Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO COBRE Ponto de Fusão 1083°C Densidade 8,96 g/cm3 Forma Cristalina cfc Resistividade Elétrica 1,673x10-6 ohm.cm (100% IACS) Condutividade Térmica 0,941 cal/cm2.s.°C (Al= 0,52) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Condutibilidade Elétrica É comum exprimir a condutibilidade elétrica em termos de condutibilidade elétrica volumétrica. É medida comparativamente a um padrão de Cobre, sendo expressa em %IACS (International Annealed Copper Standard). Este padrão foi estabelecido pelo Bureau of Standar em 1913 para o Cobre puro da época. A condutibilidade de 100% IACS corresponde ao Cobre que, no estado recozido, tem uma resistividade de 0,15328 ohm.g/m² a20ºC, isto é, um fio de Cobre recozido de 1 m de comprimento, pesando 1g tem uma resistência de 0,15328 ohm. Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS ELEMENTO RESIDUAL Prata Afeta pouco a condutividade elétrica Aumenta a temperatura de Recristalização do cobre Responsável pela fragilização Oxigênio Cerca de 1/3 de todo o cobre produzido é de alguma forma usada na indústria elétrica Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS PROPRIEDADES MECÂNICAS Deforma-se facilmente Apresenta grande alongamento nos estados: recozido, encruado e fundido Elongação ~60% Têm baixa dureza Apresenta elevada resistência à corrosão Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS A DUREZA DO COBRE PODE SER AUMENTADA POR Adição de elementos de liga (Cr, Cd) Tratamento térmico Encruamento Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE E SUAS LIGAS CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TEOR DE COBRE I- Cobre IA- Tipos comerciais de Cu mínimo de 99,3% de Cu IB- Cobres Ligados elementos de liga <1% Podem ser dúcteis ou para fundição II- Ligas de Cobre elementos de liga >1% Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 1- COBRE ETP COBRE ELETROLÍTICO TENAZ 2- COBRE FRHC COBRE REFINADO À FOGO DE ALTA CONDUTIVIDADE 3- COBRE FRTP COBRE REFINADO À FOGO, TENAZ 4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO 5- COBRE CU CAST COBRE REFUNDIDO 6- COBRE DLP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO (Baixo teor de P) 7- COBRE DHP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO (alto teor de P) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Cobre eletrolitico Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS O PROBLEMA DA PRESENÇA DO OXIGÊNIO NO COBRE O oxigênio forma um composto eutético com o cobre (Cu2O-CU) , de ponto de fusão mais baixo (1066 °C) que o Cobre puro comercial e de baixa dutilidade, segregando então para a região intergranular. Isso faz com que que haja perda de ductilidade. Outro agravante se dá na presença de gases redutores, como por exemplo [H], e à temperaturas elevadas onde o composto eutético forma vapor d'água na região intergranular. Este fenômeno pode acontecer no processo de soldagem, tratamento térmico em atmosferas protetoras umidas. Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 1- COBRE ETP COBRE ELETROLÍTICO TENAZ % Cu 99,9% no mínimo Oxigênio 0,02-0,07% Condutividade no estado recozido 100% IACS Aplicações Industrias elétrica, mecânica, química, construção civil Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Cobre ETP fragilizado por Hidrogênio Grãos maclados α com particulas de Cu2O Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA ELÉTRICA Cabos para rede elétrica Linhas telefônicas Transformadores Peças de rádio e TV Ânodos Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA MECÂNICA Arruelas Rebites Radiadores de automóveis Trocadores de calor Fios, tiras,… Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE ETP- ELETROLÍTICO TENAZ APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA QUÍMICA Caldeiras Destiladores Tanques Alambiques APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL Objetos artísticos Telhados