Ciências dos MAterias - Ligas Não Ferrosas

727°

Figura 3.4 Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono (Fe – C).

3.2 O aço.
O aço é uma liga de ferro e carbono. O teor de carbono varia entre 0,02% a
2,1%. O ferro com um teor de carbono superior a 2,1% até 6,7% é chamado ferro
fundido.
No ferro fundido, o carbono não é totalmente dissolvido e apresenta-se na
forma de veios de grafite que são extremamente frágeis.

3.3 Estrutura do aço no resfriamento lento (transformação no estado
sólido)

O diagrama de fases encontrado, acima da linha que limita a região não existe
uma fusão, mas sim uma solução sólida.

Ferrite (ferro ) Austenita (ferro
)

Fig. 3.4 Região do ponto Eutetóide.

A presença do carbono faz com que o ferro com rede cubica de corpo
centrado(ccc) (ferro ) se transforme em uma rede cubica de face centrada(cfc) (ferro
) a temperatura diferente de 9110C. Essa temperatura varia em função do teor de
carbono no ferro e é representada na figura 3.4 pela linha G-S-E.

A solução sólida Fe-+C, na qual o centro C está totalmente dissolvido, é dado
o nome austenita (fig. 3.5). Após o resfriamento lento à temperatura ambiente, na
maioria dos aços o carbono está quimicamente ligado ao ferro como cementita (Fe3C),
que é a estrutura mais dura do aço (fig. 3.6)

Fig. 3.6
Agora vamos estudar alguns corpos de prova com diferentes teores de
carbono. Começamos com o corpo de prova com 0,77% de carbono.

Esperamos que este corpo de prova se já o mais fácil de analisar, pois temos
apenas um ponto de parada nos 7270C. Este ponto se chama ponto eutetóide (fig.
3.7).

Abaixo de 7270C existe uma distribuição bem proporcionada (eutetóide) de ferro puro
a e Fe3C (cementita). A estrutura do eutetóide recebe o nome de perlita, por seu brilho
aperolado.

Não é uniforme; é uma mistura de lâminas claras de ferro puro chamadas de
territa (estrutura mole) e de lâminas escuras de carboneto de ferro (Fe3C).

Fig. 3.7

O aço de 0,76% de teor de carbono também é denominado aço eutetóide. A
concentração do carbono na perlita é de 0,76%.

Vamos agora estudar o corpo de prova com 0,6%C (aço hipoeutetóide).
Com nossa experiência, reconhecemos (fig. 3.8), nas partes lamelares,a
perlita. As manchas claras identificam como ferrita. Como nosso corpo de prova só
contém 0,6% de carbono e a estrutura perlítica necessita de 0,77%, então uma parte
de ferrita agrupa-se em núcleos separados ou quase isolados.
Encontramos num aço com menos de 0,77%C, sempre uns núcleos de ferrita
pura, sendo maiores quando a percentagem de carbono é menor. Ao aquecermos o
corpo de prova, sua estrutura não muda em nada até o ponto S.

Muda-se agora a perlita para austenita consumindo calor, enquanto que a ferrita ainda
fica em sua forma. Se elevarmos mais a temperatura, a ferrita também começa a se
transformar em austenita (fig. 3.10).

Chegamos à linha G - S com toda a ferrita já transformada em austenita; temos
em nosso corpo de prova uma estrutura puramente austenítica. Daqui para frente a
temperatura sobe de novo mais rapidamente.

O aço de um teor de carbono entre 0,05% até 0,76% se chama aço
hipoeutetóide.

A figura 3.11 apresenta o diagrama simplificado para os aços até 2,06% de teor
de carbono, com as estruturas cristalinas em função do teor de carbono e temperatura.

O aço de um teor de carbono entre 0,76% até 2,06% chama-se aço
hipereutetóide.

Agora vamos estudar o corpo de prova com 1,2%C (aço hipereutetóide).

O que acontece quando se aquece o corpo de prova? Podemos imaginar: em
7270C, transforma-se toda a perlita em austenita, logo a temperatura começa a subir e
a cementita em excesso começa a se soltar até chegar no ponto (linha S - E), onde a

estrutura passa a ser austenítica (fig. 3.7).

fig. 3.8 Fig. 3.9

Vendo a estrutura da figura 3.9 reconhecemos novamente as partes lamelares
como perlita. As nervuras claras são de cementita. Se analisarmos o excesso de
cementita temos 1,2%C - 0,8%C (perlita)0,4%C representando os restantes 0,4%C,
excesso de cementita.

Aço com 0,20%C Aço com 0,45%C

Aço com 0,7%C· Aço com 0,8%C

Figura 3.10 Microestruturas de alguns aços.

Classificação dos aços

De acordo com o texto anterior, é necessário (embora insuficiente) para uma
correcta caracterização de um aço que a respectiva composição química seja
conhecida; esta vulgarmente exprime-se através de classificações ou códigos
definidos por instituições internacionais. As mais relevantes são a American
Iron and Steel Institute (AISI) e a DIN de origem alemã.

