Ligas não ferrosas: estrutura, propriedades, usos, exemplos - Ciência - 2023

Contente

As ligas não ferrosas são aqueles que não possuem metal ferroso em sua composição. Portanto, não é constituído por nenhum dos tipos de aços, e sua base principal pode ser a de qualquer outro elemento metálico; como alumínio, prata, cobre, berílio, magnésio, titânio, etc.

Ao contrário dos aços densos, ideais para o suporte metálico de edifícios e cabos de pontes, as ligas ferrosas costumam ser mais leves e resistentes à corrosão. Daí para lá o número de suas aplicações aumenta exponencialmente, cada uma exigindo um tipo específico de liga, com uma composição metálica exata.

Algumas das ligas não ferrosas mais antigas e conhecidas da história são o bronze e o latão. Ambos têm o cobre como base metálica, com a diferença de que no bronze é predominantemente misturado com estanho, e no latão com zinco. Dependendo de suas combinações e composição, podem surgir bronzes e latões com propriedades extensas.

E indo para o presente moderno, as ligas que compõem os dispositivos eletrônicos são essencialmente não ferrosas. Além disso, a estrutura dos veículos e aeronaves mais sofisticados é feita dessas ligas, para dar-lhes resistência com o menor peso possível.

Estruturas de ligas não ferrosas

Cada metal possui suas próprias estruturas cristalinas, que podem ser do tipo hcp (hexagonal compacto), ccp (cúbico compacto) bcc (cúbico centrado no corpo), ou outros.

Quando derretidos e soldados em uma solução sólida que então cristaliza, os átomos de todos os metais são unidos por ligações metálicas e as estruturas resultantes adicionam ou mudam.

Portanto, cada liga para uma determinada composição terá suas próprias estruturas cristalinas. Por isso, para estudá-los, utiliza-se antes os termos das fases (normalmente designadas por α e β), representadas graficamente em um diagrama de fases em função de variáveis como temperatura, pressão e composição.

A partir desses diagramas de fase, pode-se prever a que temperatura (fase líquida) a liga não ferrosa de um sistema constituído de dois ou mais metais irá derreter, bem como a natureza de suas fases sólidas.

Considere o par prata-cobre. Ao analisar seu diagrama de fase, as informações físicas e estruturais podem ser extraídas das várias ligas com diferentes combinações de prata-cobre (10% Ag e 90% Cu, 25% Ag e 75% Cu, etc.). Obviamente, os metais devem ser solúveis uns nos outros para que possam se cristalizar em uma liga de maneira homogênea.

Propriedades

As propriedades das ligas não ferrosas são muito diversas. Para os aços não é muito difícil generalizar, pois apresentam sinergia das propriedades do ferro com as do ferro-carbono, Fe-C. Em vez disso, as propriedades das ligas não ferrosas dependem principalmente da base metálica.

Por exemplo, se as ligas forem de alumínio ou magnésio, ambos metais leves, espera-se que sejam leves. Se o titânio, um metal mais denso, for misturado a qualquer outro metal leve, a liga resultante deve ser ligeiramente mais leve e flexível.

Se o cobre e o ouro são conhecidos por serem bons condutores de calor e eletricidade, então suas ligas devem oferecer materiais mais baratos, menos macios e mais resistentes ao trabalho mecânico e à corrosão.

Se todas as propriedades e características deste tipo de ligas pudessem ser generalizadas, teriam que ser: menos densas, mecanicamente mais resistentes em relação ao seu peso, mais inertes contra a oxidação causada pelo seu ambiente, deformáveis, altamente condutoras de calor e eletricidade. Para o resto, existem muitas exceções.

Formulários

Alumínio

São ligas muito leves e, portanto, sua estrutura deve ser bcc (a menos compacta). Eles podem ser deformados para assumir vários formatos, como latas, para armazenar alimentos e bebidas.

Eles tendem a ter alta resistência à corrosão, mas é inversamente proporcional à sua resistência mecânica, que aumenta quando misturados com cobre, magnésio ou manganês. Aqueles com melhor resistência mecânica encontram uso como peças de carrocerias de automóveis e de aeronaves.

