Propriedades de metais e suas ligas.

1. D O C E N T E : P R O F. D R . F E R N A N D O J Ú N I O R Q U I T E S
D I S C E N T E : G I U L LYA N N O D E O . F E L I S B E R T O
LIGAS METÁLICAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Cuiabá – MT
Julho/2014

2. METAIS
• Os metais são constituídos por um grande número de
átomos iguais, sendo que cada átomo fica circundado
por 8 ou 12 outros átomos do mesmo elemento
metálico, tendo atrações iguais em todas as direções, o
que o proporciona uma estrutura cristalina.

3. METAIS
• Os átomos dos metais possuem apenas 1, 2 ou 3
elétrons na última camada eletrônica,
consequentemente os elétrons escapam facilmente e
transitam livremente pelo reticulo cristalino.
• É chamado de “nuvem de elétrons” ou “mar de
elétrons” e é o que mantem os átomos metálicos
unidos.

4. METAIS
• Essa estrutura em retículos e esse tipo de ligação
química resulta em uma série de propriedades que
diferenciam os metais de outras substancias.
• Brilho: os objetos metálicos, quando polidos,
apresentam um brilho característico. Isto se da pelos
dos elétrons livres localizados na superfície dos metais
que absorvem e irradiam a luz.

5. METAIS
• Maleabilidade: É a capacidade de moldar os metais em
lâminas finas, por martelar o metal aquecido ou passá-lo
por cilindros laminadores.
• Ductibilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada
em regiões específicas na superfície de um metal, esse
pode se transformar em fios e lâminas, devido o
deslizamento provocado nas camadas de átomos.

6. METAIS
• Condução de eletricidade: os metais são ótimos
condutores de eletricidade. Essa propriedade é
explicada pelo fato de que como os metais possuem um
“mar” de elétrons livres, esses elétrons permitem a
transição rápida de eletricidade através do metal.
•
• Condução de calor: a explicação para o fato de os
metais serem bons condutores térmicos é baseada na
presença dos elétrons livres que são dotados de
movimento. Esses elétrons permitem o trânsito rápido
do calor.

7. METAIS
• Densidade elevada: normalmente os metais são
densos, em virtude das estruturas compactas dos
retículos cristalinos.

8. METAIS
• Pontos de fusão e ebulição altos: a força de atração
causada pelo “mar de elétrons” é muito forte, mantendo
os átomos unidos com muita intensidade. Assim, para
que se rompa essa ligação é preciso fornecer altas
energias externas.
•
• Resistência à tração: Da mesma forma, fios metálicos
são muito resistentes às forças que se aplicam sobre
eles, ao serem puxados ou alongados.

9. LIGA METÁLICA
• “Materiais que possuem propriedades metálicas,
formados por dois ou mais elementos, sendo que pelo
menos o maior constituinte deles é um metal.”
• O Composto em maior quantidade é chamado de
solvente e o de menor quantidade de soluto.
• Possuem propriedades diferentes dos elementos que as
originam. Algumas propriedades são tais como
diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da
dureza e/ou aumento da resistência mecânica.

10. LIGA METÁLICA
• As ligas podem ser soluções sólidas homogêneas, nas
quais os átomos de um metal estão distribuídos ao
acaso entre os átomos do outro, ou podem ser
compostos com uma composição e estrutura interna
definida. Dentre elas temos a solução sólida intersticial e
a solução sólida substitucional.

11. LIGA METÁLICA
• Uma solução sólida intersticial é uma solução sólida na
qual os átomos do soluto ocupam os interstícios, as
cavidades, entre os átomos do solvente.
Soluto
Solvente

12. LIGA METÁLICA
• A solução sólida intersticial são formadas
frequentemente por metais e átomos pequenos (como
boro, carbono e nitrogênio) que possam ocupar as
cavidades do metal, frequentemente ferro, níquel e
cobalto.
• Os átomos pequenos entram no sólido hospedeiro
preservando a estrutura cristalina do metal original e
sem transferência de elétrons nem formação de
espécies iônicas.
• Um exemplo desta liga é o aço (ferro e carbono).

