Imagine um mundo sem cobre, alumínio ou titânio. Os metais não ferrosos moldam as nossas vidas modernas, impulsionando a inovação nas indústrias, desde a aeroespacial à eletrónica. Este artigo explora as propriedades únicas, aplicações e benefícios destes materiais essenciais. No final, compreenderá porque é que os metais não ferrosos são indispensáveis para o avanço tecnológico e para a conveniência do dia a dia.
Os metais não ferrosos referem-se a todos os metais que não o ferro e as ligas à base de ferro. Possuem muitas características excelentes e desempenham um papel extremamente importante nos domínios industriais, especialmente nas áreas de alta tecnologia.
O alumínio puro pode ser classificado em alumínio de alta pureza, alumínio industrial de alta pureza e alumínio industrial puro com base no teor de alumínio. O alumínio de alta pureza tem uma fração de massa de alumínio de 99,3% a 99,996% e é utilizado principalmente em experiências científicas, na indústria química e noutros campos.
O alumínio industrial de alta pureza tem uma fração de massa de alumínio de 99,85% a 99,9% e é utilizado principalmente para preparar ligas à base de alumínio. O alumínio puro pode ser utilizado para fabricar fios eléctricos, caixas de alumínio, invólucros de blindagem e recipientes para produtos químicos, etc.
O alumínio metálico puro não existe na natureza; o alumínio existe na forma de compostos e é o metal com as maiores reservas (cerca de 8% da crosta terrestre). A bauxite é o mineral com maior teor de alumínio; o corindo é alumina cristalina; as gemas (rubi, safira, safira amarela, safira roxa) são alumina pura e transparente.
As ligas de alumínio adicionam principalmente cobre, silício, magnésio, manganês e zinco como elementos de liga.
Têm muito boas propriedades de fundição, podem manter a sua estabilidade sob os efeitos do clima e da água do mar, e podem ser maquinados e soldados.
Têm boas propriedades mecânicas e são adequados para o processamento de deformação. Os produtos semi-acabados disponíveis no mercado incluem placas de alumínio, tiras, tubos, barras, peças de alumínio extrudido e peças forjadas.
As ligas de alumínio são utilizadas na indústria da construção para fabricar portas, janelas e componentes estruturais; na indústria alimentar, os tanques de armazenamento, as latas, os recipientes para bebidas e a maioria dos tachos e panelas do dia a dia são feitos de alumínio.
1) O método de designação do grau para o alumínio fundido e as ligas de alumínio é o seguinte
As ligas de alumínio fundido incluem ZL102, ZL105, ZL201, ZL401, etc.
2) Os tipos de alumínio forjado e de ligas de alumínio são representados por códigos de quatro dígitos, em que o primeiro, o terceiro e o quarto dígitos são números e o segundo é uma letra. O primeiro dígito indica o grupo de alumínio e liga de alumínio,
como mostra a tabela abaixo. A segunda letra indica o estado de modificação do alumínio puro original ou da liga de alumínio, e os dois últimos dígitos são utilizados para identificar diferentes ligas de alumínio dentro do mesmo grupo ou indicar a pureza do alumínio.
Grupos de alumínio e ligas de alumínio:
| Grupo | Série de notas |
| Alumínio puro (fração mássica de alumínio ≥99,0%) | 1××× |
| Ligas de alumínio com cobre como principal elemento de liga | 2××× |
| Ligas de alumínio com manganês como principal elemento de liga | 3××× |
| Ligas de alumínio com silício como principal elemento de liga | 4××× |
| Ligas de alumínio com magnésio como principal elemento de liga | 5××× |
| Ligas de alumínio com magnésio e silício como principais elementos de liga e Mg 2 fase Si como fase de reforço | 6××× |
| Ligas de alumínio com zinco como principal elemento de liga | 7××× |
| Ligas de alumínio com outros elementos como principais elementos de liga | 8××× |
| Grupo de ligas reservado | 9××× |
3) A comparação entre as designações de grau novas e antigas para o alumínio forjado e as ligas de alumínio é apresentada no quadro abaixo.
