O Guia do Engenheiro para Metais: Seleção e aplicação

Aço carbono e aço liga

Aço carbono

(1) Classificação do aço carbono

1) O aço carbono pode ser classificado em dois tipos principais com base em sua aplicação: aço carbono estrutural e aço carbono para ferramentas.

O aço estrutural de carbono é usado para fabricar várias estruturas de engenharia e peças de máquinas. O aço-carbono usado para estruturas de engenharia é normalmente aço de baixo carbono, que tem excelente soldabilidade e geralmente não é tratado termicamente, sendo usado em seu estado laminado a quente.

O aço carbono para peças de máquinas geralmente contém menos de 0,6% de carbono por peso e tem boas propriedades mecânicas, exigindo tratamento térmico antes do uso.

O aço carbono para ferramentas é usado para fabricar várias ferramentas de corte, ferramentas de medição e moldes. Ele tem um teor de carbono mais alto e, após o tratamento térmico adequado, apresenta alta resistência, dureza e resistência ao desgaste.

2) Com base no teor de carbono, o aço carbono pode ser dividido em três categorias:

• Aço com baixo teor de carbono: C<0,25%;
• Aço de médio carbono: C=0,25% a 0,60%;
• Aço com alto teor de carbono: C>0.60%.

3) De acordo com as diferentes porcentagens de qualidade de enxofre (S) e fósforo (P), o aço carbono pode ser classificado em quatro graus:

• Aço comum: S≤0.050%, P≤0.045%;
• Aço de qualidade: S≤0.035%, P≤0.035%;
• Aço de alta qualidade: S≤0.020%, P≤0.030%;
• Aço de qualidade superior: S≤0.015%, P≤0.025%.

4) Classificação por método de fundição.

De acordo com o tipo de forno usado para a fundição, o aço carbono pode ser dividido em aço de forno aberto, aço de conversor e aço de forno elétrico. Com base no processo de desoxidação durante a fundição, o aço carbono também pode ser classificado em aço morto, aço semimorto, aço com borda e aço morto especial.

Classes, propriedades e aplicações do aço carbono

1) Aço estrutural de carbono geral. Também conhecido como aço estrutural carbono, seu grau é composto pela letra que representa o limite de escoamento (Q), o valor numérico do limite de escoamento, os símbolos do grau de qualidade e os símbolos do método de desoxidação, nessa ordem, como Q235AF. Exemplos de classes, composições químicas, propriedades mecânicas e aplicações de aço estrutural de carbono em geral podem ser encontrados na Tabela 1-5.

2) Aço estrutural de carbono de qualidade. O grau de qualidade do aço estrutural de carbono é indicado por dois dígitos, que representam o teor médio de carbono no aço como uma porcentagem de dez milésimos.

Por exemplo, o aço 45 indica um aço estrutural de carbono de qualidade com um teor médio de carbono de 0,45%. Exemplos de classes, composições químicas, propriedades mecânicas e aplicações de aço estrutural de carbono de qualidade podem ser encontrados na Tabela 1-6.

Tabela 1-5: Classes, composição química, propriedades mecânicas e exemplos de aplicações para aço estrutural de carbono geral

Observação:

1. Símbolos na tabela: A, B, C, D representam graus de qualidade; F representa aço em ebulição; Z representa aço morto; TZ representa aço morto especial.

2. δ₅ indica que o comprimento do medidor do corpo de prova de tração é cinco vezes o seu diâmetro, ou seja, L ₀ =5d₀ .

Tabela 1-6: Classes, composição química, propriedades mecânicas e exemplos de aplicação de aço estrutural de carbono de alta qualidade

3) Aços para ferramentas de carbono.

As classes de aços carbono para ferramentas são indicadas pela letra T seguida de um número. A letra T significa aço carbono para ferramentas, enquanto o número indica o teor médio de carbono no aço, expresso em um milésimo.

