Capítulo 11 - Ligas Não-Ferrosas

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1 Capítulo 11 - Ligas Não-Ferrosas Ligas de Cu Latão: Cu-Zn (bijuteria, moeda, canalizações, resistente corrosão) Bronze: Cu-Sn (rolamentos, engrenagens) Cu-Be: Endurecida por precip. Orgãos de máquinas Resist. corrosão e fadiga Ligas de Ti - baixa ρ: 4.5 g/cm 3 vs 7.9 g/cm 3 aço - reactivas a alta T - Aplicações médicas, aeronáuticas Ligas Não-ferrosas Ligas de Ni - resist. fluência, oxid./corr. a T elevadas Ligas de Al - baixa ρ: 2.7 g/cm 3 - adições Cu, Mg, Si, Mn, Zn - endurecidas por sol. sólida ou precipitação (aplicações aeronáutica, automóvel, embalagens) Ligas de Mg - muito baixa ρ: 1.7 g/cm 3 - auto ignição fácil - aeronáutica, automóvel, mísseis Metais Refractários - T fusão elevada - Nb, Mo, W, Ta 1

2 Ligas de Cobre 2

3 Titânio e Ligas Facilmente disponível mas a extracção é cara Baixa densidade, resistente à corrosão, fácil de maquinar, elevada resistência, resistência a T elevadas Elevado quociente resistência/densidade Forma camada superficial de oxido de titânio, estável e aderente, que passiva o material (resistência à corrosão) Ti comercialmente puro e Ti-6Al-4V são os mais utilizados 3

4 Titânio e Ligas Principais características: resistência à corrosão excepcional em presença de fluidos biológicos, elevada biocompatibilidade, alta resistência e baixo módulo de Young Principais aplicações: próteses de substituição integral da anca e do joelho, parafusos e placas ortopédicos, implantes dentários, ferramentas cirúrgicas, pacemakers 1.5 milhões de Kg de Ti e ligas de Ti implantados por ano A liga Ti-6Al-4V é um dos materiais biocompatíveis com mais alta resistência mecânica e à corrosão disponíveis Implante dentário 4 4

5 Titânio e Ligas Os 4 motores do Airbus A380 usam cerca de 26 toneladas de Titânio 5

6 Ligas de Níquel Ligas Ni-Ti do tipo Nitinol (Ti-48Ni-2Co) usadas em arames superelásticos para reposicionamento dos dentes, stents, etc 6

7 Ligas de Níquel Superligas de Ni (Ni-Cr-Co): resistência à fluência e à oxidação a T elevadas. Usadas em pás de turbinas de motores que podem ser policristalinas ou monocristalinas (T muito mais elevadas) 7

8 Ligas de Magnésio Metais Refractários 8

9 Ligas de Alumínio Estrutura interna das asas e fuselagem 9

10 Ligas de Alumínio 10

11 Ligas de Alumínio: classificação AA (Aluminium Association) Ligas produzidas por deformação plástica (wrought) 1xxx Alumínio 99,00 % 2xxx Al-Cu 3xxx Al-Mn 4xxx Al-Si 5xxx Al-Mg 6xxx Al-Mg-Si 7xxx Al-Zn 8xxx Al-outros elementos (Li, etc) Ligas de fundição (cast) 1xx.x 2xx.x 3xx.x 4xx.x. 11

12 Endurecimento por Precipitação Sistemas passíveis de endurecimento por precipitação: Qualquer sistema com: - solução sólida terminal (α) de elevada solubilidade - solubilidade de α diminui rapidamente com a temperatura exemplos Al-Cu Cu-Be Cu-Sn Mg-Al, etc 12

13 Endurecimento por Precipitação Partículas de precipitados impedem o movimento das deslocações Ex: sistema Al-Cu Tratamento térmico: - A: solubilização (solução sólida α) - B: têmpera até T ambiente formação de ss α sobresaturada - C: envelhecimento reaquecimento para formação de partículas de precipitados na fase α 700 T( C) α A 500 C α+l L α+θ θ+l CuAl 2 θ B Al wt% Cu gama de composições necessária para endurecimento por precipitação Temperatura A (solubilização) C (envelhecimento) B (têmpera) Tempo 13

14 Envelhecimento formação de fina dispersão de precipitados que constituem obstáculos ao movimento das deslocações, tornando o material mais duro e resistente natural: precipitação à temperatura ambiente artificial: precipitação por aquecimento a temperaturas mais elevadas 14

15 Decomposição da solução sólida sobressaturada 15

16 Sequência de Precipitação de liga Al-4%Cu Decomposição da sss em: - zonas GP (Guinier-Preston): muito pequenos e coerentes com a matriz (mesma estutura cristalina) - precipitados θ : pouco maiores mas ainda coerentes com a matriz - precipitados θ : maiores e incoerentes com a matriz (estrutura cristalina diferente) - precipitados θ: muito grandes e dispersos, incoerentes com a matriz, precipitados de equilíbrio CuAl 2 16

17 Endurecimento por Precipitação Partículas de precipitados duros são difíceis de atravessar (necessário maior tensão) lateral precipitado Elevada tensão de corte necessária para mover a deslocação através do precipitado e atravessá-lo. topo D Precipitados espaçados de D actuam como obstáculos à deslocação Há ancoragem da deslocação nos precipitados Resultado: Deslocação avança mas para σ mais elevada 17

18 Curva de Envelhecimento 18

19 Efeito da Precipitação nas propriedades mecânicas σ max atinge máximo para um dado tempo de precipitação (envelhecimento óptimo) Aumento T acelera o processo de envelhecimento Ductilidade apresenta mínimo para um dado tempo de precipitação (envelhecimento óptimo) Tensão max (MPa) C 204 C 100 1min 1h 1dia 1mês 1ano Ductilidade (%def) min 204 C 149 C 1h 1dia 1mês 1ano Tempo de envelhecimento Tempo de envelhecimento 19

20 Efeito da Precipitação nas propriedades mecânicas 20