Propriedades e Aplicações das Ligas Metálicas

Publicado por Materiais Júnior em março 4, 2021março 4, 2021

Atualmente, com o desenvolvimento da indústria, tem-se utilizado em larga escala os materiais chamados de ligas metálicas. Esses são desenvolvidos para se atingir propriedades específicas, não obtidas com matérias-primas puras. Iremos, portanto, explorar o que são as ligas metálicas e o porquê de sua importância não só no cenário industrial, como também no dia a dia.

O que são Ligas Metálicas?

Ligas metálicas são formadas pela mistura de dois ou mais elementos, sendo um deles, necessariamente, metal, utilizado em maior quantidade na mistura. Os demais átomos são considerados impurezas na mistura. 

É dada bastante importância para as ligas na atividade industrial, pois elas apresentam propriedades que os metais, por si só, não possuem, como condutividade elétrica e térmica, resistência à corrosão e mecânica, brilho e alta temperatura de fusão. Sendo assim, muitos metais não são utilizados em sua forma pura, mas são usados como ligas metálicas.

Essas propriedades químicas e mecânicas dependem dos elementos de formação da liga e suas respectivas proporções, da estrutura cristalina e dos tratamentos térmicos aos quais a liga metálica é submetida.

As ligas são criadas pelo aquecimento de seus componentes até os respectivos pontos de fusão, conjuntamente ou isolados, com posterior resfriamento e solidificação.

Quais são as principais ligas metálicas?

De acordo com a composição química, as ligas metálicas podem ser subdivididas em ligas ferrosas e ligas não-ferrosas.

Ligas Ferrosas

Quando o principal elemento constituinte é o ferro, a liga metálica é denominada ferrosa, e devido à sua constituição com predominância do ferro, há facilidade de ocorrer corrosão. Apesar do alto teor de corrosão, as ligas ferrosas são amplamente utilizadas nas indústrias e no dia a dia, vez que o ferro é encontrado em abundância na natureza, e seu custo não é tão elevado.

Aço

Exemplos de ligas metálicas ferrosas são o aço e o aço inoxidável. O primeiro, produzido em siderúrgicas, possui 98,5% de sua composição sendo ferro, enquanto o 1,5% de composição restante é de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo. 

As vantagens do aço sobre o ferro são a maior resistência à tração, o que possibilita seu uso na construção civil (estrutura de edificações e concreto amado), e o menor custo envolvido na construção. Além disso, o aço possui maior dureza, então pode passar por processos de forja, laminação e extrusão. 

Aço Inoxidável

O aço inoxidável, por sua vez, tem sua composição dada por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel. Sua vantagem, em relação ao ferro, é que ele praticamente não sofre oxidação, o que possibilita seu uso em peças que sofrem o contato direto com o oxigênio e com a umidade do ar.

Ferro fundido

Uma outra categoria das ligas ferrosas são os ferros fundidos, que contém entre 3% e 4,5% de carbono em sua composição, além de outros elementos. Eles possuem esse nome porque seus pontos de fusão são considerados baixos, entre 1150°C e 1300°C se comparados aos aços, por exemplo.

De maneira geral, eles são muito frágeis, como os ferros fundidos cinzentos, mas que são extremamente eficientes no amortecimento de energia vibracionais, sendo muito utilizados na construção da base de máquinas que são expostas a vibrações constantes. Além disso, eles são resistentes ao desgaste e são um dos metais mas baratos que existem.

Ligas metálicas não-ferrosas

As ligas metálicas não-ferrosas, por sua vez, não possuem ferro como principal constituinte; por consequência, comparadas às ligas ferrosas, são mais resistentes à corrosão. Algumas das principais ligas não-ferrosas as de Latão, Amálgama, Cobre, Alumínio e Titânio.

Ligas de Cobre

• Latão

O latão é constituído por quantidades variantes de cobre (95% a 55%) e de zinco (5% a 45%). Dada essa composição, suas principais propriedades são a alta flexibilidade e a fácil moldagem.

• Bronze

Já o bronze é constituído por cobre, estanho, alumínio, silício e níquel. Além de ser mais resistente que o latão, ele possui um alto grau de resistência à corrosão e uma boa à tração.

Ligas de Amálgama

A amálgama possui sua composição por 70% de prata, 18% de estanho, 10% de cobre e 2% de mercúrio. Consequentemente, suas principais propriedades são a resistência à oxidação, alta maleabilidade e baixo coeficiente de dilatação. 

Ligas de Alumínio

As ligas de alumínio são constituídas por cobre, magnésio, silício, manganês e zinco. Elas possuam uma condutividade elétrica e térmica elevadas, assim como uma alta resistência a corrosão na atmosfera ambiente, possibilitando seu uso em diversos momentos do nosso dia-a-dia. Entretanto, sua baixa temperatura de fusão, (660°C), o impede de ser utilizado em ambientes onde a temperatura é muito elevada.

