materiais metálicos (para pdf) - autenticação · desgaste desgaste brocas serras matrizes...

03-05-2016

1

Materiais

Materiais Metálicos

Docente: João Salvador FernandesLab. de Tecnologia Electroquímica

Pavilhão de Minas, Piso [email protected]

Ext. 1964

João Salvador – IST 2016

� Objectivo� Selecção de materiais

� Qual o material mais adequado para uma dada aplicação ?

� Conhecimento das propriedades mecânicas, maquinabilidade, resistência à corrosão,custo, disponibilidade, estética, etc.

2

Materiais Metálicos

Ligas Metálicas

Aços

Ferrosas Não-ferrosas

CuAl Mg TiFerros fundidos Ni etc…

03-05-2016

2

João Salvador – IST 2016 3

Ligas Ferrosas

Aços

Ligas Ferrosas

Ferros fundidos

Fe3C cementite

1600

1400

1200

1000

800

600

4000 1 2 3 4 5 6 6.7

L

γaustenite

γ+L

γ+Fe3Cαferrite

α+Fe3C

L+Fe3C

δ

(Fe) Co , wt% C

Eutéctico

Eutectóide:0.76

4.30

727°C

1148°C

T(°C)

2.14 - 6.7 wt% C(2.14 - 4.5 wt% C)

0.008 - 2.14 wt% C(0.001 – 1.5 wt% C)


� Aços� Ligas de ferro-carbono com composições normalmente situadas entre 0.001

e 1.5 wt% C que podem conter concentrações apreciáveis de outroselementos

� Milhares de aços diferentes com diferentes composições e tratamentostérmicos

� Podem apresentar uma vasta gama de propriedades devidas a

� Variação do teor em carbono

� Possibilidade de deformação a frio

� Possibilidade de tratamento térmico

� Adição de elementos de liga

� Normalmente classificados de acordo com a concentração em carbono:baixo teor, médio teor ou alto teor.

� Classificados também de acordo com a presença e concentração de outroselementos de liga: aços carbono, baixa liga ou ligados (alta liga).

4

Ligas Ferrosas

03-05-2016

3


Aços

Baixa liga Alta liga

baixo teor C

<0,25 wt% C

médio teor C

0,25-0,6 wt% C

alto teor C

0,6-2 wt% C

Aplicações autom. estrut. chapa

pontes c. civil Reserv. pressão

cambotas porcasmartelos

pistons rodasdentadas desgaste

desgaste brocasserras matrizes(moldes)

Aplic. alta T turbinas fornos

Resistênciacorrosão

Exemplo 1010 4310 1040 4340 1095 4190 304

MacioRápidos(HSLA)

CarbonoTratamento

Térmico Carbono Ferramentas InoxidáveisNome

Temperab. 0 + + ++ ++ +++ 0

ε fractura + + 0 - - -- ++

resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente

Elementosde liga

Cr,VNi, Mo

-Cr, Ni

Mo-

Cr, V,Mo, W

Cr, Ni, Mo-

Resist. tracção 0 + ++ + ++ 0-


� Seis microconstituintes principais :� Ferrite α e ferrite δ (CCC)

� Austenite γ (CFC)

� Cementite

� Perlite

� Bainite

� Martensite (TCC)

6

Microestrutura dos aços

Fe3C cementite

1600

1400

1200

1000

800

600

4000 1 2 3 4 5 6 6.7

L

γaustenite

γ+L

γ+Fe3Cαferrite

α+Fe3C

L+Fe3C

δ

(Fe) Co , wt% C

Eutéctico

Eutectóide:0.76

4.30

727°C

1148°C

T(°C)

03-05-2016

4


Microestrutura dos aços


Austenite (γ)

Bainite(α + Fe3C lamelas/agulhas)

Perlite

(α + Fe3C lamelas +fase proeutectoide)

Martensite

(fase TCC,transf. s. difusão)

martensite revenida

(α + partículas muito finas de Fe3C)

Arrefecimentolento

Arrefecimentomoderado

Arrefecimentorápido ou têmpera

reaquecimento

resi

stên

cia

duct

ilida

de

Martensite

Martensite revenida

Bainite

Perlite fina

Perlite grosseira

Cementite esferoidizada

Tendência geral

Transformações nos aços

03-05-2016

5


Tratamento térmicos

9

� Recozimento (a)

