Cobre e Suas Ligas

UNIVERSIDADE FEDERAL DA INTEGRAÇÃO LATINOAMERICANA UNILA CURSO ENGENHARIA DE MATERIAIS Disciplina EMT Técnicas de Análise de Materiais II COBRE GRUPO Junho2024 Foz Do IguaçuPR SUMÁRIO 2 OBJETIVOS 21 Objetivo Geral O objetivo deste trabalho é fazer uma revisão bibliográfica do cobre e suas ligas 22 Objetivos Específicos Apresentar uma revisão geral para cada liga de cobre Mostrar as microestruturas que podemse esperar para cada liga de cobre Analisar as propriedades e aplicações dessas ligas 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DO COBRE 31LIGAS DE COBRE Cobre é o terceiro metal mais utilizado no mundo e pode ser encontrado tanto na natureza como em diversos minériosQuando extraído o minério de cobre este passa por um triturador giratório para ocorrer a redução de tamanho Após ser moído esse minério é colocado em um equipamento com água misturada a produtos químicos Após a etapa de decantação filtragem o concentrado obtido nas etapas anteriores é levado ao reverbero para obter o mate que será levado aos conversores para ter cobre blísterPor fim o cobre é eletrolisada ou refinada termicamente para obter o cobre metálico A adição de elementos ao cobre cria diferentes ligas de cobre a qual podem proporcionar outras características tais como maior dureza resistência a corrosão resistência mecânica usinabilidade uma estética melhor Como também o adicionamento de elementos tem potencial para ter a uma solução sólida α ou uma segunda fase β A presença de segunda fase E caso tiver de fases além de α e β a liga elevada fragilidade ou a adição de um terceiro componente dá lugar a constituintes duros e frágeis que comprometem a tenacidade da liga São então ligas monofásicas todas as ligas de cobre e níquel podem ser monofásicas α ou bifásicas α β as ligas de cobrealumínio cobrezinco e cobreestanho 2 x relata algumas das aplicações para as ligas de cobre Na construção civil produtos de escaneamento e fios de construção Produtos elétricos e eletrônicos condutores para geração de energia para telecomunicações enrolamentos de transformadores equipamentos de soldagem Máquinas e equipamentos industriais Transporte radiadores e resfriadores de óleo e mancais de deslizamento em bronze Tabela 01 Numeração de identificação da classificação das principais ligas de cobre Classe Liga Designação C 1XXXX Cobre puro e ligas com alto teor de cobre Cobre C 2XXXX Cobrezinco Latões C 3XXXX Cobrezincochumbo Latões com chumbo C 4XXXX Cobrezincoestanho Latões especiais com estanho C 5XXXX Cobreestanho Bronzes C 6XXXX Cobrealumínio cobre silício cobrezinco especiais Bronzes de alumínio bronze de silício Latões especiais C 7XXXX Cobreníquel ou cobreníquelzinco Alpacas 311 Ligas de cobre da classe xxxx 3 As ligas de 1xxxx são constituídas basicamente por cobre e algumas impurezas como Mas todos contêm pelo menos 993 de Cu e elementos de liga em proporções menores ou com menos de cerca de 07 do total impurezas 4 Sumário RESUMO3 1 INTRODUÇÃO4 2 OBJETIVOS5 21 Objetivo Geral5 22 Objetivos Específicos5 3 COBRE E SUAS LIGAS6 31 C1xx Cobre puro6 311 Microestrutura e constituintes6 312 Aplicações principais7 32 C2xx Ligas de cobrezinco7 321 Microestrutura e constituintes7 322 Aplicações principais9 33 C3xx Ligas de cobrezincochumbo9 331 Microestrutura e constituintes9 332 Aplicações principais9 34 C4xx Ligas de cobrezincoestanho9 341 Microestrutura e constituintes9 342 Aplicações principais10 35 C5xx Ligas de cobreestanho10 351 Microestrutura e constituintes10 352 Aplicações principais11 36 C6xx Ligas de cobrealumínio e cobresilício11 361 Microestrutura e constituintes11 362 Aplicações principais13 37 C7xx Ligas de cobreníquel13 1 371 Microestrutura e constituintes13 372 Aplicações principais14 REFERÊNCIAS14 2 RESUMO O presente trabalho apresenta uma revisão sobre o cobre e suas ligas explorando desde a história da metalurgia até suas aplicações modernas Iniciase destacando a importância das ligas metálicas projetadas para combinar características específicas de diversos elementos metálicos e proporcionar propriedades superiores aos metais puros O trabalho categoriza as ligas de cobre em sete classes principais C1xx a C7xx detalhando suas composições microestruturas propriedades mecânicas e aplicações específicas Cada seção do trabalho fornece uma análise estruturada das ligas discutindo suas características físicas e químicas 3 1 INTRODUÇÃO Ligas metálicas são materiais compostos por dois ou mais elementos metálicos projetados para combinar características específicas de cada componente e oferecer propriedades superiores às dos metais puros Desde os primórdios da metalurgia os seres humanos têm explorado a criação de ligas para atender às necessidades variadas de resistência durabilidade condutividade e outras propriedades desejadas em diferentes aplicações As ligas metálicas são produzidas por meio de processos