Ligas Metálicas

Estrutura e Propriedades
dos Metais
4. LIGAS METÁLICAS
Profª: Cristina Soromenho
Química 12º Ano
Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
LIGA:
 é uma solução sólida,
 é uma solução homogénea sólida de um metal com
um ou mais elementos metálicos ou não - metálicos,
 são materiais distintos dos seus componentes, isto é,
têm propriedades físicas e químicas diferentes.
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Química 12º Ano
Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
As ligas podem ser classificadas de diversas formas:
• Pelo metal predominante;
• Pelo número de elementos que as compõem;
• Pela principal propriedade física da liga.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
As ligas obtêm-se:
• a partir da mistura dos componentes fundidos,
estando o metal base numa concentração elevada,
• à qual se adicionam os outros elementos,sob a forma
de fragmentos sólidos, préviamente pesados,
• que se dissolvem por agitação
• a solução é arrefecida, resultando a solução sólida.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
Recorre-se à formação de ligas para:
• se obterem determinadas características pretendidas,
que não se encontram no metal na forma pura, tais
como:
- aumento da resistência mecânica e térmica,
- aumento da dureza,
- diminuição do p.f.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
As diferentes propriedades devem-se também:
à disposição espacial dos componentes:
• quando os átomos de um metal são substituídos por
átomos de outro metal (raios atómicos semelhantes),
Liga substituicional ex: Latão
• quando os átomos adicionados são muito menores ,
que os iões do metal, indo ocupar os intervalos,
intersticios, entre os maiores
 Liga intersticial ex: Aço
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Metais e Ligas metálicas
Ligas Metálicas
Liga Metálica
Componentes
Características
Aplicações
Latão
Cobre e Zinco
Resistência à corrosão


Navios
Tubos
Bronze
Cobre e Estanho
Resistência à corrosão


Moedas
Sinos
Aço
Ferro e Carbono
Resistência à corrosão


Navios
Utensílios domésticos
Aço inoxidável
Aço e Crómio
Resistência à corrosão


Talheres
Utensílios domésticos
Aço-Níquel
Aço e Níquel
Resistência mecânica


Canhões
Material de blindagem
Aço-Tungsténio
Aço e Tungsténio
Alta dureza


Brocas
Pontas de caneta
Amálgama
Mercúrio, Prata e
Estanho
Resistência à oxidação

Restauração de dentes
Ouro 18 quilates
Ouro e Cobre
Alta ductilidade e
maleabilidade