Por exemplo, o T10 representa um aço carbono para ferramentas com um teor médio de carbono de 1,0%. Os aços-carbono premium de alta qualidade são designados com um "A" após o número da classe, como T10A. Para obter detalhes sobre as classes, a composição química, as propriedades mecânicas e as aplicações dos aços carbono para ferramentas, consulte a Tabela 1-7.

Tabela 1-7: Classes, composição química, propriedades mecânicas e aplicações de aços carbono para ferramentas

Aço-liga

O aço-liga, uma forma avançada de aço-carbono, é aprimorado pela adição de determinados elementos de liga, melhorando assim sua utilidade e processabilidade.

Os elementos de liga comumente adicionados incluem manganês, silício, cromo, níquel, molibdênio, tungstênio, vanádio, titânio, boro e elementos de terras raras. Esses elementos podem melhorar as propriedades mecânicas gerais, a temperabilidade, a estabilidade térmica e a resistência à corrosão do aço.

(1) O papel dos elementos de liga no aço

1) Fortalecimento da solução sólida: A maioria dos elementos de liga pode se dissolver na ferrita em graus variados, aumentando assim a resistência e a dureza do aço e reduzindo sua plasticidade e tenacidade.

Alguns elementos de liga, como Mn, Cr e Ni, quando adequadamente proporcionados, podem não apenas fortalecer a ferrita, mas também aumentar a resistência do aço, proporcionando excelentes propriedades mecânicas gerais.

2) Fortalecimento da fase secundária: Quando a afinidade do elemento de liga com o carbono é maior do que a do ferro com o carbono, ele pode não apenas se dissolver na ferrita, mas também formar carbonetos e carbonetos de liga. Todos esses componentes têm alta resistência e estabilidade, aumentando assim a força, a dureza e a resistência ao desgaste do aço.

3) Fortalecimento do refinamento de grãos: Elementos como V, Ti, Nb, Zr, que formam carbetos fortes, e Al, que forma nitretos fortes, podem criar partículas estáveis de carbeto e nitreto. Essas partículas inibem o crescimento de grãos de austenita e refinam os grãos de ferrita. O aço de granulação fina tem propriedades mecânicas superiores, especialmente no que se refere ao aumento significativo da resistência do aço.

4) Aumento da temperabilidade do aço: Com exceção do Co, todos os elementos de liga que se dissolvem na austenita podem aumentar a estabilidade da austenita super-resfriada, deslocando a curva de transformação isotérmica para a direita e reduzindo a velocidade crítica de resfriamento do aço.

Portanto, uma maior profundidade de camada endurecida pode ser obtida quando resfriada no mesmo meio de resfriamento ou, quando a mesma profundidade de camada endurecida é desejada, um meio de resfriamento com menor capacidade de resfriamento pode ser usado para reduzir a tensão de resfriamento na peça de trabalho, minimizando a deformação e as rachaduras.

5) Melhorar a resistência à têmpera do aço: Os elementos de liga afetam significativamente o processo de têmpera do aço.

Em geral, os elementos de liga tornam a martensita menos propensa à decomposição durante a têmpera, impedem o crescimento de carbonetos e aumentam a temperatura na qual essas transformações ocorrem. Isso retarda a redução de dureza do aço à medida que a temperatura de têmpera aumenta, melhorando assim sua resistência à têmpera.

6) Conferir ao aço certas propriedades especiais: Quando uma certa quantidade de elementos de liga específicos é adicionada ao aço, a estrutura e as propriedades do aço sofrem alterações únicas, resultando em ligas de aço com propriedades especiais, como aço inoxidável, aço resistente ao calor e aço resistente ao desgaste.

(2) Tipos de aço-liga

O aço-liga pode ser classificado como: aço-liga estrutural, aço-liga para ferramentas e aço de desempenho especial, com base em seu uso. Dependendo do conteúdo dos elementos de liga, o aço-liga pode ser classificado em aço de baixa liga (w_M<5%), aço de liga média (w_M=5%~10%), e aço de alta liga (w_M>10%).