Comparação das designações de grau novas e antigas para alumínio forjado e ligas de alumínio:
| Categoria | Grau antigo | Novo grau |
| Liga de alumínio resistente à corrosão | LF2 | 5A02 |
| LF21 | 3A21 | |
| Liga de alumínio duro | LY11 | 2A11 |
| LY12 | 2A12 | |
| LY8 | 2B11 | |
| Liga de alumínio extra-dura | LC3 | 7A03 |
| LC4 | 7A04 | |
| LC9 | 7A09 | |
| Liga de alumínio forjado | LD5 | 2A50 |
| LD7 | 2A70 | |
| LD8 | 2A80 | |
| LD10 | 2A14 |
4) A comparação entre as designações de grau novas e antigas para o alumínio puro industrial é apresentada no quadro seguinte.
Comparação das designações de grau novas e antigas para o alumínio puro industrial:
| Grau antigo | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 |
| Novo grau | 1070 | 1060 | 1050 | 1035 | 1200 |
As ligas de alumínio podem ser submetidas a maquinagem ou a um processamento sem corte. Velocidades de corte pode atingir até 400m/min, poupando tempo de processamento. São utilizadas ferramentas de aço de alta velocidade e de carboneto para a maquinagem.
Fluidos de corte e os lubrificantes utilizados incluem óleo, terebintina, álcool e água com sabão. O processamento de deformação a quente deve cumprir especificações rigorosas de temperatura. O alumínio tem uma elevada condutividade térmica e taxa de expansão térmica, e a soldadura não apresenta quaisquer dificuldades especiais. A anodização, a decapagem ácida e o revestimento podem melhorar a resistência à corrosão.
Para além do alumínio, o cobre é o metal não ferroso mais importante. O cobre industrial puro é vermelho-rosado, tornando-se vermelho-púrpura quando se forma uma película de óxido na superfície. O cobre é um metal indispensável para a engenharia eléctrica e o fabrico mecânico.
O cobre existe principalmente na forma de minério, sendo os principais minérios de cobre a calcocite (Cu 2 S) e calcopirite (CuFeS 2 ). O enxofre é removido nos fornos de torrefação e o cobre puro é obtido por refinação em fornos ou por eletrólise.
1) Propriedades físicas.
O ponto de fusão é 1084°C, a densidade é 8,9kg/cm 3 A condutividade térmica é 8 vezes superior à do aço e a condutividade eléctrica é 7 vezes superior à do aço.
2) Propriedades químicas.
Devido à espessa camada de película de óxido, tem uma elevada resistência à corrosão pelo ar e pela água. Reage com o dióxido de carbono no ar para formar carbonato de cobre (pátina verde).
Resistência à tração ≤250MPa, alongamento médio do fio de cobre é 30% a 50%, a dureza é apenas cerca de 25% de aço.
4) Propriedades tecnológicas.
O cobre pode ser forjado, laminado, fiado, estirado, maquinado, fundido, soldado, etc.
As ligas de cobre incluem ligas binárias e ligas multi-elemento, com elementos de liga como o zinco, estanho, níquel, alumínio e ferro.
Tem boas propriedades de fundição, maquinabilidade, resistência à corrosão e conformabilidade a frio. A resistência aumenta com o teor de zinco. O latão com outros elementos de liga adicionados é designado por latão especial. Os elementos de liga comuns incluem o alumínio, o ferro, o silício, o manganês, o chumbo, o estanho, o níquel, etc., que podem melhorar determinadas propriedades do latão.
Tem uma cor cinzento-esverdeada, daí o nome bronze. Para melhorar as propriedades tecnológicas e mecânicas da liga, a maioria dos bronzes contém também outros elementos de liga, como o chumbo, o zinco, o fósforo, etc.