Calhas,… Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRE ETP-ELETROLITICO TENAZ - MICROESTRUTURA Grãos equiaxiais α maclados Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 2- COBRE FRNC COBRE REFINADO À FOGO DE ALTA CONDUTIVIDADE % Cu 99,9% Oxigênio Teor incerto (é de menor custo) Condutividade 100% IACS Aplicações não tão nobres quanto o eletrolítico Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 3- COBRE FRTP COBRE REFINADO À FOGO, TENAZ % Cu 99,8 % ou 99,85% Oxigênio Teor controlado Condutividade não é 100% IACS Impurezas teores maiores que o ETP e FRNC Aplicações mesmas do eletrolítico, com restrições a indústria elétrica (não tão nobre) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO % Cu 99,95 % a 99,99% É o Cu eletrolítico sem óxido Condutividade 100% IACS É mais caro que os anteriores É resistente à fragilização pelo Hidrogênio Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Cobre OFHC Grãos maclados α Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS 4- COBRE CUOF COBRE ISENTO DE OXIGÊNIO APLICAÇÕES Equipamentos eletro-eletrônicos como: Peças para radar Antenas Ânodos de tubos de raios-x Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 5- COBRE CU CAST COBRE REFUNDIDO GRAU A99,75 % de Cu % Cu GRAU B99,5 % de Cu É obtido de cobre secundário É destinado a fabricação de ligas de Cu Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 6- COBRE DLP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO % Cu 99,85% de Cu Teor de Fósforo é baixo 0,004-0,012% Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 7- COBRE DHP COBRE DESOXIDADO COM FÓSFORO % Cu 99,9 - 99,8% de Cu Teor de Fósforo é alto 0,015-0,04% Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE COBRE COMERCIAL (MÍNIMO DE Cu 99,3%) 7- COBRE DLP COBRE VAZADO EM MOLDE % Cu 99,9 - 99,8% de Cu Teor de Fósforo é alto 0,015-0,04% Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRES LIGADOS OU COBRES BAIXA LIGA CONTÉM ELEMENTOS DE LIGA MENORES QUE 1% DÚCTEIS produtos semi-manufaturados por conformação mecânica apresentam-se na forma de chapas, fios, arames, tiras, barras, tubos,.. PARA FUNDIÇÃO Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRES LIGADOS OU COBRES BAIXA LIGA - DÚCTEIS PODEM SER REUNIDOS EM 3 GRUPOS DE LIGAS Ligas de alta condutividade elétrica (Ag) Ligas de alta resistência mecânica (As, Cd, Cr, Zr) Ligas de alta usinabilidade (Pb, Te, S, Se, Cd) Algumas ligas podem possuir uma ou + características dos grupos Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA CONDUTIVIDADE TÉRMICA E ELÉTRICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Ag: 0,02-0,12% A Ag melhora a resistência mecânica do Cu puro A Ag melhora a fluência do Cu puro a altas temperaturas A Ag tem solubilidade total no Cu nessas concentrações Condutividade elétrica 90-100% IACS Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA CONDUTIVIDADE TÉRMICA E ELÉTRICA Ag: 0,02-0,12% APLICAÇÕES Na indústria elétrica, como: Bobinas Interruptores Aletas de radiadores Etc. Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: As: 0,013-0,05% Tem condutividade elétrica 35-45 % IACS O As melhora a resistência mecânica do Cu puro, principalmente à altas temperaturas O As melhora a resistência à corrosão do Cu puro Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA As: 0,013-0,05% PRINCIPAIS APLICAÇÕES Na indústria química é usada em tubulações industriais que entram em contato com líquidos e gases pouco corrosivos Na construção mecânica em trocadores de calor, tubulações para caldeiras Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cd: 0,6-1% Tem condutividade elétrica 80 % IACS O Cd é solúvel no Cu O Cd melhora a resistência mecânica, à fadiga e ao desgaste do Cu puro Esse cobre ligado apresenta elevada resistência ao amolecimento pelo aquecimento Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cd: 0,6-!