Materiais Metálicos. Introdução

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1 Materiais Metálicos Prof. Msc. Frederico Costa 29/05/2012 Introdução Os metais são velhos conhecidos do homem, tanto que alguns períodos históricos são caracterizados pelos metais (Idade do Bronze 3300 a.c., Idade do Cobre 2500a.C.,IdadedoFerro 1200a.C.). 2 1

2 Introdução Há mais de mil anos os metais são usados na construção: 3 Introdução A grande importância dos metais pode ser reconhecida pela sua facilidade de aplicação na produção de certos materiais. Algumas propriedades gerais dos metais são: Sãofortesepodemsermoldados; São dúcteis(se deformam antes de quebrar); Possuem superfície brilhante( metálica ); São bons condutores de calor e de eletricidade; 4 2

3 Metais Na tabela periódica, os metais são encontrados em abundância: 5 Estrutura de Metais A estrutura atômica de um metal na fase sólida é explicada pela existência de um mar de elétrons ao longo do metal. Íondo metal Elétron Livre 6 3

4 Estrutura e Propriedades dos Metais Força e Resistência é devido à força das ligações metálicas ao longo da estrutura. Alta Condutividade Elétrica e Térmica são propriedades facilitadas pela presença do mar de elétrons ao longo da estrutura do metal. 7 Fragilidade dos Metais Mesmo com suas características notáveis, os metais podem não ser tão úteis a aplicações mais específicas, pois podem, por exemplo, sofrer com ferrugens (oxidação do metal). Algumas das desvantagens dos metais puderam ser superaradas através do desenvolvimento das ligas metálicas, que são bastante usadas atualmente. 8 4

5 Ligas Metálicas As Ligas Metálicas são produto da adição de um elemento específico a um metal. Este processo é comumente chamado de dopagem. Algumas Ligas Metálicas estão bem presentes no nosso cotidiano: Aço Bronze Latão 9 Ligas Metálicas As Ligas Metálicas são classificadas em: 10 5

6 Ligas Metálicas- Aços Os Aços são ligas Fe-C que podem apresentar outros elementos. Suas propriedades mecânicas dependem da%c %C<0,25%-Açobaixocarbono 0,25%<%C<0,60%-Açomédiocarbono 0,60%<%C<1,40%-Açoaltocarbono Aço Carbono possui baixíssima concentração de outros elementos. Aço Liga possui considerável concentração de outros elementos. 11 Carbono Aço baixo carbono Macios e poucos resistentes, muito dúcteis e tenazes; Insensíveis a tratamentos térmicos; Custo mais baixo de produção; Aplicações: pregos, painéis de carro, tubos, arames Alta Resistência, baixa liga ContémoutroselementostaiscomoCu,Ni,Mo,V; Maior resistência mecânica e à oxidação; Aceitam tratamentos térmicos; Aplicações: chassis de caminhão, vagões de trem 12 6

7 Carbono Aço médio carbono Apresentam microestrutura de martensita; Temperada, ou seja, é submetida a tratamento térmico, adquirindo assim maior tenacidade; Aplicações: facas, martelos, talhadeiras, serras Tratáveis termicamente Tem sua resposta ao tratamento térmico aumentada pela presença dos outros elementos; São mais resistentes, porém menos dúcteis e tenazes; Aplicações: molas, pistões e engrenagens 13 Carbono e Ferramenta Aço alto carbono Extremamente duros e fortes, pouco dúcteis; Resistentesaodesgateemantémofio; Se combinam com Cr, Sn e W para formar carbetos (Cr 23 C 6, V 4 C 3 e WC) que são extremamente duros e resistentes. Aplicações: moldes, facas, lâminas de barbear 14 7

8 Estrutura e Propriedades Aço Inox Impurezapredominante Cr>11wt%. PodeapresentarNieMo Três classes em função da microestrutura: Martensítico tratável termicamente, magnético; Ferrítico não tratável termicamente, magnético; Austenítico mais resistente à corrosão, não magnético; Resistentesacorrosãoatétemperaturasde1000 o C. 15 Aço Inox Onde σ R é a tensão de escoamento, e representa a tensão máxima suportada pelo material antes de uma deformação definitiva. %EL representa a ductilidade da liga. 16 8