� Têmpera (b)

� Revenido da martensite (c)

c)tempo (s)

10 10 3 10 510 -1

400

600

800

T(°C)

Austenite (estável)

200

P

B

TEA

A

M + A

M + A

0%

50%

90%

a)b)


Propriedades mecânicas dos aços

10

• A resistência à tracção, o limite elástico e a dureza aumentam com o teor de carbono, a ductilidade e a resiliência diminuem

Influência da % C

Co < 0.76 % C

hipoeutectoide

Perlite (med)Ferrite (macio)

Co > 0.76 % Chipereutectoide

Perlite (med)

Cementite(dura)

300

500

700

900

1100Y (MPa)RT (MPa)

% C0 0.5 1

dureza

0.76

hipo hiper

% C0 0.5 1

0

50

100

%Al

Res

iliên

cia

(Izo

d, ft

-lb)

0

40

80

0.76

hipo hiper

03-05-2016

6


Influência da microestrutura (perlite e cementite)

• Resistência: P. fina > P. grosseira > cementite esferoidizada• % Estricção: P. fina < P. grosseira < cementite esferoidizada

80

160

240

320

%C0 0.5 1

Dur

eza

Brin

ell

Perlite fina


hipo hiper

0

30

60

90

%CC

oefic

ient

e de

estr

icçã

o(%

)

Perlite fina

Perlite grosseira


hipo hiper

0 0.5 1

Perlite grosseira

Propriedades mecânicas dos aços


Propriedades mecânicas dos temperados

12

Dureza da martensite >> dureza da perlite

0

200

% C0 0.5 1

400

600Martensite

Perlitefina

hipo hiper

Dur

eza

Vic

kers

03-05-2016

7


Revenido da martensite

13

Reduz a fragilidade de martensiteReduz as tensões internas causadas pela têmpera

9 µm

Y (MPa)

RT (MPa)

800

1000

1200

1400

1600

1800

30

40

50

60

200 400 600T revenido (°C)

%A

RT

Y

%A

• Produz partículas de Fe3C extremamente pequenas rodeadas por α• Diminui a RT e Y mas aumenta alongamento


� Nomenclatura AISI & SAE� 10xx Aços carbono

� 11xx Aços carbono (com enxofre para maquinabilidade)

� 15xx Mn (10 ~ 20%)

� 40xx Mo (0.20 ~ 0.30%)

� 43xx Ni (1.65 - 2.00%), Cr (0.4 - 0.90%), Mo (0.2 - 0.3%)

� 44xx Mo (0.5%)

Em que xx é % C x 100

exemplo: 1060 aço – aço carbono com 0.60 % C

14

Nomenclatura dos aços

Aços inoxidáveis -- %Cr > 11

03-05-2016

8


Propriedades dos aços carbono

Carbon contentwt %

Properties Applications

0.01 - 0.1 Soft, ductile, no useful hardening by heat treatment except by normalizing, but can be work-hardened. Weldable.

Pressings where high formability required

0.1 - 0.25 Strong, ductile, no useful hardening by heat treatment except by normalizing, but can be work-hardened. Weldable. Ductile-brittle transition temperature is just below room temperature

General engineering uses for a mild steel

0.25 - 0.6 Very strong, heat treatable to produce a wide range of properties in quenched and tempered conditions. Difficult to weld. Can become brittle below room temperature.

Bars and forgings for a wide range of engineering components. Connecting rods, springs, hammers, axle shafts requiring strength and toughness.


Carbon contentwt %

Properties Applications

0.6 - 0.9 Strong, whether heat treated or not. Ductility lower when less carbon is present

Used where maximum strength rather than toughness is important. Tools, wear resisting components ( piano wire and silver steels are in this group).

0.9 - 2.0 Wear resistant and can be made very hard at expense of toughness and ductility. Cannot be welded. Tend to be brittle if the structure is not carefully controlled

Cutting tools like wood chisels, files, saw blades.