(3) Designações, propriedades mecânicas e aplicações de ligas de aço estruturais

A liga de aço estrutural inclui aço para estruturas de engenharia e fabricação de maquinário. As designações de aço de liga estrutural geralmente são compostas pela fração média de massa de carbono (expressa em dez milésimos) + símbolo do elemento de liga + fração de massa do elemento de liga (expressa em porcentagens), embora haja exceções.

Exemplos de designações de ligas de aço estruturais comumente usadas, suas propriedades mecânicas e aplicações podem ser vistos na Tabela 1-8.

Tabela 1-8: Exemplos de designações, propriedades mecânicas e aplicações de ligas de aço estruturais comumente usadas

1) Aço estrutural de alta resistência e baixa liga. Esse tipo de aço é derivado do aço de baixo carbono com a adição de uma pequena quantidade de elementos de liga (wM <5%). Geralmente usado em estruturas de engenharia, ele mantém uma resistência relativamente baixa, mas possui excelente plasticidade, tenacidade e soldabilidade. Acessível e normalmente usado em uma condição laminada a quente, ele passa por um tratamento de normalização quando necessário para aumentar sua resistência.

O aço estrutural de baixa liga e alta resistência é usado principalmente na fabricação de pontes, navios, caldeiras, vasos de alta pressão, oleodutos e grandes estruturas de aço.

2) Liga de aço carburado. O aço de liga cementado refere-se ao aço de liga usado após o tratamento de cementação. Esse tipo de aço tem uma fração de massa menor de carbono (0,15%~0,25%) para garantir que o núcleo da peça tenha alta resistência e tenacidade, enquanto a superfície, após a cementação e o revenimento em baixa temperatura, apresenta alta dureza (58~64HRC) e resistência à abrasão.

A liga de aço carburado é usada principalmente na fabricação de peças que exigem alta resistência ao desgaste e suporte de carga dinâmica, como engrenagens em transmissões de carros e tratores, eixos de comando de válvulas em motores de combustão interna etc. Os aços carburizados de liga comumente usados incluem 15Cr, 20Cr, 20CrMnTi e outros.

3) Aço temperado de liga. Esse tipo de aço geralmente tem um teor de carbono de 0,25% a 0,45%. Após a têmpera e o revenimento em alta temperatura (revenimento), ele desenvolve uma estrutura de sorbita temperada, proporcionando ao aço uma boa combinação de alta resistência e tenacidade.

É usado principalmente na fabricação de peças que suportam cargas alternadas significativas e várias tensões complexas, como bielas, eixos de transmissão, eixos de máquinas-ferramenta, engrenagens, cames etc., em carros e tratores. Os aços temperados de liga comumente usados incluem 40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo e outros.

4) Liga de aço para molas. Liga de aço para molas refere-se ao tipo de liga de aço usado na fabricação de várias molas e componentes elásticos. Esse tipo de aço geralmente tem uma fração de massa de carbono de 0,50%-0,65% e contém elementos de liga como Mn, Si, Cr e V.

Após a têmpera e o revenimento em temperatura média, ele desenvolve uma estrutura de troostita temperada, exibindo um alto limite elástico e resistência ao escoamento. Os aços de liga para molas comumente usados incluem 65Mn e 50CrV, entre outros.

(4) Classes, propriedades mecânicas e aplicações de ligas de aço para ferramentas

A liga de aço para ferramentas, que inclui aço para ferramentas de corte, aço para matrizes e aço para ferramentas de medição, é formada pela adição de elementos de liga ao aço carbono para ferramentas. Os graus de liga de aço para ferramentas são geralmente compostos pela fração média de massa de carbono no aço (expressa em permilagem) + o símbolo do elemento de liga + o conteúdo do elemento de liga.

Se a fração de massa de carbono exceder 1,0%, ela não será indicada na classe. Consulte a Tabela 1-9 para ver exemplos de classes, status de tratamento térmico e aplicações de ligas de aço para ferramentas comumente usadas.