% Aplicações na indústria elétrica molas de contato, linhas de transmissão Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Cr: 0,8% Tem condutividade elétrica 80- 85% IACS O Cr não é totalmente solúvel no Cu Esse cobre ligado pode ser tratado termicamente por solubilização para melhorar as propriedades mecânicas em geral Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Zr: 0,1-0,25% Tem condutividade elétrica 90% IACS O Zr é solúvel no Cu Esse cobre ligado pode ser tratado termicamente por solubilização para melhorar as propriedades mecânicas em geral Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICA PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA: Zr: 0,1-0,25% Aplicações na indústria elétrica, especialmente em aplicações em que estão sujeitas à alta solicitação Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE ALTA USINABILIDADE PADRÕES DE USINAGEM LATÃO usinabilidade 100 COBRE TENAZ usinabilidade 20 Essas ligas combinam alta condutividade elétrica e boa usinabilidade Cu-Te (0,3-0,8%) usinabilidade 85 Cu-S (0,2-0,5%) usinabilidade 85 Cu-Se Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS OUTRAS LIGAS DE ALTA USINABILIDADE Cu-Pb (0,8-1,3%) usinabilidade 85 Cu-Cd (0,8%)-Sn (0,6%) usado em cabos aéreos de metrô, eletrodos para solda elétrica Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS COBRES LIGADOS PARA FUNDIÇÃO EXEMPLOS DE LIGAS Cu (99-99,5)-Cr (1%)-Si (0,1%) Apresenta resistência à tração mínima de 37 kgf/mm2 Cu-Cr (0,6-12%) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LIGAS DE COBRE CONTÉM ELEMENTOS DE LIGA EM TEORES MAIORES QUE 1% Latões (Cu-Zn) dúcteis e para fundição Bronzes (Cu-Sn) dúcteis e para fundição Cu-Ni Cu-Ni-Zn (alpacas) Cu-Al Cu-Be Cu-Si Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES (Cu-Zn) CONTÉM Cu e Zn com ou sem adição de elementos secundários Os teores de Zn nos latões podem variar de: 5-50% Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS TIPOS DE LATÕES (Cu-Zn) Latão binário Cu e Zn Latão com Pb Cu, Zn e Pb (o Pb melhora a usinabilidade) Latões especiais Cu e Zn (com ou sem Pb) e outros elementos de liga que proporcionam determinadas características (Al, Sn) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) Dividem-se em 3 classes conforme a microestrutura, que por sua vez depende da % Zn Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Microestrutura de Latão 95/5 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Latão 70/30 Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) - CLASSIFICAÇÃO Fase ß ccc, é + resistente Fase cfc, dúctil e tenaz Até 37% de Zn fase (latões ) 37-45% de Zn fases e ß (latões + ß) 46-50% de Zn fase ß (latões ß) Acima de 50% de Zn começa a precipitar a fase que é quebradiça Por isso os latões com %Zn> 50% não tem uso comercial Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES BINÁRIOS (Cu-Zn) - PROPRIEDADESAs propriedades dos latões dependem do teor de Zn A resistência à tração aumenta com o teor de Zn A partir de 30% de Zn a ductilidade começa a diminuir A medida que o teor de Zn aumenta a resistência à corrosão diminui (processo de dezincificação – corrosão preferencial do Zn) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS CORROSÃO POR DEZINCIFICAÇÃO É característica dos latões Dependendo do meio, o Zn é retirado da liga da forma de sal solúvel ou precipita na forma de um composto insolúvel O ataque pode ser localizado ou distribuído Até 15% de Zn o latão é resistente à corrosão por dezincificação O Sn e o As são inibidores da dezincificação Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS DEZINCIFICAÇÃO A – Camada de cobre redepositado (metal dezincificado) B – Metal corroido Dezincificação por capas de um latão 63-34 chumbo, em contato com água do mar durante 20 meses. Aumento de 55x. Em cima camada de metal redepoSitada, em baixo metal não corroido A – Metal não corroido B – Cobre redepositado C – Produto da corrosão do zinco Dezincificação penetrante de um latão 65-35, em contato com agua doce. Aumento de 4,4x. Em B vemos cobre redepositado envolvido pelo metal não corroido A, sendo C produto da corrosão do zinco. Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS CORROSÃO SOB TENSÃO Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS ENSAIO POR NITRATO MERCUROSO Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS CORROSÃO ASSOCIADO À FADIGA Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS EXEMPLOS LATÕES Três ligas de latões cobrem praticamente todas as necessidades da indústria São as ligas que contém: 5, 10 e 15 % de Zn EXEMPLOS LATÕES LATÃO Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS Cu-Zn 95-5 Cu-Zn 90-10 Também conhecida PROPRIEDADES É dourada É de fácil conformação à frio É resistente à corrosão sob tensão É resistente à dezinficação Apresenta as mesmas características do Latão 95-5 Cartuchos de armas Medalhas Moedas Objetos decorativos Apresenta propriedades também semelhantes aos latões 95-5 e 90-10, porém é: Mais dúctil Mais resistente Zippers Outros componentes obtidos por conformação Elevada conformabilidade à frio Resistência `a corrosão sob tensão Resistência à dezinficação Combinam alta resistência e ductilidade Possui elevado alongamento Liga apropriada para Fins decorativos como bronze comercial Cu-Zn 85-15 CONHECIDO COMO LATÃO VERMELHO Cu-Zn 80-20 Cu-Zn 70-30 É conhecido como latão para cartucho Cu-Zn 60-40 É também conhecida como metal muntz APLICAÇÕES estampagem É uma liga para trabalho à quente É latão + Apresenta ponto de fusão inferior ao latão Arquitetura (ferragens, condutos) Objetos ornamentais Artigos de uso doméstico Peças para automóveis Cartuchos Arames para rebites Parafusos Produtos semimanufaturados (placas, barras, perfis) Trocadores de calor Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES COM Pb O Pb é adicionado para melhorar a usinabilidade APLICAÇÕES Peças a serem usinadas (parafusos, porcas, rebites,…) Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÃO com Pb _ PRINCIPAIS LIGAS_ 1) Cu= 60-63% Pb= 2,5-3,7% Zn= restante predominante é Suporta deformação à frio limitadas É bastante usado nos EUA Estrutura Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÃO com Pb _ PRINCIPAIS LIGAS_ 2) Tem Cu= 56-60% Pb= 2-3,5% Zn= restante na estrutura mais fase ß Suporta mais a deformação à quente É mais barato É bastante usado na Europa Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES ESPECIAIS ELEMENTOS DE LIGA PRESENTES NOS LATÕES ESPECIAIS Al As Sn Mg Ni Si Fe Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS EXEMPLO DE LATÕES ESPECIAIS CuZn28Al2 1) CuZn28Al2, com pequenos teores de As podendo conter Pb O Al melhora a resistência mecânica Esta liga apresenta boa resistência à corrosão devido a presença do Al e do As O As diminui o problema da dezinficação Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS EXEMPLO DE LATÕES ESPECIAIS CuZn28Al2 Aplicações da liga CuZn28Al2 Tubos para condensadores e trocadores de calor Indústria química Indústria naval Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES ESPECIAIS - LIGAS COM SnO Sn melhora a resistência à corrosão Acrescentando 0,75% de Sn ao latão 60-40 tem-se o latão naval Acrescentando-se 1% de Sn tem-se o latão almirantado, que tem menor tendência à dezinficação Pode-se ainda adicionar As, Pb ou P (<0,1%) para inibir ainda mais a dezinficação Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES PARA FUNDIÇÃO Os latões binários são pouco usados para fundição A maioria das ligas de fundição contém Pb e Sn PAPEL DO Pb Facilita a usinagem Diminui a estanquiedade (porosidade) PAPEL DO Sn Melhora a resistência à dezincificação Permite a utilização de sucata com Sn Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS LATÕES PARA FUNDIÇÃO EXEMPLOS DE PEÇAS FUNDIDAS Hélices de navios Lemes de navios Rotores para turbinas movidas à agua Buchas Engrenagens Eixos
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