- Propriedades - Ligas metálicas - Metais

Propriedades de metais e suas ligas.

1. Docente : Prof. DR. Fernando Júnior Quites Discente : Giullyanno de O. Felisberto Ligas Metálicas UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Cuiabá – MT Julho/2014

2. Metais Os metais são constituídos por um grande número de átomos iguais, sendo que cada átomo fica circundado por 8 ou 12 outros átomos do mesmo elemento metálico, tendo atrações iguais em todas as direções, o que o proporciona uma estrutura cristalina.

3. Metais Os átomos dos metais possuem apenas 1, 2 ou 3 elétrons na última camada eletrônica, consequentemente os elétrons escapam facilmente e transitam livremente pelo reticulo cristalino. É chamado de “ nuvem de elétrons ” ou “ mar de elétrons ” e é o que mantem os átomos metálicos unidos.

4. Metais Essa estrutura em retículos e esse tipo de ligação química resulta em uma série de propriedades que diferenciam os metais de outras substancias. Brilho : os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. Isto se da pelos dos elétrons livres localizados na superfície dos metais que absorvem e irradiam a luz.

5. Metais Maleabilidade : É a capacidade de moldar os metais em lâminas finas, por martelar o metal aquecido ou passá-lo por cilindros laminadores . Ductibilidade : Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas, devido o deslizamento provocado nas camadas de átomos.

6. Metais Condução de eletricidade:  os metais são ótimos condutores de eletricidade. Essa propriedade é explicada pelo fato de que como os metais possuem um “mar” de elétrons livres, esses elétrons permitem a transição rápida de eletricidade através do metal.   Condução de calor:  a explicação para o fato de os metais serem bons condutores térmicos é baseada na presença dos elétrons livres que são dotados de movimento. Esses elétrons permitem o trânsito rápido do calor.

7. Metais Densidade elevada:  normalmente os metais são densos, em virtude das estruturas compactas dos retículos cristalinos.

8. Metais Pontos de fusão e ebulição altos:  a força de atração causada pelo “ mar de elétrons” é muito forte, mantendo os átomos unidos com muita intensidade. Assim, para que se rompa essa ligação é preciso fornecer altas energias externas.   Resistência à tração:   Da mesma forma, fios metálicos são muito resistentes às forças que se aplicam sobre eles, ao serem puxados ou alongados.

9. Liga metálica “Materiais que possuem propriedades metálicas, formados por dois ou mais elementos, sendo que pelo menos o maior constituinte deles é um metal .” O Composto em maior quantidade é chamado de solvente e o de menor quantidade de soluto . Possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza e/ou aumento da resistência mecânica.

10. Liga metálica As ligas podem ser soluções sólidas homogêneas, nas quais os átomos de um metal estão distribuídos ao acaso entre os átomos do outro, ou podem ser compostos com uma composição e estrutura interna definida. D entre elas temos a solução sólida intersticial e a solução sólida substitucional.

11. Liga metálica Uma solução sólida intersticial é uma solução sólida na qual os átomos do soluto ocupam os interstícios, as cavidades, entre os átomos do solvente. Soluto Solvente

12. Liga metálica A solução sólida intersticial são formadas frequentemente por metais e átomos pequenos (como boro, carbono e nitrogênio) que possam ocupar as cavidades do metal, frequentemente ferro, níquel e cobalto. Os átomos pequenos entram no sólido hospedeiro preservando a estrutura cristalina do metal original e sem transferência de elétrons nem formação de espécies iônicas. Um exemplo desta liga é o aço (ferro e carbono).

13. Liga metálica Já uma solução sólida substitucional é uma solução sólida na qual os átomos de um metal soluto ocupam algumas das posições dos átomos do metal solvente. Soluto Solvente

14. Liga metálica Os raios atômicos dos elementos diferem de, no máximo, 15% um do outro e as estruturas cristalinas dos dois metais puros são as mesmas, tornando-os compatíveis . Um exemplo desta liga é a Cuproníquel . Cobre e níquel são elementos do bloco d, são semelhantes no caráter eletropositivo e em raios atômicos ( Ni 125 pm , Cu 128 pm , diferença de apenas 2,3 %).

15. Liga metálica A ligas metálicas são divididas em 2 grupos: Ligas ferrosas: Apresentam o elemento ferro como constituinte principal. Ligas não-ferrosas: Não apresentam o elemento ferro como constituinte.