Recentemente, há muitos estudos na junção das ligas de alumínio com metais de baixa massa específica, a fim de serem utilizados na área de transportes, reduzindo o peso, como consequência, a redução do consumo de combustíveis.

Ligas de Titânio

As ligas de titânio são materiais recentes, mas que já vem demonstrando propriedades extraordinárias. Elas são extremamente resistentes, possuem uma alta resistência à tração à temperatura ambiente. Além disso, elas são muito dúcteis, o que significa que elas podem ser forjadas e usinadas com facilidade.

Sua alta resistência à corrosão possibilita sua aplicação nos mais diversos campos da indústria de ponta, como no ambiente marinho para a indústria do petróleo, até na estrutura de aeronaves e veículos espaciais.

Exemplo de uma liga de titânio. Note a coloração bem característica desse tipo de liga.

Entretanto, mesmo possuindo tantas propriedades vantajosas e inúmeras aplicações, ainda mais quando combinados com outros metais, como o nióbio, o titânio é um metal que possui uma alta  reatividade química, quando submetido a temperaturas elevadas. Esse problema exigiu que técnicas não convencionais de processamento fossem desenvolvidas, tornando as ligas bastante caras.

Superligas

As superligas são utilizadas em momentos que necessitem suportar a exposição a ambientes altamente oxidantes e temperaturas elevadas, como turbinas de aeronaves, reatores nucleares e equipamentos na indústria petroquímica.

A liga com escândio é um exemplo de superliga. Fonte

Aplicações

As ligas metálicas são de grande importância para o setor industrial metalúrgico brasileiro, tendo ampla utilização em caldeirarias, ferramentarias e usinagens. 

Por terem propriedades alteradas e aprimoradas, quando comparadas aos metais puros, as ligas metálicas podem ser utilizadas além da indústria, com inúmeras outras finalidades.

Tratando primeiramente das ligas metálicas ferrosas, tem-se o exemplo do aço e do aço inoxidável. O aço, por suas propriedades já tratadas, pode ser utilizado em panelas, caldeiras, palhas de aço, mesas, portões, rodas de automóveis, pontes, entre outros. O aço inoxidável, que possui menos chance de oxidar, pode constituir, por exemplo, talheres e utensílios de cozinha, peças de carro, brocas e equipamentos de construção civil, e itens de decoração.

Para as ligas metálicas não-ferrosas, são trazidos como exemplos o latão e a amálgama. O latão, por ser bastante flexível, pode ser usado para a produção de instrumentos musicais de sopro, peças de máquinas, tubos, armas e torneiras. A amálgama, por sua vez, possui propriedades que possibilitam seu uso na área odontológica, sendo uma liga predominante nas obturações dentárias.

Como produzir ligas metálicas?

As ligas metálicas são fabricadas através da mistura de elementos, sendo pelos um deles o metal, em predominância na composição. Para que essa produção seja feita de forma satisfatória, há várias etapas realizadas na indústria, que necessitam de manuseio e equipamentos específicos.

Primeiramente, ocorre a fusão dos componentes da liga em alta temperatura, para que seja formada uma mistura homogênea. Usualmente, funde-se o metal de maior ponto de fusão, e então se adiciona os demais elementos. Nesse processo, não é necessária uma ordem de adição de elementos, e todos os elementos da liga podem ser fundidos ao mesmo tempo, pois o produto final não será alterado.

Entretanto, quando ligas metálicas possuem elevado ponto de fusão ou um de seus componentes sendo imiscível no estado líquido, é feito o processo de compressão no lugar da fusão. Na compressão, a obtenção da liga metálica se dá através da aplicação de altas pressões sobre porções adequadas de cada um de seus componentes.  

Após ser obtida a mistura homogênea, a liga metálica é despejada em uma forma específica, com tamanho, largura e comprimento apropriados, de acordo com as necessidades de sua futura aplicação. Esse recipiente do despejo deve necessariamente resistir a altas temperaturas, e é chamado na indústria de cadinho de ferro, aço ou grafite.

Cadinho feito de grafite.

Por fim, a mistura da liga metálica é resfriada, para que possa solidificar e tomar o formato determinado. 

Ademais, durante todo o processo de produção da liga metálica, é necessário ter o cuidado com a oxidação, pois há grande chance de exposição das ligas ao sol e a ambientes úmidos, o que as deixam suscetíveis à corrosão.

Para evitar a deterioração das ligas metálicas, pode-se aplicar pinturas protetoras, ou então, alterar a composição da liga, trazendo como base elementos que minimizem a ocorrência de oxidação.