Jóias
Prata de lei
Prata e Cobre
Aumento da dureza


Utensílios domésticos
Ornamentos
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Cobre
O cobre puro é um
material muito macio
mas, juntando-lhe
diversos elementos
podemos obter ligas
com propriedades
muito valiosas, muitas
vezes chamadas
ligas de cobre.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Cobre e Estanho (Bronze)
O bronze era utilizado para o fabrico de armas e
ferramentas e ainda hoje é usado no fabrico de
peças de maquinaria e em estátuas.
Composição
aproximada: • 90% de cobre
• 10% de estanho
Para conferir propriedades especiais,
usam-se pequenas quantidades de zinco,
alumínio, prata ou chumbo.
Pensador de Rodin
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Canhões de Antietam
de Richard R. Miller
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Cobre e Zinco (Latões)
- Percentagem de Zn no latão vulgar - 3 a 45%.
- Propriedades especiais usando pequenas
quantidades de outros elementos: alumínio,
estanho, chumbo ou arsénio
• Latão vermelho – contém 20% de zinco,
é muito maleável e pode ser convertido
em lâminas finíssimas.
• Latão amarelo – contém de 20% a 40%
de zinco e utiliza-se sobretudo no fabrico
de peças de maquinaria.
• Latão branco – levemente corado de
amarelo, contém 80% de zinco e é
quebradiço, pelo que só pode ser usado
em fundição.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Cobre e Níquel
(Cuproníquel)
Constantan:
58 a 60% de cobre
32 a 42% de níquel
1 a 2% de magnésio.
O “Constantan” é muitas vezes usado
em associação com o cobre em
instrumentos de medição e de controlo
por ter uma resistência eléctrica
independente da temperatura.
Não deve ser utilizado a temperaturas
acima de 500 ºC
Níquel de cunhagem:
75% de cobre
25% de níquel.
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O níquel de cunhagem é usado
para fazer a parte interna da
moeda de 1 Euro e a parte
externa da moeda de 2 Euros.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Níquel
(super ligas de níquel)
Desenvolvidas para aplicações especiais onde se exige grande:
• resistência mecânica a temperaturas elevadas
• resistência à corrosão;
• reduzida variação dimensional;
• resistência eléctrica (para aquecimento).
Exemplos de aplicação:
– Turbinas de avião;
– Turbinas de vapor;
– Centrais nucleares;
– Instalações químicas e petroquímicas.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Cobre e Alumínio
As ligas de cobre – alumínio são muito usadas no fabrico de
braços de balança e molas de relógio.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Estanho
O estanho é um metal de cor branca, muito dúctil e maleável.
Apresenta-se em duas formas alotrópicas: estanho branco e
estanho cinzento.
O estanho branco passa a estanho cinzento a baixas
temperaturas.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Antimónio
Ligas de antimónio e cobre, combinados com
chumbo e estanho empregam-se nos chamados
“metais antifricção”, utilizados no fabrico de peças
para eixos de máquinas.
Os metais antifricção
também são chamados
“metais brancos” ou
“metais de patente”.
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Metais e Ligas metálicas
Soldas
• Juntando 30% de estanho a 60% de
chumbo, obtém-se uma liga de baixo
ponto de fusão, utilizada para soldar.
• As soldas fortes são geralmente ligas
de cobre e zinco, que fundem a mais de 800 ºC.
• Podem ser combinados com prata.
• O ouro, com zinco ou com estanho, utiliza-se também na
preparação de soldas fortes.
• O zinco e o estanho baixam o ponto de fusão do ouro, para
além de baixarem o custo.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Mercúrio (Amálgamas)
Amálgama
dentária:
70% de mercúrio
3% de cobre
1% de prata
26% de estanho
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Prata
A prata é o mais branco de todos os metais e mostra
um poder de reflexão da luz particularmente grande.
É usada no fabrico de jóias e baixelas sob a forma
de ligas, por ser demasiado macia.
Prata de Lei:
92,5% Prata
7,5% Cobre
Prata de Cunhagem:
90 % Prata
10 % Cobre
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Ouro
O ouro puro é extremamente macio e, como tal, tem
de ser usado em ligas, normalmente com cobre,
prata, zinco ou níquel.
Quilates – medida da pureza do ouro
24 quilates (Ouro Puro): 100 % Ouro
18 quilates (Ouro de Lei): 75% Ouro
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Ouro
No ouro de 18 quilates os restantes 25% determinam a
cor do ouro:
Ouro Vermelho: Cobre 25 %
Ouro Amarelo:
Cobre
Prata
10-15 %
10-15 %
Ouro Branco:
Níquel
10 %
Paládio
10 %
Zinco ou Prata 5 %
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Ferro (Aços)
O ferro é um sólido acinzentado, que apresenta as
propriedades metálicas características, brilho, dureza,
maleabilidade e ductilidade.
Tem também propriedades magnéticas.
hematite
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pirrotite
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magnetite
Metais e Ligas metálicas
Ligas de Ferro (Aços)
A Torre Eiffel, em Paris, e a ponte
D. Luís no Porto foram duas
estruturas totalmente concebidas
em aço por Gustavo Eiffel.
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Metais e Ligas metálicas
Ligas de Ferro (Aços)
Composição dos restantes elementos (percentagem mássica)
Tipo
C
Mn
P
S
Si
Ni
Cr
Outros
Utilizações
Normal
1,35
1,65
0,04
0,05
0.06
—
—
Cu
(0,2 a 0,6)
Produtos
laminados
Ferramentas
De alta
resistência
0,25
1,65
0,04
0,05
0,150,9
0,41,0
0,31,3
Cu
(0,01 a
0,08)
Construção
Turbinas a
vapor
Inoxidável
0,031,2
1,0-10
0,040,06
0,03
1-3
1-22
4,0-27
—
Utensílios
de cozinha
Lâminas de
barbear
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Metais e Ligas metálicas
Ligas Leves (Al, Ni, Ti)
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
• As ligas com memória de forma – SMA (Shape Memory Alloys)
são materiais metálicos que têm a capacidade de recuperar a sua
forma,
• mesmo depois de severamente deformados (dentro de certos
limites) a baixas temperaturas,
• recuperam a forma inicial por aquecimento.
Transformação: Austenite → Martensite → Austenite
Exemplos: Ni-Ti (Nitinol), Cu-Zn-Al, Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Al-Ni, Cu-Sn
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Nitinol
História:
- experimentalmente verificou-se que uma
tira de liga sólida de Níquel e Titânio,
- com o mesmo nº de átomos, num determinado arranjo cristalino,
- ao ser dobrada e desdobrada vezes sem conta não se partia,
- observaram-se impressionantes propriedades de resistência ao
impacto,
- continuando com a mesma liga, estando a tira dobrada, esta ao
ser aquecida, voltava à forma original.
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Química 12º Ano
Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Nitinol
Baixas Temperaturas
Altas Temperaturas
Níquel
Titânio
Martensite
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Austenite
Química 12º Ano
Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Nitinol
O Nitinol após deformado regressa à forma
inicial por aquecimento.
O efeito de recuperação de forma não é exclusivo das ligas metálicas, existindo
também em polímeros, em cerâmicos e em materiais biológicos, de que é exemplo
o cabelo humano;
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Química 12º Ano
Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Aplicações
• Placas ósseas
• Catéteres
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Aplicações
• Sonda para reforço da
artéria aorta
(evitar o aneurisma)
• Filtros para a veia cava
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Aplicações:
• Aparelho correcção para
dentes
• Medicina - instrumentos
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Aplicações:
• Aeronáutica
• Juntas para
tubagens
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Metais e Ligas metálicas
Ligas com Memória de Forma
Aplicações:
• Robótica
• Armações óculos
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Metais e Ligas metálicas