Metalúrgia Básica para Ourives e Designers

7/29/2019 Metalrgia Bsica para Ourives e Designers

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---METALURGIA BASICAPARA OURIVES E DESIGNERS

,

DO METAL A lOlA

.1 EDITORAC . BLUCHER 50 anos


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Metalurgia Basicapara Ourives e Designersdo metal ajoiaAndrea Madeira Kliauga

Maurizio FerranteL a n ~ a m e n t o 2009

ISBN: 9788521204596Paginas: 348Formato: 20,5x25,5 em

Peso: 0,755 kg


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""METALURGIA BASICAPARA OURIVES E DESIGNERS

DO METAL A lOlAPrimeiro livro brasileiro para estudantes da arteda ourivesaria, proflssionais atuantes e tecnicosresponsaveis pela p r o d u ~ a o industrial de joias emouro e prata m a c i ~ a s e de joias folheadas. 0 livrofaz uma i n t r o d u ~ a o sabre conceitos e propriedadesdos materiais metalicos e aborda a p r o d u ~ a o deprodutos metalicos par processos de f u n d i ~ a o ,c o n f o r m a ~ a o medinica e brasagem/soldagem. Naobra sao apresentadas propriedades e caracteristicasde f a b r i c a ~ a o de ligas de ouro, prata, latao e estanho,de forma did


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CONTEDO

1. Uma introduo sobre a matria 11.1 A histria do tomo 11.2 Ligaes qumicas e a matria 10

2. Materiais metlicos e suas propriedades 152.1 Principais caractersticas dos materiais metlicos 152.2

Propriedades dos metais de interesse na joalheria 192.2.1 Aspectos gerais 202.2.2 Comportamento qumico dos metais (oxidao e ataque qumico) 342.2.3 Densidade 362.2.4 Brilho e cor 41

2.2.5Propriedades trmicas (calor especfico, calor latente de fuso,coeficiente de expanso trmica e condutividade trmica) 44

2.2.6 Resistncia mecnica 48

3. A ormao de ligas metlicas 573.1 Misturando os elementos metlicos 573.2 O calor de soluo e os diagramas de fase 603.3 Diagramas de fase de interesse 68

3.3.1 Os sistemas Au-Ag, Au-Cu e Ag-Cu 68

3.3.2 Sistema ternrio Ag-Au-Cu 793.3.2.1 Como ler diagramas ternrios 793.3.2.2 O sistema Ag-Au-Cu 833.3.2.3 Caractersticas das ligas comerciais Au-Ag-Cu 893.3.2.4 A influncia de outros elementos de liga 97

3.3.3 Sistemas Ag-Au-Pd e Au-Cu-Ni, o ouro branco 1003.3.3.1 Sistema Au-Cu-Ni 1013.3.3.2 Sistema Ag-Au-Pd 104

3.3.4 Ligas de cobre os lates e os bronzes 106

3.3.5Ligas de baixo ponto de fuso ligas de estanho(Sn-Sb, Sn-Pb, Sn-Ag) 116

3.4 Clculo de ligas 120

4. Fuso e solidifcao 1294.1 Fuso 129

4.1.1 Equipamentos para fuso 1314.1.2 Cadinhos 1404.1.3 Fluxos 1434.1.4 Caractersticas de fuso das ligas comerciais 1464.1.5 A fundibilidade 1534.1.6 O vazamento do metal 1564.1.7 Lingoteiras 156

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VI METALURGIA BSICA PARA OURIVES E DESIGNERS DO METAL JOIA

4.2 A solidificao 1584.2.1 A contrao da pea solidificada 163

5. Tecnologia de undio 1695.1 Perspectiva histrica 169

5.2 Noes tericas da fundio 1725.3 Fundio em coquilha 1815.4 Fundio em molde de areia 1825.5 Fundio centrfuga 1855.6 Fundio por cera perdida 187

5.6.1 O modelo 1895.6.2 O molde de borracha 1935.6.3 A injeo da cera 1995.6.4 A montagem da rvore 2045.6.5 Preparando o molde cermico 2075.6.6 Retirando a cera (decerao) 2115.6.7 Calcinao do revestimento 2135.6.8 A fundio 2165.6.9 Extrao do revestimento e limpeza 2195.6.10 Defeitos de fundio 220

6. Conormao mecnica 2256.1 A microestrutura da deformao 2256.2 A recristalizao 2316.3 Processos de conformao mecnica 239

6.3.1 Forjamento 2396.3.2 Laminao 2496.3.3 Trefilao 2596.3.4 Corte, estampagem, dobramento 267

7. Tratamentos trmicos 2817.1 Introduo 2817.2

Tratamentos de homogeneizao e solubilizao 2857.3 Tratamento de precipitao (ou de envelhecimento) 2897.4 Oxidao durante o tratamento trmico 2947.5 Controle da oxidao superficial 2967.6 Equipamentos para tratamentos trmicos 297

8. Procedimentos de unio: brasagem e soldagem 3018.1 Conceitos: a diferena entre brasagem e soldagem 3018.2 Brasagem 301

8.2.1 Ligas de brasagem 3038.2.2 Fluxos de brasagem 3068.2.3 Condies para formao de uma junta resistente 3098.2.4 Segurana durante a brasagem 319

8.3 Soldagem 320

8.3.1 Soldagem termoqumica 3238.3.2 Soldagem termoeltrica 3258.3.3 Soldagem a laser 3338.3.4 Segurana na soldagem 336

Referncias Bibliogrficas 337ndice Remissivo 339

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1Uma introduo sobre a matria

1.1 A histria do tomo

Oreconhecimento de que a matria consiste de tomos oi lento e se estendeu por dois milnios.

O conceito de tomo oi desenvolvido por Democritus e Epicuro por volta de 400 a.C. para

resolver um conito lgico: por um lado, havia a observao de que os objetos naturais esto

num constante estado de transormao; de outro, a inabalvel de que as coisas reais so indestrutveis.

Os gregos achavam que esse impasse flosfco poderia ser evitado se tomos invisveis ossem aceitos como

constituintes permanentes do universo, e se as transormaes observadas ossem interpretadas em termos

de seus movimentos.

Com a ideia do tomo, podia-se entender muitas propriedades da matria:

Os slidos seriam ormados por tomos tendo extenses com as quais poderiam unir-se ormando uma massa rgida.

Os tomos dos lquidos seriam lisos para deslizarem uns sobre os outros.

O gosto de algumas substncias estaria ligado a arestas agudas de seus tomos, que eririam a lngua.

a) b) c)

Figura 1.1 Representao do que seriam os tomos imaginados pelos gregos em 400 a.C. baseando-se em estruturas que encon-

tramos no dia a dia: a) tomo dos slidos pea de montagem de jogo inantil; b) tomo dos lquidos bolas de gude;

c) tomos de substncias cidas estrutura de um ourio do mar.

Enquanto algumas dessas ideias so de uma preciso notvel (as molculas das enzimas de abacaxi cru naverdade erem a lngua, destruindo a estrutura das protenas), elas no deixam de ser construes mentais.

As principais objees estavam dirigidas sua simplicidade em comparao com a complexidade da nature-

za. Como que uma coisa pequenina e inanimada poderia ser responsvel por objetos que tinham vida?

