materiais metálicos (para pdf) - autenticação · desgaste desgaste brocas serras matrizes...
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03-05-2016
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Materiais
Materiais Metálicos
Docente: João Salvador FernandesLab. de Tecnologia Electroquímica
Pavilhão de Minas, Piso [email protected]
Ext. 1964
João Salvador – IST 2016
� Objectivo� Selecção de materiais
� Qual o material mais adequado para uma dada aplicação ?
� Conhecimento das propriedades mecânicas, maquinabilidade, resistência à corrosão,custo, disponibilidade, estética, etc.
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Materiais Metálicos
Ligas Metálicas
Aços
Ferrosas Não-ferrosas
CuAl Mg TiFerros fundidos Ni etc…
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Ligas Ferrosas
Aços
Ligas Ferrosas
Ferros fundidos
Fe3C cementite
1600
1400
1200
1000
800
600
4000 1 2 3 4 5 6 6.7
L
γaustenite
γ+L
γ+Fe3Cαferrite
α+Fe3C
L+Fe3C
δ
(Fe) Co , wt% C
Eutéctico
Eutectóide:0.76
4.30
727°C
1148°C
T(°C)
2.14 - 6.7 wt% C(2.14 - 4.5 wt% C)
0.008 - 2.14 wt% C(0.001 – 1.5 wt% C)
João Salvador – IST 2016
� Aços� Ligas de ferro-carbono com composições normalmente situadas entre 0.001
e 1.5 wt% C que podem conter concentrações apreciáveis de outroselementos
� Milhares de aços diferentes com diferentes composições e tratamentostérmicos
� Podem apresentar uma vasta gama de propriedades devidas a
� Variação do teor em carbono
� Possibilidade de deformação a frio
� Possibilidade de tratamento térmico
� Adição de elementos de liga
� Normalmente classificados de acordo com a concentração em carbono:baixo teor, médio teor ou alto teor.
� Classificados também de acordo com a presença e concentração de outroselementos de liga: aços carbono, baixa liga ou ligados (alta liga).
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Ligas Ferrosas
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Aços
Baixa liga Alta liga
baixo teor C
<0,25 wt% C
médio teor C
0,25-0,6 wt% C
alto teor C
0,6-2 wt% C
Aplicações autom. estrut. chapa
pontes c. civil Reserv. pressão
cambotas porcasmartelos
pistons rodasdentadas desgaste
desgaste brocasserras matrizes(moldes)
Aplic. alta T turbinas fornos
Resistênciacorrosão
Exemplo 1010 4310 1040 4340 1095 4190 304
MacioRápidos(HSLA)
CarbonoTratamento
Térmico Carbono Ferramentas InoxidáveisNome
Temperab. 0 + + ++ ++ +++ 0
ε fractura + + 0 - - -- ++
resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente
Elementosde liga
Cr,VNi, Mo
-Cr, Ni
Mo-
Cr, V,Mo, W
Cr, Ni, Mo-
Resist. tracção 0 + ++ + ++ 0-
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� Seis microconstituintes principais :� Ferrite α e ferrite δ (CCC)
� Austenite γ (CFC)
� Cementite
� Perlite
� Bainite
� Martensite (TCC)
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Microestrutura dos aços
Fe3C cementite
1600
1400
1200
1000
800
600
4000 1 2 3 4 5 6 6.7
L
γaustenite
γ+L
γ+Fe3Cαferrite
α+Fe3C
L+Fe3C
δ
(Fe) Co , wt% C
Eutéctico
Eutectóide:0.76
4.30
727°C
1148°C
T(°C)
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Microestrutura dos aços
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Austenite (γ)
Bainite(α + Fe3C lamelas/agulhas)
Perlite
(α + Fe3C lamelas +fase proeutectoide)
Martensite
(fase TCC,transf. s. difusão)
martensite revenida
(α + partículas muito finas de Fe3C)
Arrefecimentolento
Arrefecimentomoderado
Arrefecimentorápido ou têmpera
reaquecimento
resi
stên
cia
duct
ilida
de
Martensite
Martensite revenida
Bainite
Perlite fina
Perlite grosseira
Cementite esferoidizada
Tendência geral
Transformações nos aços
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Tratamento térmicos
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� Recozimento (a)