1.1.1. Sistema americano (AISI / SAE) O sistema de classificação da AISI é
frequentemente adoptado pela Society of Automotive Engineers (SAE), pelo
que é referido abreviadamente por AISI-SAE; consiste num sistema numérico

de quatro ou cinco algarismos, indicando os dois (ou três) últimos o teor em
carbono do aço em centésimos; os dois primeiros indicam se o aço é ou não
ligado e qual o tipo de liga.

1.1.2. Sistema alemão (DIN) A especificação DIN 17 006 estabelece o modo de
abreviar as diferentes composições de aços. Os aços sem liga são designados
pela letra C seguida do respectivo teor em carbono em centésimos (Ck se o
aço é de qualidade superior - aços ditos especiais, conforme critério a
apresentar em seguida).

Os aços ligados são classificados em fraca e fortemente ligados conforme não
exista ou exista um elemento cujo teor seja pelo menos de 5%p. Os aços
fracamente ligados são designados pelo seu teor em carbono em centésimos e
pela descrição da natureza dos diferentes elementos de liga (pelo respectivo
símbolo químico) e um ou mais números indicando o teor dos (ou dos)
elementos de liga, afetados por um fator multiplicador (4 ou 10) para que esse
teor seja expresso por um número inteiro.

Os aços fortemente ligados são designados pela letra X seguida do respectivo
teor em carbono (em centésimos) e da descrição da natureza dos diferentes
elementos de liga através do respectivo símbolo e seu teor nominal.

1.1.3. Exemplos de classificação de aços Sistema de classificação AISI /SAE

1XXX - aço sem liga

1045 - aço sem liga com 0,45C

1145 - aço de corte fácil com 0,45C (com MnS)

1345 - aço de elevada resistência com 0,45C e 1,75Mn

2XXX - aço ao Ni 2345 - aço com 0,45C e 3,5Ni

2545 - aço com 0,45C e 5,0Ni

3XX - aço austenítico resistente à corrosão ou refractário

3XXX - aço ao Cr Ni

3145 - aço com 0,45C 1,25Ni e 0,60Cr

3245 - aço com 0,45C 1,75Ni e 1,0Cr

3345 - aço com 0,45C 3,50Ni e 1,55Cr

4XX - aço ferrítico ou martensítico resistente à corrosão ou refractário

4XXX - aço ao Mo

4045 - Aço com 0,45C e 0,25Mo
4145 - Aço com 0,45C 0,50 ou 0,95Cr e 0,25Mo
4345 - Aço com 0,45C 1,80Ni 0,50 ou 0,80Cr e 0,25Mo
4645 - Aço com 0,45C 1,80Ni e 0,25Mo
4845 - Aço com 0,45C 3,5Ni e 0,25Mo
5XXXX - aço ao Cr 50100 - aço com 1C e 0,50Cr
51100 - Aço com 1C e 1,00Cr 52100 - aço com 1 C e 1,45Cr
6XXX - aço ao Cr V
Sistema de abreviatura
DIN C45 - aço sem liga com 0,45C
Ck 45 - semelhante ao anterior mas de qualidade superior, dito aço especial
45CrMo 4 - aço fracamente ligado com 0,45C
1Cr e Mo não quantificado
X200Cr12 - aço fortemente ligado com 2C 12Cr

AISI

Sistema americano para a classificação dos aços (American Iron and Steel
Institute). Na prática, o sistema de classificação mais adotado é o SAE-AISI.
Nele, o aço carbono é identificado pelo grupo 1xxx.

Os algarismos base para os vários aços-carbono e aços ligados e as
porcentagens aproximadas dos elementos de liga mais significativos recebem
classificação da seguinte forma:

 10xx - aços-carbono;
 11xx - aços-carbono com muito enxofre e pouco fósforo;
 12xx - aços-carbono com muito enxofre e muito fósforo;
 13xx - manganês (1,75%);
 23xx - níquel (3,5%);
 25xx - níquel (5%);
 31xx - níquel (1,5%), cromo (0,6%);
 33xx - níquel (3,5%), cromo (1,5%);
 40xx - molibdênio (0,2 ou 0,25%);
 41xx - cromo (0,5; 0,8 ou 0,95%), molibdênio (0,12; 0,2 ou 0,3%);
 43xx - níquel (1,83%), cromo (0,5 ou 0,8%), molibdênio (0,25%);
 44xx - molibdênio (0,53%);
 46xx - níquel (0,85 ou 1,83%), molibdênio (0,2 ou 0,25%);
 47xx - níquel (1,05%), cromo (0,45%), molibdênio (0,25%);
 48xx - níquel (3,50%), molibdênio (0,25%);
 50xx - cromo (0,28% ou 0,40%);
 51xx - cromo (0,80, 0,90, 0,95, 1,00 ou 1,05%);
 61xx - Cromo (0,80 ou 0,95%), vanádio (0,10 ou 0,15%);
 86xx - Níquel (0,55%), cromo (0,50 ou 0,65%), molibdênio (0,20%);
 87xx - Níquel (0,55%), cromo (0,50%), molibdênio (0,25%);
 92xx - Manganês (0,85%), silício (2,00%);
 93xx - Níquel (3,25%), cromo (1,20%), molibdênio (0,12%)
 94xx - Manganês (1,00%), níquel (0,45%), cromo (0,40%), molibdênio

(0,12%);
 97xx - Níquel (0,55%), cromo (0,17%), molibdênio (0,20%);
 98xx - Níquel (1,00%), cromo (0,80%), molibdênio (0,25%);

Os dois números representados pelas letras "xx" indicam a quantidade
de carbono do aço. Por exemplo: o aço 1020 apresenta 0,2% de
carbono.
Os aços que possuem requisitos de temperabilidade adicionais recebem
um H após a sua classificação.

