PROJETO DE EXTENSÃO I - AGRONOMIA.pdf AGRONOMIAAGRONOMIA
Ligas metálicas (trabalho final)
1.
2. Centro de Formação Profissional do Seixal
EFA NS - Técnico Instalador de Sistemas Solares Térmicos
Área de Competência:
Tecnologia dos Materiais
Código: 4555
Formador: Miguel Oliveira
Tema: Ligas Metálicas
Trabalho de grupo realizado por:
Carlos Castanheira, nº 7
Fernando Chaira, nº 10
Nuno Joaquim, nº 21
19/07/2013
4. No âmbito do módulo de TM (Tecnologia dos Materiais), ministrado
pelo Formador Miguel Oliveira, coube-nos a tarefa de elaborarmos um
trabalho de pesquisa, cujo tema é: Ligas Metálicas.
Este trabalho consiste no estudo de vários objetos alvitrados pelos
formandos, com o principal objetivo de descrever as ligas metálicas
utilizadas na sua conceção, assim como as particularidades e características
das mesmas.
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5. O estanho, que se encontra puro na Natureza em reduzidas quantidades, é
um metal branco prateado, maleável e sólido nas condições ambientais, e
frágil quando aquecido. É pouco dúctil, tem baixo ponto de fusão e é
muito cristalino. Não se oxida facilmente com o ar e, quando exposto à
água do mar e água potável, é resistente à corrosão.
Quando é partido produz um sonido, ao qual lhe dão o nome de “grito de
estanho”, causado pela rotura das suas ligações cristalinas. O estanho pode
ser ofendido pelo ácido sulfúrico, nítrico e clorídrico quando
concentrados, e produz estanatos em contacto com bases.
O estanho sólido tem duas formas estruturais. A baixas temperaturas,
existe na forma "cinzenta" ou estanho alfa (α), que apresenta estrutura
cristalina cúbica. Quando aquecido acima de 13,2 °C, muda para a forma
"branca" ou estanho beta (β), com estrutura cristalina tetragonal.
O estanho é um elemento relativamente escasso na crosta terrestre, com
uma abundância de aproximadamente 2 ppm (m/m), comparado com os
94 ppm (m/m) para o zinco e 63 ppm (m/m) para o cobre.
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6. O principal minério de que é extraído o
estanho é a cassiterita (óxido de estanho),
onde é obtido pela redução do minério
com carvão, num forno a altas
temperaturas. Além deste, o estanho pode
também ser extraído a partir da estanita,
minério que contém Sulfoestanato de cobre
e ferro, composto por cerca de 27,6% de
estanho.
Para obter-se o estanho, para eliminar as impurezas que contém
(enxofre e arsénio), primeiramente, calcina-se a cassiterite em
contacto com o ar. Em seguida, reduz-se a estanho metálico pelo
aquecimento com coque. O estanho bruto obtido fica ainda assim
com muitas impurezas, tais como o ferro. Para o separar deste, tira-se
partido do facto de o ferro ter um ponto de fusão muito mais elevado
do que o estanho. Aquece-se o estanho bruto um pouco acima do
ponto de fusão do estanho puro. De seguida, este funde-se e escorre
sobre uma superfície inclinada, enquanto o ferro fica em forma de
uma liga mais difícil de fundir.
Aplicações do Estanho
O estanho é um dos metais mais antigo e conhecido da humanidade.
É usado como um dos componentes do bronze (liga de cobre e
estanho) desde 3500 a.C., devido à sua capacidade de endurecer o
cobre, esta liga de estanho e cobre foi utilizada para produzir armas,
armaduras e outros apetrechos.
Cassiterita
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7. Juntando 30% a 60% de chumbo, obtém-se também uma liga de baixo
ponto de fusão, utilizada para soldar.
É também muito utilizado com o ferro para revestimentos e acabamentos
na indústria automobilística.
Os copos e os pratos de estanho, a que se junta antimónio e chumbo,
eram também muito usados antigamente. Presentemente, ainda se
fabricam recipientes de estanho, porém evita-se a adição de chumbo,
devido à sua toxicidade.
Para além do cobre, o estanho pode
também originar ligas com o chumbo,
sendo estas muito utilizadas como
revestimento de aços, por vezes até
misturadas com zinco, no sentido de
impedir a corrosão e evitar a eletrólise.