� Têmpera (b)
� Revenido da martensite (c)
c)tempo (s)
10 10 3 10 510 -1
400
600
800
T(°C)
Austenite (estável)
200
P
B
TEA
A
M + A
M + A
0%
50%
90%
a)b)
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Propriedades mecânicas dos aços
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• A resistência à tracção, o limite elástico e a dureza aumentam com o teor de carbono, a ductilidade e a resiliência diminuem
Influência da % C
Co < 0.76 % C
hipoeutectoide
Perlite (med)Ferrite (macio)
Co > 0.76 % Chipereutectoide
Perlite (med)
Cementite(dura)
300
500
700
900
1100Y (MPa)RT (MPa)
% C0 0.5 1
dureza
0.76
hipo hiper
% C0 0.5 1
0
50
100
%Al
Res
iliên
cia
(Izo
d, ft
-lb)
0
40
80
0.76
hipo hiper
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Influência da microestrutura (perlite e cementite)
• Resistência: P. fina > P. grosseira > cementite esferoidizada• % Estricção: P. fina < P. grosseira < cementite esferoidizada
80
160
240
320
%C0 0.5 1
Dur
eza
Brin
ell
Perlite fina
Cementite esferoidizada
hipo hiper
0
30
60
90
%CC
oefic
ient
e de
estr
icçã
o(%
)
Perlite fina
Perlite grosseira
Cementite esferoidizada
hipo hiper
0 0.5 1
Perlite grosseira
Propriedades mecânicas dos aços
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Propriedades mecânicas dos temperados
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Dureza da martensite >> dureza da perlite
0
200
% C0 0.5 1
400
600Martensite
Perlitefina
hipo hiper
Dur
eza
Vic
kers
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Revenido da martensite
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Reduz a fragilidade de martensiteReduz as tensões internas causadas pela têmpera
9 µm
Y (MPa)
RT (MPa)
800
1000
1200
1400
1600
1800
30
40
50
60
200 400 600T revenido (°C)
%A
RT
Y
%A
• Produz partículas de Fe3C extremamente pequenas rodeadas por α• Diminui a RT e Y mas aumenta alongamento
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� Nomenclatura AISI & SAE� 10xx Aços carbono
� 11xx Aços carbono (com enxofre para maquinabilidade)
� 15xx Mn (10 ~ 20%)
� 40xx Mo (0.20 ~ 0.30%)
� 43xx Ni (1.65 - 2.00%), Cr (0.4 - 0.90%), Mo (0.2 - 0.3%)
� 44xx Mo (0.5%)
Em que xx é % C x 100
exemplo: 1060 aço – aço carbono com 0.60 % C
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Nomenclatura dos aços
Aços inoxidáveis -- %Cr > 11
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Propriedades dos aços carbono
Carbon contentwt %
Properties Applications
0.01 - 0.1 Soft, ductile, no useful hardening by heat treatment except by normalizing, but can be work-hardened. Weldable.
Pressings where high formability required
0.1 - 0.25 Strong, ductile, no useful hardening by heat treatment except by normalizing, but can be work-hardened. Weldable. Ductile-brittle transition temperature is just below room temperature
General engineering uses for a mild steel
0.25 - 0.6 Very strong, heat treatable to produce a wide range of properties in quenched and tempered conditions. Difficult to weld. Can become brittle below room temperature.
Bars and forgings for a wide range of engineering components. Connecting rods, springs, hammers, axle shafts requiring strength and toughness.
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Carbon contentwt %
Properties Applications
0.6 - 0.9 Strong, whether heat treated or not. Ductility lower when less carbon is present
Used where maximum strength rather than toughness is important. Tools, wear resisting components ( piano wire and silver steels are in this group).
0.9 - 2.0 Wear resistant and can be made very hard at expense of toughness and ductility. Cannot be welded. Tend to be brittle if the structure is not carefully controlled
Cutting tools like wood chisels, files, saw blades.