Aços

São os materiais metálicos quantitativamente mais empregados na indústria.
São ligas ferro-carbono, podendo ter elementos de liga adicionados
propositadamente ou residuais (decorrentes do processo), dependendo das
propriedades necessárias. Depois do ferro, o carbono é o elemento mais
importante, que é o determinativo do aço. A quantidade de carbono é um dos

principais fatores que definem a classificação em aço doce ou duro. Os outros
principais elementos de liga encontrados em todos os tipos de aço, em maior
ou menor quantidade, são o silício, o manganês, o fósforo e o enxofre. São
empregados em equipamentos para a indústria mecânica, como em veículos
de transporte de toda natureza, aparelhos elétricos e electrónicos,
electrodomésticos e em máquinas em geral, além de ter grande aplicação na
construção civil.

Aços-carbono

Liga de ferro-carbono que contém de 0 a 2% de carbono. Possui na sua
composição apenas quantidades limitadas de carbono, silício, manganês,
cobre, enxofre e fósforo. Outros elementos existem apenas em quantidades
residuais. O carbono é elemento mais importante depois do ferro, sendo o
elemento determinante das propriedades mecânicas do aço. A quantidade de
carbono define o tipo de aço, conforme se denomina na indústria, em doce ou
duro. A maior parte do aço produzido no mundo é do tipo aço-carbono. Em
regra geral, quanto maior o teor de carbono do aço, maior é sua dureza e
menor sua dutilidade.

Aço de baixo carbono

Aços cuja quantidade máxima de carbono é de aproximadamente 0,3%.
Possuem, normalmente, baixa resistência mecânica e dureza e alta dutilidade e
tenacidade. São facilmente usináveis e soldáveis de um modo geral e
apresentam baixo custo de produção. Normalmente não são tratáveis
termicamente para endurecimento. Entre as suas aplicações típicas estão as
chapas automobilísticas, perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de
tubos, construção civil e latas de folhas-de-flandres.

Aço de médio carbono

Aço que possui uma quantidade de carbono suficiente para a realização de
tratamento térmico de têmpera e revenido, embora tais tratamentos precisem
ser realizados com taxas de resfriamento elevadas e em seções finas para
serem efetivos. Contêm de 0,3 a 0,6% de carbono, aproximadamente. Os aços
de médio carbono possuem maior resistência e dureza e menor tenacidade e
dutilidade do que os aços de baixo carbono. São utilizados em rodas e

equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de
máquinas que necessitem de razoável resistência mecânica e ao desgaste,
além de tenacidade.

Aço de alto carbono

Aço que contém mais de 0,6% de carbono. Sua soldagem é mais difícil do que
a efetuada em aços de baixo e médio carbono, devido à maior probabilidade de
ocorrer trincas a frio.
Os aços alto carbono possuem maior resistência e dureza, e menor dutilidade
em relação aos aços baixo e médio carbono. São quase sempre utilizados na
condição temperada e revenida, possuindo boas características de
manutenção de um bom fio de corte. Possuem grande aplicação em
talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.

Aço-ferramenta

Aço ao carbono com teores de 0,8 a 1,5% de carbono. Se apresentar outros
elementos de liga, estes são aplicados em porcentagens pequenas. A principal
desvantagem desse tipo de aço é o fato de perder sua dureza (capacidade de
corte) em temperaturas relativamente baixas (em torno de 250ºC), requerendo
velocidades de corte inferiores a 25m/min. São impróprios para usinagem de
aços de alta resistência. Apresenta como vantagens: baixo preço, facilidade de
usinagem, tratamento térmico relativamente simples, boa tenacidade e boa
dureza e resistência ao desgaste quando bem temperado. O aço ferramenta
ainda é empregado em pequenas oficinas, em ferramentas para a produção de
poucas peças e para a usinagem de ligas de latão e de alumínio.

Aço-liga

Chamado também de aço especial, é uma liga de ferro-carbono com
elementos de adição (níquel, cromo, manganês, tungsténio, molibdênio,
vanádio, silício, cobalto e alumínio) para conferir a esse aço características
especiais, tais como: resistência à tracção e à corrosão, elasticidade e dureza,
entre outras, tornando-os melhores do que os aços-carbono comuns.
A adição de elementos de liga tem o objetivo de promover mudanças
microestruturais que, por sua vez, promovem mudanças nas propriedades
físicas e mecânicas, permitindo que ao material desempenhar funções
específicas.

Os aços-liga costumam ser designados de acordo com os elementos
predominantes, como, por exemplo, aço-níquel, aço-cromo e aço-cromo-
vanádio. Seguem a mesma classificação dos aços-carbono, dividindo-se
também em graus, tipos e classes. Os sistemas de classificação também são
os mesmos, destacando-se os sistemas SAE, AISI, ASTM e UNS.
Os aços-liga podem ser encontrados em praticamente todos os segmentos
industriais, desde a construção civil até a construção naval, passando pelas
indústrias petrolífera, automobilística e aeronáutica.

