Ligas ferrosas e ligas não ferrosas

28 DE JANEIRO DE 2015

MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS PROFº FREDERICO CONDE EDGAR FREITAS GOMES Nº3203 Realizado no âmbito da disciplina de Tecnologias e Processos

Edgar freitas Gomes

MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS

Índice Índice de Imagens ..................................................................................................................... 2 Introdução ................................................................................................................................ 3 Ligas metálicas .......................................................................................................................... 4 Ligas metálicas mais comuns ................................................................................................. 5 Ligas Ferrosas ........................................................................................................................... 6 Desvantagens das Ligas Ferrosas ........................................................................................... 6 Vantagens das Ligas Ferrosas ................................................................................................ 6 Exemplos de Utilização:......................................................................................................... 6 Aços ...................................................................................................................................... 6 Aço com baixo teor de carbono ......................................................................................... 7 Aço com médio teor de carbono ....................................................................................... 8 Aço com alto teor de carbono ........................................................................................... 9 Ferro fundido cinzento .................................................................................................... 10 Ferro fundido branco ...................................................................................................... 11 Ferro fundido nodular ..................................................................................................... 11 Propriedades................................................................................................................... 12 Ferro fundido maleável ................................................................................................... 12 Ligas não ferrosas ................................................................................................................... 14 Propriedades................................................................................................................... 14 Aplicações ....................................................................................................................... 15 Ligas de cobre ..................................................................................................................... 15 Características ................................................................................................................. 15 Ligas de Alumínio ................................................................................................................ 16 Aplicações ....................................................................................................................... 17 Ligas de Magnésio ............................................................................................................... 18 Aplicações ....................................................................................................................... 19 Características: ................................................................................................................ 20 Ligas de Titânio ................................................................................................................... 20 Aplicações ....................................................................................................................... 21 Características ................................................................................................................. 22 Conclusão ............................................................................................................................... 23 Bibliografia ............................................................................................................................. 24

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Índice de Imagens Tabela de ligas metálicas........................................................................................................... 4 Ouro ......................................................................................................................................... 5 Bronze ...................................................................................................................................... 5 Ferro para a Construção ............................................................................................................ 6 Aço de Baixo Teor de Carbono .................................................................................................. 8 Engrenagens ............................................................................................................................. 8 Alicate ...................................................................................................................................... 9 Tampa em Ferro Fundido ........................................................................................................ 10 Ferro Fundido Cinzento ........................................................................................................... 11 Ferro Fundido Branco ............................................................................................................. 11 Exemplo de onde é utilizado o Ferro Fundido Nodular ............................................................ 12 Exemplo de onde é utilizado o Ferro Fundido Maleável........................................................... 13 Esquema de ligas Não Ferrosas ............................................................................................... 15 Cobre ...................................................................................................................................... 16 Alumínio Puro ......................................................................................................................... 17 Janela em Alumínio ................................................................................................................. 17 Bicicleta em Alumínio.............................................................................................................. 18 Alumínio ................................................................................................................................. 18 Flashes.................................................................................................................................... 20 Magnésio ................................................................................................................................ 20 Arame..................................................................................................................................... 21 Chapas em Titânio .................................................................................................................. 21 Titânio .................................................................................................................................... 22 Broca em titânio ..................................................................................................................... 22 Barras de Titânio ..................................................................................................................... 22

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Introdução Este trabalho consiste em explicar o que são matérias metálicos e também fala sobre os dois grandes grupos dos mesmos que são as ligas ferrosas e as ligas não ferrosas. Dentro destes grupos é falado onde devemos aplicar aqueles tipos, vantagens e desvantagens e principalmente exemplos de elementos de ligas tanto em ligas ferrosas como não ferrosas

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Ligas metálicas São materiais com propriedades metálicas que possuem dois ou mais elementos químicos em que pelo menos um deles é metal.

Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção.

As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala.

São também representativos os setores de eletrônica e comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem importância capital para a economia contemporânea.

Ligas metálicas são materiais de propriedade semelhantes às dos metais e que contêm pelo menos um metal em sua composição.

Há ligas formadas somente de metais e outras formadas de metais e semimetais (boro, silício, arsênio, antimônio) e de metais e não-metais (carbono, fósforo). É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam.

Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.

Tabela de ligas metálicas

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Ligas metálicas mais comuns Ligas metálicas mais comuns no cotidiano:  

Aço — constituído por Fe e C. Aço inoxidável — constituído por Fe, C, Cr e Ni.



