha) transformando-se em cúbica de face centrada (CFC) para altas temperaturas (gamma); Co se transforma de estrutura hexagonal em baixas temperaturas para cúbica de face centrada em altas temperaturas; -O níquel tem estrutura cúbica de face centrada (CFC) em qualquer temperatura. -As formas CFC para Fe e Co nas superligas geralmente são estabilizados por elementos de liga.

74 Superligas A tabela abaixo nos mostra os elementos de liga e seus efeitos nas superligas Elemento Base Fe-Ni e Ni Base Co Efeito Cr 5 – 25 19 – 30 Resistência a oxidação e corrosão a quente, carbonetos, maior dureza Mo, W 0 – 12 0 – 11 Carbonetos, maior dureza Al 0 – 6 0 – 4,5 Endurecimento por precipitação, resistência a oxidação Ti 0 – 4 Endurecimento por precipitação, Carbonetos Co 0 – 20 __ Afeta quantidade do precipitado Ni 0 – 22 Estabiliza austenita, endurece fase precipitada Cb 0 – 5 Carbonetos, maior dureza, endurecimento por precipitação (Ni-, Fe-Ni) Ta 0 – 9 Carbonetos, maior dureza, resistência a oxidação.

75 SUPERLIGAS DE FERRO E NÍQUEL

76 Superligas à base de Ferro e Níquel
Foi desenvolvida a partir dos aços inoxidáveis austeni- ticos. O uso de nióbio e titânio evita a formação de carbone- tos de cromo nos contorno de grão. Cromo está presente para garantia da resistência à corrosão/oxidação, e o teor de níquel para garantia da   estabilidade da austenita a altas temperaturas. A classe mais importante dessas superligas é a de ligas  endurecidas por precipitação de compostos intermetáli- cos.

77 Superligas à base de Ferro e Níquel

78 DIAGRAMA DE FASES Fe-Ni

79 LIGA COM BASE Fe-Ni FORJADOS (ESQUERDA 17.000X; DIREITO 3300X)
MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Fe-Ni FORJADOS (ESQUERDA X; DIREITO 3300X)

80 SUPERLIGAS DE NÍQUEL

81 SUPERLIGAS DE NÍQUEL Ligas de níquel de grande importância, especialmente desenvolvidas para serviços sob condições de alta resistência mecânica a altas temperaturas. A principal exigência mecânica para tal serviço é a alta resistência à fluência. Os principais requisitos para alta resistência à fluência são: uma matriz que possua um alto valor de módulo de elasticidade e uma baixa taxa de difusão a temperaturas elevadas.

82 SUPERLIGAS DE NÍQUEL As superligas de níquel normalmente contêm elementos como cromo, cobalto, ferro, molibdênio, tungstênio e nióbio. Efeito dos elementos: o fortalecimento da matriz que depende da diferença de tamanho do níquel e do soluto com a finalidade de conter o movimento das discordâncias.

83 SUPERLIGAS DE NÍQUEL Dentre as superligas destacam-se Waspaloy, Udimet 700, Astroloy, Rene 95 e a classe Nimonic. Uma grande aplicação para as superligas está relacionada à produção de componentes de turbinas à gás e na indústria aeronáutica. Uma turbina, cuja as palhetas estão submetidas a altas temperaturas e tensões, devido a força centrífua e vibracional.

84 SUPERLIGAS DE NÍQUEL Composição

85 SUPERLIGAS DE NÍQUEL PROPRIEDADES Ligas com elevada quantidade de fases intermetálicas (ɤ’, ɤ’’) Elevada resistência mecânica (tração, fluência) ; Elevada resistência à quente; Microestrutura geralmente em Blocos.

86 Superligas de Ni – Waspaloy
SUPERLIGAS DE NÍQUEL Superligas de Ni – Waspaloy Microestrutura Similar a microestrutura da liga Nimonic Diferença: Elevada resistência mecânica à quente Grande dispersão de partículas 13.5%Co Elevada resistência à oxidação 4.5%Mo Elevada dificuldade para usinar Aplicações: Indústria aeroespacial (turbinas) Máquinas de tração e fluência

87 LIGA COM BASE Ni FUNDIDO (100x)
SUPERLIGAS DE NÍQUEL MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Ni FUNDIDO (100x)

88 SUPERLIGAS DE COBALTO

89 Superligas à base de Cobalto
SUPERLIGAS DE COBALTO Superligas à base de Cobalto A faixa de temperatura de aplicação das ligas varia entre: 540 °C e 1204°C Aumento de dureza solução solida e fases precipitadas As superligas devem a maior parte de sua resistência ao aumento de dureza por solução sólida e fases precipitadas.

90 Superligas à base de Cobalto
SUPERLIGAS DE COBALTO Superligas à base de Cobalto Para trabalhar em elevadas temperaturas : Controle do percentual de carbono Adição de níquel e tungstênio O controle do percentual de carbono a valores baixos deve ser o suficiente para garantir a ductilidade, mas permitir a precipitação de carbonetos finos e dispersos responsáveis pela elevada resistência mecânica das ligas a elevadas temperaturas,dessa forma as ligas de cobalto para altas temperaturas apresentam baixo percentual de carbono e adição de níquel e tungstênio, além de normalmente serem trabalhadas.

91 Superligas à base de Cobalto
SUPERLIGAS DE COBALTO Superligas à base de Cobalto - ligas trabalhadas ou fundidas.

92 SUPERLIGAS DE COBALTO Ligas Stellite - O Stellite 1 e 6 apresentam excelente resistência ao desgaste em elevadas temperaturas e boa soldabilidade, com destaque para aplicações de revestimentos duros, o endurecimento superficial (hardfacing), onde se sobressaem as ligas Stellite 1 e Stellite 6 pela excelente resistência ao desgaste em altas temperaturas;

93 SUPERLIGAS DE COBALTO Ligas Stellite - O Stellite 21 é uma liga de menor teor de carbono, e que emprega molibdênio ao invés de tungstênio para endurecer por solução sólida e por isso possui maior resistência à corrosão do que os Stellites 1 e 6; - O Stellite 790 é indicado para condições de trabalho onde há abrasão severa, mas que não submeta o material a choques térmicos ou mecânicos;

94 SUPERLIGAS DE COBALTO Ligas Stellite - O Stellite 238 é uma liga Co-Fe-Cr, desenhada para a confecção de matrizes de forjamento. Devido ao baixo carbono, a liga possui excelente resistência a choques mecânicos e térmicos. Molibdênio é adicionado para aumentar a dureza a quente;

95 LIGA COM BASE Co FUNDIDO (250x)
SUPERLIGAS DE COBALTO MICROESTRUTURA CARBONETOS LIGA COM BASE Co FUNDIDO (250x)

96 Superligas à base de Cobalto X Níquel
SUPERLIGAS DE COBALTO X NÍQUEL Superligas à base de Cobalto X Níquel Ligas de cobalto são mais resistentes a corrosão a quente. Apresentam um custo mais elevado. Melhor soldabilidade dos produtos. Maior ponto de fusão em relação as ligas de níquel Maior capacidade de absorver tensões Melhor soldabilidade dos produtosprincipalmente para o reparo de componentes degradados expostos a altas temperaturas

97 Obrigado !