Metalografia e tratamento térmico do cobre e suas ligas

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1 PMT-2402 Metalografia e Tratamentos Térmicos dos Metais Metalografia e tratamento térmico do cobre e suas ligas André Paulo Tschiptschin

2 Histórico Primeiro metal a ser utilizado pelo homem Facas de cobre dos antigos egípcios com mias de 8000 anos Canos de cobre datados do ano 2750 AC.

3 Consumo É um dos metais não ferrosos mais importantes

4 Preço Preço elevado não incentiva o consumo O alumínio é utilizado com frequência como substituto do cobre

5 Consumo 50% na forma de arames de cobre puro 18% na forma de chapas e tubos de cobre 27% na forma de latões (Cu-Zn) 5% outras ligas

6 Principais propriedades Condutividade elétrica do cobre é a mais alta dos metais comuns (exceto prata). 100% IACS

7 Efeito de impurezas na condutividade elétrica do Cu puro IACS- International Annealed Copper Standard

8 Influência do encruamento e da recristalização na condutividade elétrica do Cu

9 Influência da prata na temperatura de recristalização

10 Cobre puro

11 Cobre eletrolítico

12 Diagrama C-O

13 Diagrama C-O

14 Cu-O 0,09 % O 0,024 % O 0,18 % O 0,23 % O 0,7% O 0,9% O

15 Cu-O

16 Variação dos % de oxigênio e enxofre no refino do Cu

17 Efeito de impurezas e de oxigênio sobre a condutividade

18 Análises típicas de Cu de alta pureza

19 Propriedades mecânicas de cobre puro E = 110 a 125 GPa

20 Deformação plástica

21 Efeito do encruamento sobre as propriedades

22 Efeito do recristalização sobre as propriedades

23 Efeito do oxigênio sobre as propriedades mecânicas

24 Fragilização por hidrogênio

25 Fragilização por hidrogênio

26 Ligas Cu-Zn α(cfc) + β(ccc) Latão Liga de cor amarelada com 85 a 55% Cu. Facilidade de conformação plástica (laminação, trefilação, extrusão, forjamento, etc.) Boa resistência à corrosão atmosférica e marítima. As Fases βe β são cúbicas de fases centradas Com frequência apresentam Pb e Sn como elementos de liga. CFC

27 Ligas Cu-15% Zn

28 Ligas Cu-32 a 35% Zn Latão α+ β Após homogeneização as ligas com até 35% de Zn se tornam 100% α(cfc)

29 Ligas com 37 a 42% de Zn

30 Sequencia de fases no diagrama Cu-Zn As Fases βe β são cúbicas de fases centradas A fase β é pouco plástica pois tem estrutura ordenada A fase γé cúbica complexa com 52 átomos/célula. É muito frágil. Cor branca. A fase εé hexagonal complexa. É frágil e branca. A fase η, zinco, é hexagonal compacta, moderadamente plástica

31 Propriedades mecânicas dos latões Efeito de % Zn e grau de encruamento

32 Propriedades mecânicas dos latões Efeito de % Zn e grau de encruamento

33 Propriedades mecânicas em função da temperatura

34 Efeito de impurezas

35 Efeito de elementos de liga

36 Latões chumbados de corte fácil Facilitam a usinagem pela quebra fácil do cavaco

37 Aplicações dos latões

38 Ligas Cu-Sn Bronzes Primeiras ligas de cobre de alta resistência mecânica. Idade do Bronze. Ligas de alta dureza e alta resistência à corrosão Adaga do século 2 AC. Sino do século 5 AC. Registro de água

39 Diagrama de equilíbrio Cu-Sn

40 Microestruturas de bronzes de estanho

41 Microestrutura de bronzes de estanho

42 Diagramas práticos para tratamento térmico e fundição

43 Propriedades mecânicas de ligas Cu-Sn

44 Ligas cupro-níquel Ligas binárias Cu-Ni de coloração branca Excelente resistência à oxidação em temperaturas elevadas. Excelente resistência à corrosão em geral. Elevada resistência elétrica formaram as primeiras ligas para elementos de aquecimento de fornos. Alpacas servem como substituto da prata na fabricação de talheres e serviços de mesa.

45 Ligas de Cu endurecíveis por precipitação Ligas Cu-Be são as que apresentam o maior limite de resistência e a maior dureza.

46 Microestrutura das ligas Cu-Be

47 Microestrutura e propriedades das ligas Cu-Be

48 Diagramas das ligas Cu-Cr, Cu-Co, Cu-Zr endurecíveis por precipitação

49 Ligas Cu-Al O Al entra em solução sólida no cobre (α) em teores até 9,4% a 565º C A microestrutura dos bronzes de alumínio (α) CFC é constituída de grãos poligonais e maclas de recozimento. A fase β(ccc) se transforma em martensita β (TC) quando temperada (análogo aos aços). A martensita do Cu-Alnão é dura. Somente endurece durante revenimento (endurecimento por precipitação)

50 Bronzes de alumínio Ligas de Cu com até 14% Al. Ligas binárias têm pouca aplicação As ligas com adições possuem excelentes propriedades mecânicas Excelente resistência à corrosão. Sofrem passivação com formação de Al2O3 na superfície. Possuem excelente resistência ao desgaste. Hélices Buchas Anéis Sincronizadores (Cavitação) Deslizamento) (Deslizamento)

51 Bronzes de alumínio

52 Densidade X % Al

53 Diagrama de fase Cu-Al(eutetóide)

54 Curvas TTT para transformação de β

55 Microestrutura e tratamento térmico de bronzes de Al Formação de fase βpara % Al > 8% e T > 900ºC. Decomposição gera microestruturas complexas. Acima de 9,5% Al a têmpera resulta em formação de martensita β, figura (a). Resfriamento lento até 800 ou 650º e posterior resfriamento em água resulta menos martensita, fig. (b) e (c). Resfriado até 500ºC e temperado a fase βirá decompor em (α+ γ 2 ) frágil.

56 Revenido da martensita β Liga Cu-10% Al Temperada de 900ºC (1 h) Revenida 1 h a 400ºC Revenida 1 h a 500ºC Revenida 1 h a 600 ºC

57 Propriedades mecânicas e de corrosão das ligas Cu-Al Resfriadas lentamente Resfriadas rapidamente (têmpera)

58 Microestruturas

59 Liga Cu-Al 5% Fe 5% Ni

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