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UMA INTRODUO SOBRE A MATRIA 3

visveis com pesos dierentes (cada elemento teria tomos dierentes) que se combinavam entre si para or-

mar compostos de propores (peso, volume) defnidas. Foi o italiano Avogadro quem em 1811 elaborou a

hiptese de que volumes iguais de gases continham nmeros iguais de molculas. Mais tarde (1858), Stanis-

lao Cannizzarro comprovou esta hiptese provando que os pesos moleculares so mltiplos inteiros de al-

gum nmero que muito provavelmente seria o peso atmico expresso em gramas. Cannizzaro tambm ve-

rifcou que o peso atmico poderia ser medido atravs do seu calor especfco, ou seja, do calor necessrio

(em calorias) para azer com que 1 g do material aumente de 1 C.

F

E

C H

LK

A

B

D

C

G H

A

B

D

C

Figura 1.2 Cristal de quartzo e representaes de arranjos de partculas esricas de acordo com Hooke (1745) e Huygens (1690).

Os pesos atmicos so quocientes adimensionais que no tm relao com qualquer unidade parti-

cular de medida. O nmero de Avogadro (N = 6,023 X 1023), representa o nmero de tomos presen-

tes quando tomamos o peso atmico em gramas, ou 1 moldaquele elemento. O volume molecular de

um slido expresso em cm3/mol, dividido pelo nmero de Avogadro, ornece o volume aproximado de

10-4 cm3. A raiz cbica deste nmero, aproximadamente 10-10 m, d uma aproximao da ordem de gran-

deza do raio do tomo. Perrin, em 1909, mediu experimentalmente o nmero de Avogrado em 15 expe-

rimentos dierentes e em 1926 recebeu o Prmio Nobel por ter defnitivamente mostrado a existncia

dessa entidade sica.

Graas comprovao da hiptese de Avogadro por Cannizzarro, o conhecimento sobre os elementos e

seus pesos evoluiu, e em 1869 Mendeleev organizou a primeira tabela peridica. Ele disps os elementos

segundo seu peso atmico e segundo a sua valncia, que a base para entender por que os elementos or-

mam amlias naturais e apresentam proundas analogias qumicas e sicas uns com os outros. Valncia,

segundo uma defnio de 1850, a capacidade combinatria de um elemento. Mas, para entender melhor

as valncias, necessrio caminhar mais um pouco na histria.



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mas metais amoros s so conseguidos por meio de misturas adequadas de tomos somadas a um resria-

mento muito rpido do lquido.

a) b)

c) d)

Figura 1.11 Estados da matria: a) gasoso; b) lquido; c) slido amoro; d) slido cristalino.

Como oi dito, valncia signifca que existem eltrons mais racamente ligados ao tomo e que podem

tomar parte na ormao de ligaes qumicas. A maneira de os tomos se combinarem depende da sua

energia de ionizao. As afnidades eletrnicas dos no metais so em geral mais altas do que a dos metais, eeles tm maior tendncia aquisio de eltrons do que os metais e semimetais. Essencialmente, existem

quatro tipos de ligaes atmicas: ligaes inicas, covalentes, metlicas e de van der Waals.

Ligao inica

Quando um tomo doa ou recebe um eltron, ele se torna on positivo, no primeiro caso, ou negativo, no

segundo. Ou seja, a sua carga eltrica total deixa de ser nula. O aspecto essencial da ligao inica a simetria

eletrnica. A transerncia de eltrons de tomos de baixa energia de ionizao (metais) para tomos de alta

afnidade eletrnica (no metais) produz ons com cargas opostas, cuja atrao mtua (oras de Coulomb)

conduz a um cristal estvel. O exemplo deste tipo de ligao o sal de cozinha, NaCl. O sdio doa um eltron

para a nuvem eletrnica do cloro e passa a ter uma carga positiva enquanto o cloro adquire carga negativa. Por

ora eletrosttica, os dois tomos se atraem e, na presena de outros tomos com o mesmo tipo de ligao

qumica, orma-se um reticulado contnuo que procura anular a carga eletrnica total do conjunto.



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O-

O-

O-O-

Si+

Figura 1.14 Distribuio espacial de molculas de SiO4

4- ormando o cristal de quartzo.

Ligao metlica

As ligaes metlicas podem ser entendidas como ligaes covalentes no saturadas, ou seja, no h

preenchimento dos orbitais externos do tomo, sendo que sempre h mais eltrons do que ligaes neces-

srias para a saturao. Isto az com que os eltrons circulem livremente em uma estrutura de ons posi-

tivos. A boa condutividade trmica e eltrica dos metais explicada por esta liberdade dos eltrons. Como

no h nada alm da geometria para restringir o nmero de vizinhos atmicos, os tomos metlicos tendem

a se agrupar de maneira compacta, como em um conjunto de eseras slidas. Em metais puros, isto leva a

estruturas cristalinas bem simples.

- - -

- - -

- - -

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Nuvem de eltrons

Ncleos atmicos

Figura 1.15 Representao esquemtica da ligao metlica.



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2Materiais metlicos e suas propriedades

2.1 Principais caractersticas dos materiais metlicos

Atualmente so conhecidos 109 elementos qumicos, dos quais 88 so metais. Destes, apenas um

tero tem signifcado prtico, isto , so utilizados como material de abricao. Estes metais

precisam:

Estar disponveis na natureza em grande quantidade. Ser extrados do seu minrio de maneira economicamente vivel.

Ter propriedades que possibilitem o seu uso na orma de componentes de aplicao prtica.

Os metais tm as seguintes caractersticas:

Podem ser deormados mecanicamente.

So opacos, refetem a luz quando a sua supercie est polida.

Oerecem boa condutividade ao calor e eletricidade.

Formam estruturas cristalinas compactas.

Os que se encontram prximos uns dos outros na tabela peridica, na maioria das vezes, misturam-se acilmente ormando ligas.

Os mais distantes so, na maioria das vezes, incompatveis. O porqu disto ser visto no Captulo 3.Nos metais, a estrutura cristalina pode ser modelada fsicamente pelo empacotamento de eseras rgidas. A

maneira mais compacta de agrupar eseras de mesmo tamanho arranjar um primeiro plano de orma a ter

cada esera rodeada por seis outras conorme mostra a Figura 2.1. Para reerncia utura, pode-se nomear estes

espaos ocupados com a letra A. Uma segunda camada de eseras adicionada nos vazios da primeira; e a h

duas possibilidades: ou nos lugares marcados com a letra B ou nos marcados com a letra C. Supondo que sejam

preenchidos os espaos B, pode-se preencher o terceiro plano voltando posio A ou ir posio C. Com isto

se constroem dois tipos de arranjo cristalino: a sequncia ABABAB gera um reticulado hexagonal, ou seja, os

centros das eseras do primeiro plano ormam um hexgono. A sequncia ABCABCABC gera um reticulado

cbico compacto denominado cbico de ace centrada, pois equivale a um empilhamento cbico com tomos

intermedirios alocados no centro das aces. Nos dois casos, cada esera possui 12 eseras vizinhas, que gera o

agrupamento mais compacto, com 74% do espao til ocupado pelos tomos.



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MATERIAIS METLICOS E SUAS PROPRIEDADES 17

Os elementos metlicos sempre assumem uma destas trs confguraes, e alguns possuem ormas alo-

trpicas, podendo assumir duas confguraes dierentes, como mostra a Tabela 2.1. Mas os metais utiliza-

dos como matria-prima no so ormados de cristais nicos, e sim de uma juno de vrios cristais, deno-

minadosgros, orientados de dierentes modos e unidos por interaces chamadas de contornos de gro. Em

situaes especiais, como na ponta de um lingote na regio do rechupe, ou quando o metal atacado quimi-

camente de maneira preerencial nos seus contornos de gro e em seguida raturado, pode-se observar a

supercie destes cristais, que tem ormato poligonal (ver Figura 2.3b).

