Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 1 Alumínio e suas ligas • • • • • • • • Densidade do Al (baixa): 2,70 g/cm3 Condutividade elétrica e térmica elevadas Não magnético Baixo coeficiente de expansão térmica Resistente à corrosão Estrutura cristalina CFC, ligas de fácil conformação (folhas de papel alumínio!) Principal limitação: baixo ponto de fusão (660ºC) Baixa resistência mecânica: Módulo elástico ~70 GPa, Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Puro Al (1xxx) Al-Cu Al-Mn Al-Si Al-Mg (2xxx) (3xxx) (4xxx) (5xxx) Al-Zn AlSi+Mg (7xxx) (6xxx) Principais aplicações: peças estruturais de automóveis, latas de bebidas, carcaça de ônibus, peças automotivas. Al + metais de baixa densidade (Mg e Ti): utilizadas na indústria automotiva - redução do consumo de combustível Al + Li: indústria aeronaútica e aeroespacial - excelentes propriedades de fadiga e tenacidade a baixas temperaturas. Existem mais de 200 ligas de Al comercialmente http://www.world-aluminium.org/ http://www.alcoa.com/global/en/home.asp 2 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Consumo de Al e suas ligas Aplicações estruturais (resitência:peso) Containers (não toxicidade ) Condutores elétricos (condutividade) Construção civil (resistência a corrosão) 3 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 4 Problemas das ligas de Al durante suas aplicações Baixa resistência a fadiga Não pode ser temperatura usada Steel em alta Ti Baixo módulo elásticos Corrosao em água que contém ions pesados Cu É atacado facilmente em soluções causticas Al Anódico para a maioria dos metais 0 50 100 150 200 250 Modulus of Elasticity (GPa) Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Reciclagem do Al 5 Al é o metal mais reciclado. A energia consumida (custo) para reduzir 1 tonelada de sucata é 5% do consumido para produzi-lo a partir do mineral. (1) Baixa temperatura de fusão (2) Alta resistência a corrosão (perde pouco material na reciclagem) ~30% do Al consumido bno mundo vme de produto reciclado, e nos países desenvolvidos é ~ 41% Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 6 Magnésio e suas ligas • a menor densidade entre os elementos estruturais: 1,74 g/cm3 – aplicadas onde um peso leve é considerado fator importante (componentes de aeronaves) • baixa temperatura de fusão: 650ºC • são quimicamente instáveis, suscetíveis a corrosão em ambientes marinhos • • boa resistência à corrosão e à oxidação em atmosfera normal Baixa conformabilidade (estrut. HC) • Aplicações: indústria de aeronaves e mísseis, malas de bagagens. • Podem substituir alguns plásticos - possuem densidade comparável e são mais rígidas, mais recicláveis e mais baratos Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Mg e suas ligas 7 http://www.magnesium-elektron.com/ http://members.tripod.com/Mg/ Aproximadamente 50% da produção de Mg é consumida nas ligas com Al e ferro fundido nodular. Al, Zn: endur. por ppt.: Mn: melhora a resitência a corrosão Zr: refina grãos Terras raras: aumenta a resistência a fluência Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 8 LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL GENERALIDADES • 10º material mais consumido • É das ligas de aplicação industrial mais recente • Ni puro: CFC • PF: 1450°C • Existem várias séries de ligas com várias designações – Monel, Inconel, Incoloy, Nimonic, Hastelloy, etc PROPRIEDADES • Ni e suas ligas tem grande resistência à corrosão • Rigidez próxima do aço • Algumas ligas têm elevada tenacidade e resistência a temperaturas sub-zero • Outras ligas têm elevada resistência até 1200ºC, mantendo a resistência à corrosão APLICAÇÕES • Usado na indústria química e alimentar • Revestimento de chapa de aço • Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas TRATAMENTOS • Elevadas propriedades mecânicas são conseguidas por solução sólida, endurecimento por dispersão de carbetos e/ou por envelhecimento Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Ni Ni e suas ligas http://www.incoalloys.com/ http://www.haynesintl.com/ http://www.nidi.com/ 9 Ni-Cu Ni-Cr Ni-Cr-Fe Ni-Mo outros Niquelação 6% 9% Produto metalurgico: ligas de Ni e superligas 20% 65% Aço inoxidável Ni-Cr-Mo Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 10 Ligas Ni-Cu A maioria das ligas Ni-Cu são da serie Monel®, manufaturada pela Inco Alloys (metais especiais). Estas ligas tem excelente resistência a corrosão (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos e petroquímicosem, válvulas, bombas, trocadores de calor, etc.) Exemplo: Monel 400 (UNS N04400): 66Ni-30Cu-1Fe-3%Al Ligas Ni-Cr, Ni-Cr-Fe A maiaroria das ligas Ni-Cr são da serie Inconel® and Incoloy® manufaturas pela Inco Alloys. Estas ligas são resistentes a oxidação em altas temperaturas e corrosão em ambientes que contém cloro, mantendo sua