Ligas de cobre
As ligas de cobre tem elevado interesse
industrial, dado que na maioria dos casos revelam melhores características do que
o metal puro, normalmente as ligas de cobre:
- São mais resistentes;
- Possuem melhores
características para a obtenção de peças de fundição;
- São mais tenazes e menos
duras, resistindo melhor os esforços mecânicos;
- possuem maior
elasticidade;
- São mais baratas.
O
cobre forma ligas com variadíssimos elementos como o estanho, o zinco, o alumínio, o berílio, o silício, o níquel etc.
Pela
sua importância, vamos estudar apenas de forma sumária, os bronzes e os latões.
Bronzes
Chama-se bronzes as ligas
binarias de cobre e estanho. A estas
ligas, aparecem associados outros elementos, em pequenas percentagens, os quais
podem ser considerados como impurezas.
É
usual designar-se também por bronzes as ligas de cobre com alumínio, silício, e berílio, etc. neste caso, associa-se a palavra
bronze o nome do segundo elemento da liga. Exemplo: bronze-alumínio, bronze-silício, bronze-berílio, etc.
Ligas binarias cobre-estanho
As
ligas binarias de cobre e estanho só tem interesse industrial se contiverem
entre 5 a 25% de estanho, dado que as suas caraterísticas mecânicas apresentam
valores muito desfavoráveis fora desses limites.
A
dureza destas ligas mantém-se constante de 5 a 14% de estanho, aumentando a
partir daí; a resistência a tração atinge o máximo cerca de 13% de estanho,
diminuindo depois; o alongamento mantém-se elevado entre 5 e 14%, descendo
depois rapidamente, atingindo um valor próximo de zero, cerca dos 17% de
estanho.
Por
esta análise se poderá perceber que:
- Os
bronzes até 13%, contém dureza elevada e são frágeis, só podem deformar-se a
quente. Quando deformados, são geralmente sujeitos a um recozimento para distensão
de tensões. Este tratamento também se aplica nas peças fundidas.
A estes
bronzes podemos aplicar a têmpera de forma semelhante à dos aços.
A cor
destas ligas depende do teor em estanho, variando de avermelhado para 5% de
estanho, até amarelo-claro partir de 15% de estanho.
É
usual adicionarem-se aos bronzes pequenas quantidades de outros elementos como o chumbo, o zinco e o fosforo, com o
objetivo de melhorar algumas das suas características, o que permite ampliar o
seu campo de aplicação.
Assim
por exemplo:
- O
chumbo melhora a maquinabilidade;
- O fósforo
desoxida e eleva as propriedades antifricção (dureza e tenacidade).
Classificação dos bronzes
Os
bronzes podem dividir-se em três grandes grupos: os bronzes comuns, os bronzes fosforosos e os bronzes especiais.
Ao bronzes comuns
Os
bronzes comuns são ligas binárias de cobre
e estanho, com pequenas percentagens de outros elementos considerados como
impurezas.
Podemos dividi-los, de acordo com a percentagem de estanho, em macios, duros e extraduros.
Bronzes macios –
correspondem as ligas monofásicas, e aplicam-se em peças de decoração,
torneiras, pequenas chumaceiras, etc.
Bronzes
duros – correspondem as ligas bifásicas até 17% de estanho. Aplicam-se
na confecção de casquilhos, bronzes de chumaceiras, placas de escorregamento,
juntas, e duma maneira geral, em peças sujeitas a forte atrito.
Bronzes extraduros –
são bronzes com percentagem de estanho elevada, geralmente superior a 20%, que
se aplicam essencialmente na fabricação de instrumento musicais, devido a sua
sonoridade típica, como é o caso dos sinos, sinetas, etc.
Bronzes fosforosos
São
ligas de cobre e estanho, que foram
submetidas a um processo de desoxidação pelo fósforo, e cuja percentagem de
estanho esta compreendida entre 4 e 13%.
Estas
ligas aplicam-se em fundição, devido as boas características de fluidez.
Utilizam-se frequentemente na fundição de mangas por centrifugação, obtendo-se
um material com boas características mecânicas e isento de porosidades.
Bronzes especiais
Designam-se
por bronzes especiais uma série de
ligas de cobre-alumínio, cobre-silício,
cobre-berílio, etc., as quais por vezes se encontram associados outros
elementos.
