metais nao ferrosos

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

Metais Não Ferrosos

8.1 - Introdução

Denominam-se metais não ferrosos, os metais em que não haja ferro ou em que o

ferro está presente em pequenas quantidades, como elemento de liga

Os metais não ferrosos são mais caros e apresentam maior resistência à corrosão,

menor resistência mecânica, pior resistência a temperaturas elevadas e melhor resistência

em baixas temperaturas que o aço carbono.

Os principais serviços com metais não ferrosos são os serviços de corrosão e de não

contaminação pelo produto da corrosão, como em situações extremas de temperaturas

baixas e altas.

Abaixo faremos uma exposição dos principais metais não ferrosos utilizados em

equipamento de processos.

8.2 – Cobre e ligas de cobre

São usualmente utilizados cerca de 50 tipos de cobre e ligas em equipamento de

processos, os quais podem ser classificados em: cobre comercial, latões, bronzes e cobre-

níquel

8.2.1 - Cobre comercial

O cobre comercial apresenta pelo menos 95% de cobre (veja tabela 8.1). A principal

fraqueza desse material e o descaimento de sua resistência mecânica em temperaturas

elevadas, permitem-se o uso do cobre comercial até a temperatura de 200OC. A temperatura

máxima de utilização e seu elevado custo restringem a utilização deste material. Devido sua

estrutura CFC, o cobre não apresenta transição dúctil-frágil e pode ser utilizado sem teste

de impacto até a temperatura de – 200OC.

A resistência do cobre comercial à corrosão assim como as ligas de cobre é

conseqüência da formação de uma camada passivadora de vários compostos de cobre,

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

diferindo da camada passivadora de óxidos dos aços. Deve-se lembrar que o cobre e suas

ligas são altamente catódicos em relação ao aço carbono, a união cobre aço carbono,

causará uma intensa corrosão galvânica na presença de meios eletrolíticos.

O cobre comercial apresenta excelente resistência à corrosão atmosférica úmida e

poluída, e também às águas salobras e salgada, aos meios não oxidantes, aos compostos

orgânicos (álcoois, aldeídos, cetonas, hidrocarbonetos, ácidos graxos, etc). Apresenta baixa

resistência a corrosão em meios ácidos oxidantes fortes (nítrico, sulfúrico, crômico, entre

outros). Tanto o cobre como suas ligas apresentam corrosão sob tensão em meios onde

houver a presença de amônia, aminas, sais amoniacais, cianetos entre outros compostos

nitrogenados.

Não se pode utilizar o cobre e suas ligas em serviços com o acetileno, pois há a

formação de um produto explosivo.

Tabela 8.1

Composição quimica Especificação da ASTM

numeração CDA

Material

Cobre Elementos

L R

Kg

mm2

Chapas

Tubos

para

água

Tubos

sem

costura

Tubos

condensadores

C 12200 Cobre

Fosforoso

99,9 P: 0,015-0,040 21 B-11 B-88 B-75 B-111

C 14100 Cobre

arsenical

99,4 As: 0,15-0,50 21 B-11 B-75 B-111

C 14200 Cobre

fordoroso

-arsenical

99,4 P: 0,015-0,040

As: 0,15-0,50

21 B-11 B-75 B-111

8.2.2 - Latões

Os latões são ligas de cobre com até 40% de zinco e pequenas concentrações de

outros elementos (veja tabela 8.2). O aumento da quantidade de zinco na solução sólida

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

diminui o custo do mateial e também diminui a resistência à corrosão. Para quantidades

superiores a 15% ocorrerá grave dezincificação (ver tópico de formas de corrosão), o que

pode ser observado pela mudança de cor do latão que passa do amarelo para o vermelho

cobre. A dezincificação pode ser controlada com a adição de As ou Sb.

Os latões são usados, principalmente para tubos e espelhos de troca de calor, bem

como para válvulas de pequeno diâmetro, sempre que o serviço for realizado em baixas

pressões, devido à pequena resistência mecânica dos latões.

Tabela 8.2

Composição química Normas ASTM

Numeração CDA

Nome

Cu Zn Outros

LR

Kg/mm2 Chapas

Tubos troca

de calor

Pça

Fundi

da

C44300 Latão

almirantado 70-73 25-28

Sn: 0,9-1,2

Fé, Pb, AS 32 B-111

C44500 70-72 25-28 Sn: 0,9-1,2

Fé, Pb, P 31,5 B-111

C46400 Latão naval 59-62 36-39 Sn: 0,5-1

Pb: 0,2 35 B-171

C28000 Metal

Muntz 59-63 36-40

Pb: 0,3

Fe 35 B-111

C68700 Latão de

alumínio 76-79 18-22

Al: 1,8-2,5

Fé, Pb, As 35 B-111

C85200 Latão de

fundição 70-74 17-20 Sn: 0,7-2 Pb: 1,5-3,7 21 B-146

C23000 Latão

vermelho 84-86 13-17 Pb: 0,06 25

C33000 Latão

chumbo 62-66 33-37 Pb: 0,5 30

Os elementos sem especificação de porcentagem são adicionados em pequenas

quantidades.

