Propriedades dos Metais

Propriedades dos Metais

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Metais

Grande número de entidades iguais mantidas coesas em um retículo cristalino.

Propriedades

Os metais exibem uma série de propriedades em comum: todos são sólidos nas condições ambientes (exceto o Hg), têm brilho metálico, maleabilidade, ductilidade, boa condutividade térmica e elétrica.

Revisando: Modelo Mar de Elétrons

Retículo de esferas rígidas (cátions) mantidos coesos por elétrons que podem se mover livremente – elétrons livres (“mar de elétrons”).

Elétrons mais externos se encontram muito longe do núcleo.

Os metais possuem baixa energia de ionização – tornam-se cátions facilmente.

A força de coesão seria resultante da atração entre os cátions no reticulado e a nuvem eletrônica.

Os elétrons de valência não estão ligados aos átomos, mas deslocalizadospor todo o cristal, movendo-se livremente em todas as direções e sendo compartilhados por todos os cátions com igual probabilidade.

Características e Propriedades: Ligações metálicas

• São não direcionais – atração eletrostática.

• Força da ligação metálica – depende da carga dos cátions

• Brilho metálico – interação dos elétrons do metal com os diversos comprimentos de onda incidentes (quase todas as transições são permitidas).

Características dos Metais

• Dureza, ponto de fusão e ponto de ebulição – dependem primordialmente da força da ligação metálica.

Os átomos de um metal no estado sólido estão arranjados de modo a formar figuras geométricas bem definidas –os retículos metálicos.

Ductilidade e Maleabilidade dos metais: capacidade de formar fios e lâminas

Combinações metálicas

•Podem formar uma grande quantidade de ligas metálicas combinando-os com outros metais ou outros elementos da Tabela Periódica.

Ligas Metálicas

•Materiais com propriedades metálicas que contém dois ou mais elementos sendo que pelo menos um deles é metal.

•As ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam.

•Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza , aumento da resistência mecânica.

Exemplos de Ligas Liga Composição Utilização

Amálgama dental mercúrio, prata e estanho obturações dentárias

Bronze cobre e estanho fabricação de sinos, estátuas e moedas

Aço inoxidável carbono, ferro, cromo e níquel

Fabricação de utensílios de cozinha e peças de carro

Materiais metálicos

•O Ferro é o metal mais utilizado pelo homem, com 95% em peso da produção mundial de metal.

•Alguns metais, como o cobre e alumínio por exemplo, podem ser usados no estado quimicamente quase puro. Entretanto, isso não ocorre com o ferro.

•No uso prático, este metal está sempre ligado ao carbono e a outros elementos

•Na ciência dos materiais e também na linguagem do diaa-dia, a palavra "ferro" deve ser entendida como uma liga dos elementos químicos ferro, carbono e outros.

Ferro:

-O ferro é utilizado em ligas; -Importante como material de construção em engenharia;

-Seu uso é importante devido a 3 fatores: 1) Fe existe em abundância; 2) Custo de fabricação relativamente econômicas; 3) Ligas de Fe são versáteis.

- Desvantagem: corrosão

Introdução

Ferro Ferro

Metal:Brilho metálico, boa condutividade térmica e elétrica; Ligas:Adição de elementos químicos diferentes;

Aço-carbono:Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 0,05 e 2,0% de C;

Aços-liga:Aços com adição de outros elementos químicos (Cr, Ni, Mn, etc.);

Ferro fundido:Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 2,0 e 6,7% de C.

Estrutura do Ferro (Fe)

Estrutura (célula) cúbica de corpo centrado (C) Estrutura (célula) cúbica de face centrada (CFC)

Estrutura do Ferro

Fenômeno que consiste em um elemento poder cristalizar-se em um ou mais sistemas cristalinos.

•Ferrita(α-alfa): Solução sólida de carbono em C, caracteriza-se pela baixa solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% à 727 °C.

•Austenita( -gama): Solução sólida de carbono em Fe CFC;

•Ferrita(δ-delta): Solução sólida de carbono em ferro C, sendo estável até 1538 °C, quando a ferro se liquefaz. A solubilidade do carbono é baixo, atingindo um máximo de 0,09% a 1495 °C. quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α.