Uma vez que o estanho é um elemento escasso, a indústria também utiliza muitos bronzes sem estanho. Os principais bronzes sem estanho incluem o bronze de alumínio, o bronze de berílio, o bronze de manganésio, o bronze de silício, etc.
O bronze de estanho tem boas propriedades mecânicas, resistência à corrosão, redução do atrito e propriedades de fundição; o bronze de estanho tem melhor resistência à corrosão do que o latão na atmosfera, água do mar, água doce e vapor.
O bronze de alumínio tem melhores propriedades mecânicas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência ao frio, resistência ao calor do que o bronze de estanho, não é magnético, tem boa fluidez, não tem tendência para segregar e pode produzir peças fundidas densas. A adição de ferro, níquel e manganês ao bronze de alumínio pode melhorar ainda mais as várias propriedades da liga.
As ligas à base de cobre com níquel como principal elemento aditivo têm um aspeto branco-prateado, sendo por isso designadas por cuproníquel. As ligas binárias de cobre-níquel são designadas por cuproníquel comum, enquanto as ligas de cobre-níquel com manganês, ferro, zinco e alumínio são designadas por cuproníquel complexo. A adição de níquel ao cobre puro melhora significativamente a força, a resistência à corrosão, a resistência eléctrica e as propriedades termoeléctricas.
O cuproníquel industrial divide-se em cuproníquel estrutural e cuproníquel elétrico com base nas características de desempenho e utilizações, satisfazendo vários requisitos de resistência à corrosão e propriedades eléctricas e térmicas especiais.
Método de designação do grau de cobre puro:
| Grau | Designação | Código | Composição química fração mássica (%) | |||
| Cu (não inferior a) | Impurezas | Impurezas totais | ||||
| Bi | Pb | |||||
| Cobre puro | Cobre n.º 1 | T1 | 99.95 | 0.001 | 0.003 | 0.05 |
| Cobre n.º 2 | T2 | 99.90 | 0.001 | 0.005 | 0.1 | |
| N.º 3 de cobre | T3 | 99.70 | 0.002 | 0.01 | 0.3 | |
| Cobre isento de oxigénio | Cobre isento de oxigénio n.º 1 | TU1 | 99.97 | 0.001 | 0.003 | 0.03 |
| Cobre isento de oxigénio n.º 2 | TU2 | 99.95 | 0.001 | 0.004 | 0.05 | |
1) Latão.
Latão comum: A designação utiliza "H + teor percentual de cobre", em que "H" representa o latão comum.
Latão comum:
| Código | Fração mássica de Cu (%, não inferior a) | Fração mássica de impurezas (%) |
| H96 | 95.0～97.0 | ≤0.2 |
| H90 | 88.0～91.0 | ≤0.2 |
| H80 | 79.0～81.0 | ≤0.3 |
| H68 | 67.0～70.0 | ≤0.3 |
Latão especial: A designação utiliza "H + símbolo do elemento aditivo principal + percentagem de teor de cobre + percentagem de teor do elemento aditivo principal".
Ligas de cobre fundido: A designação é "ZCu + símbolo do elemento aditivo principal + conteúdo percentual do elemento aditivo principal + outros símbolos de elementos e conteúdos percentuais", em que "Z" representa a fundição, como ZCuSn10Zn2, ZCuPb10, ZCuZn40Mn2, ZCuZn33Pb2, etc.
