Ligas Metálicas - Aplicações Fabricação Tipos e Classificação

Aplicações e Fabricação de Ligas Metálicas Materiais para Indústria Tipos de ligas metálicas Classificação quanto a composição Ferrosas Ferro é o principal constituinte Aços e ferros fundidos Não ferrosas Todas as ligas que não são baseadas no ferro 3 Ligas ferrosas Principais vantagens do uso de ligas ferrosas Compostos contendo ferro existem em quantidade abundante na crosta terrestre Ferro metálico e ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração beneficiamento e formação de ligas e fabricação relativamente econômicas São extremamente versáteis podendo ser fabricadas com ampla variedade de propriedades físicas e mecânicas 5 Aços Ligas ferrocarbono com concentrações apreciáveis de outros elementos de liga Podem ser classificados quanto a concentração de carbono Baixo teor de carbono Médio teor de carbono Alto teor de carbono Aço carbono comum concentrações residuais de impurezas carbono e manganês Aços liga mais elementos de liga são intencionalmente adicionados em concentrações específicas 6 Aços inoxidáveis Cromo é o elemento de liga básico dos aços inoxidáveis cuja passivação é conseguida pela formação de uma película de óxidos e hidróxidos de cromo na superfície do metal São aços de alta liga 12 a 25 de Cr até 22 de Ni Austenítico Ferrítico Martensítico Duplex 23 Ferros fundidos 34 Ferros Fundidos Ferro fundido cinzento Ferro fundido nodular Ferro fundido branco Ferro fundido maleável Ferro fundido vermicular Ferro fundido cinzento Teores de C e Si 25 a 40m C e 10 a 30m Si Grafita presente na forma de flocos envolvidos por uma matriz de ferrita a ou perlita Superfície fraturada assume aparência acinzentada α grafita 35 Ferro fundido cinzento Propriedades Mecanicamente fraco e frágil Extremidades da grafita afiladas e pontiagudas servem como concentradores de tensão Sob cargas de compressão apresentam uma maior resistência e ductilidade Aplicações base para máquinas e equipamentos pesados cabeçote de cilindros pistões caixas de transmissão etc 36 Ferro fundido dúctil nodular Teor de Carbono 25 a 40m Teor de Si 10 a 30m Adição de Mg eou Ce Grafita se forma como nódulos partículas esféricas em uma matriz de ferrita a ou perlita depende do tratamento térmico Estado fundido perlita Tratamento térmico à 7000C matriz ferrita α grafita 38 Ferro fundido dúctil nodular Propriedades Mais resistentes e dúcteis que o ferro cinzento Possui características mecânicas que se aproximam do aço LRT entre 380 e 480 MPa e ductilidade Al entre 10 e 20 Aplicações válvulas corpos de bombas virabrequim e outros componentes automotivos e de máquinas 39 Ferro fundido branco Teor de Si 1m e 25 a 40m C resfriamento rápido durante a solidificação cementita Superfície de fratura clara nome Propriedades Extremamente duro e frágil Usinagem impossível perlita cementita 40 Ferro fundido branco Microestrutura Há regiões de cementita intercaladas dentro de perlita Aplicação aplicado como superfície dura resistente à abrasão usado como intermediário para a produção de ferro fundido maleável 41 Ferro fundido maleável Matriz ferrita ou perlita dependendo da taxa de resfriamento Aquecimento do ferro branco em temperaturas entre 800 e 9000C Baixo teor de Si 1m decomposição da cementita aglomerados ou rosetas ferrita grafita 42 Ferro fundido maleável Propriedades Resistência relativamente alta com uma ductilidade considerável Aplicações Barras de ligação engrenagens de transmissão conexões de tubulações peças de válvulas para serviços marítimos etc ferrita grafita 43 Ferro fundido vermicular Carbono na forma de grafita devido presença de Si 17 m a 30m Forma da grafita verme 45 Ligas não ferrosas Em geral mais caras que as ligas ferrosas Usadas para aplicações específicas Resistência à corrosão Cu Ni Alta condutividade Cu Al Baixo peso Al Mg Ti Resistência a altas temperaturas Ni Utilização desde utensílios domésticos até aplicações aeroespaciais 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Magnésio Mg Berílio Be Alumínio Al Titânio Ti Zinco Zn Ferro Fe Niquel Ni Cobre Cu Estanho Sn Tungsténio W Densidade tonm3 49 Cobre e suas ligas Cobre puro mole e dúctil difícil usinagem Resistente à corrosão Ligas de cobre resistência à fadiga fluência e desgaste comparadas as ligas de Al e Mg Ductilidade resistência à corrosão excelente condutividade elétrica e térmica Cobre reage com a atmosfera e forma camadas conhecidas como pátinas com diferentes cores fins decorativos Cobre puro vermelho cobrezinco amarelo cobreníquel prateado 50 Cobre e suas ligas Latão Zinco é o elemento de liga predominante impureza substitucional Aplicações tubos em aparelhos de troca de calor válvulas de pequeno diâmetro aplicações a baixa pressão e temp moderadas com ar vapor águas em geral salgada Bronze cobre 85 a 95 outros elementos Sn Al Si Ni Mais resistentes que os latões alto grau de resistência à corrosão Aplicações anéis de pistão mancais conexões para vapor etc 51 Alumínio e suas ligas Principais características densidade relativamente baixa comparando com aço Alta condutividade térmica e