Propriedades dos aços carbono

03-05-2016

9


Aços

Baixa liga Alta liga

baixo teor C

<0,25 wt% C

médio teor C

0,25-0,6 wt% C

alto teor C

0,6-2 wt% C

Aplicações autom. estrut. chapa

pontes c. civil Reserv. pressão

cambotas porcasmartelos

pistons rodasdentadas desgaste

desgaste brocasserras matrizes(moldes)

Aplic. alta T turbinas fornos

Resistênciacorrosão

Exemplo 1010 4310 1040 4340 1095 4190 304

MacioRápidos(HSLA)

CarbonoTratamento

Térmico Carbono Ferramentas InoxidáveisNome

Temperab. 0 + + ++ ++ +++ 0

ε fractura + + 0 - - -- ++

resistência crescente, custo crescente, ductilidade decrescente

Elementosde liga

Cr,VNi, Mo

-Cr, Ni

Mo-

Cr, V,Mo, W

Cr, Ni, Mo-

Resist. tracção 0 + ++ + ++ 0-


� A característica principal dos aços inoxidáveis é a sua elevada resistência à corrosão, devidaà formação espontânea de uma camada protectora de óxidos (passivação)

� O elemento de liga fundamental para que um aço seja inoxidável é o crómio, cujaconcentração deverá ser superior a 11 wt% Cr. A adição de níquel e molibdénio (entreoutros) também contribui para o aumento da resistência à corrosão.

� Os aços inoxidáveis dividem-se em classes

� Martensíticos, baseados no sistema Fe-Cr-C (Ni, Mn)

� Ferríticos, baseados no sistema Fe-Cr (Ni, Mo, etc.)

� Austeníticos, baseados no sistema Fe-Cr-Ni (C, Mo, Mn, etc.)

� Endurecidos por precipitação: baseados no sistema Fe-Cr-Ni (Mo, Cu, Al, Ti, etc.)

� Duplex: baseados no sistema Fe-Cr-Ni (C, Mo, Mn, etc.)

� Vasta gama de propriedades mecânicas, combinada com excelente resistência à corrosão ⇒

⇒ elevada versatilidade nas suas aplicações.

18

Aços Inoxidáveis

03-05-2016

10


Aços Inoxidáveis


� Aços inoxidáveis martensíticos:

� Tratamento térmico para que a martensite seja o seu principal microconstituinte.

� Aços inoxidáveis austeníticos:

� O domínio da austenite (fase γ) é estendido até à temperatura ambiente.

� Aços inoxidáveis ferríticos:

� Compostos maioritariamente por ferrite (CCC).

� A adição de elementos de liga em concentrações significativas produz grandes alterações nodiagrama Ferro-Fe3C:

� Por exemplo, para que um aço inoxidável seja austenítico, o teor em Ni tem que ser superiora 8% (ex. 304)

20

Aços Inoxidáveis

Alfagéneos (Cr, Si, Mo, W, Ti, Nb)Elementos de liga

Gamagéneos (Ni, C, Mn, Cu)

03-05-2016

11


� As propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos podem sermelhoradas por trabalho a frio, já que não podem ser obtidas por tratamento térmico.

� Os aços inoxidáveis austeníticos são os que geralmente apresentam maior resistência àcorrosão, devido aos seus elevados teores em Cr e também devido à adição de Ni. Por issosão produzidos em maiores quantidades.

� Tanto os aços inoxidáveis martensíticos como os ferríticos são magnéticos; os austeníticosnão são magnéticos.

21

Aços Inoxidáveis


� Aços duplex� Aço duplex é um tipo de aço inoxidável composto pela combinação de dois

tipos de microestrutura: austenítica e ferrítica.

� Resistência mecânica: superior (aprox. o dobro) dos aços inoxidáveisferríticos ou austeníticos

� Tenacidade e ductilidade: superior aos aços inoxidáveis ferríticos masinferior à dos austeníticos.

� Resistência à corrosão: dependente dos elementos de liga, mas semelhanteà dos aços inoxidáveis austeníticos; mais resistentes à corrosão sob tensão(limitação dos aços austeníticos, ex. 304 e 316), devido à sua componenteferrítica.

� Custo:

� Os aços duplex contêm menores teores em Ni e Mo do que os austeníticos comequivalente resistência à corrosão ⇒ menor custo.