Propriedades dos aços carbono
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Aços
Baixa liga Alta liga
baixo teor C
<0,25 wt% C
médio teor C
0,25-0,6 wt% C
alto teor C
0,6-2 wt% C
Aplicações autom. estrut. chapa
pontes c. civil Reserv. pressão
cambotas porcasmartelos
pistons rodasdentadas desgaste
desgaste brocasserras matrizes(moldes)
Aplic. alta T turbinas fornos
Resistênciacorrosão
Exemplo 1010 4310 1040 4340 1095 4190 304
MacioRápidos(HSLA)
CarbonoTratamento
Térmico Carbono Ferramentas InoxidáveisNome
Temperab. 0 + + ++ ++ +++ 0
ε fractura + + 0 - - -- ++
resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente
Elementosde liga
Cr,VNi, Mo
-Cr, Ni
Mo-
Cr, V,Mo, W
Cr, Ni, Mo-
Resist. tracção 0 + ++ + ++ 0-
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� A característica principal dos aços inoxidáveis é a sua elevada resistência à corrosão, devidaà formação espontânea de uma camada protectora de óxidos (passivação)
� O elemento de liga fundamental para que um aço seja inoxidável é o crómio, cujaconcentração deverá ser superior a 11 wt% Cr. A adição de níquel e molibdénio (entreoutros) também contribui para o aumento da resistência à corrosão.
� Os aços inoxidáveis dividem-se em classes
� Martensíticos, baseados no sistema Fe-Cr-C (Ni, Mn)
� Ferríticos, baseados no sistema Fe-Cr (Ni, Mo, etc.)
� Austeníticos, baseados no sistema Fe-Cr-Ni (C, Mo, Mn, etc.)
� Endurecidos por precipitação: baseados no sistema Fe-Cr-Ni (Mo, Cu, Al, Ti, etc.)
� Duplex: baseados no sistema Fe-Cr-Ni (C, Mo, Mn, etc.)
� Vasta gama de propriedades mecânicas, combinada com excelente resistência à corrosão ⇒
⇒ elevada versatilidade nas suas aplicações.
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Aços Inoxidáveis
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Aços Inoxidáveis
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� Aços inoxidáveis martensíticos:
� Tratamento térmico para que a martensite seja o seu principal microconstituinte.
� Aços inoxidáveis austeníticos:
� O domínio da austenite (fase γ) é estendido até à temperatura ambiente.
� Aços inoxidáveis ferríticos:
� Compostos maioritariamente por ferrite (CCC).
� A adição de elementos de liga em concentrações significativas produz grandes alterações nodiagrama Ferro-Fe3C:
� Por exemplo, para que um aço inoxidável seja austenítico, o teor em Ni tem que ser superiora 8% (ex. 304)
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Aços Inoxidáveis
Alfagéneos (Cr, Si, Mo, W, Ti, Nb)Elementos de liga
Gamagéneos (Ni, C, Mn, Cu)
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� As propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos podem sermelhoradas por trabalho a frio, já que não podem ser obtidas por tratamento térmico.
� Os aços inoxidáveis austeníticos são os que geralmente apresentam maior resistência àcorrosão, devido aos seus elevados teores em Cr e também devido à adição de Ni. Por issosão produzidos em maiores quantidades.
� Tanto os aços inoxidáveis martensíticos como os ferríticos são magnéticos; os austeníticosnão são magnéticos.
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Aços Inoxidáveis
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� Aços duplex� Aço duplex é um tipo de aço inoxidável composto pela combinação de dois
tipos de microestrutura: austenítica e ferrítica.
� Resistência mecânica: superior (aprox. o dobro) dos aços inoxidáveisferríticos ou austeníticos
� Tenacidade e ductilidade: superior aos aços inoxidáveis ferríticos masinferior à dos austeníticos.
� Resistência à corrosão: dependente dos elementos de liga, mas semelhanteà dos aços inoxidáveis austeníticos; mais resistentes à corrosão sob tensão(limitação dos aços austeníticos, ex. 304 e 316), devido à sua componenteferrítica.
� Custo:
� Os aços duplex contêm menores teores em Ni e Mo do que os austeníticos comequivalente resistência à corrosão ⇒ menor custo.
� Devido à sua superior resistência mecânica, podem reduzir-se as espessuras(secção transversal) ⇒ menor peso e menor custo
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Aços Inoxidáveis
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� Os ferros fundidos são ligas de ferro-carbono com mais do que 2.1 wt% C
� normalmente 3 - 4.5 wt% C
� Baixa temperatura de fusão (1150 °C - 1300 °C) ⇒ fáceis de produzir por fundição
� Geralmente frágeis, pelo que a fundição é o processo mais adequado
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Ferros Fundidos
� Cementite é metastável
� Decompõe-se em ferrite + grafite
Fe3C →3 Fe (α) + C (grafite)
� Geralmente é um processo lento
� Faz mais sentido usar o diagramade equilíbrio Fe-C estável, queconsidera a grafite.
