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Carregado porGiullyanno Felisberto
- Propriedades - Ligas metálicas - Metais
O documento discute as propriedades e aplicações de ligas metálicas, incluindo: 1) Ligas ferrosas como aços e ferros fundidos, com ênfase no aço como liga ferro-carbono; 2) Ligas não-ferrosas de cobre como latão, bronze e cuproníquel.
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- 1. D O CE N T E : P R O F. D R . F E R N A N D O J Ú N I O R Q U I T E S D I S C E N T E : G I U L LYA N N O D E O . F E L I S B E R T O LIGAS METÁLICAS UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Cuiabá – MT Julho/2014
- 2. METAIS • Os metaissão constituídos por um grande número de átomos iguais, sendo que cada átomo fica circundado por 8 ou 12 outros átomos do mesmo elemento metálico, tendo atrações iguais em todas as direções, o que o proporciona uma estrutura cristalina.
- 3. METAIS • Os átomosdos metais possuem apenas 1, 2 ou 3 elétrons na última camada eletrônica, consequentemente os elétrons escapam facilmente e transitam livremente pelo reticulo cristalino. • É chamado de “nuvem de elétrons” ou “mar de elétrons” e é o que mantem os átomos metálicos unidos.
- 4. METAIS • Essa estruturaem retículos e esse tipo de ligação química resulta em uma série de propriedades que diferenciam os metais de outras substancias. • Brilho: os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. Isto se da pelos dos elétrons livres localizados na superfície dos metais que absorvem e irradiam a luz.
- 5. METAIS • Maleabilidade: Éa capacidade de moldar os metais em lâminas finas, por martelar o metal aquecido ou passá-lo por cilindros laminadores. • Ductibilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas, devido o deslizamento provocado nas camadas de átomos.
- 6. METAIS • Condução deeletricidade: os metais são ótimos condutores de eletricidade. Essa propriedade é explicada pelo fato de que como os metais possuem um “mar” de elétrons livres, esses elétrons permitem a transição rápida de eletricidade através do metal. • • Condução de calor: a explicação para o fato de os metais serem bons condutores térmicos é baseada na presença dos elétrons livres que são dotados de movimento. Esses elétrons permitem o trânsito rápido do calor.
- 7. METAIS • Densidade elevada:normalmente os metais são densos, em virtude das estruturas compactas dos retículos cristalinos.
- 8. METAIS • Pontos defusão e ebulição altos: a força de atração causada pelo “mar de elétrons” é muito forte, mantendo os átomos unidos com muita intensidade. Assim, para que se rompa essa ligação é preciso fornecer altas energias externas. • • Resistência à tração: Da mesma forma, fios metálicos são muito resistentes às forças que se aplicam sobre eles, ao serem puxados ou alongados.
- 9. LIGA METÁLICA • “Materiaisque possuem propriedades metálicas, formados por dois ou mais elementos, sendo que pelo menos o maior constituinte deles é um metal.” • O Composto em maior quantidade é chamado de solvente e o de menor quantidade de soluto. • Possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza e/ou aumento da resistência mecânica.
- 10. LIGA METÁLICA • Asligas podem ser soluções sólidas homogêneas, nas quais os átomos de um metal estão distribuídos ao acaso entre os átomos do outro, ou podem ser compostos com uma composição e estrutura interna definida. Dentre elas temos a solução sólida intersticial e a solução sólida substitucional.
- 11. LIGA METÁLICA • Umasolução sólida intersticial é uma solução sólida na qual os átomos do soluto ocupam os interstícios, as cavidades, entre os átomos do solvente. Soluto Solvente
- 12. LIGA METÁLICA • Asolução sólida intersticial são formadas frequentemente por metais e átomos pequenos (como boro, carbono e nitrogênio) que possam ocupar as cavidades do metal, frequentemente ferro, níquel e cobalto. • Os átomos pequenos entram no sólido hospedeiro preservando a estrutura cristalina do metal original e sem transferência de elétrons nem formação de espécies iônicas. • Um exemplo desta liga é o aço (ferro e carbono).
- 13. LIGA METÁLICA • Jáuma solução sólida substitucional é uma solução sólida na qual os átomos de um metal soluto ocupam algumas das posições dos átomos do metal solvente. Soluto Solvente
- 14. LIGA METÁLICA • Osraios atômicos dos elementos diferem de, no máximo, 15% um do outro e as estruturas cristalinas dos dois metais puros são as mesmas, tornando-os compatíveis. • Um exemplo desta liga é a Cuproníquel. Cobre e níquel são elementos do bloco d, são semelhantes no caráter eletropositivo e em raios atômicos (Ni 125 pm, Cu 128 pm, diferença de apenas 2,3%).
- 15. LIGA METÁLICA • Aligas metálicas são divididas em 2 grupos: • Ligas ferrosas: Apresentam o elemento ferro como constituinte principal. • Ligas não-ferrosas: Não apresentam o elemento ferro como constituinte.
