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Ligas leves, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Aços ligas

Tipologia: Notas de estudo

2011

Compartilhado em 19/06/2011

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Arlindo Silva MATERIAIS II
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
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MATERIAIS II

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

MATERIAIS II

LIGAS NÃO FERROSAS

NÃO FERROSOS

Ligas leves

Ligas Al Ligas Mg

Ligas Ti Ligas Be

Ligas Cu

Bronzes

Latões Cu-Ni

Ligas para

altas temper.

Ligas baixo

ponto de fusão

Ligas Refractárias

Ni

Pb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb

MATERIAIS II
MATERIAIS II
MATERIAIS II

LIGAS DE ALUMÍNIO

Ligas de trabalho mecânico

Não endurecíveis

por trat. térmico

Endurecíveis por

tratamento térmico

Ligas de fundição

Al-Cu

Al-Cu-Ni

Al-Mg-Si

Al-Zn-Cu

Al-Li

Al-Mg

Al-Mn

Al-Si

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
  • A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15%
  • Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases são muito idênticos
  • Aumento de resist. por solução sólida
    • adicionar Mg, Fe, Mn
  • Aumento de maquinabilidade – Cu
  • Aumento de resist. corrosão – Si
  • Aumento fluidez de fundição – Mn, Si
MATERIAIS II

LIGAS DE ALUMÍNIO

Tratamento de endurecimento por precipitação, ou envelhecimento

MATERIAIS II

LIGAS DE ALUMÍNIO

MATERIAIS II

LIGAS DE ALUMÍNIO

AA UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características 1100 A C-D A A91100 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45 Alimentos, produtos químicos, permutadores de calor, reflectores de luz 3003 A C-D A A93003 0.12Cu, 1.2Mn,0.1Zn Recozido(O) 110 40 30-40 Utensílios culinários, reservatórios de pressão e tubagens, latas de bebidas 5052 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 2024 C B-C B-C A92024 4,4Cu, 1.5Mg, 0.6Mn Tratado termic. (T4) 470 325 20 Estruturas aeronauticas, rebites, jantes de camião, parafusos 6061 B C-D A A96061 1.0Mg, 0.6Si, 0.3Cu Tratado termic. (T4) 240 145 22-25 Camiões, canoas, automóveis, mobiliário, tubagens 7075 C B-D D A97075 5.6Zn,2.5Mg, 1.6Cu,0.23Cr Tratado termic. (T6) 570 505 11 Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento 295.0 A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado termic. (T4) 221 110 8,5 Volantes, jantes de camiões e aviões, carters 356.0 A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado termic. (T6) 228 164 3,5 Caixas de transmissão, blocos de motor 2090 --- 2.7Cu,0.25Mg 2.25Li,0.12Zr Trat. termic. e def. frio (T83) 455 455 5 Estruturas aeronauticas e de tanques criogénicos 8090 --- 1.3Cu,0.95Mg 2.0Li,0.1Zr Trat. termic. e def. frio (T651) 465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento Propriedades mecânicas LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - NÃO TRATÁVEIS LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE LIGAS DE LÍTIO LIGAS DE FUNDIÇÃO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE Resist.corrosão Maquin. Soldabil. A= Excelente, D= fraco

MATERIAIS II
SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
  • Aumento de resistência sempre por solução sólida
  • Independente/ dos elementos de liga, os diagramas de fases são idênticos
  • Adição de Al seguido de endurec. precipitação - aumento de resist.
  • Refinar o tamanho de grão – Zr
  • Aumento de resist. corrosão – Mn
  • Aumento resist. mecânica e fluência – Th, Ce

LIGAS DE MAGNÉSIO

(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA)

NOMENCLATURA

(MAGNESIUM ASSOCIATION, USA)
  • 2 letras indicando os dois principais elementos de liga (ord. crescente)
  • 2 ou 3 algarismos indicando as percentagens x
  • 1 letra indica ordem standardização
  • Sufixos semelhantes às ligas de Al

LETRAS E ELEMENTOS DE LIGA

Alumínio – A Bismuto – B Cobre – C Cádmio – D Terra rara – E Ferro – F Tório – H Zircónio – K Berílio – L Manganês – M Níquel – N Chumbo – P Prata – Q Crómio – R Silício – S Estanho – T Zinco – Z

SISTEMAS BINÁRIOS PRINCIPAIS

  • Mg – Al
    • Mg-Al-Mn - AMxx
    • Mg-Al-Zn - AZxx
  • Mg – Zn
    • Mg-Zn-Zr - ZKxx
    • Mg-Zn-Th - ZHxx
  • Mg – Terra rara
    • Mg-t.r.-Zr - EKxx
    • Mg-t.r.-Zn - EZxx
  • Mg – Th
    • Mg-Th-Zr - HKxx
    • Mg-Th-Zn - HZxx
MATERIAIS II

LIGAS DE MAGNÉSIO

ASTM UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características AZ80A M11800 8.5Al, 0.5Zn, 0.12Mn 340 250 11 Elementos estruturais, peças forjadas HK31A M13310 3.0Th, 0.6Zr Def. frio e parcialmente recozido 255 200 9 Elementos estruturais com boa resistência até 315ºC ZK60A M16600 5.5Zn, 0.45Zr Envelhecido artificialmente 350 285 11 Peças forjadas de grande resistência para aeronaves AM60A M10600 6.0Al, 0.13Mn 220 130 6 Jantes de automóveis EZ33A M12330 2.7Zn, 0.6Zr, 3.3Terr. raras Envelhecido artificialmente 160 110 3 Peças fundidas para utilização até 260ºC AZ91A M11910 9.0Al, 0.13Mn,0.7Zn 230 150 3 Peças para automóveis, corta- relva e malas de viagem Propriedades mecânicas LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO LIGAS DE FUNDIÇÃO