� Formação de grafite promovidapor:
� Si > 1 wt%
� arrefecimento lento
1600
1400
1200
1000
800
600
4000 1 2 3 4 90
L
γ +L
α + Grafite
L + Grafite
(Fe) Co, wt% C
0.65
740°C
T(°C)
γ + Grafite
100
1153°CγAustenite 4.2 wt% C
α + γ
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Produção de Ferros Fundidos
Adaptado de Fig.13.5, Callister & Rethwisch 4e.
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� Ferro fundido cinzento
� Ferro fundido branco
� Ferro fundido maleável
� Ferro fundido dúctil� A composição dos diferentes materiais fica sobreposta
� A estrutura do material influencia as características
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Tipos de Ferros Fundidos
William F. Smith, “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais”, McGraw Hill, 3ª Edição (1998), pag. 553
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� FF cinzentos� Flocos grafite rodeados por uma matriz de ferrite α
(arrefecimento lento) ou perlite (arrefecimentomoderado)
� superfície de fractura cinzenta por ter veios de grafite naestrutura
� Concentração elevada de Si (1 – 3 wt%) para favorecera formação de grafite
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Tipos de Ferros Fundidos
htt
p:/
/ww
w.info
moto
r.co
m.b
r/si
te/t
ag/c
om
ponente
s/
htt
p:/
/port
uguese
.alib
aba.c
om
/pro
duct
-gs/
cast
-iro
n-p
isto
n-f
or-
crude-o
il-engin
e-
403498813.h
tml
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Tipos de Ferros Fundidos
� FF cinzentos (cont.)� Propriedades:
� Frágeis sob tracção
� os flocos de grafite actuam como concentradores de tensões
� Resistentes à compressão
� Excelentes amortecedores de vibrações
� Resistentes ao desgaste
� Resistentes à corrosão
� Alta fluidez no estado fundido, permitindo a produção de peças com formasdifíceis, e baixa taxa de encolhimento (contracção)
� Bastante baratos
� Aplicações: válvulas hidráulicas, acessórios para tubos, blocos de motores,cabeças de cilindros, rodas dentadas, pistões, discos de embraiagem,carcaças de bombas de óleo, caixas de transmissão, caixas de engrenagens,etc.
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� FF Brancos� superfície de fractura branca ou brilhante
� produzido por arrefecimento rápido
� perlite e grande quantidade de Fe3C
� não há grafite
� <1wt% Si ⇒ para evitar a formação de grafite
� Propriedades
� Grande resistência ao desgaste e à abrasão eelevada dureza
� Boa resistência à corrosão
� Baixa maquinabilidade e pouca resistência aoimpacto
� Aplicações: grelhas, chapas de desgaste,revestimento de moinhos, rolos e anéis demoagem, fusos transportadores de minérios,calhas de escoamento, blindagens, etc
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Tipos de Ferros Fundidos htt
p:/
/art
-soci
al.co
m/lis
ting/3
92/c
ast
-iro
n
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� FF Maleáveis� Produzidos a partir do ferro fundido branco, através de
tratamento térmico a 800-900ºC (em atmosfera inerte,para evitar oxidação)
� A cementite decompõe-se, formando-se grafite na forma deaglomerados (rosetas), rodeadas pela matriz ferrítica ouperlítica (dependendo da taxa de arrefecimento)
� Propriedades
� apresenta comportamento entre os FF cinzentos e os aços
� razoável ductilidade e maleabilidade
� boa resistência ao choque e à corrosão
� maquinabilidade
� Aplicações: para tubulações e conexões, sapatas de freios,caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, ferragensem geral, equipamento ferroviário, etc.
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Tipos de Ferros Fundidos
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� FF Dúcteis� Resultam da adição de Mg ou Ce
� Restante composição semelhante aos FF cinzentos
� Grafite em nódulos (e não em flocos), rodeadas poruma matriz de ferrite ou perlite
� Geralmente após fundição a matriz é perlítica, mas portratamento térmico de algumas horas a 700 °C podeconverter-se em ferrítica
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Tipos de Ferros Fundidos
� Propriedades:
� Melhor resistência mecânica que os FF cinzentos
� Maquináveis e com boa ductilidade (nalguns casos parecidos aos aços)
� Baixo custo mas mais caros que ferros fundidos cinzentos
� Resistência à corrosão
� Aplicações: componentes de caldeiras e reactores químicos, cilindros para papel,Engrenagens , pinhões, cambotas e cames, juntas universais, máquinas detrabalho pesado, válvulas, engrenagens, etc.