Aços de alta liga são aqueles cuja soma dos elementos ultrapassa 5%. Três
grupos podem representar os aços ligados: aços temperados e revenidos, aços
tratáveis termicamente e aços resistentes à corrosão e ao calor.

Aço microligado

Aço que contêm, em geral, menos de 0,15% de carbono e pequenas
quantidades de Nb, V, Ti, Mo e N. Possuem boa soldabilidade. A soldagem
desses aços é similar à dos aços de baixo carbono, embora seja esperada uma
maior temperabilidade.

Aço rápido

Material que pode ser feito com muitos tipos de aço, empregando-se ligas de
tungstênio, cromo, molibdênio, vanádio e cobalto. Essas combinações de
elementos de liga asseguram a resistência e a dureza necessárias para
operações em altas temperaturas. Os aços-rápidos resistem a temperaturas de
até 550ºC. Mesmo com o desenvolvimento de novas tecnologias de fabricação
de materiais para ferramentas, o aço rápido ainda é utilizado para confecção de
ferramentas para furação, brochamento e fresamento, uma vez que seu custo é
relativamente baixo. Assim como o metal duro, o aço rápido também pode
receber camadas de recobrimento, sendo os mais usados: TiN, TiCN e TiAlN.

Aços-ferramenta

São aços utilizados em operações de corte, formação, afiação ou quaisquer
outras relacionadas com a modificação de um material para um formato
utilizável. Estes aços se caracterizam por sua elevada dureza e resistência à
abrasão geralmente associados à boa tenacidade e manutenção das
propriedades de resistência mecânica em elevadas temperaturas. Estas
características normalmente são obtidas com a adição de elevados teores de
carbono e elementos de ligas, como tungsténio, molibdênio, vanádio,

manganês e cromo. Boa parte dos aços-ferramenta são forjados, mas algumas
também são fabricadas por meio de fundição de precisão ou por metalurgia do
pó.
A fusão dos aços-ferramenta é realizada, normalmente, em quantidades
relativamente pequenas nos fornos elétricos, tomando-se um especial cuidado
com as tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final.
Estas e outras particularidades tornam o aço-ferramenta um material de custo
mais elevado do que os aços comuns.
Aplicações dos aços-ferramenta:

 Aços baixa-liga para aplicações especiais: utilizados, de um modo geral,
em componentes de máquinas como árvores, cames, placas, mandris e
pinças de tornos;

 Aços para moldagem: como o próprio nome sugere, estes aços são
utilizados como moldesde vários tipos, para aplicações que requerem a
manutenção das características de resistência em temperaturas e
pressões elevadas;

 Aços temperáveis em água: são utilizados em ferramentas para
forjamento a frio, cunhagem de moedas, gravação em relevo, trabalho
em madeira, corte de metais duros (machos e alargadores), cutelaria e
outras que requeiram resistência ao desgaste por abrasão.

Aços rápidos

Aços empregados em ferramentas de usinagem mecânica para altas
velocidadesde cortem, estáveis a altas temperaturas por decorrência da
estabilidade de seus carbetos de elementos de adição.

Formas comerciais dos aços

Os aços-carbono seguem uma divisão padronizada na indústria, o que permite
que fornecedores e consumidores se comuniquem com maior eficiência.
Algumas das formas em que os aços podem ser classificados são:

Semi-acabados para forjamento Bobinas laminadas a frio

Estruturais Folhas-de-flandres

Barras laminadas a quente Arames

Barras acabadas a frio Arames achatados

Chapas finas laminadas a quente Tubos

Chapas finas laminadas a frio Tubos estruturais

Chapas com esmalgagem porcelânica Tubos para oleodutos
Chapas chumbadas compridas Produtos tubulares para campos petrolíferos
Chapas galvanizadas Produtos tubulares especiais
Chapas revestidas por zincagem eletrolítica Fios-máquina laminados a quente
Bobinas laminadas a quente









Alguns metais não ferrosos

Magnésio |
Níquel |
Titânio |
Zinco |

Magnésio

É um dos metais mais leves, com massa específica de 1,74 kg/dm3, inferior à do
alumínio. Entretanto, a resistência mecânica é relativamente baixa e é comum o uso
na forma de ligas com outros metais como alumínio, manganês, zinco. Elas têm
aplicações especiais, nas quais o baixo peso e alta precisão dimensional são
importantes.

A tabela abaixo dá o padrão tradicional de codificação de ligas de magnésio segundo
ASTM.