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8. Devido à sua grande flexibilidade, é igualmente possível produzir folhas
muito finas com o estanho, que podem servir para revestimento de
embalagens dos maços de cigarros e de barras de chocolate, bem como
do interior das latas para alimentos de conserva.
É também usado para soldar juntas de tubulações ou de circuitos elétricos
e eletrónicos e forma ligas para fusíveis. Também é muito utilizado nas
telhas, correntes, âncoras e em decorações de objetos de bijutaria.
Por fim, quando conjugado com o nióbio (Nb), forma ligas
supercondutoras a temperaturas muito baixas.
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9. Informações gerais
Nome, símbolo, número Estanho, Sn, 50
Série química metais representativos
Grupo, período, bloco 4B, 5, p
Densidade, dureza 7310 kg/m3, 1,5
Número CAS 7440-31-5
Propriedade atómicas
Massa atômica 118,710 u
Raio atómico (calculado) 140 pm
Raio covalente 139±4 pm
Raio de Van der Waals 217 pm
Configuração electrónica [Kr] 4d10 5s2 5p2
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 18, 4
Estado(s) de oxidação 4, 2, -4 (óxido anfótero)
Estrutura cristalina tetragonal
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 505,08 K
Ponto de ebulição 2875 K
Entalpia de fusão 7,03 kJ/mol
Entalpia de vaporização 296,1 kJ/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 1497 K
Velocidade do som 2500 m/s a 20 °C
Estanho
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10. As ferramentas de corte são utilizadas para cortar materiais metálicos e
não metálicos. São compostas de materiais com elevada rigidez, o que
lhes permite cortar materiais de inferior dureza.
No que concerne aos materiais utilizados na produção destas ferramentas
de corte, normalmente, são de aço carbono, aço rápido, metal duro e de
cerâmica.
Aço Carbono
O aço carbono usado para fabrico de ferramentas de corte tem conteúdos
de carbono que variam entre 0,7 e 1,5% e é utilizado em ferramentas
para usinagem manual ou em máquinas-ferramenta como, por exemplo,
limas, serras, ponteiros e talhadeiras. As ferramentas de aço carbono são
pouco resistentes a temperaturas de corte superiores a 250o C.
Aço rápido
As ferramentas de corte de aço rápido, para além de possuírem o
carbono, têm vários elementos de liga que são responsáveis pelas
propriedades de resistência à corrosão e do aumento da resistência de
corte a quente até 550o C, possibilitando deste modo uma maior
velocidade de corte em relação às ferramentas de aço carbono.
Exemplo:
- O crómio (Cr), metal sólido, quebradiço, de coloração cinza semelhante
ao aço e muito resistente à corrosão;
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11. - O vanádio (Va), metal mole, dúctil de cor cinzenta e brilhante que
apresenta alta resistência ao ataque das bases, ao ácido sulfúrico (H2SO4)
e ao ácido clorídrico (HCl);
- O cobalto (Co), metal de coloração branca azulada com propriedades
magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência à fricção.
Metal duro
Metal duro ou carboneto metálico compõem as ferramentas de corte
mais utilizadas na usinagem dos materiais na mecânica.
O metal duro difere totalmente dos materiais fundidos, como o aço.
Apresenta-se em forma de pequenas partículas metálicas de tungsténio
(W), tântalo (Ta), cobalto (Co) e titânio (Ti), que são misturadas e
compactadas na forma desejada. A última etapa do fabrico do metal duro
é a sinterização, em que as pequenas partículas, depois de submetidas a
altas temperaturas, sensivelmente entre 1 300 e 1 600o C, tornam-se
numa peça acabada de metal duro em forma de lingote.
Todo esse processo garante ao metal duro grande resistência ao desgaste,
com as vantagens de alta resistência ao corte a quente, pois até uma
temperatura de 800o C a dureza mantem-se sem sofrer qualquer
alteração, dando deste modo possibilidade de atingir velocidades de corte
de 50 a 200m/min, até vinte vezes superiores à velocidade do aço rápido.