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� Comparação de propriedades
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Tipos de Ferros Fundidos
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� Limitações ao uso de metais ferrosos:� Densidade elevada
� Pequena condutividade eléctrica
� Susceptibilidade à corrosão
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Metais e Ligas Não-Ferrosos
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• Metais Refractários- Tfusão elevada- Nb, Mo, W, Ta
• Ligas de Ti- baixa ρ: 4.5 g/cm3
vs 7.9 g/cm3 aço- muito reactivas a alta T- Aplicações médicas,
aeronáuticas
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Metais e Ligas Não-Ferrosos
• Ligas de Al- baixa ρ: 2.7 g/cm3
- adições Cu, Mg, Si, Mn, Zn- endurecidas por solução sólida ou
precipitação (aplicações aeronáutica, automóvel, embalagens)
• Ligas de Mg- muito baixa ρ: 1.7 g/cm3
- auto ignição fácil- aeronáutica, automóvel,
mísseis
• Ligas de Ni- resist. fluência,oxid./corr. a T elevadas
• Ligas de CuLatão: Cu-Zn(bijuteria, moeda, canalizações, resistente corrosão)
Bronzes: Cu-(Sn/Al/Si/Ni)(rolamentos, engrenagens)
Cu-Be:Endurecida por precip.
Orgãos de máquinasResist. corrosão e fadiga
Ligas Não-ferrosas
Ni-Ti(Nitinol)
Metais Nobres
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� Cobre – Vantagens:� Condutividades térmicas e eléctricas elevadas
� Resistência à corrosão em contacto com a atmosfera, água do mar e emalguns ambientes marinhos
� forma uma camada de passivação de óxido e de sulfato (cor esverdeada)
� patina tem valor estético.
� Estrutura CFC ⇒ Muito macio e dúctil (até é difícil de maquinar)
� Capacidade quase infinita de ser trabalhado a frio
� Ponto de fusão baixo (~1080ºC) => mais fácil de obter que o aço
� Melhor resistência à fadiga que o alumínio e suas ligas
� Propriedades mecânicas e de corrosão melhoradas com adição deelementos de liga.
� A adição de elementos faz variar o aspecto estético (cor).
� Cobre – vermelho; com Zinco – cor amarela; com Níquel – Cor prateada
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Cobre e Ligas de Cobre
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João Salvador – IST 2016
� Cobre – Inconvenientes:� Densidade alta (11.36 g cm-3 enquanto o aço 7.9 g cm-3) => Material mais
pesado que os aços
� Propriedades mecânicas das suas ligas não podem ser alteradas portratamentos térmicos => é necessário deformação à frio e/ou adição deelementos de liga
� Propriedades mecânicas piores que os aços
35
Cobre e Ligas de Cobre
Donald
R.
Ask
ela
nd,
Pra
deep
P.
Phulé
, “T
he S
cience
and E
ngin
eering o
f M
ate
rials
”, T
hom
son (
2006),
pag.
513
João Salvador – IST 2016
� Latões (Brasses) :� ligas de cobre mais comuns têm 5 a 40% de Zn
� até 35% Zn - solução sólida substitucional do Zn namatriz de Cu (CFC)
� de 35% a 40% de Zn– forma-se duas fases α e β
� Tem boas propriedades mecânicas, podendo sermaquinados
� Têm boa resistência à corrosão
� Cores desde: Vermelho, amarelo, dourado aprateado
� Baixo coeficiente de fricção
� Boas propriedades acústicas
� O Cu no latão tem o efeito de restringir ocrescimento de bactérias => latão pode ser usadopor razões higiénicas
36
Cobre e Ligas de Cobre
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João Salvador – IST 2016 37
Cobre e Ligas de Cobre
�
� Bronze de Alumínio: 5 a 12% Al e muitas vezes até 5% de Fe e Ni
� Resistência mecânica maior que o bronze de estanho
� Melhor resistência à corrosão porque fica passivo com filme de Al2O3
� Bioestáticos – previne o crescimento de microorganismos
� Bronzes:� Ligas de cobre com Sn, Si, Al ou Ni
� Bronzes de Estanho: 1 a ~15% Sn
� endurecidos pelo estanho => maior resistência quelatões, melhor resistência à corrosão mas são mais caros
� B
� Bronze de Silício: até 4% Si
� Boa resistência mecânica e à corrosão
� Facilita a soldabilidade
� Bronze de Níquel: até 30% de Ni
� Usado em transferência de calor e transporte de águasalgada (do mar)
João Salvador – IST 2016
� Ligas de Cobre-Berílio� 0.6 a 2% Be, 0.2 a 2.5% Co
� Endurecíveis por precipitação, podendo ser tratadas termicamente edeformadas a frio
� Usadas para ferramentas nas indústrias químicas ⇐ grande resistênciamecânica, à corrosão e à fadiga.