1) Liga de aço para ferramentas de corte. A liga de aço para ferramentas de corte é usada para fabricar várias ferramentas de corte, como ferramentas de torno, fresas, brocas, machos, matrizes etc. Os aços para ferramentas de corte de liga comumente usados incluem aço para ferramentas de corte de baixa liga e aço para ferramentas de alta velocidade.

O aço de baixa liga para ferramentas de corte normalmente tem uma fração de massa de carbono (w_C) de 0,75% a 1,45%. Seu processo de tratamento térmico envolve têmpera e revenimento em baixa temperatura. A temperatura máxima de trabalho desse tipo de aço não excede 300°C.

Ele é usado somente para a fabricação de ferramentas de corte de baixa velocidade ou ferramentas com requisitos de alta resistência ao desgaste, como plainas, machos, matrizes, brocas etc. Os tipos comuns de aço para ferramentas de corte de baixa liga incluem 9SiCr, CrWMn, entre outros.

O aço para ferramentas de alta velocidade é um tipo de aço de alta liga e alto teor de carbono, com uma fração de massa de carbono (w_C) de 0,7% a 1,6%, e contém uma grande quantidade de W, Cr, Mo, V e outros elementos de liga. O tratamento térmico do aço para ferramentas de alta velocidade envolve a têmpera seguida de vários revenimentos de alta temperatura, resultando em martensita temperada + estrutura de carboneto.

Após a têmpera normal, a dureza é geralmente de 63 a 66HRC, demonstrando boa resistência ao calor. As ferramentas feitas de aço para ferramentas de alta velocidade ainda mantêm uma alta dureza de cerca de 60HRC sob uma temperatura de corte de 600°C, portanto, são adequadas para corte em alta velocidade. As classes comuns incluem W18Cr4V, W6Cr5Mo4V2 e outras.

Tabela 1-9: Exemplos de classes comuns de ligas de aço para ferramentas, condições de tratamento térmico e aplicações

2) Matrizes de aço-liga. As ligas de aço para matrizes são divididas em aço para matrizes para trabalho a quente e aço para matrizes para trabalho a frio.

O aço para matrizes de trabalho a quente é usado para fabricar várias matrizes de forjamento a quente, matrizes de extrusão a quente e matrizes de fundição sob pressão, etc., com a temperatura da superfície da cavidade atingindo acima de 600°C durante a operação; o aço para matrizes de trabalho a frio é usado para fabricar várias matrizes de puncionamento a frio, matrizes de encabeçamento a frio, matrizes de extrusão a frio e matrizes de trefilação, etc., com a temperatura de trabalho não excedendo 300°C.

O aço para matrizes para trabalho a frio tem uma fração de massa de carbono w_c ≥1,0% e os elementos de liga adicionados podem fortalecer a matriz, formar carbonetos e melhorar a dureza e a resistência ao desgaste do aço. Após a têmpera e o revenimento em baixa temperatura, o aço para matrizes para trabalho a frio obtém uma martensita temperada e uma estrutura de carboneto granular. Os aços para matrizes para trabalho a frio comumente usados incluem Cr12, Cr12MoV, etc.

A fração de massa de carbono do aço para matrizes de trabalho a quente é geralmente de 0,3% a 0,6%, e os elementos de liga adicionados podem melhorar a temperabilidade, a resistência ao calor e a resistência à fadiga térmica do aço.

Após a têmpera e o revenimento em alta temperatura ou em temperatura média, o aço para matrizes para trabalho a quente obtém uma estrutura de sorbita temperada ou troostita temperada. Os aços para matrizes para trabalho a quente comumente usados incluem 5CrNiMo, 3Cr2W8V, etc.

(5) Aços de desempenho especial

Os aços de desempenho especial referem-se a aços com propriedades de uso exclusivas. Há muitos tipos de aços de desempenho especial, mas esta seção apresentará apenas os comumente usados na indústria mecânica: aço inoxidável, aço resistente ao calor e aço resistente ao desgaste.

1) Aço inoxidável.