Tabela 2.1 Tipo de reticulado cristalino dos elementos metlicos

Li

ccc

Be

hc

B

ccc cbico de corpo centrado

hc hexagonal compacto

cc cbico de ace centradaNaccc

Mghc

Alcc

Kccc

Caccc, cc

Sccc

Tihc, ccc

Vccc

Crccc

Mnccc

Feccc, cc

Cohc

Nicc

Cucc

Znhc

Rb

ccc

Sr

cc

Y

hc

Zr

hc

Nb

ccc

Mo

ccc

Te

hc

Ru

hc

Rh

cc

Pd

cc

Ag

cc

Cd

hc

Cs

ccc

Ba

ccc

La

hc

H

hc

Ta

ccc

W

ccc

Re

hc

Os

hc

Ir

cc

Pt

cc

Au

cc

Hg

a) b) 10m

Figura 2.3 a) Representao esquemtica de um agrupamento de cristais metlicos com orientao dierente se encontrando em

contornos de gro; b) supercie de gros de uma liga de ouro-nquel raturada por corroso sob tenso em gua sanitria

comercial (microscopia eletrnica de varredura) (Fonte: Reerncia 2.2).



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O eletrlito mais comum soluo aquosa de 3-5% de osato de sdio 3 (como a soda tambm est

presente na coca-cola, esta tambm pode ser utilizada como eletrlito) e a cor pode ser controlada variando

a voltagem aplicada:

Tabela 2.3 Formaes de cor em titnio durante a oxidao galvnica.

Voltagem (V)

9-1618-22

275870

Cor

AmareloAzul claro

Azul escuroVioleta

Azul esverdeado

Exemplo

A densidade de corrente de trabalho de 500 A/cm2. Em imerso, uma placa de ao inoxidvel ou de

estanho pode ser utilizada como contra-eletrodo, mas tambm possvel utilizar um guardanapo de papel,

ou pincel de cabo metlico, embebidos em eletrlito e ligados a um dos plos da bateria para desenhar

sobre o metal.

Figura 2.10 Desenhando sobre placa de titnio com pincel polarizado embebido em eletrlito (rerigerante tipo coca-cola) (Fonte:

Gugenheim Museum Bilbao).

A cor altera-se por abraso (retirada da pelcula de xido), portanto, aps colorao, a supercie no

pode ser limpa com substncias que contenham abrasivos e deve-se evitar o contato com outras supercies

metlicas que possam arranhar o titnio.

Esta figura se

repete na prancha

colorida.

Esta figura se

repete na pranchacolorida.



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(escala Rockwell C). Materiais muito duros, ou supercies fnas, so medidos com o cone de diamante e

uma carga de 60 kg (escala Rockwell A). Se a amostra or muito fna, o ensaio se az com pr-carga de 3 kg e

carga adicional de 15, 30 ou 45 kg. Cada 2 m de proundidade corresponde a 1 HR.

Tabela 2.6 Mtodos de medida de dureza.

Formato da impresso

Teste Corpo de penetrao Vista lateral Vista de topo CargaFrmula para nmero

de dureza

Brinell

Esera eita de ao ou

de carboneto de

tungstnio

D

d

d Varivel P (N)

HB = 0,102 . 2P . D(D - D2 - d2

d = (0,2...0,7)D

Vickers Pirmide de diamante

136d2d

Varivel P (N)

HB = 0,189 Pd2

d = mdia aritmtica das

diagonais da impressoem mm

Rockwell

Cone de diamante ou

esera de ao comdimetros de

1 1 1 1

32 8 4 2, , ,

polegadas

120

60 kg A

100 kg B150 kg C

Proundidade da

impresso:1 H R = 2m

A Figura 2.20 mostra as durezas de alguns metais puros no deormados. A dureza uma grandeza mui-

to sensvel microestrutura; varia com o grau de deormao do material materiais encruados so mais

duros do que materiais no deormados , com a presena de elementos de liga ou de mais de uma estrutu-ra cristalina. Em geral, as ligas metlicas so mais duras do que os seus metais puros. Enquanto o ouro e a

prata puros tm 20 a 25 HB respectivamente, ligas de ouro tm dureza entre 80 e 150 HB e ligas prata-

cobre, entre 60 e 80 HB.



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3A ormao de ligas metlicas

3.1 Misturando os elementos metlicos

Mesmo os mtodos de extrao e refno mais modernos no conseguem obter metais absolu-tamente puros, constitudos de uma nica espcie atmica. Sempre esto presentes outrostipos de tomo em pequena ou grande quantidade, que inuenciam suas propriedades.Metais puros s so abricados para aplicaes especiais, pois os processos de refno so complexos e caros.

As Normas defnem o grau de pureza comercial dos metais: no Brasil, as normas NBR 8000 e NBR 13703classifcam graus de pureza de ouro e prata respectivamente.

Uma liga uma substncia macroscopicamente homognea que possui propriedades metlicas e com-posta de duas ou mais espcies qumicas. Qualquer espcie qumica pode servir como elemento de liga,embora apenas os elementos metlicos sejam adicionados em maior quantidade. Primeiro sero discutidasas ligas binrias, ou seja, ligas com apenas dois elementos, e apresentados alguns princpios bsicos.

O elemento de maior proporo chamado de solventee o de menor proporo, de soluto. Uma liga podeser constituda por umasoluo slida, isto , o segundo elemento se incorpora na rede cristalina do primei-ro, ou de umamistura de fases, quando o segundo elemento se separa do primeiro ormando cristais de na-

tureza dierente.Assumindo que a um metal puro sejam adicionados tomos de um segundo elemento, e que seja dado

tempo sufciente para que ajustem suas posies na estrutura cristalina, at atingir o equilbrio: que tipode estrutura ter a liga? Isso vai depender do tipo de interao dos dois tipos de tomos: atrao, repulso,ou indierena.

Para comear, podem-se azer as seguintes generalizaes (Figura 3.1):

1) Se os dois tomos so indierentes, a mistura homognea a nvel atmico e asoluo slida aleatria. Em muitas ligas, a

distribuio atmica se aproxima deste ideal tendo distribuio aproximadamente homognea; as ligas Au-Ag e Au-Cu so um

bom exemplo.

2) Se tomos dierentes se atraem mais do que os iguais, a tendncia ter vizinhos prximos de espcies dierentes, ou seja, ABA-

BAB... A natureza da estrutura resultante depende muito dos atores que determinam a atrao. Quando ormada por elementos

metlicos, a estrutura costuma ser ordenada ou ormar umsuper-reticulado, como no caso do sistema Au-Cu para certas propor-

es bem defnidas. Quando os componentes dierem eletroquimicamente ou a atrao A-B muito grande, a ligao entre os

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58 METALURGIA BSICA PARA OURIVES E DESIGNERS DO METAL JOIA

tomos passa a serparcialmente inica e so ormados compostos intermetlicos, como ocorre durante a ormao de Cu5Zn

8em

ligas Cu-Zn. Em casos extremos, quando o elemento adicionado um no metal muito eletronegativo, como O, S, Cl, ormada

uma substncia que no possui mais as qualidades metlicas de uma liga. Um exemplo o xido de cobre Cu2O que se orma em

ligas Ag-Cu quando undidas sem proteo de uxo.

Compostos intermetlicos, assim como compostos inicos, so duros e rgeis, no suportam quase nenhuma deormao plstica.

3) Se os tomos dierentes se atraem menos do que os iguais, os dois tipos tendem a se separar em dois cristais dierentes. Estas

misturas heterogneas se chamam mistura de fases. Este o caso do sistema Ag-Cu.