� Devido à sua superior resistência mecânica, podem reduzir-se as espessuras(secção transversal) ⇒ menor peso e menor custo

22

Aços Inoxidáveis

03-05-2016

12


� Os ferros fundidos são ligas de ferro-carbono com mais do que 2.1 wt% C

� normalmente 3 - 4.5 wt% C

� Baixa temperatura de fusão (1150 °C - 1300 °C) ⇒ fáceis de produzir por fundição

� Geralmente frágeis, pelo que a fundição é o processo mais adequado

23

Ferros Fundidos

� Cementite é metastável

� Decompõe-se em ferrite + grafite

Fe3C →3 Fe (α) + C (grafite)

� Geralmente é um processo lento

� Faz mais sentido usar o diagramade equilíbrio Fe-C estável, queconsidera a grafite.

� Formação de grafite promovidapor:

� Si > 1 wt%

� arrefecimento lento

1600

1400

1200

1000

800

600

4000 1 2 3 4 90

L

γ +L

α + Grafite

L + Grafite

(Fe) Co, wt% C

0.65

740°C

T(°C)

γ + Grafite

100

1153°CγAustenite 4.2 wt% C

α + γ


Produção de Ferros Fundidos

Adaptado de Fig.13.5, Callister & Rethwisch 4e.

03-05-2016

13


� Ferro fundido cinzento

� Ferro fundido branco

� Ferro fundido maleável

� Ferro fundido dúctil� A composição dos diferentes materiais fica sobreposta

� A estrutura do material influencia as características

25

Tipos de Ferros Fundidos

William F. Smith, “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais”, McGraw Hill, 3ª Edição (1998), pag. 553


� FF cinzentos� Flocos grafite rodeados por uma matriz de ferrite α

(arrefecimento lento) ou perlite (arrefecimentomoderado)

� superfície de fractura cinzenta por ter veios de grafite naestrutura

� Concentração elevada de Si (1 – 3 wt%) para favorecera formação de grafite

26


htt

p:/

/ww

w.info

moto

r.co

m.b

r/si

te/t

ag/c

om

ponente

s/

htt

p:/

/port

uguese

.alib

aba.c

om

/pro

duct

-gs/

cast

-iro

n-p

isto

n-f

or-

crude-o

il-engin

e-

403498813.h

tml

03-05-2016

14



� FF cinzentos (cont.)� Propriedades:

� Frágeis sob tracção

� os flocos de grafite actuam como concentradores de tensões

� Resistentes à compressão

� Excelentes amortecedores de vibrações

� Resistentes ao desgaste

� Resistentes à corrosão

� Alta fluidez no estado fundido, permitindo a produção de peças com formasdifíceis, e baixa taxa de encolhimento (contracção)

� Bastante baratos

� Aplicações: válvulas hidráulicas, acessórios para tubos, blocos de motores,cabeças de cilindros, rodas dentadas, pistões, discos de embraiagem,carcaças de bombas de óleo, caixas de transmissão, caixas de engrenagens,etc.


� FF Brancos� superfície de fractura branca ou brilhante

� produzido por arrefecimento rápido

� perlite e grande quantidade de Fe3C

� não há grafite

� <1wt% Si ⇒ para evitar a formação de grafite

� Propriedades

� Grande resistência ao desgaste e à abrasão eelevada dureza

� Boa resistência à corrosão

� Baixa maquinabilidade e pouca resistência aoimpacto

� Aplicações: grelhas, chapas de desgaste,revestimento de moinhos, rolos e anéis demoagem, fusos transportadores de minérios,calhas de escoamento, blindagens, etc

28

Tipos de Ferros Fundidos htt

p:/

/art

-soci

al.co

m/lis

ting/3

92/c

ast

-iro

n

03-05-2016

15


� FF Maleáveis� Produzidos a partir do ferro fundido branco, através de

tratamento térmico a 800-900ºC (em atmosfera inerte,para evitar oxidação)

� A cementite decompõe-se, formando-se grafite na forma deaglomerados (rosetas), rodeadas pela matriz ferrítica ouperlítica (dependendo da taxa de arrefecimento)

� Propriedades

� apresenta comportamento entre os FF cinzentos e os aços

� razoável ductilidade e maleabilidade

� boa resistência ao choque e à corrosão

� maquinabilidade

� Aplicações: para tubulações e conexões, sapatas de freios,caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, ferragensem geral, equipamento ferroviário, etc.