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12. É uma das ligas metálicas mais antigas da humanidade, segundo a
história, a produção do bronze iniciou-se a mais de 3000 anos, e ficou
reconhecida como Idade do Bronze. Quando os ferreiros perceberam
que a utilização do cobre tornou-se inviável em virtude da procura, estes
por sua vez misturaram acidentalmente o estanho com o cobre na
tentativa de aumentar o volume de material, e a mistura deu certo. Essa
liga entre o cobre e o estanho produziu um metal que apresentava
flexibilidade, e era mais macio podendo seus restos serem fundidos
novamente e reaproveitados na produção de peças, que ao contrario do
ferro e do cobre, que uma vez fundidos apresentavam-se duros e mais
difíceis de manusear.
O bronze é uma liga metálica homogênea composta
pela mistura de cobre e estanho, podendo conter
porções de outros elementos, com objetivos específicos
pra cada uso. Apresenta-se na forma de um metal
quase dourado, é maleável e dúctil, possuir
características bastante peculiares, seu nome tem
origem persa “biring” que significa cobre. Quando
exposto por períodos prolongados é recoberto por
uma camada castanha escura de óxidos dos metais
envolvidos em sua composição.
Moedas de Bronze
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13. As civilizações antigas utilizaram amplamente o bronze entre elas se pode
destacar o Egito, Grécia e Babilônia, evidentemente muitos povos antigos
utilizaram esse material, porém o seu surgimento está ligado a essas
civilizações mais antigas.
O bronze porem mostrou ser mais vantajoso tendo em vista que além de
ser um metal relativamente mole para ser trabalhado conferia beleza e
resistência à peça produzida, a partir deste momento então, inicia-se a
produção de diversos tipos de objetos, como esculturas, armas, utensílios
de cozinha, adornos e até joias.
O bronze é uma liga metálica que possui inúmeros usos, e os mais
comuns são:
- Industriais como a fabricação de parafusos, ferramentas,
equipamentos para usinas, aparelhos elétricos, conexões hidráulicas,
revestimento de motores, em engrenagens em função de sua
resistência ao atrito e manter o brilho, antigamente era usado na
produção de moedas.
- Nas artes plásticas, como se tem visto no decorrer da história muitos
artistas plásticos tem utilizado o bronze em suas criações,
principalmente o povo do Egito antigo e os gregos, o bronze também
utilizado na produção de sinos em virtude de sua ressonância, ou seja,
emite um som característico e agudo quando recebe toque ou
pancada advindo de uma ferramenta;
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14. - Na produção de instrumentos musicais, objetos de decoração em
lápides para túmulos e em estátuas.
Como dito anteriormente alguns tipos de bronze são formados pela
mistura de outros metais, porém o cobre será sempre o metal base na sua
composição. Os metais presentes na composição do bronze são:
Ligas do Bronze Características e aplicações
Cu + Sn + Zn Contem cerca de 2% de zinco e seu uso é na fabricação de parafusos, porcas
e válvulas, após ser submetido a tratamento térmico adquirem uma
resistência elevada. São soldáveis com eletródios de bronze fosfato.
Cu + Sn + Pb Essas ligas variam na composição de chumbo possuindo 7%, 8%, 12% e 15%
recebe também o nome de bronze vermelho, possui características
bastante peculiares como resistência mecânica, térmica e química sendo
amplamente utilizada na produção de peças industriais artesanais entre
outros usos que exijam as propriedades concernentes a liga.
Cu + Sn + Al Contêm em média 6 %, 12% e 20% de alumínio sendo utilizadas na
fabricação de equipamentos e válvulas que exigem alta dureza, resistência
mecânica e química sendo utilizados para fabricação de peças resistentes
ao atrito como canhões de irrigação agrícola, hélices, bombas d’água e
equipamentos para aplicação de agrotóxicos.
Cu + Sn + Mn Contém em média 15% de manganês apresenta alta resistência química
sendo utilizado na produção de tubos para esgotos, indústrias químicas e
equipamentos utilizados no tratamento de água.
Cu + Sn + P Contem cerca de 16% de fósforo em equipamentos que exigem lubrificação
por tempo prolongados, apresenta propriedades superiores as do bronze
com chumbo, é utilizado na produção de eletródios para soldagem e
reparação de peças de bronze.