Ouro de Joias — constituído por Au (75 %), Ag e/ou Cobre (25 %) para o ouro



18K. O ouro 24K é ouro puro.

Amálgama dental (utilizada em obturação) — constituída por Hg, Ag e Sn.



Bronze — constituído por Cu e Sn.



Latão (utilizado em armas e torneiras) — constituído por Cu e Zn.

Ouro

Bronze

As ligas metálicas podem ser classificadas em basicamente dois tipos de ligas: 1. Ligas ferrosas; 2. Ligas não ferrosas.

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Ligas Ferrosas O ferro é o constituinte principal das ligas ferrosas.

As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas.

O ferro não é encontrado puro na natureza.

Geralmente, esse metal apresenta-se combinado com outros elementos formando vários compostos, como a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (FeO[OH]), siderita (FeCO3), pirita (FeS2) e limenita (FeTiO3), sendo os mais importantes os dois primeiros.

Esses compostos recebem o nome de minério de ferro, e são extraídos do subsolo ou encontrados expostos formando verdadeiras montanhas.

Desvantagens das Ligas Ferrosas •

São muito suscetíveis à corrosão

Vantagens das Ligas Ferrosas •

São importantes como materiais de construção em engenharia

• Podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas.

Exemplos de Utilização: •

Na Construção em engenharia

Ferro para a Construção

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MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS São ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga.

As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%.

O aço é um material como liga ferro-carbono de baixo teor de carbono, contendo ainda impurezas.

Outra definição é os aços como ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga (CALLISTER).

Em função disso, visando uma definição melhor, podem ser considerados dois tipos fundamentais de aço: os aços-carbono comuns e os aços-liga.

Os aços-carbono comuns contêm, geralmente, 0,008% até aproximadamente 2,11% em peso de carbono, além de pequenas concentrações de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação.

A concentração de 0,008% em peso corresponde à máxima solubilidade do carbono no ferro à temperatura ambiente, e a concentração de 2,11% em peso corresponde à máxima quantidade de carbono que se dissolve no ferro, e ocorre a 1148ºC. Os aços-liga contêm, além do ferro e do carbono, outros elementos de liga ou apresentam elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais; ou seja, mais elementos de liga são adicionados intencionalmente ao aço, em concentrações específicas.

O limite superior de 2,11% em peso (normalmente aproximado para 2,0%) é alterado pela presença de elementos de liga ou de elementos residuais em teores superiores aos observados nos aços-carbono comuns.

Aço com baixo teor de carbono Os aços com baixo carbono apresentam no máximo 0,3% do elemento.

Por terem baixo índice de carbono, possuem baixa resistência, e são materiais mais moles com alta tenacidade e flexibilidade.

Normalmente quando usado não é recomendado o tratamento térmico para este tipo de aço.

Por outro lado, esse tipo de material é o mais fácil para se soldar.

Utiliza-se esse material em chapas automobilísticas, perfis estruturais, fabricação de tubos, construção civil, etc.

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Aço de Baixo Teor de Carbono

Aço com médio teor de carbono Este tipo de aços apresentam de 0,3 a 0,6% do elemento.

Pelo índice de carbono, é um material que possui mais resistência e dureza, porém, menor tenacidade e flexibilidade que o baixo carbono.

Neste tipo de aço, a quantidade de carbono é suficiente para realizar o processo de tratamento térmico (têmpera). É utilizado em rodas, equipamentos, engrenagens e outras peças que precisem de alta resistência mecânica.

Engrenagens

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Aço com alto teor de carbono Os aços com alto teor de carbono possuem de 0,6 a 1% do elemento.

De todos os aços em carbono, este é o que possui mais resistência e dureza, e é o que possui menor flexibilidade entre os outros materiais.

São aplicados na fabricação de talhadeiras, martelos, alicates, serras e facas.

Alicate

O ferro fundido O ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício.

Forma uma liga metálica de ferro, carbono (a partir de 2,11%), silício (entre 1 e 3%), podendo conter outros elementos químicos.

Sua diferença para o aço é que este também é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, mas com percentagens entre 0,002 e 2,11%.

Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular.

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Tampa em Ferro Fundido

Ferro fundido cinzento O ferro cinzento é o mais comum, devido às suas características como baixo custo (em geral é fabricado a partir de sucata); elevada usinabilidade, devida à presença de grafita livre em sua microestrutura; Tem alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas Tem facilidade de fabricação, já que não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação.

Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras.

A presença de veios de tipos de matriz metálica (variações nos teores de perlita e cementita).

Este tipo de ferro podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado, porém, em geral, são utilizados principalmente no estado bruto de fundição, podendo ainda ser normalizado ou recozido, por tratamento térmico.

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Ferro Fundido Cinzento

Ferro fundido branco Este tipo de ferro é menos comum que o ferro fundido cinzento, o branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência ao desgaste.

E

ste tipo de ferro fundido não possui grafita livre em sua microestrutura. Neste

caso o carbono encontra-se combinado com o ferro, resultando uma elevada dureza e elevada resistência ao desgaste. Praticamente não pode ser usinado.

A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material. É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares.

Ferro Fundido Branco

Ferro fundido nodular O ferro fundido nodular é uma classe de ferro fundido onde o carbono permanece livre na matriz metálica, porém em forma esferoidal.

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MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS Este formato do grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo aos materiais características que o aproximam do aço.

A presença das esferas ou nódulos de grafite mantém as características de boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional.

O custo é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido cinzento, devido às estreitas faixas de composição químicas utilizadas para este material.

O ferro fundido nodular é utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência ao impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à temperatura ambiente.

Propriedades As propriedades mecânicas dos nodulares são: 

Boa resistência mecânica à tração;



Boa ductilidade e resiliência;



Boa resistência à compressão.

Exemplo de onde é utilizado o Ferro Fundido Nodular

Ferro fundido maleável

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MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS As propriedades mecânicas dos maleáveis são: 

Alta resistência mecânica;



Baixa ductilidade;



Boa resistência à compressão;



Fluidez no estado liquido o que permite a produção de peças complexas e finas.

A obtenção é feita a partir do ferro fundido branco e um tratamento termico chamado maleabilização, a peça do fofo branco fica submetido a uma temperatura de 900° a 1000° durante 30horas.

Aplicações: conexão para tubulações, sapatas de freios, caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, alças de caixões etc.

Exemplo de onde é utilizado o Ferro Fundido Maleável

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Ligas não ferrosas Os metais não ferrosos, são metais em que não há ferro, ou em que o ferro está presente em pequenas quantidades, como elemento de liga.

Os metais não ferrosos são mais caros e apresentam maior resistência a corrosão, menor resistência mecânica, pior resistência a temperaturas elevadas e melhor resistência em baixas temperaturas que o aço e carbono.

Os principais serviços com metais não ferrosos são os serviços de corrosão e de não contaminação pelo produto da corrosão, como em situações extremas de temperaturas baixa e alta.

Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que aponta, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção.

As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala.

São também representativos dos setores de eletrônica e de comunicação.

Ligas metálicas são materiais de propriedade semelhantes às dos metais e que contêm pelo menos um metal em sua composição.

Há ligas formadas somente de metais, semi-metais, e não-metais as quais caracterizam nosso trabalho. É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam.

Propriedades Algumas propriedades são:   

Diminuição ou aumento do ponto de fusão; Aumento da dureza; Aumento da resistência mecânica.

As ligas ferrosas dividem-se em:   

Ligas de Cobre; Ligas de Alumínio; Ligas de Magnésio; Página 14 de 24

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

Ligas de Titânio.

Aplicações São usadas em geral para:      

Resistência à corrosão Resistência ao desgaste Condução eléctrica Peso reduzido (algumas) Resistência a altas temperaturas (outras) Boa resistência e rigidez específicas

Esquema de ligas Não Ferrosas

Ligas de cobre É um dos metais mais importantes industrialmente Conhecido desde a pré-história, o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de electricidade.

Características     

Bom condutor; Maleável; Dúctil; Cor avermelhada; À temperatura ambiente o cobre encontra-se no estado sólido.

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Cobre

Ligas de Alumínio O alumínio é um elemento químico de símbolo Al. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre.

Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica.

Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário.

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é mais dúctil em relação ao aço , porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações.

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MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Alumínio Puro

Aplicações As aplicações do alumínio são por exemplo:   

Meios de Transporte: Como elementos estruturais em aviões, barcos, automóveis, bicicletas, tanques; Embalagens: Papel-alumínio, latas, embalagens e outros; Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros;

Janela em Alumínio

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Bicicleta em Alumínio

 



Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentase outros.

Transmissão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pelo seu menor custo e densidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão.

