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,




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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




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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.




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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.




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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.




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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

metais nao ferrosos

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