29



� FF Dúcteis� Resultam da adição de Mg ou Ce

� Restante composição semelhante aos FF cinzentos

� Grafite em nódulos (e não em flocos), rodeadas poruma matriz de ferrite ou perlite

� Geralmente após fundição a matriz é perlítica, mas portratamento térmico de algumas horas a 700 °C podeconverter-se em ferrítica

30


� Propriedades:

� Melhor resistência mecânica que os FF cinzentos

� Maquináveis e com boa ductilidade (nalguns casos parecidos aos aços)

� Baixo custo mas mais caros que ferros fundidos cinzentos

� Resistência à corrosão

� Aplicações: componentes de caldeiras e reactores químicos, cilindros para papel,Engrenagens , pinhões, cambotas e cames, juntas universais, máquinas detrabalho pesado, válvulas, engrenagens, etc.

03-05-2016

16


� Comparação de propriedades

31



� Limitações ao uso de metais ferrosos:� Densidade elevada

� Pequena condutividade eléctrica

� Susceptibilidade à corrosão

32

Metais e Ligas Não-Ferrosos

03-05-2016

17


• Metais Refractários- Tfusão elevada- Nb, Mo, W, Ta

• Ligas de Ti- baixa ρ: 4.5 g/cm3

vs 7.9 g/cm3 aço- muito reactivas a alta T- Aplicações médicas,

aeronáuticas

33

Metais e Ligas Não-Ferrosos

• Ligas de Al- baixa ρ: 2.7 g/cm3

- adições Cu, Mg, Si, Mn, Zn- endurecidas por solução sólida ou

precipitação (aplicações aeronáutica, automóvel, embalagens)

• Ligas de Mg- muito baixa ρ: 1.7 g/cm3

- auto ignição fácil- aeronáutica, automóvel,

mísseis

• Ligas de Ni- resist. fluência,oxid./corr. a T elevadas

• Ligas de CuLatão: Cu-Zn(bijuteria, moeda, canalizações, resistente corrosão)

Bronzes: Cu-(Sn/Al/Si/Ni)(rolamentos, engrenagens)

Cu-Be:Endurecida por precip.

Orgãos de máquinasResist. corrosão e fadiga

Ligas Não-ferrosas

Ni-Ti(Nitinol)

Metais Nobres


� Cobre – Vantagens:� Condutividades térmicas e eléctricas elevadas

� Resistência à corrosão em contacto com a atmosfera, água do mar e emalguns ambientes marinhos

� forma uma camada de passivação de óxido e de sulfato (cor esverdeada)

� patina tem valor estético.

� Estrutura CFC ⇒ Muito macio e dúctil (até é difícil de maquinar)

� Capacidade quase infinita de ser trabalhado a frio

� Ponto de fusão baixo (~1080ºC) => mais fácil de obter que o aço

� Melhor resistência à fadiga que o alumínio e suas ligas

� Propriedades mecânicas e de corrosão melhoradas com adição deelementos de liga.

� A adição de elementos faz variar o aspecto estético (cor).

� Cobre – vermelho; com Zinco – cor amarela; com Níquel – Cor prateada

34

Cobre e Ligas de Cobre

03-05-2016

18


� Cobre – Inconvenientes:� Densidade alta (11.36 g cm-3 enquanto o aço 7.9 g cm-3) => Material mais

pesado que os aços

� Propriedades mecânicas das suas ligas não podem ser alteradas portratamentos térmicos => é necessário deformação à frio e/ou adição deelementos de liga

� Propriedades mecânicas piores que os aços

35


Donald

R.

Ask

ela

nd,

Pra

deep

P.

Phulé

, “T

he S

cience

and E

ngin

eering o

f M

ate

rials

”, T

hom

son (

2006),

pag.

513


� Latões (Brasses) :� ligas de cobre mais comuns têm 5 a 40% de Zn

� até 35% Zn - solução sólida substitucional do Zn namatriz de Cu (CFC)

� de 35% a 40% de Zn– forma-se duas fases α e β

� Tem boas propriedades mecânicas, podendo sermaquinados

� Têm boa resistência à corrosão

� Cores desde: Vermelho, amarelo, dourado aprateado

� Baixo coeficiente de fricção

� Boas propriedades acústicas

� O Cu no latão tem o efeito de restringir ocrescimento de bactérias => latão pode ser usadopor razões higiénicas