Primeira parte Segunda parte Terceira parte Quarta parte

Duas letras que

indicam os principais

elementos de liga Indica o tipo de
em ordem tratamento térmico.
decrescente de

teores. Se esses são F - conforme
fabricado
iguais, a ordem é O - recozido
H10 - encruado leve
alfabética. H11 - encruado leve
H23 - encruado e
A - alumínio recozido
parcialmente
B - bismuto Letras do alfabeto H24 - idem
H26 - idem
C - cobre Dois dígitos que que servem para T4 - solubilizado
D - cádmio indicam os distinção de ligas T5 - envelhecido
E - terra rara percentuais com os mesmos artificialmente
F - ferro arredondados dos percentuais dos T6 - solubilizado e
G - magnésio principais elementos mesmos elementos envelhecido
H - tório na mesma ordem da principais, à medida artificialmente
K - zircónio primeira parte. que elas se tornam T8 - solubilizado,
L - lítio padrões usuais e trabalhado a frio e
envelhecido
M - manganês registados. artificialmente

N - níquel

P - chumbo

Q - prata

R - cromo

S - silício

T - estanho

W - ítrio

Y - antimónio

Z - zinco

Exemplo: AZ81A-T4 indica alumínio e zinco com 8% e 1% respectivamente. A é a
ordem de registro e T4 significa tratado por solubilização.

A resistência à corrosão não é das melhores devido ao elevado potencial
electronegativo. Muitas vezes há necessidade de revestimentos anticorrosivos. Peças
podem ser maquinadas, mas com cuidados especiais porque os cavacos incendeiam-
se facilmente.

Informações sobre o elemento químico podem ser vistas na página Magnésio da
Tabela Periódica deste site.

A produção mundial de magnésio em 2003 foi da ordem de 496.000 toneladas. China
é o maior produtor. Grosso modo, pode-se dizer que a metade é usada em ligas com
alumínio. Há outras aplicações importantes, como dessulfurização de aços, produção
de ferros fundidos, reagentes químicos, etc.

Níquel

A principal característica é a elevada resistência à corrosão. Isto faz do níquel um
metal adequado para indústrias químicas e de alimentos.

Bastante usado como revestimento anticorrosivo de outros metais, por meio de
galvanoplastia. Pode ser facilmente deformado a frio e soldado. Uma importante
aplicação é como material de resistências elétricas, neste caso em forma de liga com
cobre e manganês ou outros metais.

Ligas de níquel:

Em geral, a presença de níquel em ligas proporciona ou melhora características como:
resistência à corrosão, resistência em altas temperaturas, propriedades magnéticas e
expansão térmica. Nos parágrafos seguintes, alguns tipos mais importantes.

Aços inoxidáveis:

Geralmente contêm de 8 a 10% de níquel e um outro percentual de cromo. Um tipo
comum é o 304, que contém 8% de níquel e 18% de cromo. É usado, por exemplo, em
talheres e utensílios de cozinha. Outro tipo comum é o 316, que tem os mesmos
teores de Ni e Cr do 304, mas com adição de 3% de molibdênio. Apresenta melhor
resistência à corrosão. E muitos outros tipos para variadas aplicações.

Ligas de níquel e cobre:

São muitas vezes chamadas por nomes comerciais como Monel. Um tipo comum tem
63% (min.) de níquel, 28 a 34% de cobre, 2% (Max.) de manganês e 2,5% (Max.) de
ferro. São usadas em refinarias de petróleo e em aplicações marítimas, onde uma
longa vida útil das partes é importante. Usadas também em trocadores de calor para
água do mar, em razão da boa condutividade térmica aliada à resistência à corrosão.

Ligas de níquel e cromo:

São também conhecidas em seus nomes comerciais (Hastelloy, Inconel e outros). São
usadas onde a resistência ao calor e/ou à corrosão são determinantes (pás e outras
partes de turbinas a gás, por exemplo). Na tabela abaixo, algumas combinações
usuais (a soma dos percentuais pode ser menor que 100, significando outros
elementos).

Al Cr Fe Mo Ni Nb+Ta W Dureza HB Estado
3,8 184 Recozido
0 15,5 5,5 16 57 0 0 120-170 Recozido
0 180 Recozido
0 15,5 8 0 76 0 0 120-184 Recozido
0 382 Endurecido
0 21,5 0 9 61 3,6

0,5 21 46 0 32,5 0

0 19 18,5 3 52,5 5,1

Ligas de baixa expansão térmica:

Uma liga com 48% de níquel o o restante de ferro apresenta um baixo coeficiente de
expansão térmica, que pouco varia com a temperatura (8,3 a 9,3 10-6 1/ºC de 20 a
400ºC). São usadas, por exemplo, em molas de precisão e em uniões seladas vidro-
metal.

Ligas magnéticas:

São caracterizadas pela elevada permeabilidade magnética, importante para minimizar
o consumo de energia eléctrica na produção de campos magnéticos de alta
intensidade. Um nome comercial comum é Permalloy, que contém 70 a 80% de níquel,
pequenas proporções de molibdênio e/ou cobre e o restante de ferro. Outro tipo
comum contém cerca de 45% de níquel, 30% de ferro e 25% de cobalto. A
permeabilidade magnética pouco varia com o fluxo magnético e, por isso, usada em
dispositivos elétricos nos quais a variação da permeabilidade produz distorção (filtros,
por exemplo).

Titânio

O metal apresenta uma favorável combinação de elevada resistência mecânica e
térmica, baixa massa específica e alta resistência à corrosão. É usado em aplicações
críticas, onde todas ou algumas dessas propriedades são necessárias. A principal
contrapartida é o alto custo.

Alguns exemplos de aplicação do titânio e suas ligas: construção aeroespacial,
turbinas a gás (partes fixas e móveis), reactores nucleares, próteses médicas e
implantes dentários, processos químicos e de alimentos, trocadores de calor para
refino de petróleo, etc.