Latão especial:
| Latão especial | Código | Fração mássica da composição química principal (%) | ||
| Cu (não inferior a) | Outros elementos de impureza | Impurezas totais | ||
| Latão com chumbo | HPb63-3 HPb59-1 | 62.0～65.0 57.0～60.0 | Chumbo 2.4～3.0 Chumbo 0.8～1.9 | ≤0.75 ≤1.0 |
| Latão estanhado | HSn62-1 | 61.0～63.0 | Estanho 0.7～1.1 | ≤0.3 |
| Latão com adição de arsénio | HSn70-1 | 69.0～71.0 | Estanho 0,8～1,3, Arsénio 0,03～0,06 | ≤0.3 |
| Alumínio latão | HAl60-1-1 | 58.0～61.0 | Alumínio 0,7-1,5, Arsénio 0,1-0, Ferro 0,7-1,5 | ≤0.7 |
| Ferro latão | HFe59-1-1 HFe58-1-1 | 57.0～60.0 56.0～58.0 | Ferro 0.6～1.2, Alumínio 0.1～0.5 Manganês 0.5～0.8, Estanho 0.3～0.7 | ≤0.3 ≤0.5 |
| Latão manganês | HMn58-2 | 57.0～60.0 | Manganês 1.0～2.0 | ≤1.2 |
| Latão-níquel | HNi65-5 | 64.0～67.0 | Níquel 5.0～6.5 | ≤0.3 |
| Latão silício | HSi80-3 | 79.0～81.0 | Silício 2.5～4.0 | ≤1.5 |
2) Bronze.
A designação utiliza "Q + símbolo do elemento aditivo principal e conteúdo percentual + símbolos de outros elementos e conteúdos percentuais".
Bronze:
| Nome | Designação | ||
| Bronze | Bronze estanho | QSn4-3, QSn4-4-2.5, QSn6.5-0.1, QSn6.5-0.4 | |
| Bronze sem estanho | Bronze de alumínio | QAl5, QA17, QA19-2, QA19-4, QAl10-3-1.5 | |
| Bronze manganês | QMn1.5, QMn5 | ||
| Bronze silício | QSi1-3, QSi3-1 | ||
| Bronze berílio | QBe2 | ||
3) Cuproníquel.
A designação cuproníquel utiliza "B + teor percentual de níquel", como B5, em que a fração mássica de níquel é de cerca de 5%.
A designação especial do cuproníquel utiliza "B + símbolo do elemento aditivo principal + teor percentual de níquel", como BFe11-1-1 para cuproníquel de ferro com fração de massa de níquel de cerca de 11%; BMn40-1,5 para cuproníquel de manganês com fração de massa de níquel de cerca de 40%; BAl13-3 para cuproníquel de alumínio com fração de massa de níquel de cerca de 13%.
Através da deformação por trabalho a frio, a resistência e a dureza aumentam significativamente, enquanto o alongamento diminui em conformidade; após o recozimento por amolecimento, o alongamento aumenta, enquanto a resistência e a dureza diminuem.
Quando o zinco é ligado ao cobre, pode produzir ligas semelhantes ao ouro. O zinco tem
Os depósitos de zinco incluem a esfalerite (ZnS), a smithsonite (ZnCO₃) e a hemimorfite [Zn₄Si₂O₇(OH)₂-H₂O]. O zinco comercial no mercado contém 99,5% de zinco em massa, e o zinco de alta pureza (99,997% em massa) pode ser obtido por destilação e eletrólise.
1) Propriedades físicas.
O ponto de fusão é 419,5°C, o ponto de ebulição é 911°C, a densidade é 7,14kg/cm³, e a dureza Mohs é 2,5.
2) Propriedades químicas.
Tem uma boa resistência à corrosão e forma uma camada espessa de óxido de zinco (ZnO) quando combinado com o oxigénio.
3) Propriedades mecânicas.
Resistência dos grãos ≤140MPa. O zinco é muito frágil, facilmente trabalhável a 120°C, e torna-se novamente frágil quando a temperatura sobe para 205°C. Durante a galvanização, o zinco liga-se bem ao metal de base.
4) Propriedades de processamento.
Utilizado como material de proteção de superfícies (galvanização por imersão a quente, galvanização por pulverização ou galvanoplastia), o zinco pode ser utilizado como um excelente elemento de liga. Ao processar o zinco, é aconselhável utilizar uma lima de corte único. O zinco tem boas propriedades de forjamento. Os produtos comerciais de zinco incluem lingotes de zinco, barras, folhas de zinco e materiais de arame.
