Metalografia e tratamento térmico do cobre e suas ligas

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

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.

Consumo É um dos metais não ferrosos mais importantes

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

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

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

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

Influência do encruamento e da recristalização na condutividade elétrica do Cu

Influência da prata na temperatura de recristalização

Cobre puro

Cobre eletrolítico

Diagrama C-O

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

Variação dos % de oxigênio e enxofre no refino do Cu

Efeito de impurezas e de oxigênio sobre a condutividade

Análises típicas de Cu de alta pureza

Propriedades mecânicas de cobre puro E = 110 a 125 GPa

Deformação plástica

Efeito do encruamento sobre as propriedades

Efeito do recristalização sobre as propriedades

Efeito do oxigênio sobre as propriedades mecânicas

Fragilização por hidrogênio

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

Ligas Cu-15% Zn

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

Ligas com 37 a 42% de Zn

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

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

Propriedades mecânicas em função da temperatura

Efeito de impurezas

Efeito de elementos de liga

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

Aplicações dos latões

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

Diagrama de equilíbrio Cu-Sn

Microestruturas de bronzes de estanho

Microestrutura de bronzes de estanho

Diagramas práticos para tratamento térmico e fundição

Propriedades mecânicas de ligas Cu-Sn

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.

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

Microestrutura das ligas Cu-Be

Microestrutura e propriedades das ligas Cu-Be

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

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)

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)

Bronzes de alumínio

Densidade X % Al

Diagrama de fase Cu-Al(eutetóide)

Curvas TTT para transformação de β

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.

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

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

Microestruturas

Liga Cu-Al 5% Fe 5% Ni