- 16. LIGAS FERROSAS • Sãoespecialmente importantes como materiais de construção de engenharia. Seu amplo uso é resultado de 3 fatores: • Os compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre; • Ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração , refino, formação de ligas e fabricação relativamente econômicas; • As ligas ferrosas são extremamente versáteis, possuem uma ampla gama de propriedades físicas e mecânicas.
- 17. LIGAS FERROSAS • Asligas ferrosas são divididas em dois grandes grupos, de acordo com o teor de carbono presente em cada uma: • Aços: Teor de carbono inferior a 2,11% C; • Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.
- 18. LIGAS FERROSAS Aço Ligas Ferro – Carbono 0,008 e 2,11% de C Dúctil Forjamento Laminação Extrusão Ferro Fundido Ligas Ferro – Carbono 2,06% e 6,67% de C Duro Fundição
- 19. LIGAS FERROSAS -AÇO • O Aço é uma liga de ferro-carbono, podendo apresentar concentrações apreciáveis de outros elementos de liga, como níquel, molibdênio, cromo e outros.
- 20. LIGAS FERROSAS -AÇO • Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços, produzidos em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações. • Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica. • Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica.
- 21. LIGAS FERROSAS -AÇO • Os aços patináveis, ou corten, são aços que contêm pequenas adições de elementos de liga, como cobre, fósforo, níquel e cromo, que em determinadas condições ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de muitos ambientes urbanos. • Esses elementos de liga também contribuem para a melhoria de propriedades mecânicas através do refino de grão, razão pela qual alguns autores preferem considerá-los como fazendo parte de um subgrupo dos chamados aços de alta resistência e baixa liga (ARBL).
- 22. LIGAS FERROSAS -AÇO • Outro tipo de aço é o aço-carbono, que possui uma classificação própria: • Baixo carbono --- no máximo 0,30% de C; • Médio-carbono --- de 0,30 a 1,00% ; • Alto carbono --- 1,00 a 2,11%.
- 23. LIGAS FERROSAS -AÇO • Baixo Carbono: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. • Aplicado em chapas automobilísticas, placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, latas de folhas- de-flandres e caldeiras.
- 24. LIGAS FERROSAS -AÇO • Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente para receber tratamento térmico de têmpera, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas. • Aplicado em rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins, peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade e estruturas parafusadas
- 25. LIGAS FERROSAS -AÇO • Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor ductilidade entre os aços carbono. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte. • Aplicado em talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.
- 26. LIGAS FERROSAS -AÇO • O Aço damasco é a união de dois ou mais aços de características diferentes, unidos pelo método de caldeamento. Uma barra de damasco pode ter várias camadas. • A grande vantagem do damasco, além da beleza da lâmina, é a flexibilidade que ele proporciona, pois geralmente é forjado de um aço de alto teor de carbono com um de médio ou baixo teor de carbono. É de difícil obtenção, o que faz encarecer o produto, porém é muito valorizado por colecionadores.
- 27. LIGAS FERROSAS -AÇO • Elementos adicionados ao aço: • Níquel: melhora na ductilidade, resistência mecânica a quente, na soldabilidade e na resistência a corrosão. • Molibdênio e cobre: aumenta a resistência a corrosão por via úmida. • Silício e alumínio: melhora a resistência a oxidação a alta temperatura. • Nióbio: teores baixíssimos desse elemento permite elevada resistência e não diminui a soldabilidade • Titânio: aumenta o L.R, a resistência à abrasão e bom desempenho em altas temperaturas.
- 28. LIGAS FERROSAS -AÇO • Aço Inoxidável • Contém ao menos 10% de Cr • Resistência à corrosão bastante melhorada • Dependendo da porcentagem de Cr, C podem ser martensítico, ferrítico austenítico e de endurecimento por precipitação
- 29. LIGAS FERROSAS –FERRO FUNDIDO • É uma liga de ferro-carbono com teor de carbono acima de 2,11%. • Os produtos são obtidos, mais comumente, pelo processo de fundição em molde de areia ou matriz. • O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na fabricação do lápis.
- 30. LIGAS NÃO-FERROAS • Oaço e as ligas ferrosas são de certa forma muito vantajosos. Entretanto, eles possuem algumas limitações bem definidas como: • Massa específica relativamente elevada; • Condutividade elétrica comparativamente baixa; • Suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes usuais. • Dessa forma, para muitas aplicações, é vantajoso eu até mesmo necessário o uso de outras ligas que possuam combinações adequadas de propriedades. Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de acordo com alguma característica específica compartilhada por um grupo de ligas.
- 31. LIGAS NÃO-FERROAS -COBRE • Possuem elevadas condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e são amagnéticas. • Cobre comercialmente puro; • Ligas de alto teor de cobre; • Latões; • Bronzes; • Ligas de Cobre-níquel.