36


03-05-2016

19



�

� Bronze de Alumínio: 5 a 12% Al e muitas vezes até 5% de Fe e Ni

� Resistência mecânica maior que o bronze de estanho

� Melhor resistência à corrosão porque fica passivo com filme de Al2O3

� Bioestáticos – previne o crescimento de microorganismos

� Bronzes:� Ligas de cobre com Sn, Si, Al ou Ni

� Bronzes de Estanho: 1 a ~15% Sn

� endurecidos pelo estanho => maior resistência quelatões, melhor resistência à corrosão mas são mais caros

� B

� Bronze de Silício: até 4% Si

� Boa resistência mecânica e à corrosão

� Facilita a soldabilidade

� Bronze de Níquel: até 30% de Ni

� Usado em transferência de calor e transporte de águasalgada (do mar)


� Ligas de Cobre-Berílio� 0.6 a 2% Be, 0.2 a 2.5% Co

� Endurecíveis por precipitação, podendo ser tratadas termicamente edeformadas a frio

� Usadas para ferramentas nas indústrias químicas ⇐ grande resistênciamecânica, à corrosão e à fadiga.

� Bastante caros

� Estrutura α rica em cobre (CFC) e precipitados dispersos

� Elevada condutividade eléctrica e térmica

� Usados na Indústria do Petróleo, por não fazerem faísca

� Não magnéticos

� Boas propriedades de soldabilidade

� Excelentes propriedades sonoras (instrumentos de percussão)

38


03-05-2016

20





03-05-2016

21


� Alumínio – Vantagens:� Densidade baixa (2.7 g cm-3 para o aço 7.9 g cm-3)

� Só o Mg e o Be são mais leves

� Condutividades térmicas e eléctricas elevadas

� Resistência à corrosão em alguns ambientes (ex: ao ar)

� Estrutura cristalina CFC => grande ductilidade a baixas temperaturas

� Baixo ponto de fusão (660ºC) => Mais fácil de obter que o aço

� Não tem transições dúctil – frágil às baixas temperaturas

� Fácil de reciclar (5% da energia para obter a partir do mineral)

� Propriedades mecânicas podem ser alteradas por tratamentos (elementosde liga pode melhorar em 30x as propriedades mecânicas do Al)

41

Alumínio e Ligas de Alumínio


� Alumínio Puro – Inconvenientes:� Pequeno ponto de fusão (660ºC) => Ttrabalho limite muito baixa

� Não funciona bem às elevadas temperaturas

� Não tem limite de fadiga => pode quebrar por fadiga mesmo às baixastensões

� Baixa dureza e pequena resistência mecânica

� Principais elementos de liga: Cu, Mg, Si, Zn e Mn

42


Donald

R.

Ask

ela

nd,

Pra

deep

P.

Phulé

, “T

he

Sci

ence

and E

ngin

eering o

f M

ate

rials

”,

Thom

son (

2006),

pag.

505

03-05-2016

22





Donald

R.

Ask

ela

nd,

Pra

deep

P.

Phulé

, “T

he S

cience

and E

ngin

eering o

f M

ate

rials

”, T

hom

son (

2006),

pag.

507

03-05-2016

23




� Endurecimento por Precipitação� Sistemas passíveis de endurecimento por precipitação:

� Qualquer sistema com:

� solução sólida terminal (a) de elevada solubilidade

� solubilidade de a diminui rapidamente com a temperatura

� Exemplos

� Al-Cu

� Cu-Be

� Cu-Sn

� Mg-Al, etc

46


03-05-2016

24


� Endurecimento por Precipitação� Partículas de precipitados impedem o movimento das deslocações

� Ex: sistema Al-Cu

47


0 10 20 30 40 50wt% Cu

Lα+Lα

α+θθ

θ+L

300

400

500

600

700

Al

T(°C)

gama de composiçõesnecessária para endurecimento por precipitação

CuAl2

A

B

C

Tem

pera

tura

Tempo

A (solubilização)

C (envelhecimento)

� Tratamento térmico:

� A: solubilização

� (solução sólida α)

� B: têmpera até Tambiente

� formação de solução sólida αsobresaturada

� C: envelhecimento

� reaquecimento para formaçãode partículas de precipitados nafase α


� Envelhecimento� formação de fina dispersão de precipitados que constituem obstáculos ao

movimento das deslocações, tornando o material mais duro e resistente

� natural: precipitação à temperatura ambiente

� artificial: precipitação por aquecimento a temperaturas mais elevadas

48


William F. Smith, “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais”, McGraw Hill, 3ª Edição (1998), pag. 528