•Cementita(Fe3C): carboneto de ferro de alta dureza existente até o teor de carbono de 6,69%.

Estrutura

Formado basicamente de Ferro e Carbono: •Cor: acinzentada

•Peso específico: 7,8 g/cm3

•Temperatura de fusão: 1350 oCa 1400 oC

Aços carbono

Solução Sólida intersticial de Fe-C

Efeito de Carbono no aço

Aumentoda dureza;

Aumentoda resistência mecânica (LRT e Lesc); Diminuição do alongamento;

Redução da tenacidade;

Menorfacilidade na soldagem.

•É a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação do calor.

Metal Sólido Metal Fundido

OBS: durante o processo de fusão não pode ocorrer oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.

Fusibilidade

É a propriedade que apresentam certos materiais de se deixarem deformar permanentemente.

O material assume diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades mecânicas.

Plasticidade

Soldabilidade:certos metais podem de se unir, após aquecidos e suficientemente comprimidos.

Maleabilidade: apresentada pelo material em se deformar plasticamente sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica.

Ductilidade: corresponde a elongação total do material devido à deformação plástica, antes da ruptura;

Obs:Pode ser compreendido também com a capacidade de ser fazer fio;

Outras propriedades

Usinabilidadeou maquinabilidade: É a capacidade de se deixar trabalhar em máquinas operatrizes (torno, fresadora, plaina...).

Tenacidade: Corresponde à capacidade do material absorver energia até sua ruptura.

Temperabilidade: determina a profundidade e distribuição da dureza produzida pela têmpera.

Outras Propriedades

Resiliência: Corresponde à capacidade do material em absorver energia quando este é deformado elasticamente.

Outras Propriedades

•Qual é o efeito do elemento carbono nos aços.

•Quanto maior o teor de carbono, observa-se:

Aumentoda resistência mecânica

Diminuição do alongamento

Aumentoda dureza Redução da tenacidade

Menorfacilidade na soldagem

E os Aços Carbono

quanto à composição química; quanto à aplicação;

quanto ao processo de fabricação;

quanto à normas técnicas.

Classificação dos Aços: critérios

Extra –doce< 0,15% C

Baixo Carbono Doce0,15 -0,30% C

Meio –doce0,30 -0,40% C

Médio Carbono Meio –duro0,40 -0,60% C

Duro0,60 -0,70% C

Alto Carbono Extra –Duro0,70 -1,20% C

Quanto à composição química

São os aços que contem um ou mais elementos de liga além do Fe e C.

Quantidades tais que modifiquem ou melhorem substancialmente uma ou mais de suas propriedades quer sejam físicas, mecânicas ou químicas.

Aços Especiais (liga)

Quanto ao teor de elementos de liga os aços classificamse em:

Aços de baixa liga

o somatório dos teores dos elementos de liga é inferior a 5%.

Aços de alta liga

o somatório dos elementos de liga (teores) é superior a 5%.

Aços Especiais (liga)

Aplicações do Aço Aplicações do Aço

Elemento De ligas

Influência na estruturaInfluência nas propriedades Aplicações Produtos

Níquel Refina o grão. Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço.

Aumenta a LRT. Boa ductilidade.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis. Utensílios domésticos. Caixa para tratamento térmico.

Manganês.Estabiliza os carbonetos. Aumenta temperabilidade.

Diminui a velocidade de transformações.

Aumento da resistência mecânica e temperabilidade. Resistência ao choque.

Aço para construção mecânica.

Peças para automóveis e peças para usos gerais em engenharia mecânica

Cromo. Forma carbonetos. Acelera o crescimento dos grãos.

Aumenta a resistência a corrosão e a oxidação. Aumento da resistência a altas temperaturas.

Aços para a construção mecânica. Aços-ferramentas. Aços inoxidáveis.

Indústria química; talheres; válvulas e peças para fornos. Ferramentas de cortes.

MolibdênioInfluência na estabilidade do carboneto.

Alta dureza ao rubro. Aumento da LRT. Aumento da temperabilidade.

