Generalidades. Metal. Elemento químico, sólido, com estrutura cristalina e com as seguintes propriedades de interesse para a Engenharia

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1 Materiais Metálicos

2 Generalidades Metal Elemento químico, sólido, com estrutura cristalina e com as seguintes propriedades de interesse para a Engenharia Alta dureza Grande resistência mecânica Elevada plasticidade Ductilidade Maleabilidade Alta condutibilidade Térmica Elétrica

3 Generalidades Ferro Maior importância Cobre 1º metal a ser utilizado pelo homem Alumínio Metal leve e muito utilizado em ligas Chumbo Metal mole e resistente à corrosão Zinco Utilizado na proteção de outros metais

4 Liga metálica Combinação de dois ou mais metais, associando suas propriedades Latão Cobre e Zinco Bronze Cobre e Estanho Aço Ferro e Carbono Ferro fundido Ferro e Carbono

5 Metalurgia Química ou de produção Processos de fabricação, tratamentos térmicos e mecânicos e elementos liga Física ou metalografia Estuda a constituição, a estrutura e as propriedades dos metais e suas ligas

6 Ocorrência de metais Estado nativo Ouro, platina, prata, cobre, mercúrio, ferro meteórico Minerais Combinações com outros elementos, formando Óxidos: Fe 2 O 3 - Hematita - Sesqui-óxido de ferro Sulfetos: FeS - Pirita - Sulfeto de ferro Hidratos: Fe(OH) 3 - Ferrugem - Hidrato férrico Carbonatos: FeCO 3 - Siderita - Carbonato férrico

7 Minério Mineral economicamente explorável Teor de metal Ausência de impurezas que prejudiquem sua utilização Facilidade de transporte

8 Composição média da crosta terrestre para uma espessura de 16km Oxigênio 46,6% Silício 27,7% Alumínio 8,1% Ferro 5,0% Cálcio 3,6% Sódio 2,9% Potássio 2,6% Magnésio 2,1% 98,6% Cobre 0,010% Chumbo 0,002% Zinco 0,004%

9 Cristalização Estrutura cristalina Corpos sólidos Cristalinos Os átomos dispõem-se regularmente segundo três direções preferenciais Amorfos Os átomos dispõem-se irregularmente

10 Temperatura Temperatura Fusão e solidificação de metais Fusão Solidificação Ponto de fusão D Ponto de solidificação Tempo Tempo D = sobrefusão

11 Solidificação No metal fundido os átomos dispõem-se irregularmente - estrutura amorfa Ao iniciar a solidificação, começam-se a formar vários cristais que vão crescendo até entrarem em contato uns com os outros e com as paredes do recipiente, formando-se os grãos poligonais

12 Representação esquemática da cristalização de metais

13 Solidificação Reticulado cristalino É a forma geométrica regular que os átomos tendem a formar quando o metal se solidifica

14 Solidificação Sistema cristalino É a divisão geométrica do espaço por superfícies planas contínuas (planos cristalinos) Planos de clivagem São planos cristalinos com baixa resistência ao cisalhamento O fato de os grãos possuírem orientação diferenciada impede que o metal seja pouco resistente, apesar dos planos de clivagem dos grãos isolados

15 Reticulados cristalinos de Bravais

16 Modificação nas propriedades dos metais Mudança nos grãos Composição química Tratamentos térmicos e mecânicos Modificação do tamanho dos grãos

17 Deformação nos metais Corresponde a um deslocamento dos átomos no reticulado Na deformação plástica os átomos são deslocados ao longo dos planos de clivagem e a deformação é permanente

18 Propriedades dos metais Constantes físicas Propriedades elétricas e magnéticas Características mecânicas Durabilidade

19 Densidade de alguns metais Magnésio Alumínio Zinco Ferro Níquel Cobre Chumbo Mercúrio (líquido) 1,74 g/cm³ 2,70 g/cm³ 7,13 g/cm³ 7,87 g/cm³ 8,90 g/cm³ 8,96 g/cm³ 11,34 g/cm³ 13,60 g/cm³