A massa específica é cerca de 4500 kg/m3 e a resistência à ruptura varia de
aproximadamente 480 MPa para alguns tipos comercialmente puros até cerca de 1100
MPa para algumas ligas estruturais ou mesmo 1700 MPa para algumas ligas
especiais.

O titânio puro tem estrutura hexagonal (chamada α), que se transforma em β (cúbica
de face centrada) acima de 882°C. A adição de elementos de liga pode mudar essa
temperatura de transformação e, em vários casos, provocar a retenção da variedade β
sob temperatura ambiente, resultando em ligas com ambas as variedades ou somente
β.

Ligas tipo α: nome dado ao titânio comercialmente puro, podendo ter pequena
proporção da variedade beta, dependendo da concentração de impurezas que
estabilizam β, como o ferro. Não aceitam tratamento térmico, mas a adição de cobre
permite o tratamento de envelhecimento.

Ligas tipo α-β: alguns elementos de liga (exemplos: ferro, cromo, molibdênio,
vanádio) atuam como estabilizadores da variedade e a adição dos mesmos produzem
ligas de média para alta resistência (600 a 1250 MPa). Podem ser tratadas mecânica e
termicamente, resultando em ligas com propriedades adequadas para diversas
aplicações.

Ligas tipo β: contém proporções de elementos estabilizadores de β para formar ligas
com apenas essa variedade. O trabalho a frio é mais fácil em relação às anteriores,
podem receber tratamento térmico para elevadas resistências e a resistência à
corrosão é melhor que a do metal comercialmente puro.

Alguns exemplos de ligas de acordo com a resistência mecânica.

• Baixa (500 MPa): metal comercialmente puro.
• Média (500-900 MPa): Ti 2,5%Cu.
• Média-alta (900-1000 MPa): Ti 6%Al 2%Sn 4%Zr 2%Mo.
• Alta (1000-1200 MPa): Ti 6%Al 6%V 2.5%Sn.
• Muito alta (>1200 MPa): Ti 10%V 2%Fe 3%Al.

Zinco
Baixo ponto de fusão, baixa resistência mecânica, boa resistência à corrosão
atmosférica, facilidade de trabalho a frio são suas principais propriedades.
Usado em coberturas para telhados, como revestimento anticorrosivo
(galvanização), como componente de várias ligas, etc.

LIGAS METÁLICAS
NÃO FERROSAS

• Usadas em geral para:
• Resistência à corrosão
• Resistência ao desgaste
• Cond. eléctrica
• Peso reduzido (algumas)
• Resistência a altas
temperaturas (outras)
• Boas resistência e
rigidez específicas

LIGAS NÃO FERROSAS
NÃO FERROSOS

Ligas leves Ligas para altas Ligas baixo Ligas Refractárias
temperaturas. ponto de fusão

Ligas Al Ligas Mg Ni Pb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb
Ligas Ti Ligas Be

Ligas Cu

Latões Cu-Ni
Bronzes

LIGAS NÃO FERROSAS (GENERALIDADES)

•Em geral mais caras que as ligas ferrosas
•Usadas para aplicações específicas:

• Resistencia 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

Tungsténio (W)
Estanho (Sn)
Cobre (Cu)
Niquel (Ni)
Ferro (Fe)
Zinco (Zn)
Titânio (Ti)
Alumínio (Al)
Berílio (Be)

Magnésio (Mg)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Densidade (ton/m^3)









LIGAS DE ALUMÍNIO

GENERALIDADES PROPRIEDADES

• O alumínio é o metal mais abundante • Baixa densidade (1/3 do aço)
na crosta terrestre • Boa condut. térmica e eléctrica
• Elevada resistência específica
• O seu processamento é caro, tendo • Grande ductilidade
restringido a sua aplicação até • Fácil maquinação, fundição,
meados do século, mas é um dos
materiais mais usados actualmente soldadura e processamento em geral
• Boa resist. à corrosão
• Forma ligas com Mn, Cu, Mg, Si, Fe, • Custo moderado
Ni, Li, etc
APLICAÇÕES
• Algumas ligas possuem resistência
mecânica superior aos aços • Construção civil e arquitectura
estruturais • Embalagens e contentores
• Aeronáutica e aeroespacial
TRATAMENTOS • Indústrias automóvel, ferroviária e

• Recozimentos naval
• Endurecimento por precipitação e • Condutores electricos alta voltagem
• Utensílios de cozinha
envelhecimento, apenas em algumas • Ferramentas portáteis
ligas
• Endurecimento por deformação
plástica a frio (encruamento)

LIGAS DE ALUMÍNIO

Ligas de trabalho mecânico Ligas de fundição

Endurece por Não endurece por SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
tratamento térmico tratamento térmico
• A % de elementos de liga raramente
Al-Cu Al-Mg ultrapassa 15%
Al-Cu-Ni Al-Mn • Independentemente dos elementos de
Al-Mg-Si Al-Si liga, os diagramas de fases são muito
Al-Zn-Cu idênticos
Al-Li • Aumento de resistencia por solução
sólida – adicionar Mg, Fe, Mn
• Aumento de usinabilidade – Cu
• Aumento de resistencia corrosão – Si
• Aumento fluidez de fundição – Mn, Si