alta resistência. (aplicações marítimas, equipamentos de processos químicos, turbina a gás, reatores nucleares, vasos de pressão, trocadores de calor, etc.) Exemplos: Inconel 600 (UNS N06600): 72Ni-15.5Cr-8Fe Inconel X725 (UNS N07750): 73Ni-15.5Cr-7Fe-2.5Ti Incoloy 800 (UNS N08800): 32.5Ni-46Fe-21Cr Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Ligas Ni-Mo, Ni-Cr-Mo São manufaturadas pela Haynes International e são chamadas de serie Hastelloy® . São usadas em ambientes severamente corrosivos como HF, e supporta alta temperatura Exemplo: Hastelloy B-2 (UNS N10665): 65Ni-28Mo-2Fe 11 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL 12 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas LIGAS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO ZINCO ESTANHO CHUMBO GENERALIDADES • Definidos como os materiais com temperatura de fusão abaixo de 800ºC • Não são sensíveis ao trabalho a frio, não apresentando, por isso, encruamento por deformação plástica • Apresentam fluência à temperatura ambiente, não sendo por isso usados em aplicações estruturais • São particularmente indicados para a obtenção de peças fundidas devido à sua elevada fluidez e ao seu baixo ponto de fusão 13 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas ZINCO - Zn • Forma ligas com Al, Cu e Pb • Muito usado em fundição de peças pelo baixo ponto de fusão e elevada fluidez • A produção divide-se em: • Revestimentos – 40% • Fundição peças – 26%(carbu. Autom.) • Elemento de liga em latões – 18% • Zinco laminado – 12% • Outros – 4% (tintas anti-corrosivas, ânodos consumíveis, etc) ESTANHO - Sn • Sn “puro” só é usado em revestimentos • Sensível ao trabalho a frio mas amacia com o tempo • Forma ligas com Cu usadas em chumaceiras de escorregamento • 40% da produção vai para revestimentos anti-corrosivos de aço e cobre • Usado em brazagem CHUMBO - Pb • Um dos metais mais pesados • Substitui Sn em chumaceiras • Fundição de símbolos tipográficos • Protecção contra raios g e raios x • Isolamento de som e vibrações • Baterias de acumuladores 14 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 15 LIGAS DE METAIS REFRACTÁRIOS GENERALIDADES •Definidos como os materiais com temperatura de fusão acima de 1800ºC •Tungsténio - W •Molibdénio - Mo •Tântalo - Ta •Nióbio - Nb •Zircónio, Cromo e Vanádio (não usados como refractários) •Háfnio e Rénio (muito raros) •Todos possuem elevadas densidades •Exibem fraca resistência à corrosão a temperaturas elevadas •Têm fraca ductilidade à temperatura ambiente Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 16 TUNGSTÉNIO MOLIBDÉNIO • Metal estrutural com maior temperatura de fusão, maior densidade e maior dureza • Elevado módulo de elasticidade (406GPa) • Bom condutor electrico • 2/3 da produção vai para WC e apenas 15% é usado na forma pura • Usado em : • Filamentos de lâmpadas • Contactos eléctricos • Electrodos não consumíveis • Protecção contra radiações • Contrapesos, volantes de inércia, etc • Módulo de elasticidade elevado (317GPa) • 90% da produção de Mo vai para elemento de liga em aços • Boa resistência ao choque térmico • Elevada condutibilidade térmica • Liga TZM (0,5Ti-0,07Zr) possui resistência a altas temperaturas (700MPa a 1000ºC) melhor que qualquer inox ou liga de Ni • Usado em : • Dispositivos electrónicos de comando em aviação • Escudos de radiação • Moldes para processamento de vidro • Matrizes de forjamento e extrusão TÂNTALO • Menos abundante dos 4 refractários • Alguma ductilidade à temperat ambiente • Baixa resistência • Bom condutor térmico • Boa resistência à corrosão à temperatura ambiente - semelhante aos vidros • Usado em : • Material cirúrgico (corrosão) • Permutadores de calor • Processamento químico NIÓBIO • Características semelhantes ao Ta • Baixo módulo de elasticidade • Elevada resistência a metais líquidos • Usado fundamentalmente na indústria nuclear e aeroespacial Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas Superligas É uma classe especial de ligas, para aplicações em altas temperaturas. 17 Superligas Fe-base Ni-base Co-base Ni-based super-alloy single crystal turbine blades Jet Turbine engine, many interior components made of Nibased and co-based superalloys Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges –DEMAR/EEL/USP Metais e ligas não ferrosas 18 Superligas Superligas a base de Fe: Fe(65-40%)-Ni(20-40%)-Cr(13-20%) Aplicações em temperaturas <700°C. Siperligas a base de Ni: Ni-Cr(10-30%, Fe, Mo) Hastelloy, Inconel, Invar: Aplicações em temperaturas <800°C. http://www.nidi.org/pages/home.htm Superligas a base de Co: Co-Cr(20-30%)-Ni(10-20%) Resistência a tração na temp. amb.: 700-1000 MPa Resistência a tração a 1000°C: 160 - 250 MPa É a mais resistente ao calor e mais cara que as outras e são normalmente aplicadas em temperaturas acima de 900°C.