Aço inoxidável refere-se ao aço capaz de resistir a meios atmosféricos ou corrosivos. Os tipos comuns incluem o aço inoxidável martensítico 12Cr13, o aço inoxidável ferrítico 10Cr17 e o aço inoxidável austenítico 18-8 cromo-níquel.

O aço inoxidável martensítico é frequentemente usado para produtos que exigem altas propriedades mecânicas e resistência à corrosão relativamente baixa; o aço inoxidável ferrítico é amplamente usado nas indústrias de ácido nítrico, fertilizante de nitrogênio e ácido fosfórico, além de ser um material resistente à oxidação em altas temperaturas; o aço inoxidável austenítico é o tipo de aço inoxidável mais usado na indústria, mas a corrosão intergranular deve ser evitada.

2) Aço resistente ao calor.

O aço resistente ao calor refere-se ao aço que mantém alta estabilidade química e resistência térmica em altas temperaturas. A estabilidade química refere-se à capacidade do aço de resistir a várias corrosões químicas em altas temperaturas, enquanto a resistência térmica refere-se ao desempenho da resistência do aço em altas temperaturas.

Os aços resistentes ao calor comumente usados incluem o aço perlítico resistente ao calor, o aço martensítico resistente ao calor e o aço austenítico resistente ao calor.

O aço perlítico resistente ao calor opera a temperaturas de 450 a 550°C e é usado principalmente para a fabricação de peças com pequenas cargas em dispositivos de energia, como tubos de aço para caldeiras; o aço martensítico resistente ao calor opera a temperaturas de 550 a 600°C e é usado principalmente para a fabricação de lâminas de turbinas, válvulas de escape de motores a diesel etc.; o aço austenítico resistente ao calor opera a temperaturas de 600 a 700°C, podendo chegar a 850°C, e é usado principalmente para a fabricação de turbinas de motores a jato e tubos de escape. Entre os aços resistentes ao calor comuns estão o 12Cr1MoV, o 42Cr9Si2 e o 4Cr13Ni8Mn8MoVNb.

3) Aço resistente ao desgaste.

O aço resistente ao desgaste geralmente se refere ao aço com alto teor de manganês que sofre endurecimento por impacto sob cargas de impacto. Seus principais componentes são: w _c =1,0%-1,3%, w _Mn =11%-14%. Ele é moldado e, após o tratamento térmico, obtém uma estrutura totalmente austenítica, que apresenta boa tenacidade e resistência ao desgaste.

Os aços comuns com alto teor de manganês incluem ZGMn13, ZGMn13Cr2, etc. O aço com alto teor de manganês é amplamente utilizado na fabricação de peças que suportam grandes impactos ou pressões, como caçambas de escavadeiras, esteiras de tanques etc. Além disso, o aço com alto teor de manganês não é quebradiço em climas frios, o que o torna adequado para uso em regiões geladas.

Metais não ferrosos e ligas

Alumínio e ligas de alumínio

O alumínio puro tem cor branca prateada, estrutura cristalina cúbica de face centrada e nenhuma transformação alotrópica. É caracterizado por um baixo ponto de fusão (660 ℃), baixa densidade (2,7g/cm³), baixa resistência (σ_b=80MPa), alta plasticidade (ψ=80%) e excelente condutividade elétrica e térmica.

Por isso, o alumínio puro não é adequado para estruturas de suporte de carga. Ele é usado principalmente na fabricação de fios, cabos, utensílios com requisitos de baixa resistência e várias ligas de alumínio. O alumínio puro é quimicamente ativo e tende a formar uma película de óxido robusta e densa em sua superfície, o que lhe confere boa resistência à corrosão no ar e na água doce.

As ligas de alumínio podem ser divididas em ligas de alumínio deformadas e ligas de alumínio fundido com base em suas características de processamento. A Figura 1-41 mostra um diagrama de classificação das ligas de alumínio. As ligas à esquerda do ponto D, quando aquecidas, existem como soluções sólidas monofásicas com boa plasticidade, adequadas para o processamento sob pressão.

