Ligas de cobre
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PMT-2402 – Metalografia e Tratamentos Térmicos dos Metais<br />
Metalografia e tratamento térmico<br />
do <strong>cobre</strong> e suas ligas<br />
André Paulo Tschiptschin
Histórico<br />
• Primeiro metal a ser utilizado pelo homem<br />
– Facas <strong>de</strong> <strong>cobre</strong> dos antigos egípcios com mias <strong>de</strong> 8000 anos<br />
– Canos <strong>de</strong> <strong>cobre</strong> datados do ano 2750 AC.
Consumo<br />
• É um dos metais não ferrosos mais importantes
Preço<br />
• Preço elevado não incentiva o consumo<br />
• O alumínio é utilizado com frequência como substituto do<br />
<strong>cobre</strong>
Consumo<br />
• 50% na forma <strong>de</strong> arames <strong>de</strong> <strong>cobre</strong> puro<br />
• 18% na forma <strong>de</strong> chapas e tubos <strong>de</strong> <strong>cobre</strong><br />
• 27% na forma <strong>de</strong> latões (Cu-Zn)<br />
• 5% outras ligas
Principais proprieda<strong>de</strong>s<br />
• Condutivida<strong>de</strong> elétrica do <strong>cobre</strong> é a mais alta dos metais<br />
comuns (exceto prata).<br />
100% IACS
Efeito <strong>de</strong> impurezas na condutivida<strong>de</strong> elétrica do Cu puro<br />
IACS - International Annealed Copper Standard
Influência do encruamento e da recristalização na<br />
condutivida<strong>de</strong> elétrica do Cu
Influência da prata na temperatura <strong>de</strong> recristalização
Cobre puro
Cobre eletrolítico
Diagrama C-O
Diagrama C-O
Cu-O<br />
0,09 % O 0,024 % O<br />
0,18 % O 0,23 % O<br />
0,7% O 0,9% O
Cu-O
Variação dos % <strong>de</strong> oxigênio e enxofre no refino do Cu
Efeito <strong>de</strong> impurezas e <strong>de</strong> oxigênio sobre a condutivida<strong>de</strong>
Análises típicas <strong>de</strong> Cu <strong>de</strong> alta pureza
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas <strong>de</strong> <strong>cobre</strong> puro<br />
E = 110 a 125 GPa
Deformação plástica
Efeito do encruamento sobre as proprieda<strong>de</strong>s
Efeito do recristalização sobre as proprieda<strong>de</strong>s
Efeito do oxigênio sobre as proprieda<strong>de</strong>s mecânicas
Fragilização por hidrogênio
Fragilização por hidrogênio
<strong>Ligas</strong> Cu-Zn<br />
α (CFC) + β (CCC)<br />
• Latão – Liga <strong>de</strong> cor amarelada com 85 a 55% Cu.<br />
• Facilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> conformação plástica (laminação, trefilação,<br />
extrusão, forjamento, etc.)<br />
• Boa resistência à corrosão atmosférica e marítima.<br />
As Fases β e β’ são<br />
cúbicas <strong>de</strong> fases<br />
centradas<br />
• Com frequência apresentam Pb e Sn como elementos <strong>de</strong> liga.<br />
CFC
<strong>Ligas</strong> Cu-15% Zn
<strong>Ligas</strong> Cu-32 a 35% Zn – Latão α + β<br />
Após homogeneização as<br />
ligas com até 35% <strong>de</strong> Zn<br />
se tornam 100% α (CFC)
<strong>Ligas</strong> com 37 a 42% <strong>de</strong> Zn
Sequencia <strong>de</strong> fases no diagrama Cu-Zn<br />
As Fases β e β’ são cúbicas<br />
<strong>de</strong> fases centradas<br />
A fase β’ é pouco plástica<br />
pois tem estrutura or<strong>de</strong>nada<br />
A fase γ é cúbica complexa<br />
com 52 átomos/célula. É<br />
muito frágil. Cor branca.<br />
A fase ε é hexagonal<br />
complexa. É frágil e branca.<br />
A fase η, zinco, é hexagonal<br />
compacta, mo<strong>de</strong>radamente<br />
plástica
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas dos latões<br />
Efeito <strong>de</strong> % Zn e grau <strong>de</strong> encruamento
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas dos latões<br />
Efeito <strong>de</strong> % Zn e grau <strong>de</strong> encruamento
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas em função da temperatura
Efeito <strong>de</strong> impurezas
Efeito <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga
Latões chumbados <strong>de</strong> corte fácil<br />
Facilitam a usinagem pela quebra fácil do cavaco
Aplicações dos latões
<strong>Ligas</strong> Cu-Sn – Bronzes<br />
• Primeiras ligas <strong>de</strong> <strong>cobre</strong> <strong>de</strong> alta resistência mecânica.<br />
• Ida<strong>de</strong> do Bronze.<br />
• <strong>Ligas</strong> <strong>de</strong> alta dureza e alta resistência à corrosão<br />
Adaga do século 2 AC.<br />
Sino do século 5 AC.<br />
Registro <strong>de</strong> água
Diagrama <strong>de</strong> equilíbrio Cu-Sn
Microestruturas <strong>de</strong> bronzes <strong>de</strong> estanho
Microestrutura <strong>de</strong> bronzes <strong>de</strong> estanho
Diagramas práticos para tratamento<br />
térmico e fundição
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas <strong>de</strong> ligas Cu-Sn
<strong>Ligas</strong> cupro-níquel<br />
• <strong>Ligas</strong> binárias Cu-Ni <strong>de</strong> coloração branca<br />
• Excelente resistência à oxidação em temperaturas elevadas.<br />
• Excelente resistência à corrosão em geral.<br />
• Elevada resistência elétrica formaram as primeiras ligas para<br />
elementos <strong>de</strong> aquecimento <strong>de</strong> fornos.<br />
• Alpacas servem como substituto da prata na fabricação <strong>de</strong><br />
talheres e serviços <strong>de</strong> mesa.