13. LIGA METÁLICA
• Já uma solução sólida substitucional é uma solução
sólida na qual os átomos de um metal soluto ocupam
algumas das posições dos átomos do metal solvente.
Soluto
Solvente

14. LIGA METÁLICA
• Os raios atômicos dos elementos diferem de, no
máximo, 15% um do outro e as estruturas cristalinas dos
dois metais puros são as mesmas, tornando-os
compatíveis.
• Um exemplo desta liga é a Cuproníquel.
Cobre e níquel são elementos do bloco d, são
semelhantes no caráter eletropositivo e em raios atômicos
(Ni 125 pm, Cu 128 pm, diferença de apenas 2,3%).

15. LIGA METÁLICA
• A ligas metálicas são divididas em 2 grupos:
• Ligas ferrosas: Apresentam o elemento ferro como
constituinte principal.
• Ligas não-ferrosas: Não apresentam o elemento ferro
como constituinte.

16. LIGAS FERROSAS
• São especialmente importantes como materiais de
construção de engenharia. Seu amplo uso é resultado de 3
fatores:
• Os compostos contendo ferro existem em quantidades
abundantes na crosta terrestre;
• Ferro metálico e as ligas de aço podem ser produzidos
usando técnicas de extração , refino, formação de ligas e
fabricação relativamente econômicas;
• As ligas ferrosas são extremamente versáteis, possuem uma
ampla gama de propriedades físicas e mecânicas.

17. LIGAS FERROSAS
• As ligas ferrosas são divididas em dois grandes grupos,
de acordo com o teor de carbono presente em cada
uma:
• Aços: Teor de carbono inferior a 2,11% C;
• Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.

18. LIGAS FERROSAS
 Aço
 Ligas Ferro – Carbono
 0,008 e 2,11% de C
 Dúctil
 Forjamento
 Laminação
 Extrusão
 Ferro Fundido
 Ligas Ferro – Carbono
 2,06% e 6,67% de C
 Duro
 Fundição

19. LIGAS FERROSAS - AÇO
• O Aço é uma liga de ferro-carbono, podendo apresentar
concentrações apreciáveis de outros elementos de liga,
como níquel, molibdênio, cromo e outros.

20. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Existem mais de 3500 tipos diferentes de aços, produzidos
em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual
atendendo eficientemente a uma ou mais aplicações.
• Na construção civil, o interesse maior recai sobre os
chamados aços estruturais de média e alta resistência
mecânica.
• Dentre os aços estruturais existentes atualmente, o mais
utilizado e conhecido é o ASTM A36, que é classificado como
um aço carbono de média resistência mecânica.

21. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Os aços patináveis, ou corten, são aços que contêm
pequenas adições de elementos de liga, como cobre, fósforo,
níquel e cromo, que em determinadas condições ambientais
contribuem para a formação de uma pátina que protege
esses aços da ação corrosiva na atmosfera oxidante de
muitos ambientes urbanos.
• Esses elementos de liga também contribuem para a melhoria
de propriedades mecânicas através do refino de grão, razão
pela qual alguns autores preferem considerá-los como
fazendo parte de um subgrupo dos chamados aços de alta
resistência e baixa liga (ARBL).

22. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Outro tipo de aço é o aço-carbono, que possui uma
classificação própria:
• Baixo carbono --- no máximo 0,30% de C;
• Médio-carbono --- de 0,30 a 1,00% ;
• Alto carbono --- 1,00 a 2,11%.

23. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Baixo Carbono: possui baixa resistência e dureza e alta
tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de
apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este
tipo de aço não é tratado termicamente.
• Aplicado em chapas automobilísticas, placas utilizadas
na fabricação de tubos, construção civil, latas de folhas-
de-flandres e caldeiras.

24. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor
tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam
quantidade de carbono suficiente para receber tratamento
térmico de têmpera, embora o tratamento, para ser efetivo,
exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas.
• Aplicado em rodas e equipamentos ferroviários,
engrenagens, virabrequins, peças de máquinas que
necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste
e tenacidade e estruturas parafusadas

25. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Alto carbono: é o de maior resistência e dureza. Porém,
apresentam menor ductilidade entre os aços carbono.
Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos,
possuindo propriedades de manutenção de um bom fio
de corte.
• Aplicado em talhadeiras, folhas de serrote, martelos e
facas.

26. LIGAS FERROSAS - AÇO
• O Aço damasco é a união de dois ou mais aços de
características diferentes, unidos pelo método de
caldeamento. Uma barra de damasco pode ter várias
camadas.
• A grande vantagem do damasco, além da beleza da
lâmina, é a flexibilidade que ele proporciona, pois
geralmente é forjado de um aço de alto teor de carbono
com um de médio ou baixo teor de carbono. É de difícil
obtenção, o que faz encarecer o produto, porém é muito
valorizado por colecionadores.

27. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Elementos adicionados ao aço:
• Níquel: melhora na ductilidade, resistência mecânica a
quente, na soldabilidade e na resistência a corrosão.
• Molibdênio e cobre: aumenta a resistência a corrosão por via
úmida.
• Silício e alumínio: melhora a resistência a oxidação a alta
temperatura.
• Nióbio: teores baixíssimos desse elemento permite elevada
resistência e não diminui a soldabilidade
• Titânio: aumenta o L.R, a resistência à abrasão e bom
desempenho em altas temperaturas.

28. LIGAS FERROSAS - AÇO
• Aço Inoxidável
• Contém ao menos 10% de Cr
• Resistência à corrosão bastante melhorada
• Dependendo da porcentagem de Cr, C podem ser
martensítico, ferrítico austenítico e de endurecimento
por precipitação

29. LIGAS FERROSAS – FERRO
FUNDIDO
• É uma liga de ferro-carbono com teor de carbono acima de
2,11%.
• Os produtos são obtidos, mais comumente, pelo processo de
fundição em molde de areia ou matriz.
• O que determina a classificação em cinzento ou branco é a
aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E ele
se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou
como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na
fabricação do lápis.

30. LIGAS NÃO-FERROAS
• O aço e as ligas ferrosas são de certa forma muito
vantajosos. Entretanto, eles possuem algumas limitações
bem definidas como:
• Massa específica relativamente elevada;
• Condutividade elétrica comparativamente baixa;
• Suscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes
usuais.
• Dessa forma, para muitas aplicações, é vantajoso eu até
mesmo necessário o uso de outras ligas que possuam
combinações adequadas de propriedades. Os sistemas de
ligas são classificados de acordo com o metal-base ou de
acordo com alguma característica específica compartilhada
por um grupo de ligas.

31. LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE
• Possuem elevadas condutividades elétrica e térmica,
boa resistência à corrosão e são amagnéticas.
• Cobre comercialmente puro;
• Ligas de alto teor de cobre;
• Latões;
• Bronzes;
• Ligas de Cobre-níquel.

32. LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE
• Latão
• Cobre e zinco (de 5 a 45%), Outro Elementos Podem
ser Usados (Al, Sn, Pb ou As)
• Utilizado desde munições de artilharia leve ou pesada
até abajures e joalheria.

33. LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE
• Bronze
• Cobre-Estanho (2 a 11%) Outro Elementos Podem ser
Usados (zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo,
chumbo)
• Enorme resistência estrutural, à corrosão atmosférica,
facilidade de fundição e boa capacidade de
acabamento.
• Aplicado em Mancais, bronzinas, armas, Estátuas

34. LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE
• Cuproníquel
• Cu – Ni (Até 30%)
• Boa Resistência à Corrosão e à Fadiga
• Não é atraída pelo imã
• Moeda ,de 1998 a 2001 cuproníquel (núcleo) e alpaca
(anel), Condensadores e Aparelhos de Destilação.

35. LIGAS NÃO-FERROAS - COBRE
• Alpaca é uma liga de Cobre (65%), Níquel (18%) e
Zinco (17%), seu nome significa metal branco e também
é conhecida como prata alemã.
• É bastante dúctil e possui facilidade de ser trabalhada,
além de também possuir resistência a meios corrosivos.