Aços-ferramentas, Aço cromo-níquel, substitui W em aços rápidos.

Ferramentas de cortes.

VanádioInibe o crescimento grãos. Forma carbonetos.

Maior resistência mecânica, tenacidade e temperab. Resistência a fadiga e abrasão.

Aços cromo-vanádio. Ferramentas de cortes.

TungstênioForma carbonetos duros. Diminui a velocidade das transformações. Inibe crescimento dos grãos.

Aumento da dureza. Resistência da resistência a altas temperaturas.

Aços rápidos. Aços-ferramentas. Ferramentas de corte.

Cobalto. Forma carboneto. (fracamente).

Aumento da dureza. Resistência à tração. Resistência à corrosão. Resistência à erosão.

Aços rápidos. Aços ferramenta. Ferramentas de cortes.

Silício.Auxilia na desoxidação. Auxilia na grafitização.

Aumenta a fluidez.

Resistência a temperaturas elevadas. Melhora temperab./ LRT.

Aços alto carbono. Aços para a fundição em areia.

Peças fundidas.

•Condutor de calor e eletricidade

• Excelente deformabilidade

•Boa resistência à corrosão

•Boa usinabilidade

•Resistência mecânica satisfatória

Ligas de Cobre de Baixo Teor em Liga

•Liga cobre-arsênico desoxidado com fósforo -0,013 e 0,050%

Arsênico, melhorar as propriedades mecânicas a temperaturas elevadas e a resistência à corrosão

•Liga cobre-prata tenaz-0,02 a 0,12% de Prata, confere maior resistência mecânica e resistência à fluência. Aplicação na indústria elétrica ( bobinas)

•Liga cobre-cromo (CuCr) -0,8% de Cromo, presta-se a tratamento de endurecimento por precipitação, o qual provoca elevação de resistência mecânica.

•Liga cobre-chumbo (CuPb) -0,8 a 1,2% de Chumbo, com objetivo de melhorar a usinabilidadedo cobre, aplicada em componentes elétricos: conectores, componentes de chaves, parafusos.

Latões

•Os latões comuns são ligas de cobre-zinco, podendo conter zinco em teores que variam de 5% a 50%, o que significa que existem inúmeros tipos de latões.

Propriedades dos latões

•Quanto maior o teor de zinco menor a resistência à corrosão

•Quanto maior o teor de zinco maior a resistência mecânica, sem queda apreciável na dutilidade.

•Quanto maior o teor de zinco menor o preço do latão.

•Temperatura máx. de emprego 200ºC

•Temperatura mín. de emprego -180ºC

•Solda difícil (evapora o zinco -solda oxiacetilênicaé a mais recomendada-Chama oxidante)

Bronze •Nos bronzes comerciais o teor de estanho varia de 2 a 10% podendo chegar a 1% nas ligas para fundição

•À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com a resistência mecânica, sem queda da ductilidade

• As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que atua como desoxidante; nessas condições, os bronzes são chamados fosforosos.

Bronze • Frequentemente adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de antifricção das ligas, além da usinabilidade. O zinco é da mesma forma eventualmente adicionado, atuando como desoxidante em peças fundidas e para melhorar a resistência mecânica.

•Os bronzes possuem elevada resistência à corrosão, o que amplia o campo de seu emprego.

•Temperatura máx. de emprego 370 ºC

•Temperatura min. De emprego -180 ºC

Principais Ligas de Alumínio •a) Ligas tratáveis térmica ou mecanicamente:

•ligas tratáveis termicamente:

• Al-Cu

• Al-Zn-Mg

•ligas endurecidas por trabalho a frio (encruáveis):

• Al-Mg • Al-Si

•b) Ligas para fundição

• Al-Cu • Al-Si

• Al-Si-Cu/Mg

• Al-Mg

• Al-Sn

Influência dos elementos de liga

Elemento de liga

Percentagem

Típica Vantagem Desvantagem

Cu 3 a 1% - confere alta resistência mecânica - facilita trabalho de usinagem

- diminui resistênciaà corrosão salina - fragilidade a quente

Si 12 a 13% - aumenta fluidez na fundição - reduz coeficiente de dilatação

- melhora a soldabilidade

- diminui usinabilidade

Mg > 8% - confere alta soldabilidade - aumenta resistência a corrosão em meio salino - possibilita tratamento térmico de ligas de Al-Si (melhora das características mecânicas)

