Alumínio e suas ligas

Transcrição

1 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 1 Alumínio e suas ligas Densidade do Al (baixa): 2,70 g/cm 3 Condutividade elétrica e térmica elevadas Não magnético Baixo coeficiente de expansão térmica Resistente à corrosão Estrutura cristalina CFC, ligas de fácil conformação (folhas de papel alumínio!) Principal limitação: baixo ponto de fusão (660ºC) Baixa resistência mecânica: Módulo elástico ~70 GPa,

2 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 2 Puro Al (1xxx) Al-Cu (2xxx) Al-Mn (3xxx) Al-Si (4xxx) Al-Mg (5xxx) Al- Si+Mg (6xxx) Al-Zn (7xxx) Principais aplicações: peças estruturais de automóveis, latas de bebidas, carcaça de ônibus, peças automotivas. Al + metais de baixa densidade (Mg e Ti): utilizadas na indústria automotiva - redução do consumo de combustível Al + Li: indústria aeronaútica e aeroespacial - excelentes propriedades de fadiga e tenacidade a baixas temperaturas. Existem mais de 200 ligas de Al comercialmente

3 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 3 Consumo de Al e suas ligas Aplicações estruturais (resitência:peso) Containers (não toxicidade ) Condutores elétricos (condutividade) Construção civil (resistência a corrosão)

4 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 4 Problemas das ligas de Al durante suas aplicações Baixa resistência a fadiga Não pode ser usada em alta temperatura Baixo módulo elásticos Corrosao em água que contém ions pesados É atacado facilmente em soluções causticas Anódico para a maioria dos metais Steel Ti Cu Al Modulus of Elasticity (GPa)

5 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 5 Reciclagem do Al Al é o metal mais reciclado. A energia consumida (custo) para reduzir 1 tonelada de sucata é 5% do consumido para produzi-lo a partir do mineral. (1) Baixa temperatura de fusão (2) Alta resistência a corrosão (perde pouco material na reciclagem) ~30% do Al consumido bno mundo vme de produto reciclado, e nos países desenvolvidos é ~ 41%

6 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 6 Magnésio e suas ligas a menor densidade entre os elementos estruturais: 1,74 g/cm 3 aplicadas onde um peso leve é considerado fator importante (componentes de aeronaves) baixa temperatura de fusão: 650ºC são quimicamente instáveis, suscetíveis a corrosão em ambientes marinhos boa resistência à corrosão e à oxidação em atmosfera normal Baixa conformabilidade (estrut. HC) Aplicações: indústria de aeronaves e mísseis, malas de bagagens. Podem substituir alguns plásticos - possuem densidade comparável e são mais rígidas, mais recicláveis e mais baratos

7 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 7 Mg e suas ligas Aproximadamente 50% da produção de Mg é consumida nas ligas com Al e ferro fundido nodular. Al, Zn: endur. por ppt.: Mn: melhora a resitência a corrosão Zr: refina grãos Terras raras: aumenta a resistência a fluência

8 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 8 LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL GENERALIDADES 10º material mais consumido É das ligas de aplicação industrial mais recente Ni puro: CFC PF: 1450 C Existem várias séries de ligas com várias designações Monel, Inconel, Incoloy, Nimonic, Hastelloy, etc PROPRIEDADES Ni e suas ligas tem grande resistência à corrosão Rigidez próxima do aço Algumas ligas têm elevada tenacidade e resistência a temperaturas sub-zero Outras ligas têm elevada resistência até 1200ºC, mantendo a resistência à corrosão APLICAÇÕES Usado na indústria química e alimentar Revestimento de chapa de aço Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas TRATAMENTOS Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por solução sólida, endurecimento por dispersão de carbetos e/ou por envelhecimento

9 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 9 Ni e suas ligas Ni Ni-Cu Ni-Cr Ni-Cr-Fe Ni-Mo Ni-Cr-Mo outros Niquelação 9% 6% Produto metalurgico: ligas de Ni e superligas 20% 65% Aço inoxidável

10 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 10 Ligas Ni-Cu A maioria das ligas Ni-Cu são da serie Monel, manufaturada pela Inco Alloys (metais especiais). Estas ligas tem excelente resistência a corrosão (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos e petroquímicosem, válvulas, bombas, trocadores de calor, etc.) Exemplo: Monel 400 (UNS N04400): 66Ni-30Cu-1Fe-3%Al Ligas Ni-Cr, Ni-Cr-Fe A maiaroria das ligas Ni-Cr são da serie Inconel and Incoloy manufaturas pela Inco Alloys. Estas ligas são resistentes a oxidação em altas temperaturas e corrosão em ambientes que contém cloro, mantendo sua alta resistência. (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos, turbina a gás, reatores nucleares, vasos de pressão, trocadores de calor, etc.) Exemplos: Inconel 600 (UNS N06600): 72Ni-15.5Cr-8Fe Inconel X725 (UNS N07750): 73Ni-15.5Cr-7Fe-2.5Ti Incoloy 800 (UNS N08800): 32.5Ni-46Fe-21Cr