� Bastante caros
� Estrutura α rica em cobre (CFC) e precipitados dispersos
� Elevada condutividade eléctrica e térmica
� Usados na Indústria do Petróleo, por não fazerem faísca
� Não magnéticos
� Boas propriedades de soldabilidade
� Excelentes propriedades sonoras (instrumentos de percussão)
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Cobre e Ligas de Cobre
03-05-2016
20
João Salvador – IST 2016 39
Cobre e Ligas de Cobre
João Salvador – IST 2016 40
Cobre e Ligas de Cobre
03-05-2016
21
João Salvador – IST 2016
� Alumínio – Vantagens:� Densidade baixa (2.7 g cm-3 para o aço 7.9 g cm-3)
� Só o Mg e o Be são mais leves
� Condutividades térmicas e eléctricas elevadas
� Resistência à corrosão em alguns ambientes (ex: ao ar)
� Estrutura cristalina CFC => grande ductilidade a baixas temperaturas
� Baixo ponto de fusão (660ºC) => Mais fácil de obter que o aço
� Não tem transições dúctil – frágil às baixas temperaturas
� Fácil de reciclar (5% da energia para obter a partir do mineral)
� Propriedades mecânicas podem ser alteradas por tratamentos (elementosde liga pode melhorar em 30x as propriedades mecânicas do Al)
41
Alumínio e Ligas de Alumínio
João Salvador – IST 2016
� Alumínio Puro – Inconvenientes:� Pequeno ponto de fusão (660ºC) => Ttrabalho limite muito baixa
� Não funciona bem às elevadas temperaturas
� Não tem limite de fadiga => pode quebrar por fadiga mesmo às baixastensões
� Baixa dureza e pequena resistência mecânica
� Principais elementos de liga: Cu, Mg, Si, Zn e Mn
42
Alumínio e Ligas de Alumínio
Donald
R.
Ask
ela
nd,
Pra
deep
P.
Phulé
, “T
he
Sci
ence
and E
ngin
eering o
f M
ate
rials
”,
Thom
son (
2006),
pag.
505
03-05-2016
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João Salvador – IST 2016 43
Alumínio e Ligas de Alumínio
João Salvador – IST 2016 44
Alumínio e Ligas de Alumínio
Donald
R.
Ask
ela
nd,
Pra
deep
P.
Phulé
, “T
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cience
and E
ngin
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rials
”, T
hom
son (
2006),
pag.
507
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Alumínio e Ligas de Alumínio
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� Endurecimento por Precipitação� Sistemas passíveis de endurecimento por precipitação:
� Qualquer sistema com:
� solução sólida terminal (a) de elevada solubilidade
� solubilidade de a diminui rapidamente com a temperatura
� Exemplos
� Al-Cu
� Cu-Be
� Cu-Sn
� Mg-Al, etc
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Alumínio e Ligas de Alumínio
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� Endurecimento por Precipitação� Partículas de precipitados impedem o movimento das deslocações
� Ex: sistema Al-Cu
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Alumínio e Ligas de Alumínio
0 10 20 30 40 50wt% Cu
Lα+Lα
α+θθ
θ+L
300
400
500
600
700
Al
T(°C)
gama de composiçõesnecessária para endurecimento por precipitação
CuAl2
A
B
C
Tem
pera
tura
Tempo
A (solubilização)
C (envelhecimento)
� Tratamento térmico:
� A: solubilização
� (solução sólida α)
� B: têmpera até Tambiente
� formação de solução sólida αsobresaturada
� C: envelhecimento
� reaquecimento para formaçãode partículas de precipitados nafase α
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� Envelhecimento� formação de fina dispersão de precipitados que constituem obstáculos ao
movimento das deslocações, tornando o material mais duro e resistente
� natural: precipitação à temperatura ambiente
� artificial: precipitação por aquecimento a temperaturas mais elevadas
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Alumínio e Ligas de Alumínio
William F. Smith, “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais”, McGraw Hill, 3ª Edição (1998), pag. 528
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� Magnésio� Baixa densidade (1.738 g cm-3)
� Resistência específica semelhante ao Al, mas mais leve que o Al
� Corrói facilmente em ambiente marinho
� Utilizado na aeronáutica, veículos e material circulante ferroviário
� Utilizações em biomédica (implantes reabsorvíveis)
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Magnésio e Ligas de Magnésio