As ligas de zinco são ligas compostas por zinco como base com a adição de outros elementos. Os elementos de liga comuns incluem o alumínio, o cobre, o magnésio, o cádmio, o chumbo e o titânio.
Formados por fundição, têm boas propriedades de fundição e retenção da precisão geométrica. Adequados para instrumentos de fundição injetada, peças automotivas e carcaças.
Ligas de zinco utilizadas para produzir várias formas de materiais de zinco. Incluem frequentemente pequenas quantidades de cádmio, chumbo, ferro, titânio e cobre. Utilizadas principalmente em invólucros de baterias, placas de circuitos impressos, telhas e artigos de hardware do quotidiano.
1) As qualidades do lingote de zinco são expressas como "teor percentual de Zn + zinco", como Zn99.95.
2) Os graus de liga de zinco fundido são expressos como "ZZn + símbolos de outros elementos e teor percentual", como ZZnAl6Cu1, ZZnAl4Cu1Mn.
3) Os graus de liga de zinco fundido sob pressão são expressos como "YZZn + outros símbolos de elementos e teor percentual", como YZZnAl4Cu1.
4) Outras designações do tipo de liga de zinco: Os graus de chapa de zinco para baterias são expressos como "XDx", em que "x" é um número que indica a sequência, tal como XD1; Os graus de chapa de zinco para compensações são expressos como "XJx", em que "x" é um número que indica a sequência, tal como XJ1; Os graus de bolo de zinco são expressos como "XBx", em que "x" é um número que indica a sequência, tal como XB1.
Através da deformação por trabalho a frio, a resistência e a dureza aumentam significativamente, enquanto o alongamento diminui em conformidade. Após o recozimento de amolecimento, o alongamento aumenta, enquanto a resistência e a dureza diminuem.
O magnésio ocupa uma posição importante entre os elementos químicos. Através do processamento de minérios (magnesite, dolomite, carnalite), o CO₂ é removido da magnesite (MgCO₃) para obter óxido de magnésio (MgO). O magnésio é obtido por eletrólise.
1) Propriedades físicas.
O ponto de fusão é de 657°C, e a densidade é de 1,74kg/cm³.
2) Propriedades químicas.
Muito estável no ar seco. Na pirotecnia, o magnésio combina-se com o oxigénio para produzir um clarão; o magnésio em combustão só pode ser extinto com areia, pois a água intensificaria a reação de oxidação.
3) Propriedades mecânicas.
O magnésio puro tem uma resistência à tração muito baixa de 110-200MPa.
4) Propriedades de processamento.
Fácil de maquinar, permitindo velocidades de corte relativamente elevadas, com boa formabilidade e propriedades de fundição.
Devido à inflamabilidade e à baixa resistência do magnésio puro, apenas as ligas de magnésio são utilizadas na engenharia. As ligas de magnésio são os materiais estruturais metálicos mais leves. Os seguintes elementos de liga têm um impacto significativo nas propriedades das ligas de magnésio.
Ligas de magnésio adequadas para a preparação e produção de peças fundidas para utilização direta através de métodos de fundição.
Ligas de magnésio que podem ser processadas por métodos de conformação plástica, tais como extrusão, laminagem, forjamento e estampagem.
Minério: Cassiterite (SnO₂). Preparação: Primeiro, o concentrado é produzido (teor de estanho 60%-70% em massa). Fundição: O estanho é reduzido a partir do oxigénio em fornos verticais ou de chama e, em seguida, o estanho bruto é posteriormente refinado por liquefação ou eletrólise.
1) Propriedades físicas.
O ponto de fusão é 232°C, e a densidade é 7,3kg/cm³.
2) Propriedades químicas.
Resistente ao ar, à água e a muitos álcalis e ácidos.
3) Propriedades mecânicas. A resistência à tração é de 30MPa, alongamento ≤40%.
4) Propriedades de processamento.