Uma soluo slida pode ser substitucionalou intersticial. Soluo slida substitucional aquela em que

os tomos de soluto ocupam o lugar de tomos de solvente na rede cristalina, como em ligas Au-Ag. Solu-

es intersticiais so aquelas em que os tomos de um componente so to pequenos com relao ao outro

que ocupam os espaos (interstcios) entre o reticulado do solvente. O melhor exemplo de soluo intersti-

cial o ao: soluo de erro e carbono, com carbono dissolvido nos interstcios da rede cristalina do erro

(ver Figura 3.1).

As solues slidas aleatrias so mais dcteis do que solues ordenadas ou misturas de ases.

Aleatria OrdenadaMistura

de fases

Soluo slida

intersticialSoluo slida

substitucional

Figura 3.1 Possveis combinaes de tomos em uma estrutura metlica.

Uma soluo slida pode existir dentro de um intervalo de composio. Em qualquer composio fxa

dentro deste intervalo, o material totalmente homogneo e as propriedades sicas do seu reticulado die-

rem muito pouco das de suas composies vizinhas. So poucas as solues slidas que cobrem todo o

campo de um metal puro a outro, o que exige que os componentes tenham miscibilidade total. Na maioria

das vezes, no entanto, a miscibilidade limitada, ou seja, existe um limite de solubilidadepara o soluto. As



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mostra alguns ataques recomendados para ligas de ouro e prata, lato e estanho. O manuseio da maioria dos

cidos deve ser realizado com cuidados especiais, como uso em lugar ventilado, de preerncia em capela,

proteo para os olhos e luvas de borracha.

Gros metlicos aps ataque

Gros metlicos sem ataque

Imagem no microscpio tico

Figura 3.5 Explicao esquemtica da ormao de imagem em um microscpio tico. Supercie metlica polida e atacada.

A imagem da Figura 3.6 mostra os gros de uma liga de prata vistos em um microscpio tico.

Figura 3.6 Liga Ag950 laminada e recozida atacada com reagente n. 5 da Tabela 3.2, vista em microscpio tico com aumento de

500 vezes.



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A FORMAO DE LIGAS METLICAS 83

3.3.2.2 O sistema Ag-Au-Cu

A Figura 3.21 mostra a projeo da supercie liquidusdo sistema Ag-Au-Cu, com suas linhas isotrmicas, ouseja, cada linha cheia representa composies qumicas que tm o seu ponto liquidusna temperatura indicada.

Ela se assemelha a um mapa de uma regio de colinas, com um vale que corre do ponto euttico binrio Ag-Cu(779 oC) at o ponto K (800 oC). Neste mapa tambm esto representadas algumas linhas de cortes de isocon-centrao (trao-ponto) representando ligas de importncia comercial: Au750, Au585, Au420 e Au333.

.

..

.

Figura 3.21 Projeo da supercie liquidus do sistema Ag-Au-Cu.

Deste diagrama vemos que as ligas Au333 e Au420 se solidifcam dentro do campo da calha do euttico

binrio, que parte do ponto euttico do sistema Ag-Cu. A liga Au420 tangencia o ponto K. Nesta calha

euttica, a reao de solidifcao a seguinte:

lquido ase (rica em Ag) + ase 3 (rica em Cu) + lquido

3 Na literatura, a ase recebe a denominao 2(Au,Cu). Para manter coerncia com o diagrama binrio Ag-Cu e evitar

conuses de denominao, manteve-se o nome para esta ase rica em cobre.



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4Fuso e solidifcao

4.1 Fuso

Fundir metais e ligas prtica diria do ourives e da indstria de joalheria; assim, sero apresentadosalguns conceitos e tcnicas de uso para esses setores.

O Captulo 2 mostrou que, mesmo em temperatura ambiente, os tomos que compem a redecristalina dos metais no esto imveis, mas em contnua vibrao, e que oras de atrao mtua os man-tm unidos. como se pequenas eseras estivessem unidas umas s outras por molas.

Quando a temperatura sobe de 15 K, o movimento relativo dos tomos dobra de intensidade e a estru-tura cristalina se alarga. Com o aumento da distncia entre os tomos, a sua ora de atrao diminui e omaterial amolece. Alm disso, o aquecimento provoca um aumento de volume do metal.

Quando a temperatura de uso atingida, o movimento relativo entre os tomos maior do que a or-a de coeso e eles se desprendem uns dos outros. A microestrutura no se dissolve instantaneamente, poispassa por um processo gradativo que tem incio nos contornos de gro; isso ocorre porque nesta regio ostomos tm um nmero menor de ligaes do que no interior dos gros. Com a aproximao da tempera-tura de uso, os tomos comeam a sair de seus lugares e a ormar lacunas. As lacunas (vazios) migram para

os contornos de gro ou, por vezes, alojam-se nos interstcios da rede cristalina, degradando sua ordem. Aospoucos a regio do contorno de gro se desintegra e orma-se o lquidoComo o calor chega primeiro supercie do bloco metlico, esta regio que atinge primeiro a tempe-

ratura de uso, com a uso iniciando nas regies de contorno de gro enquanto o interior do metal conti-nua slido. Em seguida, a rao volumtrica de lquido cresce paulatinamente, os gros se arredondam paradiminuir a rea da interace slido-lquido, e vo se dissolvendo at que todo o material se torna lquido,como mostra esquematicamente a Figura 4.1 da esquerda para a direita.

Figura 4.1 Representao esquemtica da uso de um metal monosico policristalino.



19/40

FUSO E SOLIDIFICAO 133

na primeira etapa que a maior parte do calor liberada; nela o gs combustvel e o oxignio damistura gasosa entram em reao, mas, como a combusto no completa, orma-se uma atmoseraredutora com CO. Na segunda etapa o consumo de carbono se completa pela reao do CO ormadona primeira etapa com o ar atmosrico; orma-se CO 2, sobra oxignio e a atmosera oxidante. Na

segunda etapa, o calor liberado menor, pois o aquecimento do nitrognio contido no ar atmosricorouba calor da combusto.

Externamente, pode-se ver as etapas de queima, pois a chama apresenta zonas dierentes no seu interior,como mostra a Figura 4.5. A primeira etapa de combusto ocorre no cone e na zona de chama redutora,sendo que no cone (ou dardo) a quantidade de oxignio disponvel para oxidao alta e, portanto, a usode metais sujeitos a oxidao (como lato, ligas de prata) deve ocorrer na regio redutora. A segunda etapade oxidao ocorre na regio do penacho da chama.

Zona de combusto primria

(regio de temperatura mxima)

Penacho

Dardo

(combusto secundria)

Bloco de metal

Figura 4.5 Representao esquemtica das zonas de reao de uma chama.

Misturar dois gases capazes de produzir reao exotrmica no ir necessariamente gerar chama. Por exem-

plo, o metano (CH4) s queima se a proporo de oxignio estiver entre 8 e 25%. Fora destes limites (mnimoe mximo), no h chama. A Tabela 4.1 mostra os limites de inamabilidade dos gases de combusto.

Tabela 4.1 Limites de inamabilidade de gases de combusto.

Gs Proporo de oxignio para produo da chama (%)

Hidrognio (H2) 10-70

Etano (C2H

6) 3-12

Acetileno (C2H

2) 3-65

Butano (C4H

10) 2-9

Propano (C3H8) 2-10Gs de rua (H

2+ CH

4+ CO) 6-35

Gs Natural (CH4

+ N2

+ C2H

6) 5-13



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Tabela 4.2 Temperaturas mximas de utilizao de cadinhos cermicos comerciais.