Essas ligas são chamadas de ligas de alumínio deformadas. As ligas à direita do ponto D, que contêm uma fração de massa maior de elementos de liga e têm estruturas eutéticas, apresentam temperaturas de fusão mais baixas e boa fluidez, o que as torna adequadas para fundição. Elas são chamadas de alumínio fundido ligas.

As ligas de alumínio deformadas são normalmente processadas em vários produtos semiacabados, como chapas, barras, tubos, fios, perfis e forjados. Entre as ligas de alumínio deformadas, as ligas das séries Al-Mg e Al-Mn têm, em sua maioria, uma estrutura monofásica e não podem ser reforçadas por tratamento térmico. Elas são caracterizadas por boa resistência à corrosão, soldabilidade e plasticidade, além de excelente desempenho em baixas temperaturas.

Essas propriedades as tornam promissoras em áreas como a aeroespacial. As ligas das séries Al-Cu-Mg e Al-Cu-Mn têm forte capacidade de endurecimento por envelhecimento e alta resistência, mas sua resistência à corrosão e soldabilidade são inferiores. Elas são usadas principalmente como componentes estruturais. As ligas da série Al-Mg-Cu-Zn têm a maior resistência à temperatura ambiente entre as ligas de alumínio, mas amolecem rapidamente em altas temperaturas e têm baixa resistência à corrosão.

Elas são usadas principalmente para estruturas e peças importantes submetidas a cargas pesadas. As ligas das séries Al-Mg-Si-Cu e Al-Cu-Mg-Fe-Ni têm boa termoplasticidade, capacidade de fundição e propriedades mecânicas relativamente altas. Elas são usadas principalmente para peças complexas aeroespaciais e de instrumentos e também podem ser usadas como ligas resistentes ao calor.

As ligas de alumínio das séries Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn, Al-Mg-Cu-Zn, Al-Mg-Si-Cu e Al-Cu-Mg-Fe-Ni podem ser reforçadas por tratamento térmico. Exemplos de ligas de alumínio deformadas comumente usadas, sua composição química, propriedades mecânicas e usos são apresentados na Tabela 1-10.

Tabela 1-10: Exemplos de ligas de alumínio deformadas comumente usadas, incluindo suas designações, composições químicas, propriedades mecânicas e aplicações

Observação: M-Annealing; CZ-Quenching + envelhecimento natural; CS-Quenching + envelhecimento artificial.

Cobre e ligas de cobre

O cobre puro tem uma densidade de 8,94g/cm³ e um ponto de fusão de 1083℃. Tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada e nenhuma alotropia. O cobre puro apresenta boa condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência à corrosão. Embora o cobre puro tenha boa ductilidade, sua resistência e dureza são baixas, o que o torna inadequado para uso direto como material estrutural.

Ele é frequentemente usado para fabricar materiais condutores e condutores de calor, dispositivos resistentes à corrosão e também pode servir como matéria-prima para a fabricação de ligas de cobre. O cobre puro não pode ser reforçado por meio de tratamento térmico. Dependendo das diferentes composições químicas, as ligas de cobre podem ser divididas em três categorias: latão, bronze e cobre branco.

(1) Latão

As ligas de cobre com zinco como principal elemento de liga são chamadas de latão. Dependendo da composição química, o latão pode ser dividido em latão simples e latão especial. O latão simples é uma liga binária de cobre e zinco. Quando a fração de massa do zinco está entre 30% e 32%, sua estrutura é uma solução sólida α cúbica centrada na face, conhecida como latão monofásico.

Esse tipo de latão tem excelente forjabilidade, soldabilidade e boa capacidade de revestimento de estanho. Quando a fração de massa de zinco excede 32% (mas não mais que 45%), sua estrutura é uma estrutura de fase dupla α+β, conhecida como latão de fase dupla.

Esse latão tem boa ductilidade em alta temperatura e é adequado para processamento a quente. A designação do latão comum consiste em "H+número", em que H significa latão e o número indica a fração de massa de cobre. Por exemplo, H80 é o latão comum que contém cobre 80% e zinco 20%.