Titânio

-As ligas de titânio encontram muitas aplicações para o desenho de próteses ósseas e, em geral, este metal é altamente compatível com matrizes fisiológicas.

Também é utilizado como parte da estrutura e superfície de aeronaves, veículos, motocicletas, tacos de golfe, entre outros artefatos e objetos.

-Misturado com alumínio, suas ligas têm sido usadas na construção de telhados de templos e pagodes japoneses, e nas estátuas de seus dragões.

Prata

-Sua liga com grafite (Ag-C) possui baixa resistência elétrica e por isso é utilizada como componentes de disjuntores.

-Misturado ao mercúrio, obtém-se um amálgama com 50% Hg e menor porcentagem de cobre e estanho, utilizado para preencher defeitos dentais.

-Sua liga com cobre lhe confere uma resistência tal que cria discos de corte de metal e serras.

-Na joalheria é utilizado em uma liga de paládio e platina, resistente a arranhões e à perda de brilho.

Magnésio

Eles são mais densos que o alumínio, mas por outro lado suas propriedades são semelhantes. Eles resistem bem às condições atmosféricas, por isso têm sido utilizados na fabricação de peças automotivas, em caixas de câmbio, rodas, mísseis, enfim, em máquinas de alta velocidade (assim como em bicicletas).

Berílio

-Sua liga Be-Cu é usada para componentes eletrônicos para pequenos dispositivos, como smartphones, iPads, relógios de pulso, tablets, etc.

-As cerâmicas (misturadas com gálio, arsênio ou índio), são utilizadas em circuitos eletrônicos com alta densidade de corrente.

-Na medicina, as ligas de berílio forjam muitos de seus instrumentos e dispositivos, como marcapassos, bisturis a laser, scanners, estruturas de equipamentos de ressonância magnética nuclear, entre outros.

-Também forja parte dos armamentos militares e nucleares, também fez espelhos para satélites com ligas de berílio.

-Ferramentas forjadas com essas ligas não produzem faíscas quando submetidas a alto atrito.

Exemplos

Alguns exemplos específicos de ligas não ferrosas são:

-Monel e Constantán, ambas ligas de níquel-cobre, mas com uma composição de 2: 1 e 45% (55% cobre), respectivamente.

-Cromel, cuja composição é 90% níquel e 10% cobre. É utilizado como parte do sistema elétrico de fornos industriais, capaz de suportar altas temperaturas.

-Ti-6Al-4V, uma liga de titânio com vanádio, alumínio e outros metais, especialmente utilizada para fins biológicos.

-Stelite, uma liga de cobalto e cromo.

-Magnalium, liga de alumínio com baixa porcentagem de magnésio (menor ou igual a 10%). São chapas praticamente de alumínio, mais resistentes à tração e mais tenazes.

-Ouro branco, cuja composição é 90% de ouro com 10% de qualquer metal branco, como prata ou paládio.

Referências

Dr.C.Ergun. (s.f.). Ligas não ferrosas. [PDF]. Recuperado de: users.fs.cvut.cz
Nippon Steel e Sumitomo Metal Corporation. (2012). Materiais Estruturais Não Ferrosos (Titânio, Alumínio). [PDF]. Recuperado de: nipponsteel.com
W.A. Monteiro, S.J. Buso e L.V. da Silva (2012). Aplicação de Ligas de Magnésio em Transporte, Novos Recursos em Ligas de Magnésio, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
Copper Development Association. (2018). Cobre e ligas de cobre. Recuperado de: copperalliance.org.uk
Michael Oistacher. (7 de março de 2018). Ligas de prata e seus usos. Recuperado de: mgsrefining.com
Terrence Bell. (26 de setembro de 2018). Aplicações de berílio. Recuperado de: thebalance.com
Cosmolinux. (s.f.). Diagramas de fases de atividades. Recuperado de: cosmolinux.no-ip.org