Bronzes de alumínio –
são ligas formadas de cobre e alumínio, nas quais a percentagem de alumínio,
não ultrapassa normalmente os 11%. Estas ligas, tem uma elevada resistência a
tração, (atinge 35 kgf/mm2 para 10% de Al) e apresentam um alongamento máximo
para 7% de Al.
As características
mecânicas podem ser melhoradas utilizando tratamentos térmicos, ou adicionando
pequenas quantidades de outros elementos como:
-
Ferro, que aumenta a resiliência, e melhora a resistência a corrosão pelos
ácidos acéticos e sulfúricos.
- Níquel,
que aumenta a resistência a rotura, a dureza, a resistência a corrosão pela
agua do mar e reduz a fluidez.
- Manganês,
que atua como desoxidante, melhorando a resistência a tração, o limite
elástico, a dureza, elimina os pontos duros e diminui o alongamento.
- Magnésio,
que melhora a resistência a corrosão e atua como dessulfurizante, etc.
Latões
Os
latões são ligas binarias de cobre e zinco, aparecendo sempre outros elementos
na sua composição que podem ser considerados como impurezas.
Apesar
da base ser formada por cobre e zinco, outros metais podem ser adicionados, e
variando a quantidade e a proporção destes metais, alteram-se as propriedades
da liga.
Ocasionalmente se adicionam pequenas quantidades de alumínio, estanho,
chumbo e arsênio para melhorar algumas das suas características. É bastante
maleável (mais que o cobre ou o zinco separadamente), dúctil, resistente a
choques e um bom condutor de energia térmica e energia elétrica.
O
latão possui um ponto de fusão relativamente baixo e pode ser fundido
facilmente em pequenos fornos especializados. Este ponto de fusão não é fixo,
pois depende da quantidade e da proporção dos metais que forem utilizados na
sua composição.
No geral, o ponto de fusão do latão situa-se
entre 900 °C e 940 °C. Por estas características o latão pode ser forjado,
fundido, laminado e estirado a frio de maneira mais fácil do que os próprios
metais que o compõem.
Esta
liga apresenta densidade maior que a dos aços, mas menor que as ligas de cobre,
sendo de aproximadamente 8600 kg/m³. Tem uma cor amarelada semelhante à do ouro
e é consideravelmente resistente a manchas.
Classificação dos latões
Os
latões dividem-se geralmente em: latões
comuns e latões especiais.
Latões comuns
Os latões comuns são constituídos por cobre e zinco, considerando-se como
impurezas todos os outros elementos que eventualmente existam na liga.
Estes
latões, costumam dividir-se em dois grupos: os
latões para fundição e os latões para forjar.
Latões para fundição –
são latões com pequenas percentagens de outros elementos que aumentam a
fusibilidade e a moldabilidade das ligas.
Latões para forjar –
estes latões classificam-se de acordo com o tipo de constituintes em latões alfa e latões beta.
a) Latões
alfa: estes tem uma percentagem de zinco variável entre os
5 e 35%, até 20% de zinco apresentam uma cor avermelhada e a partir daí uma cor
amarelada; por isso é usual dividi-los em dois grandes grupos: os latões vermelhos e os latões amarelos.
Latões vermelhos:
1.
Latões com 5% de zinco, designados por ‘’
metal para dourar’’, que se utilizam para joelharia como imitação do ouro.
2.
Latões com 10% de zinco, designados por ‘’
bronze comercial’’ e que se utilizam como imitação de ligas de bronze em
joelharia.
3.
Latões com 15% de zinco, designados por latões ‘’ semivermelhos’’, utilizam-se na fabricação de radiadores para
automóveis.
4.
Latões com 20% de zinco, designados por ‘’ latões baixos’’, utilizam-se na
fabricação de tubos flexíveis.
Latões amarelos
1.
Latões com 25% de zinco, designados por ‘’
latões de molas’’, empregam-se no fabrico de molas.
2.
Latões com 30% de zinco, designados por ‘’
latões de cartucho’’, utilizam-se em trabalhos de estampagem a frio, dada a
sua elevada ductilidade.
3.