O latão especial é formado pela adição de outros elementos de liga à liga de cobre-zinco. Além do zinco, os elementos de liga comuns incluem chumbo, alumínio, manganês, estanho, ferro, níquel, silício etc. A adição desses elementos de liga aumenta a força, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste do latão.

Dependendo dos elementos de liga primários adicionados, o latão especial pode ser dividido em latão com chumbo, latão com alumínio e latão com manganês, etc. A designação do latão especial consiste em "H+ símbolo do elemento de liga primária + fração de massa de cobre + fração de massa do elemento de liga primária".

Por exemplo, HPb59-1 representa latão especial com uma fração de massa de 59% de cobre e 1% de chumbo, sendo o restante de zinco. As designações, composições químicas, propriedades mecânicas e exemplos de aplicações do latão comumente usado são mostrados na Tabela 1-11.

(2) Bronze

Bronze refere-se a ligas de cobre com elementos de liga principais que não sejam Zn e Ni. Sua designação é composta por "Q+ símbolo do elemento de liga primário + fração de massa do elemento de liga primário". Se for bronze fundido, um "Z" é adicionado antes da designação. O bronze pode ser dividido em bronze comum e bronze especial.

Tabela 1-11: Designações representativas, composições químicas, propriedades mecânicas e exemplos de aplicações de ligas de alumínio deformadas comumente usadas

Bronze comum refere-se ao bronze de estanho, com estanho (Sn) como o principal elemento de liga. A fração de massa de Sn é fundamental para o desempenho do bronze de estanho. O bronze de estanho com uma fração de massa de Sn de 5% a 7% tem a melhor plasticidade, adequada para o processamento de deformação a frio e a quente. O bronze de estanho com uma fração de massa de Sn superior a 10% tem alta resistência, mas pouca plasticidade, sendo adequado apenas para fundição.

O bronze de estanho apresenta excelente resistência à corrosão na atmosfera, na água do mar e em soluções salinas inorgânicas, mas apresenta menor resistência à corrosão em amônia, ácido clorídrico e ácido sulfúrico.

Bronze especial refere-se ao bronze que não contém Sn. Dependendo do elemento de liga principal, ele pode ser dividido em bronze de alumínio, bronze de berílio, bronze de silício etc. O bronze de alumínio tem uma fração de massa de alumínio de 5% a 10%, alta estabilidade química, boa resistência à corrosão e ao desgaste, maior resistência e plasticidade e boa trabalhabilidade.

É usado principalmente para peças resistentes ao desgaste de alta resistência que trabalham em água do mar ou em altas temperaturas. O bronze de berílio tem uma fração de massa de berílio de 1,7% a 2,5%. Ele pode ser submetido ao fortalecimento por solução e ao endurecimento por envelhecimento, possuindo alta resistência, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e condutividade elétrica e térmica.

Ele também tem propriedades especiais, como antimagnetismo e ausência de geração de faíscas por impacto, sendo usado principalmente para elementos elásticos em instrumentos de precisão e peças à prova de explosão em motores. O bronze de silício tem uma fração de massa de silício de 3% a 4,6%, com propriedades mecânicas superiores às do bronze de estanho e bom desempenho de fundição e processamento a frio/quente.

A adição de níquel ao bronze silício pode melhorar significativamente sua força e resistência ao desgaste, usado principalmente no setor de aviação e em linhas telefônicas aéreas de longa distância, linhas de energia etc. O número da marca, a composição química, as propriedades mecânicas e exemplos de aplicações do bronze comumente usado podem ser vistos na Tabela 1-12.

(3) Prata níquel

O níquel prata, também conhecido como cobre branco, refere-se a uma categoria de ligas de cobre compostas principalmente de níquel. Ela é dividida em dois tipos: prata níquel comum e prata níquel especial.