03-05-2016

25


� Magnésio� Baixa densidade (1.738 g cm-3)

� Resistência específica semelhante ao Al, mas mais leve que o Al

� Corrói facilmente em ambiente marinho

� Utilizado na aeronáutica, veículos e material circulante ferroviário

� Utilizações em biomédica (implantes reabsorvíveis)

49

Magnésio e Ligas de Magnésio


Titânio e Ligas de Titânio

50

� Titânio� Facilmente disponível mas a extracção é cara

� Baixa densidade, resistente à corrosão, fácil de maquinar, elevadaresistência, resistência a T elevadas

� Elevado quociente resistência/densidade

� Forma camada superficial de oxido de titânio, estável e aderente,que passiva o material (resistência à corrosão)

� Ti comercialmente puro e Ti-6Al-4V são os mais utilizados

03-05-2016

26


� Principais características: resistência à corrosão excepcional em presença de fluidos biológicos, elevada biocompatibilidade, alta resistência e baixo módulo de Young

� Principais aplicações: próteses de substituição integral da anca e do joelho, parafusos e placas ortopédicos, implantes dentários, ferramentas cirúrgicas, pacemakers

� A liga Ti-6Al-4V é um dos materiais biocompatíveis com mais alta resistência mecânica e à corrosão disponíveis

Implante dentário


51


Airbus A380: pode usar até 77 toneladasde Titânio (11 ton nos motores)


52

03-05-2016

27


Superligas de Ni (Ni-Cr-Co): resistência à fluência e à oxidação a T elevadas. Usadas em pás de turbinas de motores.



Características do Nitinol:

• Superelasticidade

• Efeito de Memória de Forma

• 1973 - Primeiras aplicações no campo biomédico

• Nos anos 90 foi comercializado o primeiro Stent

• Módulo de elasticidade semelhante ao doosso humano

• Liga com composição aproximadamenteequiatómica de Níquel e Titânio

• Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory (1962)

Ligas de Níquel-Titânio

03-05-2016

28


Grupo de materais que demonstram a capacidade

de retomar uma forma ou tamanho previamente

definidos (Memória) quando sujeitas a um ciclo

térmico apropriado ou a uma tensão mecânica.

• Transformação reversível entre a fase

martensítica e austenítica

Variação de temperatura

(Efeito de memória de forma)Aplicação de tensão

(Superelasticidade)

Ligas com memória de forma:



…Transformação induzida pela temperatura…

…Transformação induzida pela tensão…

Austenite Martensite

Martensite

Deformação

Te

nsã

o

Austenite


03-05-2016

29


Aplicações Biomédicas

Memória de Forma

Superelasticidade

+

Módulo de Young (elasticidade) semelhante ao do osso

+

Stainless Steel

Nitinol

Bone

Stre

ss

Strain

~ 2%



• Cateteres

• Stents

• Filtros para a veia cava

• Arcos de ortodontia

• Próteses e Implantes Ortopédicos


03-05-2016

30


� São metais com temperaturas de fusão extremamente elevadas

� As temperaturas de fusão variam entre 2468 °C para o nióbio e 3410 °C para otungsténio (a mais elevada temperatura de ebulição para um metal).

� O nióbio (Nb), o molibdénio (Mo), o tungsténio (W) e o tântalo (Ta) estãoincluídos neste grupo.

� As ligações interatómicas nestes metais são muitíssimo fortes

� isso explica a sua elevada Tfusão

� apresentam elevados módulos de elasticidade, elevada resistência mecânica eelevada dureza, tanto à temperatura ambiente como a altas temperaturas

� Utilização:

� O tântalo e o molibdénio são usados como elementos de luiga nos aços paramelhorar a sua resistência à corrosão

� As ligas de molibdénio são usada em peças estruturais de veículos espaciais,filamentos de incandescência, tubos de raios-X

� Ligas de tungsténio são usadas em eléctrodos para soldadura e em armas de fogo

� O tântalo é totalmente imune á corrosão até 150 °C, sendo usado em aplicações quenecessitem de um material especialmente resistente á corrosão

59

Metais Refractários

materiais metálicos (para pdf) - autenticação · desgaste desgaste brocas serras matrizes...

Documents