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LIGAS DE ALUMÍNIO

The main properties which make aluminium a valuable material are its lightweight, strength, recyclability, corrosionresistance, durability, ductility, formability and conductivity.Due to this unique combination of properties, the variety of applications of aluminium continues to increase.It is essential in our daily lives. We cannot fly, go by high speed train, high performance car or fast ferry without it. We cannot get heat and light into our homes and offices without it. We depend on it to preserve our food, our medicine and to provide electronic components for our computers.

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Produção de Al primário (MTon)

Produção de alumina a partir da bauxite em 1998 (MTon)

4 ton de bauxite:2 ton alumina:1 ton Al primário

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Naturalmente o Al ocorre oxidado e obtém-se por redução da alumina (Al2O3)

A alumina é obtida a partir da bauxite (minério com cerca de 50% de alumina) pelo processo Bayer

O Al é difícil de extrair da alumina; a redução directa pelo C não é viável porque a alumina funde a cerca de 2000ºC

O Al extrai-se por via electrolítica – a alumina édissolvida em criolite fundida (Na3AlF6) e depois reduzida a Al metálico

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A electrólise do Al usa eléctrodos de carbonoCom a alumina dissolvida na criolite ocorre no cátodo a redução do Al3+ a Al metálicoAl3+ + 3 e- → Al O Al precipita no fundo da cuba e é sangrado

No anodo forma-se oxigénio2 O2- → O2 + 4 e-O carbono do anodo reage com o oxigénio e liberta CO2, pelo que é consumido, devendo ser substituído com regularidade

Electrólise do Al

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A electrólise do Al consome grandes quantidades de energia, da ordem de 15 kW.h por kg de Al produzido a partir de alumina (50 a 55 MJ/kg)

O custo da energia eléctrica é um factor significativo no custo do Al, pelo que esta indústria é típica dos países onde a energia é barata (África do Sul, Austrália, China, Rússia, Canadá)

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Classificação ANSI das ligas de Al de deformação plástica

Sistema de quatro dígitos• o primeiro dígito indica o grupo da liga (ver tabela)• o segundo indica modificações da liga original (0 para a liga original)• os dois últimos identificam a liga

Al > 99% 1xxx Al-Mg 5xxxAl-Cu 2xxx Al-Mg-Si 6xxxAl-Mn 3xxx Al-Zn 7xxxAl-Si 4xxx Al-outros 8xxx

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Designação do estado de processamento da liga

F – em bruto de fabricaçãoO – recozidoH – encruado

H1 – só encruado (segundo dígito indica o grau)H2 - encruado e parcialmente recozido (idem anterior)H3 – encruado e com recozido de estabilização a baixa temperatura (idem anterior)

Existem outros estados das ligas de Al, adaptados ao processamento das ligas que endurecem por tratamento térmico

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LIGAS DE ALUMÍNIO

Al-CuAl-Cu-MgAl-Mg-Si

Al-Zn-MgAl-Zn-Mg-Cu

Al-SiAl-Si-Cu(Mg)

Al-MgAl-Mn

endurecíveis por tratamento térmico

de fundição

endurecíveis por encruamento

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• O encruamento é usado como mecanismo de endurecimento, em particular nas ligas não tratáveis termicamente• tem a desvantagem de diminuir a ductilidade• é vantajoso usar materiais parcialmente recozidos ou estabilizados (estados H2x ou H3x) na fabricação por deformação, porque nesta condição as ligas apresentam maior aptidão à deformação que as ligas no estado H1x com igual resistência

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LIGAS DE ALUMÍNIO

As principais aplicações das ligas de Al incluem- componentes da indústria aeronáutica- indústria de embalagens- painéis de autocarros- peças automóvel (bloco de motor, pistões, vávulas)

Ultimamente as ligas leves (Al e Mg) e semi-leves (Ti) têm recebido a atenção da indústria dos transportes, para aproveitamento da respectiva resistência específica (relação entre a resistência mecânica e a massa específica)

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http://aluminium.matter.org.uk/content/html/eng/default.asp?catid=&pageid=1

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Ligas de cobre

O cobre é o segundo metal não ferroso mais utilizado (após Al); as suas aplicações principais resultam de ser um excelentecondutor de electricidade e calor

O cobre “puro” apresenta um conjunto de propriedades de eleição para a indústria eléctrica:- alta condutibilidade eléctrica- boa resistência à corrosão- facilidade de fabrico (incluindo conformação plástica e

técnicas de união)- resistência mecânica razoável- combinação de propriedades mecânicas controláveis por

deformação plástica + recozimento

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Ligas de cobre

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Ligas de cobre

http://dn.sapo.pt/2007/08/27/economia/resultados_mina_neves_corvo_disparam.html

http://www.exame.pt/exame_500/MelhorEmpresadoAnoSOMINCOR.html(Out 2007)