Tabela 1-12: Exemplos de graus comuns de bronze, composições químicas, propriedades mecânicas e usos

A prata de níquel comum, que contém apenas cobre e níquel, possui boa resistência e excelente plasticidade. Pode ser submetido ao processamento de pressão a frio e a quente. Sua resistência à corrosão é excelente e tem uma alta resistividade elétrica com um pequeno coeficiente de resistência à temperatura.

É usado principalmente na fabricação de peças de instrumentos navais, peças de máquinas químicas e equipamentos médicos, entre outros. O grau do níquel-prata é composto por "B + fração de massa média de Ni". Por exemplo, B19 representa o níquel-prata comum com teor de níquel de 19%.

A prata de níquel especial é produzida pela adição de outros elementos de liga à prata de níquel. As propriedades e os usos do níquel prata variam de acordo com o tipo de elemento de liga adicionado. Por exemplo, o níquel-prata manganês com uma alta fração de massa de manganês pode ser usado para fabricar fios de termopar, instrumentos de medição etc. Por exemplo, o BZn15-20 representa níquel-prata especial com teor de silício de 15% e teor de zinco de 20%.

Titânio e ligas de titânio

O titânio puro tem uma densidade de 4,5g/cm³ e um ponto de fusão de 1667°C, passando por alotropia. Abaixo de 882,5 °C, o titânio puro tem uma estrutura de cristal hexagonal compactada, conhecida como α-Ti. Acima de 882,5°C, ele tem uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo, conhecida como β-Ti.

O titânio puro (α-Ti) tem um módulo de elasticidade relativamente baixo, boa resistência ao impacto, alta resistência específica e excelente plasticidade, mas suas propriedades mecânicas são extremamente sensíveis às impurezas.

As principais características das ligas de titânio são alta resistência, baixa densidade, boa resistência ao calor e resistência à corrosão. No entanto, elas têm baixa usinabilidade, são sensíveis ao desgaste e são relativamente caras. As ligas de titânio são categorizadas em tipo α (TA), tipo β (TB) e tipo α+β (TC) com base em suas estruturas recozidas.

Exemplos de graus, composições químicas, propriedades mecânicas e usos de ligas de titânio comumente usadas são mostrados na Tabela 1-13.

(1) Ligas de titânio do tipo α

A estrutura recozida das ligas de titânio do tipo α é uma solução sólida α monofásica e não pode ser reforçada por tratamento térmico. Essas ligas têm estruturas estáveis, excelente resistência à corrosão, boa plasticidade e conformabilidade. Elas também apresentam excelente desempenho de soldagem e propriedades de baixa temperatura.

Eles são comumente usados para fabricar revestimentos de aeronaves, estruturas, discos e lâminas de compressores de motores, carcaças de turbinas e contêineres de temperatura ultrabaixa.

Tabela 1-13: Exemplos de ligas de titânio comumente usadas, suas composições químicas, propriedades mecânicas e aplicações

^{①持久强度表示材料在给定温度下经过100h后，试样发生断裂时的应力值。}

(2) Ligas de titânio beta

As ligas de titânio beta têm uma estrutura recozida de fase beta. Com a têmpera, é possível obter ligas de titânio de fase beta metaestável. Essas ligas podem ser tratadas termicamente para aumentar sua resistência, têm alta resistência à temperatura ambiente e boas propriedades de conformação a frio. No entanto, essas ligas têm alta densidade, sua estrutura não é estável o suficiente e elas têm baixa resistência ao calor. As ligas de titânio beta são usadas principalmente para fabricar componentes de aeronaves que não exigem altas temperaturas, mas precisam de alta resistência, como molas, fixadores e componentes de seção espessa.

(3) Ligas de titânio alfa + beta

A estrutura recozida das ligas de titânio alfa + beta é a fase (alfa + beta), que combina as características das ligas de titânio alfa e beta. Elas têm excelentes propriedades mecânicas abrangentes e são as ligas de titânio mais amplamente utilizadas. Por exemplo, o TC4 (Ti-6Al-4V) é amplamente utilizado no setor aeroespacial e em outros setores industriais.