Ligas de cobre - PMT-USP

PMT-2402 – Metalografia e Tratamentos Térmicos dos Metais
Metalografia e tratamento térmico
do cobre e suas ligas
André Paulo Tschiptschin
Histórico
• Primeiro metal a ser utilizado pelo homem
– Facas de cobre dos antigos egípcios com mias de 8000 anos
– Canos de cobre datados do ano 2750 AC.
Consumo
• É um dos metais não ferrosos mais importantes
Preço
• Preço elevado não incentiva o consumo
• O alumínio é utilizado com frequência como substituto do
cobre
Consumo
•
•
•
•
50% na forma de arames de cobre puro
18% na forma de chapas e tubos de cobre
27% na forma de latões (Cu-Zn)
5% outras ligas
Principais propriedades
• Condutividade elétrica do cobre é a mais alta dos metais
comuns (exceto prata).
100% IACS
Efeito de impurezas na condutividade elétrica do Cu puro
IACS - International Annealed Copper Standard
Influência do encruamento e da recristalização na
condutividade elétrica do Cu
Influência da prata na temperatura de recristalização
Cobre puro
Cobre eletrolítico
Diagrama C-O
Diagrama C-O
Cu-O
0,09 % O
0,18 % O
0,7% O
0,024 % O
0,23 % O
0,9% O
Cu-O
Variação dos % de oxigênio e enxofre no refino do Cu
Efeito de impurezas e de oxigênio sobre a condutividade
Análises típicas de Cu de alta pureza
Propriedades mecânicas de cobre puro
E = 110 a 125 GPa
Deformação plástica
Efeito do encruamento sobre as propriedades
Efeito do recristalização sobre as propriedades
Efeito do oxigênio sobre as propriedades mecânicas
Fragilização por hidrogênio
Fragilização por hidrogênio
Ligas Cu-Zn
α (CFC) + β (CCC)
As Fases β e β’ são
cúbicas de fases
centradas
• Latão – Liga de cor amarelada com 85 a 55% Cu.
• Facilidade de conformação plástica (laminação, trefilação,
extrusão, forjamento, etc.)
• Boa resistência à corrosão atmosférica e marítima.
• Com frequência apresentam Pb e Sn como elementos de liga.
CFC
Ligas Cu-15% Zn
Ligas Cu-32 a 35% Zn – Latão α + β
Após homogeneização as
ligas com até 35% de Zn
se tornam 100% α (CFC)
Ligas com 37 a 42% de Zn
Sequencia de fases no diagrama Cu-Zn
As Fases β e β’ são cúbicas
de fases centradas
A fase β’ é pouco plástica
pois tem estrutura ordenada
A fase γ é cúbica complexa
com 52 átomos/célula. É
muito frágil. Cor branca.
A fase ε é hexagonal
complexa. É frágil e branca.
A fase η, zinco, é hexagonal
compacta, moderadamente
plástica
Propriedades mecânicas dos latões
Efeito de % Zn e grau de encruamento
Propriedades mecânicas dos latões
Efeito de % Zn e grau de encruamento
Propriedades mecânicas em função da temperatura
Efeito de impurezas
Efeito de elementos de liga
Latões chumbados de corte fácil
Facilitam a usinagem pela quebra fácil do cavaco
Aplicações dos latões
Ligas Cu-Sn – Bronzes
• Primeiras ligas de cobre de alta resistência mecânica.
• Idade do Bronze.
• Ligas de alta dureza e alta resistência à corrosão
Adaga do século 2 AC.
Registro de água
Sino do século 5 AC.
Diagrama de equilíbrio Cu-Sn
Microestruturas de bronzes de estanho
Microestrutura de bronzes de estanho
Diagramas práticos para tratamento
térmico e fundição
Propriedades mecânicas de ligas Cu-Sn
Ligas cupro-níquel
Ligas binárias Cu-Ni de coloração branca
Excelente resistência à oxidação em temperaturas elevadas.
Excelente resistência à corrosão em geral.
Elevada resistência elétrica formaram as primeiras ligas para
elementos de aquecimento de fornos.
• Alpacas servem como substituto da prata na fabricação de
talheres e serviços de mesa.
•
•
•
•
Ligas de Cu endurecíveis por precipitação
• Ligas Cu-Be – são as que apresentam o maior limite de
resistência e a maior dureza.
Microestrutura das ligas Cu-Be
Microestrutura e propriedades das ligas Cu-Be
Diagramas das ligas Cu-Cr, Cu-Co, Cu-Zr endurecíveis
por precipitação
Ligas Cu-Al
• O Al entra em solução sólida no cobre (α) em teores até 9,4%
a 565º C
• A microestrutura dos bronzes de alumínio (α) CFC é
constituída de grãos poligonais e maclas de recozimento.
• A fase β (CCC) se transforma em martensita β’ (TC) quando
temperada (análogo aos aços).
• A martensita do Cu-Al não é dura. Somente endurece durante
revenimento (endurecimento por precipitação)
Bronzes de alumínio
•
•
•
•
•
Ligas de Cu com até 14% Al. Ligas binárias têm pouca aplicação
As ligas com adições possuem excelentes propriedades mecânicas
Excelente resistência à corrosão.
Sofrem passivação com formação de Al2O3 na superfície.
Possuem excelente resistência ao desgaste.
Hélices
(Cavitação)
Buchas
Deslizamento)
Anéis Sincronizadores
(Deslizamento)
Bronzes de alumínio
Densidade X % Al
Diagrama de fase Cu-Al (eutetóide)
Curvas TTT para transformação de β
Microestrutura e tratamento térmico de bronzes de Al
• Formação de fase β para % Al >
8% e T > 900ºC. Decomposição
gera microestruturas
complexas.
• Acima de 9,5% Al a têmpera
resulta em formação de
martensita β’, figura (a).
• Resfriamento lento até 800 ou
650º e posterior resfriamento
em água resulta menos
martensita, fig. (b) e (c).
• Resfriado até 500ºC e
temperado a fase β irá
decompor em (α + γ2) frágil.
Revenido da martensita β’
• Liga Cu-10% Al
•
•
•
•
Temperada de 900ºC (1 h)
Revenida 1 h a 400ºC
Revenida 1 h a 500ºC
Revenida 1 h a 600 ºC
Propriedades mecânicas e de corrosão das ligas Cu-Al
Resfriadas lentamente
Resfriadas rapidamente (têmpera)
Microestruturas
Liga Cu-Al – 5% Fe – 5% Ni