9 Ferros Fundidos Este tipo de Liga Metálica Férrica apresenta concentrações % wt. de C acima de 2,1% (comumente entre3e4,5%). Esta quantidade de C causa um abaixamento do ponto de fusão desta liga em comparação ao aço. Isto facilita o processo de fundição e moldagem. Fatores que alteram as suas propriedades: concentração de C, concentração de impurezas (Si, Mg e Ce) e aplicação de tratamento térmico. 17 Ferro Cinzento Ferros Fundidos wt%centre2,5e4,0;wt%sientre1,0e3,0; Onomevemdacortípicadasuasuperfíciedefratura; Fraco e quebradiço sob tração; Mais resistente e dúctil sob compressão; Ótimo amortecedor de vibrações; Resistente ao desgaste, baixa viscosidade quando fundido, permitindo moldar peças complexas; Mais barato de todos os materiais metálicos; 18 9

10 Ferro dúctil ou nodular Ferros Fundidos ÉresultadodaadiçãodeMgouCeaoFerroCinzento; Tem grande Resistência e Ductilidade, aproximando suas características às do aço; Sua microestrutura apresenta nódulos esféricos de grafite(c)emmeioaofe; Os nódulos de grafite (C) conferem a resistência enquantoaperlitaouferrita(fe)àliga; Aplicações: válvulas, engrenagens, corpo de bomba 19 Ferros Fundidos Ferro branco e Ferro maleável Contém 1% de Si e são produzidos com rápido resfriamento; AmaiorpartedoCécementita; Sua superfície de fratura é branca; Muito duro e muito frágil, sendo praticamente intratável mecanicamente; Pode ser convertido em uma forma analoga ao Ferro nodularatravésdetratamentotérmicoa800 o C

11 Ferros Fundidos 21 Não ferrosas São ligas metálicas baseadas nos outros metais além do Fe. Principais vantagens sobre as ligas ferrosas: Menor densidade Maior condutividade elétrica Menos suscetíveis à corrosão 22 11

12 Não ferrosas Existem ligas de uma enorme variedade de metais. As ligas metálicas a serem discutidas aqui são baseadas em: Cobre Alumínio Magnésio Titânio Refratários Super-ligas Metais preciosos 23 Ligas de Cobre O cobre puro é extremamente macio, dúctil e deformável a frio, além de resistente a corrosão. Formam latões ao receberem Zn; FormambronzecomSn,Al,SieNi; Obronzeémaisfortequeolatão; 24 12

13 Ligas de Alumínio O Alumínio apresenta baixa densidade (2,7 g/cm 3 ), alta condução elétrica, resistente a corrosão, alta ductilidade, porém apresenta baixo ponto de fusão (660 o C). Suaresistênciamecânicaéaumentadacomaadiçãode Cu,Mg,Si,MneZn. NovasligascomMgeTitemsidoaplicadasnaindústria automobilística. No período de 1976 a 1986 o peso médio dos automóveis caiu cerca de 16% devido a redução de 29% do uso de aço e do aumento de 33% no uso de ligas de Al, polímeros e compósitos na estrutura de um veículo. 25 Ligas de Magnésio Éometalcomamenordensidade(1,7g/cm 3 ). FormaligascomAl,Mn,Zn,ZreTh. Estas ligas são muito usadas na indústria da aviação

14 Ligas de Titânio É um metal pouco denso (4,7 g/cm 3 ) e alto ponto de fusão(1668 o C) SuasligassãoformadascomAl,Sn,V,Cr. Como o Ti é muito reativo, a produção destas ligas se torna bastante cara. 27 Ligas de Metais Refratários MetaisrefratáriossãoNb,Mo,W,Ta. Possuemaltíssimopontodefusão(2468 o Ca3410 o C). São altamente resistentes e duros. Aplicações: filamentos de lâmpadas, cadinhos, eletrodos de soldagem

15 Super Ligas LigasdeCo,NiouFecomNb,Mo,W,Ta,Cr,Ti. São muito resistentes à oxidação a altas temperaturas. Sãomuitousadosemturbinasdeavião. 29 Metais Preciosos São ouro (Au), irídio (Ir), ósmio (Os), paládio (Pl), platina(pt), ródio(rh), rutênio(ru) e prata(ag). Também apresentam alta resistência a corrosão. Aplicações: Circuitos eletrônicos, Ligas dentárias, Conversores catalíticos