LIGAS DE ALUMÍNIO

Tratamento de endurecimento
por

precipitação, ou
envelhecimento

NOMENCLATURA DAS LIGAS DE SUFIXOS
ALUMÍNIO (ALUMINIUM ASSOCIATION)
• Uma letra seguida de um ou mais
LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO algarismos,definindo a condição final

• Consiste em 4 dígitos. O primeiro • F – sem controle, como fabricado
define o principal elemento de liga • W – tratamento de dissolução
•1xxx – Alumínio puro (99%) • O – recozido (trab. mecânico)
•2xxx – Ligas com Cu • Hxy– deformado a frio (idem)
•3xxx – Ligas com Mn
•4xxx – Ligas com Si x=1–deformação a frio simples
•5xxx – Ligas com Mg x=2–parcialmente recozido
•6xxx – Ligas com Mg e Si x=3–estabilizado por trat. térmico a
•7xxx – Ligas com Zn baixa temperatura
•8xxx – Outros elementos (Li...) y=8,6,4 ou 2–total. endurecido,
3/4, ½ ou ¼ endurecido
LIGAS DE FUNDIÇÃO • Twz – tratado termicamente
1-Envelhecido naturalmente
• Consiste em 4 dígitos. O primeiro 2-Recozido (fundição apenas)
define o principal elemento de liga 3-Dissolução e def. a frio
•1xx.x – Alumínio puro (99,5%) 4- Dissolução e envelhec. natural
•2xx.x – Ligas com Cu 5-Envelhecido em forno
•3xx.x – Ligas com Si+Cu ou Mg 6-Dissolução e envelhec. forno
•4xx.x – Ligas com Si 7-Dissolução e estabilização
•5xx.x – Ligas com Mg 8-Dissolução, def. frio e envelhec.
•7xx.x – Ligas com Zn em forno
•8xx.x – Ligas com Sn 9- Dissolução, envelhec. forno e
def. a frio...

LIGAS DE ALUMÍNIO

LIGAS DE ALUMÍNIO

Resist. Propriedades mecânicas
corrosão
AA Maquin. UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características
Soldabil.
1100
LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - NÃO TRATÁVEIS
3003
A C-D A A91100 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45 Alimentos, produtos químicos,
5052
permutadores de calor, reflectores
2024
6061 de luz
7075
A C-D A A93003 0.12Cu, Recozido(O) 110 40 30-40 Utensílios culinários, reservatórios
295.0
356.0 1.2Mn,0.1Zn de pressão e tubagens, latas de

2090 bebidas
8090
A C-D A A95052 2.5Mg, 0.25Cr Def. Frio (H32) 230 195 12-18 Tubagens de óleo e combustível

em aeronaves, tanques de

combustível, rebites, arame

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

C B-C B-C A92024 4,4Cu, 1.5Mg, Tratado 470 325 20 Estruturas aeronauticas, rebites,

0.6Mn termic. (T4) jantes de camião, parafusos

B C-D A A96061 1.0Mg, 0.6Si, Tratado 240 145 22-25 Camiões, canoas, automóveis,

0.3Cu termic. (T4) mobiliário, tubagens

C B-D D A97075 5.6Zn,2.5Mg, Tratado 570 505 11 Estruturas aeronauticas e outras

1.6Cu,0.23Cr termic. (T6) de elevado carregamento

LIGAS DE FUNDIÇÃO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado 221 110 8,5 Volantes, jantes de camiões e

termic. (T4) aviões, carters

A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado 228 164 3,5 Caixas de transmissão, blocos de

termic. (T6) motor

LIGAS DE LÍTIO

--- 2.7Cu,0.25Mg Trat. termic. e 455 455 5 Estruturas aeronauticas e de

2.25Li,0.12Zr def. frio (T83) tanques criogénicos

--- 1.3Cu,0.95Mg Trat. termic. e 465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras

2.0Li,0.1Zr def. frio (T651) de elevado carregamento

A= Excelente, D= fraco

LIGAS DE MAGNÉSIO

GENERALIDADES PROPRIEDADES

• Mais leve dos metais estruturais • Alta resistência específica
• 3º metal mais abundante na crusta • Baixa ductilidade
• Competidor ligas de Al e das de Cu • Baixo ponto de fusão=>fundição
• Processamento caro • Boa maquinabilidade alta velocidade
• Fraco em estado puro, bom quando • Soldável
• Boa resistência à corrosão
forma ligas com Al, Zn, Mn, Th, Ce... • Boa resistência à fadiga
• Alta resistência ao impacto
APLICAÇÕES • Inflamável – cuidado na maquinação

• 50% - elemento de liga no Alumínio TRATAMENTOS
• 21% - Ligas de Magnésio
• 12% - desulfurante e desoxidante • Endurecimento por precipitação
• Quase todas de peças fundidas • Recozimentos
• Blocos de motor, volantes, apoios de • Endurec. por deformação plástica

assento, coluna de direcção possível, mas em pequeno grau
• Raquetes, patins, tacos de golf,

bastões de baseball, bicicletas
• Componentes vários de aviação
• Ânodo de sacrifício de navios