11 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 11 Ligas Ni-Mo, Ni-Cr-Mo São manufaturadas pela Haynes International e são chamadas de serie Hastelloy. São usadas em ambientes severamente corrosivos como HF, e supporta alta temperatura Exemplo: Hastelloy B-2 (UNS N10665): 65Ni-28Mo-2Fe

12 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 12 LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL

13 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 13 LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO ZINCO ESTANHO CHUMBO GENERALIDADES Definidos como os materiais com temperatura de fusão abaixo de 800ºC Não são sensíveis ao trabalho a frio, não apresentando, por isso, encruamento por deformação plástica Apresentam fluência à temperatura ambiente, não sendo por isso usados em aplicações estruturais São particularmente indicados para a obtenção de peças fundidas devido à sua elevada fluidez e ao seu baixo ponto de fusão

14 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 14 ZINCO - Zn Forma ligas com Al, Cu e Pb Muito usado em fundição de peças pelo baixo ponto de fusão e elevada fluidez A produção divide-se em: Revestimentos 40% Fundição peças 26%(carbu. Autom.) Elemento de liga em latões 18% Zinco laminado 12% Outros 4% (tintas anti-corrosivas, ânodos consumíveis, etc) ESTANHO - Sn Sn puro só é usado em revestimentos Sensível ao trabalho a frio mas amacia com o tempo Forma ligas com Cu usadas em chumaceiras de escorregamento 40% da produção vai para revestimentos anti-corrosivos de aço e cobre Usado em brazagem CHUMBO - Pb Um dos metais mais pesados Substitui Sn em chumaceiras Fundição de símbolos tipográficos Protecção contra raios g e raios x Isolamento de som e vibrações Baterias de acumuladores

15 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 15 LIGAS DE METAIS REFRACTÁRIOS GENERALIDADES Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800ºC Tungsténio - W Molibdénio - Mo Tântalo - Ta Nióbio - Nb Zircónio, Cromo e Vanádio (não usados como refractários) Háfnio e Rénio (muito raros) Todos possuem elevadas densidades Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente

16 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 16 TUNGSTÉNIO MOLIBDÉNIO Metal estrutural com maior temperatura de fusão, maior densidade e maior dureza Elevado módulo de elasticidade (406GPa) Bom condutor electrico 2/3 da produção vai para WC e apenas 15% é usado na forma pura Usado em : Filamentos de lâmpadas Contactos eléctricos Electrodos não consumíveis Protecção contra radiações Contrapesos, volantes de inércia, etc TÂNTALO Menos abundante dos 4 refractários Alguma ductilidade à temperat ambiente Baixa resistência Bom condutor térmico Boa resistência à corrosão à temperatura ambiente - semelhante aos vidros Usado em : Material cirúrgico (corrosão) Permutadores de calor Processamento químico Módulo de elasticidade elevado (317GPa) 90% da produção de Mo vai para elemento de liga em aços Boa resistência ao choque térmico Elevada condutibilidade térmica Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a altas temperaturas (700MPa a 1000ºC) - melhor que qualquer inox ou liga de Ni Usado em : Dispositivos electrónicos de comando em aviação Escudos de radiação Moldes para processamento de vidro Matrizes de forjamento e extrusão NIÓBIO Características semelhantes ao Ta Baixo módulo de elasticidade Elevada resistência a metais líquidos Usado fundamentalmente na indústria nuclear e aeroespacial

17 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 17 Superligas É uma classe especial de ligas, para aplicações em altas temperaturas. Fe-base Superligas Ni-base Co-base Ni-based super-alloy single crystal turbine blades Jet Turbine engine, many interior components made of Nibased and co-based superalloys

18 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 18 Superligas Superligas a base de Fe: Fe(65-40%)-Ni(20-40%)-Cr(13-20%) Aplicações em temperaturas <700 C. Siperligas a base de Ni: Ni-Cr(10-30%, Fe, Mo) Hastelloy, Inconel, Invar: Aplicações em temperaturas <800 C. Superligas a base de Co: Co-Cr(20-30%)-Ni(10-20%) Resistência a tração na temp. amb.: MPa Resistência a tração a 1000 C: MPa É a mais resistente ao calor e mais cara que as outras e são normalmente aplicadas em temperaturas acima de 900 C.