Material do cadinhoTemperatura mxima

de utilizao (oC)Utilizao

Slica-alumina (40%

Al2O

3+ 60% SiO

2)

1.500Mais baratos, mas de menor durabilidade. So apropriados para a uso

de ligas base de nquel, lates, prata e ouro.

Alumina (Al2O

3> 90%) 1.600-1.700

Devem ser aquecidos muito lentamente, pois possuem baixa resistncia

a choques trmicos e a sua temperatura mxima de utilizao ir

depender da porosidade. Tm condutividade trmica baixa quando

comparada de outros materiais cermicos puros. Apropriados para

ligas de ouro branco ao nquel.

Zircnia (ZrO2) 1.600-1.650

Extremamente reratria, inerte, com alta estabilidade e resistncia

corroso em temperaturas acima da temperatura de uso da alumina.Utilizada como revestimento de ornos, tubos de proteo para

termopares e cadinhos, e undio de ligas de platina, paldio e rutnio.

Magnesita (MgO > 95%) 1.800Muito utilizada na indstria do ao, adequada para a uso de ligas de

ouro branco ao nquel.

Slica vtrea (SiO2) 1.650

Cermica de alto desempenho com coefciente de expanso trmica muito

baixo, excelente resistncia corroso pelo metal lquido.

Carbeto de silcio 1.450

Intermetlico preto, de dureza superior da alumina e de custo

relativamente baixo. Os cadinhos de carbeto de silcio so em geral

uma mistura de carbono-SiC e tm maior resistncia mecnica a

quente e maior resistncia ao choque trmico do que outras

cermicas. Em atmoseras no redutoras, ormam uma pelcula de

SiO2

que protege da oxidao.

Grafte-cermica

Grafte (atmosera

redutora)

1.510

2.000

Cadinhos de grafte so atacados por uxos alcalinos, como soda e

carbonatos, e tambm por resduos de cido ntrico. Alguns abricantes

recomendam uxos especfcos para determinados cadinhos em uno da

escria ormada durante a uso. Devem ser utilizados em atmosera

redutora, ou a vcuo. Podem undir ligas de ouro, prata e lato.

A Figura 4.13 mostra os ormatos mais comuns de cadinho. Cadinhos para uso de pequenas quantida-des de metal (Figura 4.13a, b, c) so geralmente utilizados em ofcinas de ourives e quase sempre tm or-



21/40


o brax orme sua camada vtrea protetora sobre o lquido. Os outros sais utilizados como uxo (NaCl,K

2CO

3, Na

2CO

3) tm temperatura de uso ainda mais alta. Na fgura fca claro que as misturas de sais di-

minuem consideravelmente o ponto de uso do uxo. Por exemplo, a mistura de soda (Na2CO3) comcarbonato de potssio (K2CO3) na proporo 1:1 reduz a temperatura de uso para 690

oC, e a mistura de

sal de cozinha com soda unde a 620 oC. Tambm possvel utilizar o brax em ligas de ponto de uso maisbaixo, atravs de misturas tais como:

2 partes de Na2CO

3+ 2 partes de K

2CO

3+ 1 parte de Na

2B

4O

7

1 parte de NaCl + 2 partes K2CO

3+ 1 parte de Na

2B

4O

7(ponto de uso mais baixo do que a mistura

anterior)

So ainda comercializadas vrias outras misturas de uxo, para fns especfcos.

Uma atmosera redutora tambm pode ser obtida via coberturas como:

3 partes de carvo (puro)

2 partes de acar 1 parte de cloreto de amnia

Cu 1.100

1.000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

K CO Na CO

Au

70Cu30Zn Au750

Au585

Au800

94Sn6Sb

76Sn4Pb

NaCl Na B O 7

50% Na CO + 50% K CO

35% NaCl + 65% NaCO

KNO

NaNO

H BO

50% NaNO + 50% KNO

Intervalo de fuso

de metais e ligas

Temperatura

(C)

Ponto de fuso

de fluxo

Figura 4.15 Pontos de uso de alguns uxos e ligas metlicas.



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5Tecnologia de fundio

5.1 Perspectiva histrica

Aundio iniciou por volta de 4000-3000 a.C., quando, na denominada era do bronze, o ho-mem aprendeu a usar o cobre e logo depois o estanho e o chumbo na abricao de objetos eadornos. A pea undida mais antiga que se conhece um pequeno sapo de bronze provenien-te da antiga Mesopotmia (hoje Iraque), abricado pelo processo de cera perdida e que data de 3200 a.C. Nandia, as primeiras peas undidas pertenceram civilizao Harappan (Figura 5.1a), da qual se conhecem

peas de cobre, ouro, prata e chumbo j em 3000 a.C., e onde oram desenvolvidos os cadinhos para un-

dio. deste pas que vm os primeiros textos mencionando tcnicas sobre a arte de extrao, uso e

undio de metais, por exemplo, o Arthashastra (500 a.C.). Na mesma poca, as tcnicas de undio de

metais e ligas eram conhecidas no Ir e na China, onde alcanaram altos nveis de pereio e de onde se

conhecem peas de bronze (2100 a.C.), sinos de alta preciso (1000 a.C.) e as primeiras peas de erro un-

dido, que datam de 500 a.C. (Figura 5.1b).

a) b)

Figura 5.1 a) Objeto de orma antropomrfca, ndia, 1300-1500 a.C.; b) Vaso para vinho em bronze, China, 800 a.C.

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Do ponto de vista do molde, o eeito mais marcante no preenchimento da pea a velocidade com que

ele extrai o calor, pois, quanto maior, mais cedo se iniciar a solidifcao e se interromper o uxo do metal.

A presena de umidade nas paredes do molde tambm aumenta a taxa de extrao de calor. J o aumento da

rugosidade superfcial diminui a velocidade de preenchimento.

Temperatura de vazamento

(Au585 amarelo)

1.040 C

1.060 C

Ao de vcuo Dierena de presso

(T 1.100 C; Au585 amarelo)

200 mbar

500 mbar

Fora centruga Velocidade de rotao

(Au585 amarelo)

Baixa rotao

Alta rotao

Figura 5.4 Exemplo de medidas de uidez . Eeito da temperatura de vazamento e da ao de oras externas por ao de vcuo e

ora centruga (liga de ouro amarelo Au585) (Fonte: Reerncia 5.5).



24/40


Figura 5.9 Dierentes modos de se montar um molde para vrios modelos de pea: a) mtodo de rvore; b) mtodo de

arbusto;c) mtodo de sobreposio.

As recomendaes padro para a montagem de um bom sistema de alimentao so:

O bocal de vazamento e o canal de descida devem ser cnicos para compensar o aumento da velocidade do uxo durante a descida. O dimetro do canal de descida deve ser sufciente para que este seja a ltima regio a se solidifcar. Os canais de ataque devem ter uma inclinao prxima a 60 com relao espiga central. As peas devem estar unidas ao canal de ataque por sua parte mais espessa ou de maior massa. O canal de ataque no deve ser muito fno para que mantenha o suprimento de lquido enquanto a pea estiver solidifcando. Se a pea tiver ormato irregular, mais de um canal de ataque pode ser utilizado, mantendo como regra geral que o metal entre

pelas partes mais espessas indo para as mais fnas da pea (ver exemplos na Figura 5.10).

Figura 5.10 Exemplos de posicionamento de canais de ataque em modelos de undio.