Latões com 35% de zinco, designados por’’ latões altos’’, utilizam-se no
fabrico de agulhas para cromar.
b) Latões alfa-beta
Latões
com percentagem de zinco entre 36 a 42%, designados por Muntz Metal, são menos
dúcteis do que os do grupo alfa, pelo que não podem ser forjados a frio, mas
são facilmente maquináveis, pelo que se empregam na obtenção de peças por
arranque de aparas.
A sua
tensão de tração varia entre 35 a 42 kgf/mm2 e o alongamento de 15 a 30%,
valores semelhantes aos de um aço macio ao carbono.
Latões especiais
Os latões especiais são ligas ternárias de cobre e zinco com um terceiro elemento
que pode ser o alumínio, o níquel, o
chumbo, o silício, o berílio, etc.
Estas
ligas tem propriedades semelhantes aos latões
comuns, geralmente de custos mais reduzidos e apresentam características particulares,
próprias do metal adicionado.
Assim,
como no caso dos ferros, nos latões poderíamos introduzir a noção de zinco
equivalente e, a partir daí, inferir as propriedades de cada liga considerada.
Vejamos rapidamente quais os principais tipos de latões especiais:
1. Latões de alumínio
A
adição de alumínio eleva a resistência a tração o limite elástico, e melhora a
resistência a oxidação pela formação de uma película de alumínio impermeável,
reduz ainda a perda de zinco por evaporação e aumenta a resistência a corrosão.
A liga
conhecida por ‘’ yocalbro’’ é muito utilizada em canalizações para agua salgada
na indústria de construção naval.
2. Latões de chumbo
O
chumbo é insolúvel no cobre, permanecendo nos latões em forma de pequenas
bolsas, a sua presença melhora a maquinabilidade pelo seu efeito lubrificante,
embora diminua ligeiramente a resistência mecânica. Utilizam-se na fabricação
de peças sujeitas a atrito.
3. Latões de estanho
O
estanho aumenta a resistência a tração, o módulo de elasticidade e melhora a
resistência a corrosão, especialmente pela agua do mar. Não deve empregar-se em
percentagem superior a 10% por dar origem a precipitação.
As
variedades mais utilizadas na indústria de construção naval são o ‘’ Admiral
Bronze’’ (71% Cu; 28% Zn; 0,9 a 1,2 de Sn, 0,75 Pb; 0,06% Fe) e o ‘’ Naval
Brass’’ (60% Cu; 39,25% Zn; 0,75% Sn); o primeiro emprega-se em tubos de
condensadores e o segundo utiliza-se na substituição do Muntz Metal nos casos
em que é necessário melhorar a resistência a corrosão.
4. Latões ao silício.
O
silício aumenta a fluidez do banho em fusão e a resistência a tração a ao
choque.
O
latão ao silício mais conhecido é o ‘’ Bronzil’’ ou ‘’ Silicon Bronze’’ (85%
Cu; 10% Zn; 5% Si) que se emprega no fabrico de válvulas, bombas, engrenagens,
etc.
5. Latões complexos
Existem latões especiais, designados por latões complexos, constituídos por mais do que um elemento de liga
adicional e que revelam elevada resistência a corrosão.
Entre
os constituintes mais comuns distinguem-se:
- O manganês, que melhora a resistência
a tração, o modulo de elasticidade, o alongamento e atua como desoxidante.
- O ferro, que afina o grão, aumenta a
resistência a tração e o modulo de elasticidade.
- O chumbo, o alumínio, cuja ação
especifica é semelhante a referida para os latões especiais.
Estas
ligas empregam-se frequentemente em construção naval.
Aplicações gerais dos latões
Podemos dizer que, pra além das aplicações especificas já referidas, os
latões:
- ricos em cobre, aplicam-se em
joalharias e adornos.
- amarelos, dada a sua ductilidade,
aplicam-se no fabrico de peças embutidas e estampadas.
- os latões especiais, dada a sua
resistência a corrosão, aplicam-se na indústria de construção naval.
Porém,
duma forma mais generalizada, essa liga metálica é aplicada, por exemplo, na
fabricação de tubos de condensadores, armas, cartuchos de munição, torneiras,
cadeados (a parte dourada), rebites, núcleos de radiadores, instrumentos
musicais de sopro, aparelhos médicos e cirúrgicos, ornamentações, joias e
bijuterias, terminais elétricos, tachos e bacias, moedas, parafusos, arames,
vergalhões, válvulas, rodas para carro, entre outros.
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