A produção do bronze na maioria das vezes segue o processo artesanal
tradicional, poucas são as fábricas que utilizam tecnologia na sua
produção. Sua composição é basicamente o cobre e estanho.
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15. O disco de travão é uma peça de conversão de energia cinética em calor
por meio de fricção. A sua eficiência é medida pela sua capacidade de
dissipar o calor gerado. É feito de ferro fundido, e composto de
cerâmicos, como o carbono, kevlar e sílica.
Ligas:
Carbono é um elemento químico, símbolo C, número atômico 6, massa
atómica 12 u, sólido à temperatura ambiente.
Kevlar fibra sintética de aramida muito resistente e leve. É um polimento
resistente ao calor, sete vezes mais resistente que o aço.
Sílica é o principal componente da areia e à principal matéria-prima
usada para o vidro, e também usada na fabricação de cimento. O travão é
ligado aos eixos do carro, é feito para parar um veículo de quatro ou duas
rodas, por meio de um ou várias matérias de fricção na forma de
pastilhas. O sistema de travão depende da pressão que é exercida sobre o
disco.
Pastilhas de travão de (Scooters) Malossi mhr carbon metal-mistura de
fibras. Foi concebida para as pistas de corrida e rua. São usadas de forma
cinética por meio de fricção. É feita de ferro fundido amianto, fibra de
alumínio e magnésio, é fantástica nas travagens em altas temperaturas.
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16. Ligas:
O amianto é uma fibra mineral natural extraída de certas rochas. É
conhecido pelo “linho da montanha.
O alumínio é um metal leve, macio e extremamente resistente, é o
segundo material mais maleável, sendo que o primeiro é o ouro.
O magnésio é um elemento químico de símbolo Mg de número atômico
12 com massa atómica 24 u. É um metal alcalino-terroso, pertencente ao
grupo 2, sólido nas condições ambientais. É ligado as rodas das Scooters
são feitas para parar o veículo de duas, três e quatro rodas.
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17. O ouro é um elemento químico de número atómico 79 (79 protões e 79
eletrões) que está situado no grupo onze (IB) da tabela periódica, e de
massa atómica 197 u. O seu símbolo é Au.
Conhecido desde antiguidade, o ouro é utilizado de forma generalizada
em joalharia, industria e eletrónica, bem como reserva de valor.
É um metal de transição brilhante, amarelo, denso, maleável que não
reage com a maioria dos produtos químicos, mas é sensível ao cloro e ao
bromo. À temperatura ambiente, apresenta-se no estado sólido. Este
metal encontra-se normalmente em estado puro e em forma de pepitas e
depósitos aluvionais e é um dos metais tradicionalmente usados para
cunhar moeda. É facilmente manuseável e maleável que, com apenas um
grama de ouro, é possível obter um fio de 3 quilómetros de extensão e
0,005 milímetros de diâmetro, ou uma lâmina quadrada de 70
centímetros de largura e espessura de 0,1 mecómetro.
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18. O ouro puro é demasiadamente mole para ser utilizado. Por essa razão,
geralmente é endurecido formando liga metálica com prata e cobre. O
ouro e as suas diversas ligas metálicas são muito empregados em
joalharias, fabricação de moedas e como padrão monetário em muitos
países. Devido à boa conduta elétrica, resistência à corrosão uma boa
combinação de propriedades físicas e químicas, apresenta diversas
aplicações industriais.
Nome, símbolo, número Ouro, Au, 79
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 11(IB), 6, d
Densidade, dureza 19300 Kg/m3, 2,5
Número CAS 7440-57-5
Massa atómica 196,9665669(4)u
Raio atómico 174 pm
Raio covalente 144 pm
Estado de oxidação 3, 1
Estrutura Cristalina Cúbico de faces centradas
Ponto de fusão 1337,33 K
Ponto de ebulição 3129 K
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19. Face ao trabalho que nos foi proposto, realizámos todas as pesquisas de
informação possível no sentido de apresentarmos um trabalho
merecedor de uma leitura agradável e esclarecedora.
Com a elaboração deste trabalho, ficámos a conhecer melhor e mais
pormenorizadamente a composição das ligas metálicas e as suas
aplicações em vários utensílios.
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