25/40


A injetora de cera um equipamento que consiste em um orno eltrico e um sistema de presso, que

comprime o ar dentro do orno e expele a cera lquida. Os modelos mais simples e antigos tm uma bomba

manual e uma vlvula que az com que ar seja succionado para dentro da cmera de uso e comprima a

massa de cera lquida. A cera escapa por um bico que, ao ser pressionado, abre um oricio em contato com

o interior da cmera, como mostra a Figura 5.23. Inicialmente, a injetora aquecida at aproximadamente

70 C, a cera slida introduzida na cmera, que echada, e em seguida aplica-se uma presso de cerca de

0,5 bar. A presso exercida pelo molde de borracha contra o bico injetor e o tempo de enchimento devem

ser ajustados por tentativa e erro.

Tampa da cmera

de presso

Bomba e vlvula

de presso

ResistnciaBico deinjeo

Cera

lquida

a) b) c)

Figura 5.23 Modelo de injetora de cera: a) aparncia externa; b) sistema de uncionamento; c) controle manual da injeo.

Outro modelo de injetora, mais sofsticado, o de injeo com aplicao de vcuo na cavidade do

molde. Este equipamento diminui a incidncia de problemas envolvidos com o injetor, tais como presen-

a de bolhas de ar, preenchimento incompleto e limitao da espessura de parede a ser preenchida. O

equipamento conta com uma bomba de vcuo que esgota o ar do molde antes da injeo da cera. O sis-

tema pode contar ainda com uma central que controla o tempo de injeo, a temperatura da cera e o ciclo

de operao. Outro equipamento dispe de uma prensa pneumtica, que fxa o molde de borracha e



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6Conformao mecnica

Acapacidade de se deormar plasticamente de extrema importncia para o uso dos metais.Esta propriedade az com que eles possam assumir a orma desejada por meio de trabalhomecnico, de maneira mais econmica do que por outros mtodos.A maioria dos processos de conormao mecnica (orjamento, laminao, extruso, treflao) utili-

za oras de compresso ou dobramento, que, em comparao com a deormao por trao, tm a van-tagem de evitar que a estrico antecipe a ratura.

Alm de modiicar a orma, esses processos alteram as microestruturas ormadas durante a sol idi-icao e, em geral, azem com que o material adquira melhores propriedades mecnicas pelas seguin-tes razes:

Diminuio do tamanho de gro. Fechamento de poros de contrao. Aumento do comprimento dos contornos de gro, por unidade de volume, diminuindo o eeito deletrio de impurezas na resis-

tncia mecnica.

Por essas razes, as peas obtidas por conormao mecnica so em geral mais resistentes do que asundidas. Por exemplo, garras para cravao de gemas produzidas por undio em cera perdida podem

quebrar com maior requncia do que aquelas produzidas a partir de fos laminados e treflados.Neste captulo sero apresentadas as tcnicas convencionais de conormao mecnica utilizadas em

joalheria, enocando o comportamento do material, mas primeiro ser explicado o que ocorre com amicroestrutura do metal durante a deormao.

6.1 A microestrutura da deformaoRecapitulando alguns dos conceitos introduzidos no Captulo 2 e acrescentando outros, obtm-se o se-

guinte conjunto de inormaes:

Os metais so constitudos de cristais e a deormao se d ao longo dos planos mais densos destes. Os metais ormados porcristais cbicos (ou seja, praticamente todos os de interesse em joalheria) tm muitos planos onde o escorregamento pode acon-

tecer e por isso so acilmente deormveis.

Todo cristal sore deormao elstica (reversvel) antes de sorer deormao plstica (irreversvel).



27/40


Este primeiro estgio chamado de recuperao e nele que ocorre o alvio das tenses internas causadaspelo processo de deormao plstica. Na recuperao, algumas propriedades do material no deormadoso parcialmente restitudas, mas sem a ormao de novos cristais.

Incio da recristalizao

Material deformado

Material recristalizado

b) c)

d)

500 nm500 nm

50 m

Figura 6.6 a) Representao esquemtica do processo de recristalizao; b) liga Al-4%Cu deormada a rio (MET); c) liga Al-4%Cu

deormada a rio e recristalizada (MET); d) liga de lato 70/30 deormada a rio e recristalizada (MO).



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CONFORMAO MECNICA 247

Reduo de altura (%)

50

40

30

20

10

0

Foraaplicada/rea(ton

/mm)

100 20 30 40 50 7060

a)

D C B A

D C B A

Reduo de altura (%)

50

40

30

20

10

0

Foraaplicada/rea(ton/mm)

100 20 30 40 50 7060

b)

A B C D E

DC EBA

Figura 6.18 Eeito da variao da geometria do corpo de prova na presso (t/mm2) necessria para que ocorra deormao em um

ensaio de compresso entre placas paralelas: a) variao da espessura; b) variao da rea de contato.

A orma da erramenta durante o orjamento aeta o modo de deormao do material; assim, em orja-mento a martelo, pode-se escolher entre quatro tipos de supercie de deormao (Figura 6.19):



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caixa dos cilindros, o que garante o paralelismo do sistema. Sistemas mais modernos possuem lubrifca-o automtica das partes rolantes do equipamento.

a) b)

c)

Cone axialCilindro fixo

Mandril

Cilindro centralizador

Anel

Figura 6.22 a) Laminador movido a motor eltrico com duas caixas de cilindros de laminao para chapas e perfs; b) esquema de

possveis confguraes para laminao de perfs de seco cilndrica, meia-cana e quadrada; c) laminao de anis.

A confgurao mostrada na Figura 6.22c permite a laminao de anis e pode ser utilizada na abricaode alianas em srie, e para isso o equipamento tem o eixo de laminao na vertical. A matria-prima, j em

orma de anel, pode vir de uma undio centruga ou de processos de estampagem ou orjamento; e o anel



30/40

7Tratamentos trmicos

7.1 Introduo

Tratamento trmico defnido como uma operao ou conjunto de operaes realizadas no

estado slido e que compreendem aquecimento, permanncia em temperaturas defnidas e

resriamento. Durante os tratamentos trmicos de ligas ocorre redistribuio de soluto e a

microestrutura do material alterada. Como as propriedades das ligas dependem da microestrutura, as

propriedades mecnicas (resistncia, dureza, ductilidade, tenacidade) e resistncia corroso so altera-

das, s vezes de maneira considervel.

Neste captulo sero apresentadas algumas das alteraes microestruturais e de propriedades que so

aetadas pelos tratamentos trmicos, e mostrada sua relevncia para a manuatura de joias.

As mudanas de propriedades se azem pelo controle dos chamados mecanismos de endurecimento.

Estes so: disperso de tomos de soluto em soluo slida, disperso de partculas de ase intermediria, de

deormao plstica e reduo do tamanho de gro. Os princpios atuantes nestes mecanismos so contro-

lados pela tendncia do material de buscar diminuir a sua energia interna e j oram delineados nos Captu-

los 3, 4 e 6. Os objetivos mais requentes dos tratamentos trmicos so:

Homogeneizar a distribuio de solutos em peas undidas (homogeneizao, normalizao). Promover transormaes de ase. Estes so os tratamentos de solubilizao e precipitao. Em aos so utilizadas tambm as

denominaes: tmpera, austmpera e revenimento.

Controlar o grau de encruamento e o tamanho de gro (recuperao, recristalizao, crescimento de gro).

O tratamento de recristalizao oi visto com detalhe no Captulo 6 e por isto sero apresentados aqui

apenas os tratamentos de homogeneizao, solubilizao e endurecimento por precipitao.

