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1 – METAIS NÃO FERROSOS

Neste capítulo serão abordados alguns metais não ferrosos de grande importância como cobre, níquel, titânio e alumínio. A abordagem será feita dando maior ênfase para os seguintes itens: características gerais, designações, ligas, tratamentos térmicos e aplicações.

1.1 - COBRE E SUAS LIGAS 1.1.1 - Características Gerais

A estrutura cristalina do cobre é cúbica de faces centradas, seu ponto de fusão é a 1084,5 °C e seu peso específico é 8,93 g/cm3.

O cobre pode ser utilizado tanto na forma pura como combinado com outros metais formando ligas. Suas principais propriedades são: baixa dureza, alta ductilidade, alta condutibilidade térmica, alta condutibilidade elétrica, fácil soldabilidade, boa resistência à corrosão, etc.

Este metal possui inúmeras impurezas decorrentes do processo de desoxidação do minério que o constitui. Estas impurezas (Fe, Al, P, Ni, Sn, e outras) alteram as propriedades do cobre, diminuindo suas condutividades térmicas e elétricas e aumentando sua dureza e resistência mecânica.

O cobre, quando combinado com outros metais forma inúmeras ligas, sendo que as principais são os bronzes, latão e cuproníquel.

1.1.2 - Designação do Cobre e suas Ligas

A designação do cobre segue normas da "Cooper Development Association", sendo dividida em ligas trabalhadas e ligas fundidas. As ligas trabalhadas são designadas por caracteres alfanuméricos variando de C100 a C 799, enquanto que as fundidas variam de C800 a C900. Ex. C2XX - Ligas cobre e zinco (latões).

C3XX - Ligas cobre, zinco e chumbo.

1.1.3 - Ligas de Cobre

Latões - São ligas de cobre onde o principal elemento é o zinco, com adições de até 40%. As propriedades desta liga variam de acordo com a quantidade de zinco que é colocado. Pode haver também adições de outros elementos como : Alumínio, manganês, estanho, chumbo, silício e níquel.

A solubilidade máxima do zinco no cobre ocorre a 456°C, chegando a 39%. Na temperatura ambiente o cobre dissolve até 30% de zinco.

Tendo como base o diagrama de fases se pode dividir os latões em dois grandes grupos :

- Latões - α : solução sólida α com até 35% de zinco.

- Latões - α + β : Mistura de fases α e β com mais de 35% de zinco.

Bronzes - São ligas de cobre com adições de estanho, sendo este elemento o principal responsável pelo endurecimento por solução sólida.

Para melhorar as características de fundição destas ligas e para desoxidar adiciona-se fósforo, assim a liga é denominada de bronze ao fósforo.

As ligas Cu-Sn apresentam menor ductilidade que os latões, entretanto possuem dureza consideravelmente maior.

A solubilidade do estanho no cobre decresce consideravelmente com o decréscimo da temperatura. Ligas com até 10% de

Sn são denominadas α.

1.1.4 - Tratamentos Térmicos do Cobre e suas Ligas a) Latões - As ligas Cu-Zn são tratadas termicamente da seguinte forma: -Recozimento a baixa temperatura

- Efetuado a 300°C aliviando as tensões e consequentemente evitando o surgimento de trincas em latões trabalhados a frio.

-Recozimento para homogeneização e recristalização - Normalmente reali- zada entre 520-720°C em torno de uma ou uma hora e meia. É importante salientar que a temperatura a ser utilizada depende principalmente dos teores dos elementos de ligas utilizados.

-Têmpera e Revenido - A têmpera nos latões é geralmente realizada a partir de

850°C e o resfriamento em água. A temperatura de revenimento é em torno de 300°C.

b) Bronzes - Quase que em sua totalidade os bronzes sofrem tratamento apenas de recozimento e recristalização. -Recozimento - Realizado com tem-

peraturas entre 600 e 750°C e resfriados em forno ou ar.

-Solubilização - Certos bronzes com adição de berílio podem ser solubilizados a

760-780°C permitindo a solubilização de uma fase intermediária γ2 (CuBe) melhorando as propriedades mecânicas.

-Precipitação - Reaquecimento a gimento da fase γ2. -Encruamento - Feito após a solubi- lização através de deformação a frio seguida de precipitação. Este processo pode elevar a dureza para 400 Vickers com resistência à tração de 140 kgf/mm2 .

-Têmpera e Revenido - Realizado eventualmente em ligas contendo alumínio e localizadas na zona eutetóide.

1.1.5 - Diagramas de Equilíbrio Cu-Zn

O diagrama de equilíbrio das ligas

Cu-Zn (latões) está representado na figura 1.1.1.

Fig. 1.1.1 - Diagrama de equilíbrio Cu-Zn.

Como pode ser observado na figura, a parte mais importante do diagrama está compreendido entre 0 e 50% em peso de Zn. Nesta região temos a formação de qua- tro fases: α, β, β’ ,γ.

Alfa (α) - Ocorre entre 0 e 39% de zinco, possui estrutura cúbica de faces centradas (CFC) o que lhe garante alta ductilidade.

Beta (β) - átomos de cobre e zinco posicionados aleatoriamente nos vértices ou nos centros de uma célula unitária em uma estrutura cúbica de corpo centrado (C).

Beta-linha (β’) - Fase intermediária (CuZn) que ocorre com 45-49,7% de Zn a

454-468°C e 46,6-50,6% a 200°C. Esta fase possui maior condutividade elétrica que a fase gama e não pode ser utilizada para trabalhos a frio.

Gama (γ) - também fase intermediá- ria (Cu5Zn8). Estrutura C. Esta é a fase que apresenta maior dureza e consequentemente é a mais frágil.

Na solidificação dos diversos latões teremos as seguintes transformações microestruturais:

Entre os pontos A e B as ligas apresentam estrutura zonada, devido ao intervalo das linhas líquidus-sólidus, proporcionando exelente ductilidade e razoável resistência mecânica. Entre os pontos B e C ocorre uma re- ação peritética (L + α→β) entre parte dos cristais primários da fase α e com o líquido formando a fase β. Continuando o resfriamento teremos o decréscimo da fase β em

relação a fase α de acordo com a inclinação das linhas BG e DH. Na temperatura refe- rente ao ponto G a fase β desordenada modi- fica-se para β’, ocorre então o crescimento desta fase até a temperatura ambiente. A estrutura resultante (α + β’) é denominada estrutura de Widmanstaten. As ligas entre os pontos D e E, acima de 454°C possuem estrutura monofásica, com o abaixamento da temperatura esta fase irá diminuindo e se formará a fase β’ até a temperatura ambiente, então, de acordo com a composição de Zn teremos a precipitação da fase α ou da fase γ.

1.1.6 - Diagrama de Equilíbrio Cobre- Estanho

Devido a sua complexibilidade serão abordadas somente as fases mais importantes no diagrama Cu-Sn (bronzes comuns).

Na figura 1.1.2 podemos observar o diagrama cobre-estanho (bronzes comuns):

Fig. 1.1.2 - Diagrama de equilíbrio Cu-Sn.

Fase α - Estrutura CFC (solução sólida substitucional), ocorre até 36% de estanho em peso e apresenta bastante ductilidade.

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