como fundição laminação forjamento e extrusão permitindo ajustar suas propriedades físicas e mecânicas para atender requisitos específicos A escolha dos elementos de liga e o controle preciso do processo de fabricação são fundamentais para garantir que a liga final possua as propriedades desejadas de forma consistente As ligas de cobre representam uma categoria diversificada e fundamental dentro do universo dos materiais metálicos Combinando as propriedades únicas do cobre com outros elementos como zinco estanho alumínio e níquel essas ligas são amplamente reconhecidas por sua excepcional condutividade elétrica e térmica resistência à corrosão maleabilidade e beleza estética Desde os primórdios da civilização humana o cobre tem sido um metal valorizado utilizado primeiramente em utensílios e ornamentos e posteriormente em moedas armas e ferramentas devido à sua durabilidade e facilidade de moldagem Hoje em dia as ligas de cobre desempenham papéis essenciais em diversas indústrias modernas Na eletrônica são fundamentais em circuitos elétricos devido à sua condutividade sendo empregadas em cabos conectores e componentes eletrônicos Na construção civil suas propriedades de resistência à corrosão e maleabilidade são aproveitadas em tubulações para sistemas de água aquecimento e ar condicionado bem como em revestimentos e detalhes arquitetônicos Na engenharia naval são escolhidas pela resistência à água salgada e por sua capacidade de formar revestimentos que reduzem o crescimento de bioincrustações 4 2 OBJETIVOS 21 Objetivo Geral O objetivo deste trabalho é fazer uma revisão bibliográfica do cobre e suas ligas 22 Objetivos Específicos a Apresentar uma visão geral de cada liga de cobre b Mostrar as microestruturas que podem ser observadas em cada liga de cobre c Analisar as propriedades e aplicações dessas ligas d 5 3 COBRE E SUAS LIGAS O Cobre é um metal de transição pertencente a família 11 e compõe um dos mais importantes grupos de ligas metálicas Popular devido à excelente condutividade elétrica e térmica além da boa resistência à corrosão e fácil fabricação moderada resistência à tração e à fadiga o cobre e suas ligas ocupam um lugar importante no desenvolvimento e manutenção da sociedade marcando períodos históricos importantes como a Idade do Cobre e do Bronze Extraído da natureza na forma de minério como sulfeto ou óxido de cobre também se encontra associado ao zinco ferro chumbo e outras forma de enxofre Os elementos metálicos dos minérios de cobre são separados por flotação e após esse processo são derretidos e passam por processos de purificação diversas vezes O cobre puro possui coloração avermelhada A adição de zinco torna a coloração amarelada e a adição de níquel concede tonalidade prateada a liga É um metal não magnético com ponto de fusão de 1083 º C e compõe 0007 da crosta terrestre Suas ligas são amplamente utilizadas nas mais diversas áreas conectores componentes elétricos contatos utensílios domésticos peças ornamentais joias engrenagens válvulas ferramentas sinos e afins De acordo com a Copper Development Association CDA as ligas de cobre podem ser divididas em Ligas Trabalhadas C1xx a C7xx e Ligas Fundidas C8xx e C9xx 31 C1xx Cobre puro São metais com teores de cobre superiores a 993 ao qual não foi adicionado outro elemento com finalidade além da desoxidação 311 Microestrutura e constituintes Após refinado o metal pode chegar a 9995 de cobre 003 de O2 e menos de 50 ppm de outros elementos O cobre puro é um metal não polimorfo com célula cristalina cúbica de face centrada CFC conforme obversado na Figura 1 6 Figura 1 Célula unitária Cúbica de Face Centrada CFC Fonte COLLINI 2012 312 Aplicações principais Suas principais aplicações são na indústria de eletro eletrônica devido a sua altíssima condutividade elétrica e térmica além da forte resistência a corrosão 32 C2xx Ligas de cobrezinco As ligas de cobrezinco CuZn também chamadas de latão apresentam valores de zinco que variam entre 5 e 50 321 Microestrutura e constituintes A figura 2 apresenta o diagrama de fases das ligas cobrezinco 7 Figura 2 Diagrama de fase para ligas de cobre e zinco Fonte SCHEID sd Latões com teor de zinco até 37 são latões alfa com microestrutura monofásica conforme apresentado na Figura 3 a temperatura ambiente Figura 3 Microestrutura do latão alfa Fonte COLLINI 2012 Os latões com teores de zinco de 37 a 45 são bifásicos contendo a fase beta além da fase alfa Já os latões com 45 a 50 de zinco são monofásicos porém apresentam apenas a fase beta e por isso são chamados de latões beta Latões alfa exibem aumento da resistência mecânica e dubtibilidade enquanto latões bifásicos têm maior resistência mecânica quando comparados aos alfa porém menor ductibilidade 8 322 Aplicações principais Encontradas em aplicações como conectores elétricos torneiras fechaduras componentes de construção e peças decorativas devido à