Não tóxico, com boa formabilidade e ductilidade. Abaixo dos -200°C, o estanho torna-se frágil e parte-se, e abaixo dos -20°C transforma-se em pó. O estanho é dúctil e pode ser laminado, perfurado e martelado. Pode ser transformado em folha de estanho com uma espessura inferior a 0,01 mm.
As ligas de estanho são ligas formadas pela adição de outros elementos de liga (cobre, antimónio, chumbo, etc.) ao estanho como base. As ligas de estanho têm baixos pontos de fusão, baixa resistência e dureza, boa condutividade térmica e baixos coeficientes de expansão térmica. São resistentes à corrosão atmosférica, têm excelentes propriedades anti-fricção e são fáceis de soldar com aço, cobre, alumínio e suas ligas. São bons materiais de soldadura e materiais de suporte.
Conhecidas coletivamente como ligas Babbitt, juntamente com as ligas de chumaceiras à base de chumbo. O teor de antimónio é de 3%-15% em massa e o teor de cobre é de 3%-10% em massa. O antimónio e o cobre são utilizados para aumentar a resistência e a dureza da liga. Têm um baixo coeficiente de atrito, boa tenacidade, condutividade térmica e resistência à corrosão, sendo principalmente utilizados no fabrico de rolamentos deslizantes.
Principalmente ligas de estanho e chumbo. A liga de estanho com 38,1% de chumbo em massa é vulgarmente conhecida como solda, com um ponto de fusão de cerca de 183°C, utilizada para soldar componentes na indústria de instrumentos eléctricos e para selar radiadores de automóveis, permutadores de calor e recipientes para alimentos e bebidas.
Utilizando a resistência à corrosão das ligas de estanho, são aplicadas na superfície de vários componentes eléctricos, proporcionando proteção e decoração.
(Incluindo ligas de estanho com chumbo e ligas de estanho sem chumbo) utilizadas para produzir várias jóias e artesanato de ligas requintadas, tais como anéis, colares, pulseiras, brincos, broches, botões, clipes de gravata, ornamentos para chapéus, artesanato decorativo, molduras de liga para fotografias, emblemas religiosos, estátuas em miniatura, lembranças, etc.
O estanho tem boa fluidez e propriedades de fundição no estado fundido e pode ser utilizado como material de revestimento (como a folha de Flandres).
O minério de chumbo mais importante é a galena (PbS) e os minérios mistos. Em primeiro lugar, é produzido um concentrado rico em chumbo, depois o chumbo é obtido por torrefação e redução, seguido de refinação para obter chumbo puro.
1) Propriedades físicas.
O ponto de fusão é de 327,4°C, e a densidade é de 11,34kg/cm³.
2) Propriedades químicas.
Tem muito boa resistência à corrosão, resistente à maioria dos ácidos, mas não à água régia, tóxica.
3) Propriedades mecânicas.
Baixa resistência e dureza, pouca elasticidade, resistência à tração de 15MPa, alongamento ≤60%.
4) Propriedades de processamento.
Baixa resistência à deformação, alta deformabilidade, adequado para conformação a frio. O chumbo é fácil de soldar, brasar e fundir. Pode ser ligado com outros metais. Utilizado principalmente no fabrico de chapas de cobertura, recipientes resistentes a ácidos, cabos com bainha de chumbo, anéis de vedação, tiros de chumbo, placas de proteção contra radiações e chumbo de vedação.
As ligas de chumbo são ligas compostas de chumbo como base e com a adição de outros elementos. De acordo com as suas propriedades e utilizações, as ligas de chumbo podem ser classificadas em ligas resistentes à corrosão, ligas para baterias, ligas para soldadura, ligas para impressão, ligas para rolamentos e ligas para moldes. As ligas de chumbo são principalmente utilizadas para a proteção contra a corrosão química, a proteção contra as radiações, o fabrico de placas de bateria e de bainhas de cabos.
Português 
English 
العربية 
Bahasa Indonesia 
Deutsch 
Español 
Français 
Italiano 
日本語 
한국어 
Nederlands 
Português do Brasil 
Русский 
Polski 
Türkçe