16. Ligas ferrosas S ão especialmente importantes como materiais de construção de engenharia. Seu amplo uso é resultado de 3 fatores: Os compostos contendo ferro existem em quantidades abundantes na crosta terrestre; Ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos usando técnicas de extração , refino, formação de ligas e fabricação relativamente econômicas; As ligas ferrosas são extremamente versáteis, possuem uma ampla gama de propriedades físicas e mecânicas .

17. Ligas ferrosas As ligas ferrosas são divididas em dois grandes grupos, de acordo com o teor de carbono presente em cada uma : Aços: Teor de carbono inferior a 2,11% C ; Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.

18. Ligas ferrosas Aço Ligas Ferro – Carbono 0,008 e 2,11% de C Dúctil Forjamento Laminação Extrusão Ferro Fundido Ligas Ferro – Carbono 2,06% e 6,67% de C Duro Fundição

19. Ligas ferrosas - Aço O Aço é uma liga de ferro-carbono, podendo apresentar concentrações apreciáveis de outros elementos de liga, como níquel, molibdênio, cromo e outros.

20. Ligas ferrosas - Aço Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços, produzidos em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações. Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica. Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica.

21. Ligas ferrosas - Aço Os aços patináveis, ou corten , são aços que contêm pequenas adições de elementos de liga, como cobre, fósforo, níquel e cromo, que em determinadas condições ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de muitos ambientes urbanos. Esses elementos de liga também contribuem para a melhoria de propriedades mecânicas através do refino de grão, razão pela qual alguns autores preferem considerá-los como fazendo parte de um subgrupo dos chamados aços de alta resistência e baixa liga (ARBL ).

22. Ligas ferrosas - Aço Outro tipo de aço é o aço-carbono, que possui uma classificação própria: Baixo carbono --- no máximo 0,30% de C; Médio-carbono --- de 0,30 a 1,00% ; Alto carbono --- 1,00 a 2,11%.

23. Ligas ferrosas - Aço Baixo Carbono: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. Aplicado em chapas automobilísticas, placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, latas de folhas-de-flandres e caldeiras.

24. Ligas ferrosas - Aço Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente para receber tratamento térmico de têmpera, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas . Aplicado em rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins, peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade e estruturas parafusadas

25. Ligas ferrosas - Aço Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor ductilidade entre os aços carbono. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte . Aplicado em talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.

26. Ligas ferrosas - Aço O Aço damasco é a união de dois ou mais aços de características diferentes, unidos pelo método de caldeamento. Uma barra de damasco pode ter várias camadas . A grande vantagem do damasco, além da beleza da lâmina, é a flexibilidade que ele proporciona, pois geralmente é forjado de um aço de alto teor de carbono com um de médio ou baixo teor de carbono. É de difícil obtenção, o que faz encarecer o produto, porém é muito valorizado por colecionadores.

27. Ligas ferrosas - Aço Elementos adicionados ao aço: Níquel : melhora na ductilidade, resistência mecânica a quente, na soldabilidade e na resistência a corrosão. Molibdênio e cobre: aumenta a resistência a corrosão por via úmida. Silício e alumínio: melhora a resistência a oxidação a alta temperatura. Nióbio : teores baixíssimos desse elemento permite elevada resistência e não diminui a soldabilidade Titânio : aumenta o L.R, a resistência à abrasão e bom desempenho em altas temperaturas.

28. Ligas ferrosas - Aço Aço Inoxidável Contém ao menos 10% de Cr Resistência à corrosão bastante melhorada Dependendo da porcentagem de Cr, C podem ser martensítico , ferrítico austenítico e de endurecimento por precipitação

29. Ligas ferrosas – Ferro Fundido É uma liga de ferro-carbono com teor de carbono acima de 2,11%. Os produtos são obtidos, mais comumente, pelo processo de fundição em molde de areia ou matriz. O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe 3 C) ou como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na fabricação do lápis.

30. Ligas não-ferroas O aço e as ligas ferrosas são de certa forma muito vantajosos. Entretanto, eles possuem algumas limitações bem definidas como: Massa específica relativamente elevada; Condutividade elétrica comparativamente baixa; Suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes usuais. Dessa forma, para muitas aplicações, é vantajoso eu até mesmo necessário o uso de outras ligas que possuam combinações adequadas de propriedades. Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de acordo com alguma característica específica compartilhada por um grupo de ligas.

31. Ligas não-ferroas - cobre Possuem elevadas condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e são amagnéticas . Cobre comercialmente puro; Ligas de alto teor de cobre; Latões; Bronzes; Ligas de Cobre-níquel .

32. Ligas não-ferroas - cobre Latão Cobre e zinco (de 5 a 45%), Outro Elementos Podem ser Usados (Al, Sn, Pb ou As) Utilizado desde munições de artilharia leve ou pesada até abajures e joalheria.