A Figura 7.1 mostra esquematicamente o que ocorre com as propriedades mecnicas dos metais aps

tratamentos trmicos. Partindo de uma condio inicial do metal undido:

O tratamento de homogeneizao ir dissolver partculas, redistribuir solutos segregados durante a solidifcao e propiciar o

crescimento de gro, tornando o material mais dctil mas com menor resistncia mecnica, e, portanto, mais malevel e adequa-do conormao mecnica.

O tratamento de recristalizao (visto em detalhe no Captulo 6) o nico tratamento que consegue conciliar aumento de resis-

tncia mecnica com aumento de tenacidade, da a sua importncia na manuatura de bens metlicos.

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a) b)

Figura 7.5 Liga Ag925 solidifcada com dierentes taxas de resriamento: a) rpido em coquilha; b) lento em molde cermico (undio

por cera perdida) (Fonte: Reerncia 7.8).

O tratamento de solubilizao da liga Ag925 consiste em elevar a temperatura para que a liga fque

dentro do campo (acima de 745 C) e, depois de um certo tempo, resri-la rapidamente (ver o dia-

grama de equilbrio Ag-Cu na Figura 7.6). Como, devido segregao, a liga em geral contm regies

de composio euttica, a temperatura de tratamento deve ser menor do que 779 C; o recomendado

est entre 750 e 760 C por tempos de 30 min.

1.200

1.000

800

600

400

200

0

88

779 C

275

L +

0Cu

1.000Ag

100

900

925

15050 200

800

250 300Cu

700Ag

Temperatura(C)

940 C

Mistura de fasesistura de fases + + Mistura de fases +

Figura 7.6 Diagrama de equilbrio Ag-Cu.



32/40


O envelhecimento de ligas de Ag-Cu pode ser eito para ligas com teor de Cu menor do que 88. O

tratamento tpico para a Ag925 a 300 C /1 h.

7.4 Oxidao durante o tratamento trmico

Ligas prata-cobre

Em altas temperaturas a prata absorve oxignio do ar mesmo no estado slido. Esse metal no reage com o

oxignio, mas o cobre sim, ormando primeiro Cu2O, e CuO para longos tempos de exposio em atmosera

rica de oxignio. O xido Cu2O avermelhado quando observado sob luz polarizada em microscpio tico, e

responsvel pelas manchas azuladas, que fcam evidentes durante a ase de acabamento de peas de prata con-

tendo cobre, que passaram por recozimentos sucessivos. Essas manchas azuladas so causadas por uma disperso

de xido na matriz de prata que se estende por vrios mcrons abaixo da supercie (Figura 7.14).

Zona de oxidao

20 m

Figura 7.14 Zona de oxidao na supercie de uma aliana produzida com prata 925 aps vrios ciclos de deormao e recozimento.

A velocidade de oxidao depende da composio da liga, pois a diuso de oxignio mais rpida na ase

do que na ase ; portanto, na liga Ag800 a velocidade de oxidao atinge o seu mximo. Quando a liga

comea a apresentar ase ormada por reao euttica, a velocidade diminui bastante e a oxidao passa a

se concentrar na supercie.

A proundidade da camada oxidada ir depender tambm da temperatura e do tempo de tratamento de

recozimento; ver exemplo da Figura 7.15, que mostra a oxidao de uma liga Ag925. Passando de 600 para

700 C, a proundidade de oxidao dobra. A oxidao tambm ocorre durante as operaes de brasagem,quando a pea deve ser aquecida entre 680-800 C. Portanto, durante a abricao de joias de prata a oxida-

o se acumula, tendo que ser retirada ao fnal por limagem e lixamento.



33/40

TRATAMENTOS TRMICOS 295

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0Profundidadedeoxid

ao(mm)

0 155 10 20 25 30

Tempo (min)

750 C

700 C

650 C

600 C

Figura 7.15 Eeito da temperatura e tempo de recozimento na proundidade de oxidao em uma liga Ag925 (Fonte: Reerncia 7.9).

Quando a proundidade de oxidao excede 25 m, o material pode sorer trincas durante a deormao

mecnica. Isto ocorre porque a camada com partculas de xido bem menos dctil do que o metal abaixo

dela. Durante a conormao o metal sem oxidao se deorma mais do que o da supercie, que contm os

xidos, azendo com que surjam trincas perpendiculares supercie. Estas trincas propiciam caminho livre

para nova diuso de oxignio e aproundam a camada de oxidao. Em casos extremos, a oxidao to

prounda que o material ratura completamente.

A camada oxidada tambm interere na qualidade das juntas de brasagem, pois o xido tem pouca aderncia ao

metal lquido (tenso superfcial alta) e a juno no ocorre, causando descolamento do metal de preenchimento.

O tratamento de limpeza em soluo de cido sulrico que utilizado em ligas de prata dissolve o xido

de cobre superfcial, mas no o xido interno, pois s as partculas que entrarem em contacto com o cido

que sero dissolvidas. Este procedimento gera uma camada de prata pobre em cobre e porosa, o que no

impede que o material continue oxidando em aquecimentos subsequentes.

Ligas Ag-Au-Cu

Em ligas de Au-Cu, a oxidao tambm ocorre pela ormao de CuO, mas menor do que em ligas

Ag-Cu pois o ouro no absorve tanto oxignio quanto a prata. Em ligas de maior teor de cobre, no entanto,

tambm ocorre oxidao interna, e a adio de prata aumenta a tendncia oxidao interna do cobre. Por

isso, ligas de baixo quilate com maior teor de prata oxidam mais do que as de quilate mais alto. Por teremmais cobre, ligas de tom mais avermelhado oxidam mais do que as de cor esbranquiada, e as com teor de

ouro abaixo de Au500 (vermelhas) podem apresentar oxidao interna. Ligas Au750 no oxidam muito e a

camada oxidada pode ser acilmente dissolvida em soluo de cido sulrico.



34/40

TRATAMENTOS TRMICOS 299

a) b)

c)

parte interna

Figura 7.17 Fornos para tratamento trmico: a) tipo mua; b) atmosera controlada e caixa de resriamento rpido; c) orno de esteira.

Reerncias bibliogrfcas7.1 E. BREPOHL. Teorie und Praxis des Goldschmiedes. 15. ed. Leipzig: Fachbuchverlag Leipzig, 2003, 596p.

7.2 L. VIIELLO. Orefceria moderna, tcnica e prtica. 5. ed. Milo: Hoepli, 1995.

7.3 D. PION.Jewellery technology processes o production, methods, tools and instruments. Milo: Edizioni

Gold Srl., 1999, 407p.

7.4 Diebener Handbuch des Goldschmiedes. Band II. 8. ed. Stuttgart: Rhle-Diebener Verlag, 1998, 192p.7.5 A. CORELL.An introduction to metallurgy. 2. ed. London: Te Institute o Materials, 1995.

7.6 A. LANGFORD. Cold work and annealing o karat gold jewelry alloys. Te Santa Fe Symposium on

Jewelry echnology, 1990, p. 349-371.



35/40

8Procedimentos de unio:

brasagem e soldagem

8.1 Conceitos: a dierena entre brasagem e soldagem

Muitas vezes, a abricao de artigos de joalheria envolve ormas complexas, que no podem ser

conseguidas a partir de um nico processo; com isso, a abricao de peas pelos mtodos tra-

dicionais requentemente envolve tcnicas de juno. Mesmo peas undidas precisam ser

montadas, e um exemplo a fxao de pinos em brincos. Uma juno satisatria deve ser orte, mas im-

perceptvel; evidente que em ligas de ouro a cor deve ser igual do metal base.