<strong>Ligas</strong> <strong>de</strong> Cu endurecíveis por precipitação<br />
• <strong>Ligas</strong> Cu-Be – são as que apresentam o maior limite <strong>de</strong><br />
resistência e a maior dureza.
Microestrutura das ligas Cu-Be
Microestrutura e proprieda<strong>de</strong>s das ligas Cu-Be
Diagramas das ligas Cu-Cr, Cu-Co, Cu-Zr endurecíveis<br />
por precipitação
<strong>Ligas</strong> Cu-Al<br />
• O Al entra em solução sólida no <strong>cobre</strong> (α) em teores até 9,4%<br />
a 565º C<br />
• A microestrutura dos bronzes <strong>de</strong> alumínio (α) CFC é<br />
constituída <strong>de</strong> grãos poligonais e maclas <strong>de</strong> recozimento.<br />
• A fase β (CCC) se transforma em martensita β’ (TC) quando<br />
temperada (análogo aos aços).<br />
• A martensita do Cu-Al não é dura. Somente endurece durante<br />
revenimento (endurecimento por precipitação)
Bronzes <strong>de</strong> alumínio<br />
• <strong>Ligas</strong> <strong>de</strong> Cu com até 14% Al. <strong>Ligas</strong> binárias têm pouca aplicação<br />
• As ligas com adições possuem excelentes proprieda<strong>de</strong>s mecânicas<br />
• Excelente resistência à corrosão.<br />
• Sofrem passivação com formação <strong>de</strong> Al2O3 na superfície.<br />
• Possuem excelente resistência ao <strong>de</strong>sgaste.<br />
Hélices Buchas Anéis Sincronizadores<br />
(Cavitação) Deslizamento) (Deslizamento)
Bronzes <strong>de</strong> alumínio
Densida<strong>de</strong> X % Al
Diagrama <strong>de</strong> fase Cu-Al (eutetói<strong>de</strong>)
Curvas TTT para transformação <strong>de</strong> β
Microestrutura e tratamento térmico <strong>de</strong> bronzes <strong>de</strong> Al<br />
• Formação <strong>de</strong> fase β para % Al ><br />
8% e T > 900ºC. Decomposição<br />
gera microestruturas<br />
complexas.<br />
• Acima <strong>de</strong> 9,5% Al a têmpera<br />
resulta em formação <strong>de</strong><br />
martensita β’, figura (a).<br />
• Resfriamento lento até 800 ou<br />
650º e posterior resfriamento<br />
em água resulta menos<br />
martensita, fig. (b) e (c).<br />
• Resfriado até 500ºC e<br />
temperado a fase β irá<br />
<strong>de</strong>compor em (α + γ 2 ) frágil .
Revenido da martensita β’<br />
• Liga Cu-10% Al<br />
• Temperada <strong>de</strong> 900ºC (1 h)<br />
• Revenida 1 h a 400ºC<br />
• Revenida 1 h a 500ºC<br />
• Revenida 1 h a 600 ºC
Proprieda<strong>de</strong>s mecânicas e <strong>de</strong> corrosão das ligas Cu-Al<br />
Resfriadas lentamente Resfriadas rapidamente (têmpera)
Microestruturas
Liga Cu-Al – 5% Fe – 5% Ni