Como recipientes criogénicos até -200 °C e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras.

Alumínio

Ligas de Magnésio As ligas de magnésio podem ser fundidas ou conformadas por laminação.

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O magnésio é o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre.

Não é encontrado livre na natureza, porém entra na composição de mais de 60 minerais, sendo os mais importantes industrialmente os depósitos de dolomita, magnesita, brucita, carnallita, serpentina, kainita e olivina.

Onde magnésio também pode ser encontrado é em alimentos como vegetais e cereais.

O magnésio é extremamente inflamável, especialmente quando está pulverizado.

Reage rapidamente, com liberação de calor, em contato com o ar, motivo pelo qual deve ser manipulado com precaução.

O fogo produzido pelo magnésio, portanto, não deverá ser apagado através do uso de água.

Na indústria química, o magnésio também é utilizado em diversos processos participando diretamente na composição dos produtos elaborados bem como no auxílio do tratamento de efluentes gerados por esses mesmas atividades industriais.

Aplicações 

Os compostos de magnésio, principalmente seu óxido, são usados como material refratário em fornos para a produção de ferro e aço, metais não ferrosos, cristais e cimento;



Os compostos de magnésio são também aplicados na agricultura, como auxilar condicionante da fotossíntese. O uso principal do metal é como elemento de liga com o alumínio, empregando-a para a produção de recipientes de bebidas, componentes de automóveis como aros de roda e maquinárias diversas. O magnésio também é usado para eliminar o enxofre do aço e ferro;



Agente redutor na obtenção de urânio e outros metais a partir de seus sais;



O pó de carbonato de magnésio é utilizado por atletas como ginastas, alpinistas e levantadores de peso para eliminar o suor das mãos e segurar melhor os objetos;



Implante electrónico sem fio feito de um substrato de seda e uma bobina de magnésio que aumenta a temperatura do tecido apenas suficiente para matar as bactérias, e depois auto-dissolve no interior do corpo sem causar dano;



Outros usos incluem flashes fotográficos, pirotecnia, bombas incendiárias e granadas de luz.

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Flashes

Características:         

Baixa densidade; Alta resistência; Alta dureza em baixas e altas temperaturas; Elevada resistência à corrosão em temperatura ambiente; Baixa ductilidade; Matriz de magnésio apresenta estrutura cristalina hexagonal compacta; Leve; Possui coloração prateada (perdendo seu brilho quando exposto ao ar); Reage com a água.

Magnésio

Ligas de Titânio

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MATERIAIS METÁLICOS: LIGAS FERROSAS E LIGAS NÃO FERROSAS No entanto, combinado com outros elementos é bastante abundante, estando presente na maioria das rochas ígneas e sedimentares provenientes do intemperismo sobre as rochas ígneas portadoras de minerais de titânio.

O metal titânio é pouco reativo em temperatura ambiente, mas, quando aquecido, forma compostos estáveis, duros e refratários.

Aplicações O titânio é utilizado no aço como um elemento de liga metálica (ferro-titânio) para redução do grão e como desoxidante, além de auxiliar na redução da concentração de carbono nos aços inoxidáveis.

O titânio também é aplicado para a produção de ligas com o alumínio(para refinar o grão), vanádio, cobre (para endurecer), ferro, manganês e outros metais, que proporciona qualidades superiores aos produtos.

Outra aplicação, que se dá somente com a rutila está no revestimento de eletrodos de soldar. As aplicações industriais do titânio (chapas, placas, barras, arames, forjamentos e lingotes) podem ser úteis na indústria, no setor aeroespacial, recreativo e nos mercados emergentes.

Também é aplicado na pirotécnica como um recurso para geração de luz e calor.

Arame

Chapas em Titânio

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Características     

Baixa densidade Boa resistência mecânica à tração Excelente resistência à corrosão.

A condutividade térmica é baixa Apresenta baixo coeficiente de expansão térmicas linear

Titânio

Broca em titânio

Barras de Titânio

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Conclusão Com este trabalho podemos concluir que dentro das ligas ferrosas e não ferrosas, existem diversos tipos de materiais, e que cada um é aplicado dependendo das suas características e da sua aplicação.

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Bibliografia http://www1.eesc.usp.br/smm/images/materialdidatico/smm5758/Aula%208%20-%20Ligas%20N%20Ferrosas.pdf http://www.infoescola.com/quimica/ligas-metalicas/ http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga_met%C3%A1lica

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