Na brasagem e na soldagem, as partes metlicas so unidas pela ao de uma liga undida, e a maioria das

operaes eitas na coneco de joias se enquadra na classifcao de brasagem. Em joalheria, tanto no Brasil

como no exterior, comum utilizar indistintamente a palavrasoldagem para designar qualquer mtodo de unio

por metal lquido, mas, como dierentes mtodos envolvem mecanismos distintos, necessrio dierenci-los:

Nabrasagem o metal de juno tem ponto de uso mais baixo do que a temperatura solidusdas partes

metlicas e, portanto, unciona como uma cola, com pouca alterao da regio prxima junta. Esta deve

ter encaixe preciso e o vo deve ser o menor possvel (entre 0,02 e 0,12 mm). O enmeno central do pro-

cesso a interdiuso entre a liga de brasagem e as ligas ou metal base.

J nasoldagem a unio de partes metlicas eita pela adio de calor e/ou presso, com ou sem a adiode um metal de ponto de uso prximo ao dos metais sendo ligados. Isto signifca que as partes metlicas

so parcialmente undidas na regio da juno, tendo sua microestrutura ortemente modifcada. A junta de

soldagem tradicional tem ormato em V como uma calha que recebe o metal de solda.

Em ligas de ouro, as convenes internacionais exigem que o teor de ouro da pea seja igual ao da sua

quilatagem, com variaes mnimas de composio. Isto exige que as ligas utilizadas para juno tenham

o mesmo quilate que a pea, restringindo o leque de variaes de composio possveis para os metais de

brasagem, o que incentivou a introduo de procedimentos de soldagem na produo industrial de joias.

8.2 BrasagemNo processo de brasagem, duas partes metlicas que no precisam ter necessariamente a mesma compo-

sio qumica pode-se at unir uma parte metlica a uma cermica so colocadas muito prximas uma

da outra e aquecidas.



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Tabela 8.2 Ligas de brasagem para prata.

Ligas de brasagem Ag Cu Zn SnIntervalo de

fuso (C)

Densidade

(g/cm3

)Temperatura de trabalho (C)

Forte 750 230 20 10 740-775 770 785

Mdia 675 235 90 9,7 700-730 730 740

Fraca 600 260 140 9,5 695-730 710 740

Fraca 600 230 145 25 620-685 9,6 690

O zinco da liga de brasagem tambm o principal elemento de adeso da junta, pois ele que diunde

com maior proundidade nos materiais de base em ligas de ouro e prata, embora parte se perca durante a

uso por evaporao. Por exemplo, em um trabalho realizado por Pinasco e colaboradores [Reerncia 8.7],

juntas de ouro amarelo 18 Kt (Au750) realizadas com uma liga de brasagem contendo 120 Zn apresen-taram apenas 70 deste elemento na regio da junta aps a solidifcao.

Tabela 8.3 Ligas recomendadas para a brasagem de lato ala.

Ligas de

brasagemAg % Cu % P % Zn %

Intervalo de

fuso CCor

Forte 92,6 7,4 710-810 Vermelho

Forte 93,8 6,2 710-890 Vermelho

Mdia 2 91,5 6,5 650-810 Vermelho

Mdia 5 89 6 645-815 Vermelho

Fraca 6 87 7 646-720 Amarelo

Fraca 14,5 81 4,5 645-800 Cinza

Fraca 45 30 25 675-745 Amarelado

Fraca 60 26 14 695-730 Branco

Mdia 67,5 23,5 9 700-730 Branco

Forte 75 23 2 740-775 Branco

As abelas 8.4 e 8.5 mostram as composies sujeridas pelo Conselho Mundial do Ouro para ligas de

brasagem utilizadas na unio de ligas amarelas Ag-Au-Cu, e de ouro branco do sistema Au-Cu-Ni.



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PROCEDIMENTOS DE UNIO: BRASAGEM E SOLDAGEM 321

A abela 8.7 resume os processos de soldagem utilizados na abricao de joias, e a Figura 8.15 ilustra

uma mudana estrutural tpica causada por esses processos; trata-se do eeito de um eixe laser pulsando

sobre uma chapa de ao inoxidvel bisico. Observa-se que o metal de base tem a microestrutura usual de

um material conormado mecanicamente, com as duas ases do ao alinhadas na direo de laminao. Na

regio prxima de uso, apesar de manter-se no estado slido, o metal aqueceu e modifcou a sua micro-estrutura: houve recristalizao e dissoluo parcial de uma das ases. Esta zona aquecida, com gros grossei-

ros, denominadazonatermicamente aetada(ZA). A regio que superou o ponto de uso apresenta mi-

croestrutura de solidifcao e denomina-se metal depositado ou metal de solda. Portanto, dierentemente da

operao de brasagem, a soldagem introduz mudanas signifcativas na microestrutura do metal base e isso

causa grandes variaes nas propriedades mecnicas.

A zona termicamente aetada sempre a parte mais rgil da soldagem, porque uma regio de gros

bem maiores do que os do metal base. Quanto mais concentrado or o calor da onte de energia utilizada,

menor a zona aetada pelo calor e, por isso, processos de maior concentrao de calor produzem juntas de

maior resistncia.

Estrutura de solidificao

Metal baseZTA

Estrutura de solidificao

Metal base

ZTA

Figura 8.15 Microestrutura resultante da uso superfcial de uma chapa de ao inoxidvel bisico (dplex) causada por um eixe de

laser. Trs zonas distintas podem ser observadas: metal base, zona termicamente aetada (ZTA) e metal depositado com

microestrutura de solidifcao.



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PROCEDIMENTOS DE UNIO: BRASAGEM E SOLDAGEM 331

maior controle da proundidade de penetrao da solda.

A escolha do gs de proteo depende de vrios atores, incluindo o tipo de material sendo soldado, dese-

nho da junta e aparncia fnal do cordo de solda. Argnio o mais utilizado pois d maior estabilidade ao

arco, principalmente quando se utiliza corrente alternada. Outro gs muito utilizado na soldagem de metais

de alta condutividade (cobre, ouro e prata) o hlio, que aumenta a penetrao da solda e a velocidade desoldagem. Este gs produz um arco menos estvel e, por isso, costuma ser utilizado misturado com argnio.

Os atuais abricantes de mquina de solda GAW para joalheria aconselham o uso de hlio como gs de

proteo na soldagem de ligas de ouro amarelas, platina e paldio.

A soldagem manual sem metal de adio deve iniciar com a tocha azendo um arco de 60 da horizontal

e em direo oposta da soldagem, mantendo 15 mm entre a ponta do eletrodo e o metal base. Para abrir

o arco de alta requncia, diminui-se a distncia para 5 mm, e em sequncia aumenta-se o ngulo para 75-

80, ormando, assim, a poa de uso. Podem-se azer movimentos circulares para ajudar na ormao do

metal lquido. A Figura 8.25 mostra esta tcnica de soldagem, com 100% de penetrao.

Direo de

soldagem 90

d = Dimetro do eletrodo nu

Vista lateralVista frontal

2 d

60

15 mm

Direo de

soldagem

d

1,5 - 2,0 d1,5 - 2,0 d

1,5 - 2,0 d

75 - 80

a)

b) c)

Figura 8.25 Tcnica de soldagem GTAW sem metal de adio.

A soldagem manual com metal de adio se az com soldagem esquerda, como mostra a Figura 8.26.

Ela inicia como a tcnica anterior e, uma vez ormada a poa de metal lquido, aproxima-se o eletrodo

(metal de adio) a um ngulo de 10-20 da horizontal (ver Figura 8.26c). O metal de adio deve estar



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