elétrica resistência à corrosão em alguns ambientes muitas ligas são fáceis de conformar e possuem elevada ductilidade Principais elementos de liga Si Mg Cu Mn e Zn 52 Alumínio e suas ligas Classificação fundidas ou forjadas trabalhadas Aplicações componentes elétricos corpo de latas de bebida fuselagem de aeronaves blocos de motor equipamentos navais equipamentos com temp de serviço muito baixas 53 Magnésio e suas ligas Propriedades Possui a mais baixa densidade entre os metais estruturais 17 gcm3 Em temperatura ambiente são de difícil deformação Fabricação na maior parte é por fundição ou deformação à quente As ligas de Mg são relativamente instáveis e susceptíveis à corrosão em ambientes marinhos 55 Magnésio e suas ligas Principais elementos de liga Al Zn Mn e alguns terras raras Aplicações indústria aeronáutica dispositivos portáteis de mão substituição aos plásticos de engenharia em equipamentos de áudiovídeocomputação comunicação etc 56 Titânio e suas ligas Propriedades As ligas são extremamente resistentes LRT 1400 MPa são dúcteis podendo ser forjadas e usinadas com facilidade Característica Excelente resistência à corrosão Aplicação equipamentos de processamento químico componentes marítimos e implantes biomédicos Também é um importante material de aplicação aeroespacial componentes estruturais e motores 57 Metais refratários Temperatura de fusão extremamente elevadas 24680C 34100C Nb Mo W Ta Ligações interatômicas extremamente fortes Aplicações Elementos de liga Matrizes de extrusão Peças estruturais em veículos espaciais Filamentos de lâmpadas incandescentes Tubos de raios X 58 Superligas São ligas de níquel ferroníquel e de cobalto com grande quantidade de elementos de liga Nb Mo W Ta Finalidade Produzir uma combinação de altas resistências mecânicas a elevadas temperaturas resistência à fluência em temperaturas de até 1000 0C e resistência à corrosão Aplicação aletas e palhetas para turbinas e motores a jato trocadores de calor componentes e reatores para processos químicos e equipamentos para tratamento térmico 59 Metais nobres Propriedades superiores Baixa dureza dúcteis resistentes à oxidação Prata ouro platina paládio ródio rutênio irídio ósmio Aplicações Jóias Restauração dentária Contatos elétricos em circuitos integrados Termopares 60 Fabricação de metais Precedidas por processos de Refino Formação de ligas Tratamentotérmico Classificações das técnicas de fabricação Conformaçãode metais Fundição Metalurgia do pó Soldagem e usinagem Os métodos escolhidos dependem Propriedades do metal Tamanho e forma da peça acabada Custo 62 Operações de conformação São aquelas em que a forma e uma peça metálica é alterada por deformação plástica Forjamento Laminação Extrusão Trefilação A deformação deve ser induzida por força ou tensão externa cuja magnitude deve exceder o limite de escoamento do material Trabalho a quente Quando a deformação é obtida em uma temperatura acima daquela na qual ocorre a recristalização Trabalho a frio Quando a deformação é obtida em uma temperatura abaixo daquela na qual ocorre a recristalização 63 Técnicas de fabricação de metais 64 Operações de conformação Operações de trabalho a quente Possível grandes deformações que podem ser repetidas sucessivamente Material permanece macio e dúctil Energia de deformação são menores que no trabalho a frio Maioria dos metais sofrem alguma oxidação superficial Perda de material Acabamento final de má qualidade da superfície Operações de trabalho a frio Produz aumento na resistência e redução da ductilidade Devido ao encruamento do material Melhor qualidade do acabamento da superfície Melhores propriedades mecânicas Controle dimensional mais preciso da peça acabada 65 Forjamento Trabalho mecânico de deformação de uma única peça de metal normalmente a quente Golpes sucessivos ou compressão contínua As ligas forjadas são dúcteis o suficiente para serem trabalhadas a quente ou a frio durante a fabricação Forjas são classificadas Matriz fechada ou matriz aberta 66 Forjamento Matriz fechada Força atua sobre duas ou mais partes de uma matriz que possui a forma da peça acabada O metal é deformado dentro da cavidade entre as partes da matriz Matriz aberta Ultilizase duas matrizes com formas geométricas simples sobre grandes peças de trabalho chapas planas e paralelas semicírculos etc Peças forjadas possuem estruturas de grãos excepcionais e excelentes propriedades mecânicas Ex Chaves ferramentas virabrequins 67 Laminação Processo de deformação em que uma peça metálica passa entre dois rolos Amplamente utilizado para a produção de chapas Laminação à quente Produção de peças maiores Laminação à frio Chapas tiras e folhas 68 Extrusão Barra metálica é forçada através de um orifício em uma matriz por uma força de compressão aplicada sobre um êmbolo Peça estrudada Forma desejada Área da seção transversal reduzida Produtos extrudados Podem ser formadas peças com geometrias de secção transversal mais complicadas Podem ser produzidos tubos sem costura 69 Trefilação Redução na área da seção reta transversal de uma peça através da aplicação de uma força de tração