MATERIAIS II

LIGAS DE TITÂNIO

GENERALIDADES

  • Metal mais recente (a partir de ’50)
  • Abundante – custo elevado de proc.
  • Possui uma transformação alotrópica Fase a880ºCFase b
  • Fase a – HC – pouco dúctil
  • Fase b – CCC – muito dúctil
  • Formação ligas afecta significativa/ as propriedades (Temp. de transf. alotrópica, endurecimento por solução sólida)
  • Ligas com Al, Sn, V, Mo, Nb, Mn, Cr, Fe, Co, Ta

PROPRIEDADES

  • Baixa densidade (4.5ton/m^3 )
  • Alto ponto de fusão (1668ºC)
  • Grande resistência mecânica
  • Grande resistência específica
  • Excelente resistência corrosão abaixo de 550ºC
  • Acima de 550ºC tem baixa resist corrosão e à fluência

TRATAMENTOS

  • Recozimentos
  • Algumas ligas permitem tratamento térmico de envelhecimento

APLICAÇÕES

  • Devido à grande resist. específica:
    • Aeronáutica e aeroespacial
    • Motores a jacto (estrut. e compon.)
    • Pás e discos de turbinas
    • Viaturas competição e artigos desportivos em geral
  • Devido à grande resist. corrosão:
    • Processamento químico
    • Submersíveis
    • Implantes biomédicos
    • Permutadores de calor
MATERIAIS II

LIGAS DE TITÂNIO

Ligas a

Ligas quase a

Ligas a - b

Ligas b

Ti puro

Al,O,N,H,Ga

  • Ligas não endurecíveis por T.T. – endurecimento por solução sólida
  • Al principal elemento de liga – até 5~6%
  • Resistência moderada a alta temperatura
  • Boas tenacidade, resist fluência, soldabilidade
    • Grande adição de V e Mo => b à temp ambiente (não é usual)
    • Estrutura b obtida com tratamento de envelhecimento
    • Grande ductilidade – fácil deformação a frio
    • São soldáveis
    • Ligas mais pesadas V,Mo,Nb,Cr,Fe,Ta
  • Alguma fase b numa microestrutura essencialmente a
  • Adiciona-se Sn e Zr para manter a resistência diminuindo o Al
  • Altas resist mecânica, tenacidade, resist fluência, soldabilidade
  • Resist aumentada com envelhecimento (=> menor resist corrosão) V,Mo (peq.quant.) (ou duplex)
  • Balanço conveniente de elementos => Microestrutura bifásica
  • Os tratamentos térmicos controlam microestrutura e propriedades
  • Excelente resistência à corrosão
  • Alguma ductilidade (apesar de ser HC)
  • Baixa resistência mecânica
MATERIAIS II

Composição Condição Rotura (MPa) Cedênci a (MPa) Extensão Rot. (%) Aplicações/Características Comercial/ Puro (R50500) 99.1Ti Recozido 517 448 25 Blindagem de motores jacto, Cascas de aeronaves, equipamento resist à corrosão em navios e ind química a Ti-5Al- 2.5Sn (R54520) 5.0Al, 2.5Sn Recozido 862 807 16 Caixas de turbinas de gás, equipamento químico com resistência mecânica até 480ºC Quase a Ti-8Al- 1Mo-1V (R54810) 8.0Al, 1.0Mo, 1.0V Recozido (duplex) 1000 951 15 Peças forjadas para motores a jacto (discos de compressor, cubos, etc) a - b Ti-6Al-4V (R56400) 6.0Al, 4.0V Recozido 993 924 14 Implantes de elevada resistência, processamento químico, componentes estruturais de aeronaves a - b Ti-6Al-6V- 2Sn (R56620) 6.0Al, 2.0Sn, 6.0V, 0.75Cu Recozido 1069 1000 14 Componentes estruturais de alta resistência em aeronaves b Ti-10V- 2Fe-3Al 10.0V, 2.0Fe, 3.0Al Dissolução e envelhec. 1276 1200 10 Melhor combinação de resistência e ductilidade, aplicações com uniformi. de propriedades em toda a peça, componentes estruturais de aeronaves Propriedades mecânicas Tipo de liga Comum (UNS)

LIGAS DE TITÂNIO

MATERIAIS II

LIGAS DE BERÍLIO

GENERALIDADES

  • Material de grandes contrastes
  • Extremamente reactivo e sensível a impurezas
  • Grande afinidade com o Oxigénio, formando BeO tóxico
  • Custo elevado
  • Única liga com aplicação comercial é a liga Lockalloy (62Be-38Al)

PROPRIEDADES

  • Alta rigidez estado puro (303GPa)
  • Rigidez específica superior ao Al, Mg e Ti
  • Temperatura fusão próxima do aço
  • Ausência de ductilidade à T. amb
  • Grande ductilidade a 400ºC (50%)
  • Fraca soldabilidade
  • Maquinagem difícil
  • Excelente estabilidade dimensional

TRATAMENTOS

  • Como praticamente não forma ligas também não pode sofrer tratamentos térmicos
  • A sua fraca ductilidade não permite o encruamento, logo também não necessita de recozimentos

APLICAÇÕES

  • Be puro é usado em armamento, pontas de mísseis, tubagens estruturais, componentes ópticos e instrumentos de precisão
  • Ligado com Al, é usado em aviónica aeronaves e satélites e maxilas de travão em automóveis de compet.