sua combinação de boa usinabilidade resistência à corrosão e aparência estética 33 C3xx Ligas de cobrezincochumbo 331 Microestrutura e constituintes Os latões desse grupo contém aproximadamente 60 de cobre e de 1 a 3 de chumbo que confere maior maquinabilidade a liga A microestrutura é composta por duas fases alfa e beta Por não ser solúvel em cobre o chumbo fica isolado em partículas na estrutura final do latão 332 Aplicações principais As ligas de latão com chumbo são comumente utilizadas para fabricação de placas barras tubos de diferentes formatos e parafusos sendo comumente utilizado no setor de relojoaria 34 C4xx Ligas de cobrezincoestanho 341 Microestrutura e constituintes As ligas de cobrezincoestanho são heterogeneas e contém até 25 de estanho em sua composição que confere a liga influência positiva nas propriedades mecânicas e resistência a corrosão 9 342 Aplicações principais Ligas CuZnSn com 60 de cobre são utilizadas em instrumentos musicais e aparelhos de som por sua boa propriedade acústica As ligas com 62 de cobre são utilizadas para fabricação de partes metálias de navios e barcos 35 C5xx Ligas de cobreestanho As ligas de cobreestanho CuSn são os bronzes e possuem teores de estanho entre 2 e 33 351 Microestrutura e constituintes Bronzes com teores de estanho entre 8 e 16 podem ser monofásicos com fase alfa Para teores de estanho superiores se observa uma fase intermetálica Cu Sn chamada de fase delta que apresenta elevada dureza A fase beta ocorre somente quando a liga é resfriada muito rapidamente Figura 4 Diagrama de fase para ligas de cobre e estanho Fonte VAN VLACK 1985 O bronze pode exibir diferentes tonalidades a depender de sua composição Para teores de estanho até 5 se observa coloração avermelhada Entre 15 e 25 10 de Sn ocorre predominância da tonalidade amarela e teores superiores a 25 estanho originam o bronze branco 352 Aplicações principais As principais aplicações das ligas CuSn são relacionadas a boa resistência a corrosão e autolubrificação Medalhas e moedas se bronze são feitas com ligas de 4 a 10 de estanho Ligas com teores de 10 a 12 de Sn apresentam maior resistência e podem ser usadas em torneiras acessórios para tubulações e molas e ligas contendo de 14 a 18 de Sn podem ser utilizadas em águas salinas 36 C6xx Ligas de cobrealumínio e cobresilício 361 Microestrutura e constituintes As ligas com até 5 de alumínio desenvolvem estrutura monofásica caracterizadas pela elevada resistência mecânica e resistência à corrosão além da alta conformabilidade à baixas temperaturas Para ligas com teor de 8 a 9 de alumínio a estrutura é bifásica e as ligas apresentam elevada resistência à oxidação e conformabilidade a quente O ferro é solúvel na fase alfa e pode ser adicionado para conferir resistência mecânica enquanto o manganês pode ser adicionado para aumentar a soldabilidade A Figura 5 apresenta o diagrama de fases para ligas de cobre e alumínio 11 Figura 5 Diagrama de fases para ligas de cobrealumínio Fonte SCHEID sd As ligas de cobresilício apresentam alta resistência à corrosão química e elevada soldabilidade devido ao teor de silício que podem variar de 3 a 5 A figura 6 apresenta o diagrama de fases dessa liga Figura 6 Diagrama de fases para ligas de cobresilício Fonte SCHEID sd 12 362 Aplicações principais As ligas de cobrealumínio são utilizadas na fabricação de peças fundidas parafusos e rolamentos Já as ligas de cobresilício são usadas na produção de barcos locomotivas e ferrovias 37 C7xx Ligas de cobreníquel 371 Microestrutura e constituintes As ligas de cobreníquel ou cuproníqueis formam uma série contínua de soluções sólidas monofásicas em todas as composições conforme apresenta a Figura 7 Pequenas adições de ferro e manganês aumentam a resistência à corrosão e erosão provocadas pela ação do fluxo de água Também pode ocorrer a adição de silício e berílio que eleva a resitência à corrosão e resistência mecânica Figura 7 Diagrama de fase para ligas de cobre e níquel Fonte SCHEID sd 13 372 Aplicações principais As ligas de cobreníquel são amplamente utilizadas em resistências elétricas de alta corrente conexões cabos de aquecimento mantas elétricas fusíveis resistores e em peças expostas a ambiente corrosivos mais agressivos como ambiente marítimo REFERÊNCIAS COLLINI Luca Ed Copper Alloys Early Applications and Current PerformanceEnhancing Processes BoDBooks on Demand 2012 Cooper Development Association Inc CDA Disponível em httpscopperorg Acesso em 17 de julho de 2024 DAVIS Joseph R et al Ed Copper and copper alloys ASM international 2001 MIESSLER Gary L Inorganic chemistry Pearson Education India 2008 TYLER Derek E BLACK William T Introduction to copper and copper alloys In Properties and selection nonferrous alloys and specialpurpose materials ASM International 1990 VAN VLACK LH Princípios de Ciência dos Materiais Trad LPCFerrão Ed Edgard Blucher São Paulo 1985 14