na peça Peça estrudada Redução da área da seção transversal Aumento do comprimento Produtos trefilados Barras Arames Tubulações 70 Operações de fundição Nesse processo de fabricação o metal totalmente fundido é derramado no interior de um molde na forma desejada com a solidificação o metal assume a forma do molde experimentando alguma contração no volume A fundição é empregada quando A forma final é grande ou complicada para a utilização de outro método A liga ser moldada possui baixa ductilidade dificultando a conformação Em comparação a outros processos é o mais econômico 71 Operações de fundição As ligas fundidas são quebradiças dessa forma a a conformação por deformação não é possível devendo ser fabricadas por fundição Tipos de fundição Fundição em molde de areia fundição com matriz fundição contínua fundição de revestimento precisão 72 Fundição em molde de areia Método de fundição mais comumente empregado A areia comum é o material do molde Utilizas um molde de duas peças O acabamento superficial não é uma consideração importante A areia pode ser reutilizada mas o molde não pode Taxas de fundição são baixas e peças grandes são geralmente moldados 73 blocos de cilindros automotivos hidrantes conexões de tubulações com grandes dimensões Fundição com matriz molde permanente ou pressão Nesse processo a cavidade do molde é metálica e fabricado por usinagem O molde permanente de duas peças é usado O metal fundido é forçado para dentro do molde sob pressão e as taxas de vazamento são elevadas A pressão é mantida durante a solidificação Após a solidificação do líquido vazado na cavidade o molde é aberto a peça solidificada é removida e o molde reutilizado Técnica usada para peças pequenas 74 Fundição com matriz molde permanente ou pressão Utilizada para a fabricação de pistões de motores de caminhões e automóveis A vantagem da técnica é o bom acabamento superficial e boa precisão dimensional 75 Fundição de precisão Também conhecida como processo de cera perdida o modelo ou gabarito é feito a partir de cera ou plástico baixo ponto de fusão Uma pasta cerâmica sílica coloidal é utilizada para revestir o modelo e após o endurecimento o molde é aquecido o gabarito se funde deixando a cavidade de molde com a forma desejada Uso da técnica reprodução de pequenos detalhes e excelente acabamento superficial Molde de peça única que não é reutilizável quando alta precisão dimensional é buscada Exemplo Joalheria e em coroas e obturações dentárias Palhetas de turbinas propulsores de motores a jato 76 Fundição contínua Nessa operação partese de um metal fundido para uma forma semiacabada como placas tarugo blocos etc O metal líquido contido em uma panela é vazado em um molde de cobre refrigerado a água que resfria rapidamente a superfície do metal O metal fundido é moldado num cordão contínuo com uma seção transversal rectangular ou circular 77 Outras técnicas de fabricação Metalurgia do pó Essa técnica envolve a compactação de um metal pulverizado ou em pó seguida de um tratamento térmico para produzir uma peça mais densa A metalurgia do pó torna possível a produção de uma peça virtualmente não porosa com propriedades praticamente equivalentesàs do material original Este processo é adequado para metais com altos pontos de fusão baixa ductilidade e para produção de peças que exigem tolerânciasdimensionais muito restritas 79 Outras técnicas de fabricação Soldagem Na soldagem duas ou mais peças metálicas são unidas para formar uma única peça quando a fabricação da peça em uma única parte é cara ou inconveniente A união entre as peças é metalúrgica envolve difusão São encontrados diferentes métodos de soldagem Soldagem a arco ou maçarico Brasagem Solda branca Durante a soldagem ocorre o aquecimento tanto das peças a serem unidas quanto do material de enchimento para leválos a fusão Após a solidificação o material de enchimento forma uma junção fundida entre as peças 80 Componentes de solda Linha de fusão é a junção do metal de solda com o metal de base Zona termicamente afetada é uma parte do metal de base adjacente à solda que não foi fundido porém teve sua microestrutura ou suas propriedades mecânicas alteradas devido ao calor 81 Componentes da Solda Outras técnicas de fabricação Soldagem Alterações possíveis em ZTA Para os aços pode ocorrer a formação de austenita devido ao aquecimento Dependendo da taxa de resfriamento e da composição da liga os produtos microestruturais podem não ser desejáveis como a martensita que pe muito frágil Alguns aços inoxidáveis podem ser sensitizados durante a soldagem o que os torna suscetíveis à corrosão intergranular 84 Outras técnicas de fabricação Soldagem A sensitização no aço inoxidável pode ser definida como a susceptibilidade à corrosão intergranular que ocorre devido ao empobrecimento do teor de cromo na região do contorno de grão 85 Microestrutura ótica 200x de placa soldada ab parte soldada estreita zona de fusão e início da ZTA ce variação na ZTA ao longo do comprimento d área mais sensitizada centro de ZTA f representa o metal de base zona que não é afetada pelo calor de soldagem