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Titânio e Ligas de Titânio
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� Titânio� Facilmente disponível mas a extracção é cara
� Baixa densidade, resistente à corrosão, fácil de maquinar, elevadaresistência, resistência a T elevadas
� Elevado quociente resistência/densidade
� Forma camada superficial de oxido de titânio, estável e aderente,que passiva o material (resistência à corrosão)
� Ti comercialmente puro e Ti-6Al-4V são os mais utilizados
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� Principais características: resistência à corrosão excepcional em presença de fluidos biológicos, elevada biocompatibilidade, alta resistência e baixo módulo de Young
� Principais aplicações: próteses de substituição integral da anca e do joelho, parafusos e placas ortopédicos, implantes dentários, ferramentas cirúrgicas, pacemakers
� A liga Ti-6Al-4V é um dos materiais biocompatíveis com mais alta resistência mecânica e à corrosão disponíveis
Implante dentário
Titânio e Ligas de Titânio
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Airbus A380: pode usar até 77 toneladasde Titânio (11 ton nos motores)
Titânio e Ligas de Titânio
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Superligas de Ni (Ni-Cr-Co): resistência à fluência e à oxidação a T elevadas. Usadas em pás de turbinas de motores.
Titânio e Ligas de Titânio
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Características do Nitinol:
• Superelasticidade
• Efeito de Memória de Forma
• 1973 - Primeiras aplicações no campo biomédico
• Nos anos 90 foi comercializado o primeiro Stent
• Módulo de elasticidade semelhante ao doosso humano
• Liga com composição aproximadamenteequiatómica de Níquel e Titânio
• Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory (1962)
Ligas de Níquel-Titânio
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Grupo de materais que demonstram a capacidade
de retomar uma forma ou tamanho previamente
definidos (Memória) quando sujeitas a um ciclo
térmico apropriado ou a uma tensão mecânica.
• Transformação reversível entre a fase
martensítica e austenítica
Variação de temperatura
(Efeito de memória de forma)Aplicação de tensão
(Superelasticidade)
Ligas com memória de forma:
Ligas de Níquel-Titânio
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…Transformação induzida pela temperatura…
…Transformação induzida pela tensão…
Austenite Martensite
Martensite
Deformação
Te
nsã
o
Austenite
Ligas de Níquel-Titânio
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Aplicações Biomédicas
Memória de Forma
Superelasticidade
+
Módulo de Young (elasticidade) semelhante ao do osso
+
Stainless Steel
Nitinol
Bone
Stre
ss
Strain
~ 2%
Ligas de Níquel-Titânio
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• Cateteres
• Stents
• Filtros para a veia cava
• Arcos de ortodontia
• Próteses e Implantes Ortopédicos
Ligas de Níquel-Titânio
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� São metais com temperaturas de fusão extremamente elevadas
� As temperaturas de fusão variam entre 2468 °C para o nióbio e 3410 °C para otungsténio (a mais elevada temperatura de ebulição para um metal).
� O nióbio (Nb), o molibdénio (Mo), o tungsténio (W) e o tântalo (Ta) estãoincluídos neste grupo.
� As ligações interatómicas nestes metais são muitíssimo fortes
� isso explica a sua elevada Tfusão
� apresentam elevados módulos de elasticidade, elevada resistência mecânica eelevada dureza, tanto à temperatura ambiente como a altas temperaturas
� Utilização:
� O tântalo e o molibdénio são usados como elementos de luiga nos aços paramelhorar a sua resistência à corrosão
� As ligas de molibdénio são usada em peças estruturais de veículos espaciais,filamentos de incandescência, tubos de raios-X
� Ligas de tungsténio são usadas em eléctrodos para soldadura e em armas de fogo
� O tântalo é totalmente imune á corrosão até 150 °C, sendo usado em aplicações quenecessitem de um material especialmente resistente á corrosão
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Metais Refractários