- dificulta fundição devido a oxidação (borra) e absorção de impurezas (Fe e outros)

Zn 0,05 a 2,2% - sempre associado ao Mg - confere alta resistência mecânica

- ligas auto temperantes

- aumenta dutilidade

- diminui resistênciaà corrosão salina - fragilidade a quente

- alta contração em fundição

Mn 0,5 a 10,7% - como corretor - aumenta resistência mecânica a quente

- pequena diminuição da dutilidade

Características das Ligas de Alumínio

Ligas

Tratáveis

Designação A Características Usos

Al > 9,0% 1XXX - Ótima resistência à corrosão

- Ótima soldabilidade

- Ótima conformabilidade

- Condutores elétricos - Revestimento em Alclads

- Equipamentos químicos e alimentares - Embalagens

- Refletores

- Utensílios domésticos

- Aeronáutica sob a forma de Alclad com liga 2024

Al-Cu 2XXX - Tratáveis Termicamente

- Boa resistência mecânica (RT 40 a

- Baixa conformabilidade exceto recozidas ( = 20 a 2% rec.) - Soldável apenas por resistência

- Boa usinabilidade

- Peças usinadas ou forjadas sujeitas a esforços médios, operando em ambiente não corrosivo - Aviões

- Automóveis

- Estruturas

- Relojoaria

Al-Mn 3XXX - Tratáveis Termicamente - Boa dutilidade

- Média resistência mecânica (RT

- Excelente soldabilidade

- Baixa usinabilidade

- Tubos soldados - Caldeiraria

- Peças fabricadas por embutimento

Ligas

Tratáveis

Designação A Características Usos

Al-Si 4XXX - Tratáveis por Encruamento

- Baixo alongamento ( = 6% - T6) - Média soldabilidade

- Boa resistência mecânica (RT ~40 kgf/mm2 T6)

- Baixa usinabilidade

- Peças forjadas (pouco usadas)

Al-Mg 5XXX - Tratáveis por Encruamento

- Ótima resistência à corrosão salina - Boa soldabilidade

- Baixa usinabilidade

- Formas arquitetônicas e estruturais - Equipamentos químicos, alimentares, têxteis e de mineração

- Depósitos sob pressâo de gás liquefeito - Navios

- Ferragens

Al-Mg-Si 6XXX - Tratáveis Termicamente - Fácil fabricação

- Boa resistência mecânica (RT ~32

- Excelente conformabilidade ( = 25 a 30% rec.) - Boa resistência à corrosão

- Formas aeronáuticas - Formas estruturais

- Embalagens

- Equipamentos químicos, alimentares - Indústria elétrica

Al-Zn-Mg 7XXX - Tratáveis Termicamente - Difícil produção (alto custo)

- Excelente resistência mecânica

- Boa conformabilidade ( = 17% rec.) - Alta soldabilidade

- Melhor limite de fadiga (16

- Boa usinabilidade

- Boa resistência a ambiente industrial menos os salinos

- Automóveis - Equipamentos têxteis e de mineração - Componentes de alta resistência

- Aviões (concorre com aços de alta resistência devido ao baixo peso) - Industria bélica

Acabamento e Proteção Superficial

• A resistência à corrosão do alumínio e suas ligas depende da manutenção de uma fina camada (filme) de óxido

• Convém provocar o surgimento desta camada de forma artificial para produção de filmes mais espessos dentro de condições controladas em lugar de depender do seu surgimento natural.

Níquel e ligas de níquel

•Ligas de níquel possuem a capacidade de suportar condições muito severas em termos de corrosão, temperatura elevada, elevadas tensões de serviço, ou uma combinação destes fatores.

Generalidades •Ligas de níquel –características possíveis:

•–Resistência a quente;

•–Resistência à corrosão;

•–Reduzida variação dimensional;

•–Ligas com efeito de memória (Ni-Ti);

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