LIGAS DE MAGNÉSIO

(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA)

NOMENCLATURA LETRAS E ELEMENTOS DE LIGA

(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA) Alumínio – A Manganês – M
Bismuto – B Níquel – N
• 2 letras indicando os dois principais Cobre – C Chumbo – P
elementos de liga (ord. crescente) Cádmio – D Prata – Q
Terra rara – E Crómio – R
• 2 ou 3 algarismos indicando as Ferro – F Silício – S
percentagens x10 Tório – H Estanho – T
Zircónio – K Zinco – Z
• 1 letra indica ordem standardização Berílio – L
• Sufixos semelhantes às ligas de Al
SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
SISTEMAS BINÁRIOS PRINCIPAIS • Aumento de resistência sempre por
solução sólida
• Mg – Al • Independente/ dos elementos de liga, os
•Mg-Al-Mn - AMxx diagramas de fases são idênticos
•Mg-Al-Zn - AZxx • Adição de Al seguido de endurec.
precipitação - aumento de resist.
• Mg – Zn • Refinar o tamanho de grão – Zr
•Mg-Zn-Zr - ZKxx • Aumento de resist. corrosão – Mn
•Mg-Zn-Th - ZHxx • Aumento resist. mecânica e fluência –
Th, Ce
• Mg – Terra rara
•Mg-t.r.-Zr - EKxx
•Mg-t.r.-Zn - EZxx

• Mg – Th
•Mg-Th-Zr - HKxx
•Mg-Th-Zn - HZxx

LIGAS DE MAGNÉSIO

Propriedades mecânicas

ASTM UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características

AZ80A M11800 LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO
HK31A M13310
8.5Al, 0.5Zn, 340 250 11 Elementos estruturais, peças
ZK60A M16600
0.12Mn forjadas
AM60A M10600
EZ33A M12330 3.0Th, 0.6Zr Def. frio e 255 200 9 Elementos estruturais com
AZ91A M11910
parcialmente boa resistência até 315ºC

recozido

5.5Zn, 0.45Zr Envelhecido 350 285 11 Peças forjadas de grande

artificialmente resistência para aeronaves

LIGAS DE FUNDIÇÃO

6.0Al, 0.13Mn 220 130 6 Jantes de automóveis

2.7Zn, 0.6Zr, Envelhecido 160 110 3 Peças fundidas para

3.3Terr. raras artificialmente utilização até 260ºC

9.0Al, 230 150 3 Peças para automóveis, corta-

0.13Mn,0.7Zn relva e malas de viagem

LIGAS DE MAGNÉSIO

Porsche 917 com estrutura tubular em Magnésio – poupança de 15kg em relação ao Al

LIGAS DE TITÂNIO

GENERALIDADES PROPRIEDADES

• Metal mais recente (a partir de ’50) • Baixa densidade (4.5ton/m3)
• Abundante – custo elevado de proc. • Alto ponto de fusão (1668ºC)
• Possui uma transformação alotrópica • Grande resistência mecânica
• Grande resistência específica
Fase a880ºCFase b • Excelente resistência corrosão
• Fase a – HC – pouco dúctil
• Fase b – CCC – muito dúctil abaixo de 550ºC
• Formação ligas afecta significativa/ • Acima de 550ºC tem baixa resist

as propriedades (Temp. de transf. corrosão e à fluência
alotrópica, endurecimento por
solução sólida) APLICAÇÕES
• Ligas com Al, Sn, V, Mo, Nb, Mn, Cr,
Fe, Co, Ta • Devido à grande resist. específica:
• Aeronáutica e aeroespacial
TRATAMENTOS • Motores a jacto (estrut. e compon.)
• Pás e discos de turbinas
• Recozimentos • Viaturas competição e artigos
• Algumas ligas permitem tratamento desportivos em geral

térmico de envelhecimento • Devido à grande resist. corrosão:
• Processamento químico
• Submersíveis
• Implantes biomédicos
• Permutadores de calor

LIGAS DE TITÂNIO

Ti puro •Excelente resistência à corrosão
•Alguma ductilidade (apesar de ser HC)
•Baixa resistência mecânica

Ligas a •Ligas não endurecem por T.T. – endurecimento por solução sólida
•Al principal elemento de liga – até 5~6%
Al,O,N,H,Ga •Resistência moderada a alta temperatura
•Boas tenacidade, resistencia fluência, soldabilidade
Ligas quase a •Alguma fase b numa microestrutura essencialmente a
•Adiciona-se Sn e Zr para manter a resistência diminuindo o Al
V,Mo (peq.quant.) •Altas resistência mecânica, tenacidade, resistência fluência,
soldabilidade
Ligas a- b •Resistência aumentada com envelhecimento (=> menor resistência
corrosão)
(ou duplex)
•Balanço conveniente de elementos => Microestrutura bifásica
•Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades

Ligas b •Grande adição de V e Mo => b à temp ambiente (não é usual)
•Estrutura b obtida com tratamento de envelhecimento
V,Mo,Nb,Cr,Fe,Ta •Grande ductilidade – fácil deformação a frio
•São soldáveis
•Ligas mais pesadas

LIGAS DE TITÂNIO