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Noções básicas sobre materiais

Composição dos metais: Entendendo os elementos que definem os metais e as ligas

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Composição dos metais: Entendendo os elementos que definem os metais e as ligas

A composição de um metal — ou seja, os elementos que o compõem e suas proporções — é o que, em última instância, determina seu grupo, suas propriedades e suas aplicações. Com base na composição, os metais são geralmente classificados em três grupos: metais ferrosos, metais não ferrosos e ligas.

O grupo dos metais ferrosos é composto principalmente por ferro. Pequenas quantidades de outros metais ou elementos, como carbono, manganês, níquel, cromo, silício, titânio e tungstênio, podem ser adicionadas para obter as propriedades desejadas. Os metais não ferrosos, por outro lado, não contêm ferro. Os metais puros mais comuns incluem alumínio, cobre, chumbo, zinco, estanho, prata e ouro. Uma liga é um novo metal formado pela mistura de dois ou mais metais e, às vezes, de outros elementos. Os metais mais amplamente utilizados incluem ferro, alumínio, cobre, titânio, zinco e magnésio.

Composição e classes do aço

O ferro é o componente básico do aço. Quando o carbono, um não-metal, é adicionado ao ferro em quantidades de até 2,1%, o resultado é uma liga conhecida como aço. De maneira mais ampla, o aço é uma liga de ferro e outros elementos, como carbono, manganês, fósforo, enxofre, níquel, cromo, tungstênio, nióbio (colúmbio) e titânio. Cada elemento adicionado à base de ferro influencia as propriedades do aço, e essas adições de liga são responsáveis por muitas das diferenças entre os diversos tipos e classes de aço.

Com base no teor de carbono, os aços são divididos em três grupos principais. Os aços de baixo teor de carbono incluem as classes de AISI 1005 a AISI 1026, além dos aços IF, HSLA, TRIP e TWIP. Os aços de médio teor de carbono variam de AISI 1029 a AISI 1053, e os aços de alto teor de carbono variam de AISI 1055 a AISI 1095.

De acordo com a norma EN, as classes de aço são divididas em vários grupos: aços não ligados (por exemplo, EN DC01 a DC06, S235 e S275), aços ligados (por exemplo, 20CrMo4 e 25CrMo4), aços inoxidáveis, aços para ferramentas (por exemplo, DIN-EN 1.1545, AISI/SAE W110 e DIN-EN 1.2436 ou AISI/SAE D6), aços para chapas e tiras e aços para chapas e tiras magnéticas (por exemplo, EN 1.0890 e EN 1.0803).

Composição do alumínio e séries de ligas

A indústria do alumínio utiliza o alumínio na forma de ligas fundidas e forjadas. Essas duas classes podem ser subdivididas em famílias com base na composição química e na designação do estado de duração. De acordo com o sistema de designação padrão da CEN, amplamente aceito, os tipos de alumínio mais comuns se enquadram nas seguintes séries:

  • Série 1xxx: 1050, 1060, 1100, 1145, 1200, 1230, 1350
  • Série 2xxx: 2011, 2014, 2017, 2018, 2124, 2219, 2319 e os tipos fundidos 201.0, 203.0, 206.0, 224.0, 242.0
  • Série 3xxx: 3003, 3004, 3105 e classes de fundição 383.0, 385.0, A360, 390.0
  • Série 4xxx: 4032, 4043, 4145, 4643
  • Série 5xxx: 5005, 5052, 5083, 5086
  • Série 6xxx: 6061, 6063
  • Série 7xxx: 7075, 7050, 7049 e classes de fundição 710.0, 711.0
  • Série 8xxx: 8006, 8111, 8079 e os tipos fundidos 850.0, 851.0, 852.0

Composição do titânio e grupos de ligas

As ligas de titânio são classificadas não tanto por um único elemento, mas sim pelo equilíbrio de propriedades que sua composição proporciona. O ajuste dos elementos de liga, principalmente alumínio, vanádio, molibdênio, estanho, zircônio e paládio, direciona o metal para uma das três categorias práticas: resistência à corrosão, alta resistência ou desempenho em altas temperaturas.

O grupo resistente à corrosão é composto por titânio comercialmente puro (graus 1 a 4) e variantes levemente ligadas, às quais são adicionadas pequenas quantidades de paládio, molibdênio e níquel para melhorar a resistência em ambientes químicos agressivos. Como a resistência mecânica não é a prioridade nesse caso, essas composições permanecem próximas do titânio puro. Exemplos típicos incluem as classes Ti-Pd (7, 11, 16 e 17) e Ti-0,3Mo-0,8Ni (classe 12), que são preferidas para processamento químico e aplicações marítimas.