20 Ponto de fusão de alguns metais Chumbo 327 ºC Zinco 419 ºC Magnésio 650 ºC Alumínio 660 ºC Cobre 1083 ºC Níquel 1455 ºC Ferro 1539 ºC

21 Condutibilidade térmica expressa em cal/cm/s e por ºC, tendo o Cobre como a unidade Cobre 1 Alumínio 0,52 Magnésio 0,40 Zinco 0,30 Ferro 0,18 Chumbo 0,09

22 Condutibilidade elétrica, tendo o Cobre como a unidade Metal Por unidade de área Por unidade de peso Cobre 1,00 1,00 Alumínio 0,61 2,01 Magnésio 0,37 1,80 Zinco 0,28 0,35 Níquel 0,23 0,23 Ferro 0,18 0,20 Chumbo 0,08 0,06

23 Fase elástica Fase plástica Elasticidade e plasticidade dos metais s s r s s r s e s e patamar de escoamento a e a e c a e

24 Módulo de elasticidade Níquel Ferro Cobre Zinco Alumínio Chumbo kgf/mm² kgf/mm² kgf/mm² kgf/mm² kgf/mm² kgf/mm²

25 Propriedades mecânicas Escoamento É a fase do ensaio de tração durante a qual o metal deforma-se mesmo sem o acréscimo de tensão. Essas deformações são de natureza plástica

26 Propriedades mecânicas Plasticidade Ductilidade É a capacidade que um metal tem de se transformar em fios, por tração Maleabilidade É a capacidade que um metal tem de se transformar em lâminas, por compressão Tenacidade É a capacidade que um metal tem de absorver energia até a sua ruptura. É o contrário da fragilidade Os materiais tenazes resistem a choques

27 Propriedades mecânicas Dureza De risco De resistência à penetração Elástica

28 Resistência à corrosão Corrosão Tendência do metal voltar ao seu estado original Forma mais estável mineral Metais nobres Ouro, platina e prata são resistentes à maioria dos agentes corrosivos Metais utilizados na proteção de outros metais Níquel, Estanho, Cromo e Zinco

29 Ensaios mecânicos Ensaio de tração axial Módulo de elasticidade Limite de escoamento Limite de resistência Alongamento de ruptura Admite-se que o comportamento à compressão é o mesmo que para a tração, desde que seja afastada a possibilidade de flambagem

30 Ensaios mecânicos - Dobramento Ensaio de dobramento Ductilidade Maleabilidade

31 Ensaios mecânicos - Dobramento Cutelo Corpo de prova Apoios Zona tracionada a Ângulo de dobramento

32 Ensaios mecânicos Impacto Evidencia a tenacidade (capacidade de absorver energia dentro da zona plástica resiliência hiper-elástica)

33 Ensaio de impacto Flexão dinâmica P h h 1 Posição do corpo de prova U = P. (h - h 1 )

34 Ensaios mecânicos Fadiga Quando a solicitação é cíclica, e o número de ciclos é elevado, o metal rompe-se para uma tensão inferior ao limite de resistência para a solicitação estática - fadiga

35 Fatores que influem na fadiga Amplitude ou curso Aumentando-se a amplitude, diminui-se a resistência à fadiga Torna-se mais fácil romper um material fazendo-se aumentar a diferença entre as tensões extremas, do que variando os valores máximos das tensões

36 Fatores que influem na fadiga Freqüência Aumentando-se a freqüência aumenta-se o limite de duração Temperatura Acima de 400ºC o limite de duração diminui com o aumento da temperatura

37 Solda Solda por pressão As peças são aquecidas ao estado pastoso e comprimidas entre si, por compressão ou martelamento Caldeamento Por resistência elétrica Solda de topo Solda por pontos

38 Solda Solda por fusão A união é realizada pela fusão local ou pela fusão de um metal ou liga (eletrodo) introduzido entre as duas peças a soldar Solda a gás (solda oxi-acetilênica) C 2 H ½ O 2 2 CO 2 + H 2 O + calor

39 Solda por fusão Solda elétrica ou a arco Arco de carbono - eletrodo de grafita Arco metálico - eletrodo metálico

40 Aceitação e rejeição de soldas Ensaios não destrutivos Ultra-sonografia

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