As reservas mundiais de cobre comprovadas são de cerca de 940 milhões de toneladas de metalConsiderando a procura actual de cobre refinado (16,3 milhões de toneladas) estas reservas darão paraabastecer o mundo durante 50 anos

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Ligas de cobre

Produção de cobre a partir de sulfuretosdurante o processamento do minério, o sulfureto origina Cu metálico

2 Cu2S + 3 O2 = 2 Cu2O + 2 SO2

2 Cu2O + Cu2S = 6 Cu (impuro) + SO2

A operação de afinação retira as impurezas ao Cu impuro e o produto desta é purificado por via electrolítica

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Ligas de cobre

Classificação das ligas de Cu segundoCopper Development Association

C1xxxx - Cu puro e ligas ricas em CuC2xxxx - latões (ligas CuZn)C3xxxx - latões com Pb (ligas CuZnPb)C4xxxx - latões com Sn (ligas CuZnSn)C5xxxx - bronzes (ligas CuSn)C6xxxx - bronzes ao Al (CuSn), ao Si (ligas CuSi) e outros latõesC7xxxx - ligas CuNi e CuNiZnNota: há outras designações para ligas de fundição

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Ligas de cobre

Cobre electrolítico (ETP - electrolytic tough pitch) - é o mais barato dos cobres comerciais- muito usado na indústria eléctrica (elevada condutibilidade)- usa-se para produzir fio, varão, placas e chapa- tem um teor nominal de O2 de 0,04%- O2 é quase insolúvel e forma Cu2O- usado em atmosferas com H2 este reage com o Cu2O e origina

Cu2O + H2 = H2O + 2Cu- H2O forma vazios nos limites de grão do cobre, tornando-o frágil

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Ligas de cobre

cobre ETP exposto a atmosfera de

hidrogénio a 850ºC por ½ hora

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Ligas de cobre

Para evitar a fragilização provocada no cobre ETP pelo Cu2O pode provocar-se a reacção do oxigénio com o P

4P + 5O2 = 2P2O5

(resulta Cu desoxidado pelo fósforo, aplicado na liga 12 200)

Pode também fundir-se o cobre ETP num ambiente redutor, eliminando o oxigénio; resulta Cu OFHC (oxygen free high conductivity), liga 10 200

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Ligas de cobre

Os latões são ligas CuZn com um teor em Zn até 40%

Apresentam boa resistência mecânica e à corrosãoas propriedades dependem do teor em zinco

Podem conter elementos adicionais como Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb

Estas adições raramente excedem 4%

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Ligas de cobre

Influência do Zn no cobre

Aumenta a resistência mecânicaAumenta a ductilidade (até cerca de 30% de Zn)Baixa o ponto de fusãoBaixa o preçoBaixa a condutibilidade eléctrica e térmicaBaixa a resistência à corrosão

Zn < 20% - cor avermelhada - latões vermelhosZn > 20% - cor amarelada - latões amarelados

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Ligas de cobre

5%Zn, “metal (latão) para dourar”, utilizam-se emjoalharia como imitação do ouro (medalhas)

10%Zn, “bronze comercial”, utilizam-se como imitação de ligas de bronze em joalharia

15%Zn, “latões vermelhos”, utilizam-se em canalizações, joalharia, decoração, radiadores para automóveis

20%Zn, utilizam-se na fabricação de tubos flexíveis

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Ligas de cobre

25%Zn, “latões de molas”, empregam-se no fabrico de molas

30%Zn, “latões cartridge (cartucho)”, utilizam-se emtrabalhos de estampagem a frio

35%Zn, “latão amarelo”, utiliza-se no fabrico de parafusos, rebites (+ barato)

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Ligas de cobre

bronzes - adições de 1 a 10% de Sn ao Curesistência mecânica mais elevada que a dos latões e resistência à corrosão também superior, mas mais carosteores Sn mais elevados (até 16%) no fabrico de chumaceiras; neste caso é corrente adicionar até 5% de Pb para introduzir características lubrificantes

cupro niquel – adições até 65% de Ni (cobre branco)muito resistentes em ambiente marinho, aplicando-se em hélices e veiosusados também no fabrico de moedas (1/2, 1/4 e 1/10 dólar)

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Ligas de cobre

Ligas CuBe – ligas com adições até 2,5% Be e pequenas adições de Co; são endurecíveis por tratamento térmico, podendo atingir valores de Resuperiores a 1000 MPa

Apresentam óptimas propriedades eléctricas e de resistência à corrosão; resistem bem ao desgasteAplicam-se na indústria aeronáutica e cirúrgica (não produzem faísca)São caras porque o Be é caro (e perigoso para a saúde)

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Ligas de cobre

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