O grupo de alta resistência incorpora quantidades maiores de alumínio e vanádio e, frequentemente, molibdênio, cromo ou estanho, a fim de aumentar a resistência mecânica para aplicações estruturais e de suporte de carga. O principal representante desse grupo, e da indústria de titânio como um todo, é o Ti-6Al-4V (grau 5). Outros exemplos incluem o Ti-6Al-6V-2Sn, o Ti-10V-2Fe-3Al e o Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, todos desenvolvidos para oferecer alta resistência, mantendo o baixo peso característico do titânio.

O grupo de altas temperaturas foi projetado para manter a resistência e resistir à fluência em temperaturas elevadas, o que torna essas ligas adequadas para motores e outros componentes da seção quente. Suas composições geralmente combinam alumínio e estanho com zircônio, molibdênio e pequenas adições de silício que melhoram a estabilidade em altas temperaturas. Entre as classes representativas estão o Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, a série IMI, como o IMI 685 e o IMI 834, e o TIMETAL 1100.

Composição e pureza do ouro

A pureza, ou finura, do ouro em joias é indicada pelo número de quilates. O ouro de 24 quilates (24K) é a classificação mais pura do ouro para joias. Também conhecido como ouro fino, sua pureza é superior a 99,7%. O ouro “proof” é ainda mais fino, com pureza superior a 99,95%, mas é utilizado apenas para fins de padronização e não está disponível para joalheria.

Composição do cobre: latões e bronzes

As formas mais utilizadas de cobre e suas ligas são os latões e os bronzes. Um latão é uma liga de cobre e zinco que contém entre 5% e 42% de zinco, como CuZn28, CuZn37 e CuZn42. Seu nome em alemão é Messing (por exemplo, Ms58 equivale a CuZn42), e os latões geralmente são de cor amarela.

O bronze é uma liga de cobre com outros metais. O mais comum é o estanho (por exemplo, CuSn6, CuSn10 e CuSn14), seguido pelo fósforo (por exemplo, PB1C, PB4C, PB3 e LPB1C) e manganês (por exemplo, HTB1, HTB2 e HTB3), mas os bronzes também podem conter alumínio (por exemplo, AB1C e AB2C) e chumbo (por exemplo, LG1C, LG2C e LG3C).

Saiba mais sobre a série Metal

A composição do metal é apenas uma parte do entendimento de como os materiais são definidos, comparados e selecionados. Para ter uma visão completa, explore os artigos relacionados em nossa série sobre Metais. Saiba como o comportamento físico e mecânico dos materiais é descrito em “Propriedades dos Metais” e conheça melhor como os materiais são classificados em famílias em “Classificações dos Metais”. Entenda os documentos que definem os materiais em “Especificações de Metais” e as estruturas acordadas que os regem em “Normas para Metais”. Por fim, descubra como as designações de diferentes sistemas são mapeadas entre si em “Equivalências e Referências Cruzadas de Metais”. Juntos, esses guias conectam composição, propriedades, classes, especificações, normas e equivalências em uma única referência interligada.

Perguntas frequentes (FAQs)

Como a composição química dos metais é utilizada para classificá-los?

Os metais são classificados, segundo sua composição, em três grupos: metais ferrosos, cuja composição é baseada principalmente no ferro; metais não ferrosos, que não contêm ferro; e ligas, que são formadas pela combinação de dois ou mais metais ou elementos. Os elementos específicos presentes e suas proporções determinam as propriedades de cada metal.

Como o teor de carbono afeta a composição do aço?

A adição de carbono ao ferro em quantidades de até 2,1% produz o aço. O teor de carbono é utilizado para definir três grupos principais: aços de baixo carbono (AISI 1005 a 1026), aços de médio carbono (AISI 1029 a 1053) e aços de alto carbono (AISI 1055 a 1095). Outros elementos, como manganês, cromo e níquel, modificam ainda mais as propriedades.

Como as ligas de alumínio são classificadas de acordo com sua composição?

O alumínio é utilizado na forma de ligas fundidas e forjadas, que são subdivididas em séries com base em seus principais elementos de liga, desde a série 1xxx (alumínio essencialmente puro) até a série 8xxx. Cada série oferece um equilíbrio distinto de propriedades.

Qual é a diferença entre latão e bronze em termos de composição?

O latão é uma liga de cobre e zinco que contém entre 5% e 42% de zinco e geralmente apresenta uma cor amarela. O bronze é uma liga de cobre com outros metais, mais frequentemente estanho, mas também fósforo, manganês, alumínio ou chumbo.

O que o número de quilates indica sobre a composição do ouro?

O número de quilates indica a pureza, ou finura, do ouro. O ouro de 24 quilates (fino) tem mais de 99,7% de pureza, o que o torna a classificação mais pura utilizada em joalheria. O ouro “proof”, com pureza superior a 99,95%, é utilizado apenas para fins de padronização e não está disponível para joalheria.