33. Ligas não-ferroas - cobre Bronze Cobre-Estanho (2 a 11 %) Outro Elementos Podem ser Usados (zinco , alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo) Enorme resistência estrutural, à corrosão atmosférica, facilidade de fundição e boa capacidade de acabamento. Aplicado em Mancais , bronzinas, armas , Estátuas

34. Ligas não-ferroas - cobre Cuproníquel Cu – Ni (Até 30%) Boa Resistência à Corrosão e à Fadiga Não é atraída pelo imã Moeda ,de 1998 a 2001 cuproníquel (núcleo) e alpaca (anel ), Condensadores e Aparelhos de Destilação.

35. Ligas não-ferroas - cobre Alpaca é uma liga de Cobre (65%), Níquel (18%) e Zinco (17%), seu nome significa metal branco e também é conhecida como prata alemã. É bastante dúctil e possui facilidade de ser trabalhada, além de também possuir resistência a meios corrosivos.

36. Ligas não-ferroas - Magnésio Apresentam ponto de fusão em torno de 650 °C Tem boa usinabilidade , podem ser forjadas, laminadas e fundidas. O magnésio possui boa resistência à corrosão em atmosferas pouco agressivas e susceptível à corrosão em meios marinhos. Também possui boas condutibilidades elétrica e térmica e absorção às vibrações elásticas . Largamente utilizadas na indústria aeronáutica, em componentes de motores e na fuselagem.

37. Ligas não-ferroas - Titânio As ligas de titânio possuem densidade razoavelmente baixa (4,5 g/cm3) e elevado ponto de fusão (1668 °C ) Suas ligas são bastante resistentes, porém sua maior limitação é a elevada reatividade química com outros elementos em elevadas temperaturas.

38. Ligas não-ferroas - estanho Apresentam material mole, dúctil e maleável de baixa resistência mecânica, porém elevada resistência à corrosão. Empregado na forma de chapas, folhas e fios estanhados , segurança contra o fogo, em alarmes, metais de soldagem e vedação.

39. Ligas não-ferroas - Alumínio As ligas de Alumínio são versáteis, econômicos não são ferromagnéticas e apresentam elevadas condutividades térmica e elétrica. Apresentam resistência à oxidação progressiva e são muito dúcteis e maleáveis.

40. Ligas não-ferroas - Zamac Seu nome vem da composição da sua liga: Zinco, Alumínio, Magnésio, e Cobre. Boa resistência à Tração, Corrosão, Choques e Desgastes Possui baixo ponto de fusão, 400°C, o que permite uma maior produção de peças fundidas em serie. Aplicada em Maçanetas, chaves, espelhos.

41. Ligas não-ferroas - Ouro Este metal pode ser encontrado livremente na natureza, é o chamado ouro nativo. O ouro nativo (100 % puro) é designado como ouro 24 quilates, ele é maleável, ou seja, não apresenta consistência para fabricar objetos. Sendo assim, no processo de obtenção de joias preciosas, é preciso adicionar prata (Ag) e cobre (Cu) formando então uma liga metálica com o ouro. Esta ligação permite maior dureza ao material, tornando possível a confecção das mais variadas joias. A porcentagem da mistura é de 75 % em ouro e 25 % em prata e cobre, o que dá origem ao ouro 18 quilates.

42.   Processos de fabricação de Ligas Metálicas A fabricação das ligas metálicas pode ser feito a partir do processo de : Fusão; Compressão; Processos eletrolíticos.

43.   Processos de fabricação de Ligas Metálicas Fusão Neste processo os componentes que vão formar a liga, são postos em temperatura de fusão para a sua mistura homogênea e posteriormente resfriados em formas com formato pré-definido . Compressão Este processo consiste em misturar os materiais de vão compor a liga em proporções adequadas a uma pressão bastante elevada, este processo e utilizado quando os materiais da liga são imiscíveis no estado liquido e tem elevado ponto de fusão . Processo Eletrolítico Consiste na mistura de sais proporcionando a mistura de dois ou mais metais sobre o catodo.

44. Referênicas http ://www.infoescola.com/quimica/propriedades-dos-metais/ http://www.brasilescola.com/quimica/metais.htm http:// www.mundoeducacao.com/quimica/propriedades-dos-metais.htm Callister , W. D. Jr. - Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma Introdução, 7ª Edição, Editora LTC. Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3ª Edição. SHRIVER , D. F.; ATKINS, P. Química Inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman , 2008.