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

8.2.3 - Bronzes

Os bronzes são ligas de cobre criadas com o intuito de melhorar a resistência à

temperatura e a resistência mecânica. Os elementos de liga associados ao cobre (85-95%)

são: Sb, Al, P, Si. Como sabemos os elementos Si e Al são desoxidantes sendo o Al mais

utilizado em equipamentos de processos. Os bronzes industriais podem ser utilizados entre

as temperaturas de -200OC a 370

OC.

A resistência dos bronzes são similares a do cobre comercial e também estão

sujeitos a corrosão sob tensão em presença de amônia, aminas, sais amoniacais, e mercúrio.

São empregados para a construção de válvulas pequenas e para o mecanismo interno

de válvulas grandes e paras os espelhos de trocadores de calor.

8.2.4 – Cobre-Níquel

O níquel e o cobre possuem tamanhos atômicos próximos, assim a liga cobre níquel

formam soluções sólidas substitucionais praticamente em qualquer proporção.

Os cobre níquel possuem melhor resistência à corrosão e à temperaturas elevadas,

mas também eleva o preço do material. A resistência mecânica do cobre-níquel é

semelhante a do bronze e sua resistência à corrosão é semelhante a do cobre comercial.

São usados principalmente para feixes tubulares de trocadores de calor, onde circula

água salgada ou outras águas agressivas e para tubulações de águas agressivas e de ácidos

diluídos com pequenos diâmetros, onde não é possível o uso do aço carbono.

8.3 - Alumínios e suas ligas

O alumino é um metal de baixa densidade e alta condutividade térmica e baixa

resistência mecânica. Com uma estrutura CFC o alumínio pode ser utilizado para serviços

até próximo do zero absoluto, pois não apresenta a transição dúctil-frágil, sua resistência

mecânica (LR e LE especificamente) aumenta com a diminuição da temperatura.. Para

temperaturas elevadas a resistência mecânica do alumínio decai tornando seu uso impróprio

para temperaturas acima de 150OC.

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

O alumínio forma uma fina camada passivadora de óxido muito estável e tenaz,

sendo praticamente inerte à atmosfera e apresentando uma boa corrosão às águas salinas,

alcalinas e acidas. Apresenta também boa corrosão nos seguintes meios corrosivos:

� Oxigênio, água oxigenada,

� acido nítrico, amônia e compostos amoniacais, álcoois ésteres, éteres, cetonas,

aminas, ácidos orgânicos, hidrocarbonetos; todos em temperatura ambiente

� Enxofre, H2S, SO2, sulfetos e produtos sulfurosos provenientes dos hidrocarbonetos,

em altas temperaturas.

� CO, CO2, ácido carbono

� Acetileno , HCN, amônia anidra ou hidratada.

O alumínio é altamente atacado quimicamente (corrosão química) por acido

minerais não oxidante (HCl, HF, H2SO4, etc) pela soda e potassa cáusticas, e por soluções

fortemente alcalinas. O mercúrio e compostos mercuriais causam corrosão sob tensão no

alumínio

Graças ao seu excelente desempenho em baixas temperaturas o Alumínio é usado

para serviços criogênicos com gases liquefeitos e serviços a baixa temperatura em que as

condições de corrosão e segurança o permitam.

8.4 Níquel e ligas

Tanto o níquel quanto suas ligas apresentam excelente resistência a corrosão e

resistência mecânica em temperaturas elevadas e baixas. Na tabela 8.3 pode-se observar

várias ligas de níquel patenteadas e suas principais propriedades.

O custo elevado das ligas de níquel fazem que estes matérias sejam poucos usados a

baixa temperatura, onde se prefere usar materiais mais baratos como o alumínio e os aços

austeníticos. Normalmente emprega-se o níquel em ambientes corrosivos severos de

cáusticos sendo oníquel 201 o mais empregado para esses serviços em temperaturas de

300OC.

De todas as ligas de níquel o metal monel é o mais utilizado em equipamentos de

processos, sendo usados para tubulações e válvulas de pequeno diâmetro , para tubulações

de trocadores de calor e como material de revestimento anticorrosivo.

Centro Universitário Padre Anchieta

Controle de Processos Químicos

Ciência dos Materiais

Prof Ailton

Os Inconel e os Incoloys foram criados para serviços severos: oxidantes ou

redutores, em temperaturas elevadas.

Os Hasteloy são ligas de níquel de alto custo com grandes quantidade de Mo,

podendo também conter Cr, Co, W, V e outros metais, são classificados em tipos B, C, D, e

G. Os hasteloy tipo B é uma das ligas industriais mais resistentes à corrosão que existe.

O custo extremamente elevado destas ligas inclusive ao custo do Titânio, limita seu

emprego em alguns casos excepcionais, quando não houver outras alternativas. São usados

em trocadores de calor e peças pequenas.

Tabela 8.3