36. LIGAS NÃO-FERROAS - MAGNÉSIO
• Apresentam ponto de fusão em torno de 650 °C
• Tem boa usinabilidade, podem ser forjadas, laminadas e
fundidas.
• O magnésio possui boa resistência à corrosão em
atmosferas pouco agressivas e susceptível à corrosão
em meios marinhos.
• Também possui boas condutibilidades elétrica e térmica
e absorção às vibrações elásticas.
• Largamente utilizadas na indústria aeronáutica, em
componentes de motores e na fuselagem.

37. LIGAS NÃO-FERROAS - TITÂNIO
• As ligas de titânio possuem densidade razoavelmente
baixa (4,5 g/cm3) e elevado ponto de fusão (1668 °C)
• Suas ligas são bastante resistentes, porém sua maior
limitação é a elevada reatividade química com outros
elementos em elevadas temperaturas.

38. LIGAS NÃO-FERROAS - ESTANHO
• Apresentam material mole, dúctil e maleável de baixa
resistência mecânica, porém elevada resistência à
corrosão.
• Empregado na forma de chapas, folhas e fios
estanhados , segurança contra o fogo, em alarmes,
metais de soldagem e vedação.

39. LIGAS NÃO-FERROAS - ALUMÍNIO
• As ligas de Alumínio são versáteis, econômicos não são
ferromagnéticas e apresentam elevadas condutividades
térmica e elétrica.
• Apresentam resistência à oxidação progressiva e são
muito dúcteis e maleáveis.

40. LIGAS NÃO-FERROAS - ZAMAC
• Seu nome vem da composição da sua liga:
Zinco, Alumínio, Magnésio, e Cobre.
• Boa resistência à Tração, Corrosão, Choques e
Desgastes
• Possui baixo ponto de fusão, 400°C, o que permite
uma maior produção de peças fundidas em serie.
• Aplicada em Maçanetas, chaves, espelhos.

41. LIGAS NÃO-FERROAS - OURO
• Este metal pode ser encontrado livremente na natureza, é o
chamado ouro nativo. O ouro nativo (100 % puro) é
designado como ouro 24 quilates, ele é maleável, ou seja,
não apresenta consistência para fabricar objetos.
• Sendo assim, no processo de obtenção de joias preciosas, é
preciso adicionar prata (Ag) e cobre (Cu) formando então
uma liga metálica com o ouro.
• Esta ligação permite maior dureza ao material, tornando
possível a confecção das mais variadas joias. A porcentagem
da mistura é de 75 % em ouro e 25 % em prata e cobre, o
que dá origem ao ouro 18 quilates.

42. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE LIGAS
METÁLICAS
• A fabricação das ligas metálicas pode ser feito a partir
do processo de :
• Fusão;
• Compressão;
• Processos eletrolíticos.

43. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE LIGAS
METÁLICAS
• Fusão
• Neste processo os componentes que vão formar a liga, são postos em
temperatura de fusão para a sua mistura homogênea e posteriormente
resfriados em formas com formato pré-definido.
• Compressão
• Este processo consiste em misturar os materiais de vão compor a liga
em proporções adequadas a uma pressão bastante elevada, este
processo e utilizado quando os materiais da liga são imiscíveis no
estado liquido e tem elevado ponto de fusão.
• Processo Eletrolítico
• Consiste na mistura de sais proporcionando a mistura de dois ou mais
metais sobre o catodo.

44. REFERÊNICAS
• http://www.infoescola.com/quimica/propriedades-dos-metais/
• http://www.brasilescola.com/quimica/metais.htm
• http://www.mundoeducacao.com/quimica/propriedades-dos-
metais.htm
• Callister, W. D. Jr. - Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma
Introdução, 7ª Edição, Editora LTC.
• Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3ª Edição.
• SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. Química Inorgânica. 4. ed. Porto
Alegre: Bookman, 2008.