- 32. LIGAS NÃO-FERROAS -COBRE • Latão • Cobre e zinco (de 5 a 45%), Outro Elementos Podem ser Usados (Al, Sn, Pb ou As) • Utilizado desde munições de artilharia leve ou pesada até abajures e joalheria.
- 33. LIGAS NÃO-FERROAS -COBRE • Bronze • Cobre-Estanho (2 a 11%) Outro Elementos Podem ser Usados (zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo) • Enorme resistência estrutural, à corrosão atmosférica, facilidade de fundição e boa capacidade de acabamento. • Aplicado em Mancais, bronzinas, armas, Estátuas
- 34. LIGAS NÃO-FERROAS -COBRE • Cuproníquel • Cu – Ni (Até 30%) • Boa Resistência à Corrosão e à Fadiga • Não é atraída pelo imã • Moeda ,de 1998 a 2001 cuproníquel (núcleo) e alpaca (anel), Condensadores e Aparelhos de Destilação.
- 35. LIGAS NÃO-FERROAS -COBRE • Alpaca é uma liga de Cobre (65%), Níquel (18%) e Zinco (17%), seu nome significa metal branco e também é conhecida como prata alemã. • É bastante dúctil e possui facilidade de ser trabalhada, além de também possuir resistência a meios corrosivos.
- 36. LIGAS NÃO-FERROAS -MAGNÉSIO • Apresentam ponto de fusão em torno de 650 °C • Tem boa usinabilidade, podem ser forjadas, laminadas e fundidas. • O magnésio possui boa resistência à corrosão em atmosferas pouco agressivas e susceptível à corrosão em meios marinhos. • Também possui boas condutibilidades elétrica e térmica e absorção às vibrações elásticas. • Largamente utilizadas na indústria aeronáutica, em componentes de motores e na fuselagem.
- 37. LIGAS NÃO-FERROAS -TITÂNIO • As ligas de titânio possuem densidade razoavelmente baixa (4,5 g/cm3) e elevado ponto de fusão (1668 °C) • Suas ligas são bastante resistentes, porém sua maior limitação é a elevada reatividade química com outros elementos em elevadas temperaturas.
- 38. LIGAS NÃO-FERROAS -ESTANHO • Apresentam material mole, dúctil e maleável de baixa resistência mecânica, porém elevada resistência à corrosão. • Empregado na forma de chapas, folhas e fios estanhados , segurança contra o fogo, em alarmes, metais de soldagem e vedação.
- 39. LIGAS NÃO-FERROAS -ALUMÍNIO • As ligas de Alumínio são versáteis, econômicos não são ferromagnéticas e apresentam elevadas condutividades térmica e elétrica. • Apresentam resistência à oxidação progressiva e são muito dúcteis e maleáveis.
- 40. LIGAS NÃO-FERROAS -ZAMAC • Seu nome vem da composição da sua liga: Zinco, Alumínio, Magnésio, e Cobre. • Boa resistência à Tração, Corrosão, Choques e Desgastes • Possui baixo ponto de fusão, 400°C, o que permite uma maior produção de peças fundidas em serie. • Aplicada em Maçanetas, chaves, espelhos.
- 41. LIGAS NÃO-FERROAS -OURO • Este metal pode ser encontrado livremente na natureza, é o chamado ouro nativo. O ouro nativo (100 % puro) é designado como ouro 24 quilates, ele é maleável, ou seja, não apresenta consistência para fabricar objetos. • Sendo assim, no processo de obtenção de joias preciosas, é preciso adicionar prata (Ag) e cobre (Cu) formando então uma liga metálica com o ouro. • Esta ligação permite maior dureza ao material, tornando possível a confecção das mais variadas joias. A porcentagem da mistura é de 75 % em ouro e 25 % em prata e cobre, o que dá origem ao ouro 18 quilates.
- 42. PROCESSOS DE FABRICAÇÃODE LIGAS METÁLICAS • A fabricação das ligas metálicas pode ser feito a partir do processo de : • Fusão; • Compressão; • Processos eletrolíticos.
- 43. PROCESSOS DE FABRICAÇÃODE LIGAS METÁLICAS • Fusão • Neste processo os componentes que vão formar a liga, são postos em temperatura de fusão para a sua mistura homogênea e posteriormente resfriados em formas com formato pré-definido. • Compressão • Este processo consiste em misturar os materiais de vão compor a liga em proporções adequadas a uma pressão bastante elevada, este processo e utilizado quando os materiais da liga são imiscíveis no estado liquido e tem elevado ponto de fusão. • Processo Eletrolítico • Consiste na mistura de sais proporcionando a mistura de dois ou mais metais sobre o catodo.
- 44. REFERÊNICAS • http://www.infoescola.com/quimica/propriedades-dos-metais/ • http://www.brasilescola.com/quimica/metais.htm •http://www.mundoeducacao.com/quimica/propriedades-dos- metais.htm • Callister, W. D. Jr. - Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma Introdução, 7ª Edição, Editora LTC. • Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3ª Edição. • SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. Química Inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.