TRABALHO CAIO MATERIAIS
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COLÉGIO ESTADUAL HAIDÉE TEDESCO REALI
CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA
MATERIAIS
Mecânica
Professor: Caio Demarco
DOUGLAS RISSI
FLAVIO LEITÃO
ALDAIR PADILHA
EDIMAR SOCOL
LUCIA TORRES
Erechim, março 2012
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1.0 Introdução
2.0 Materiais Compósitos
2.1Fibra de vidro
2.2 Fibra de carbono
2.3 Fibra de carbono
2.4 Pirólise
2.5 Compósitos para fins estruturais
2.6 Compósitos com interfaces inteligentes
2.7 Setores Aeroespaciais
2.8 Transporte
2.9 Indústria da Construção Civil
2.10 Células Combustíveis
2.11 Outras Aplicações
3.0 Materiais Não Ferrosos
3.1 Cobre e ligas de cobre
3.2 Cobre comercial
3.3 Latões
3.4 Bronzes3.5 Cobre-Níquel
3.6 Alumínios e suas ligas
3.7 Níquel e ligas
3.8 Ligas de níquel e cromo
4.0 Conclusão
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1.0 Introdução
Este trabalho tem como objetivo mostrar os diversos tipos de
materiais, e suas diversas aplicações, custos e benefícios dos
materiais compósitos e materiais não ferrosos.
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2.0 Materiais Compósitos
Compósito é um material em cuja composição entra dois ou
mais tipos de materiais diferentes. Alguns exemplos são metais e
polímeros, metais e cerâmicas ou polímeros e cerâmicas.
O objetivo principal em se produzirem compósitos é de combinardiferentes materiais para produzir um único dispositivo com
propriedades superiores às dos componentes unitários. Dessa
forma, compósitos com finalidades ópticas, estruturais, elétricas,
optam, eletrônicas, químicas e outras são facilmente encontrados
em modernos dispositivos e sistemas.
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Os materiais que podem compor um material compósito
podem ser classificados em dois tipos: matriz e reforço.
O material matriz é o que confere estrutura ao materialcompósito, preenchendo os espaços vazios que ficam entre os
materiais reforços e mantendo-os em suas posições relativas.
Os materiais reforços são os que realçam propriedades
mecânicas, eletromagnéticas ou químicas do material compósito
como um todo.
Pode ainda surgir uma sinergia entre material matriz emateriais reforços que resulte, no material compósito final, em
propriedades não existentes nos materiais originais.
As Resinas e as Fibras apresentam baixo peso e os materiais
fabricados a partir delas, também vão ter baixo peso, sem contar na
resistência à umidade, ao vento, ao Sol e oscilações térmicas e
também a resistência mecânica, pois uma variedade decombinações pode ser realizada entre as resinas e os materiais de
reforço.
Os compósitos apresentam também uma excepcional
resistência química o que permite a sua aplicação em ambientes
agressivos químicamente, como por exemplo, em tanques para
produtos químicos.Outra importante característica dos compósitos e a sua
flexibilidade. Comparado com outros materiais estruturais, os
compósitos levam uma grande vantagem, pois os moldes com
formas mais complexas são facilmente adaptáveis.
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2.1 Fibra de vidro
A expressão fibra de vidro pode tanto referir-se à própria
fibra como ao material compósito plástico reforçado com fibra de
vidro (PRFV), que é popularmente conhecido pelo mesmo nome.
É um material composto da aglomeração de finíssimos filamentos
de vidro, que não são rígidos, altamente flexíveis. Quando
adicionado à resina poliéster (ou outro tipo de resina), transforma-se
em um composto popularmente conhecido como fibra de vidro, mas
na verdade o nome correto é PRFV, ou seja, "Plástico Reforçadocom Fibra de Vidro".
O PRFV tem alta resistência à tração, flexão e impacto, sendo
muito empregados em aplicações estruturais. É leve e não conduz
corrente elétrica, sendo utilizado também como isolante estrutural.
Permite ampla flexibilidade de projeto, possibilitando a moldagem
de peças complexas, grandes ou pequenas, sem emendas e comgrande valor funcional e estético.
Não enferruja e tem excepcional resistência a ambientes
altamente agressivos aos materiais convencionais. A resistência
química do Fiberglass é determinada pela resina e construção do
laminado. Pode ser produzido em moldes simples e baratos,
viabilizando a comercialização de peças grandes e complexas, combaixos volumes de produção. Mudanças de projeto são facilmente
realizadas nos moldes de produção, dispensando a construção de
moldes novos. Os custos de manutenção são baixos devido à alta
inércia química e resistência às intempéries, inerente ao material.
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2.2 Fibra de carbono
As fibras carbônicas ou fibras de carbono são matérias-primas
que provém da pirólise de materiais carbonáceos que produzem
filamentos de alta resistência mecânica usados para os mais
diversos fins, entre estes motores de foguetões (naves espaciais).
2.3 Pirólise
Em sentido estrito é uma reação de análise ou
decomposição que ocorre pela ação de altas temperaturas.Ocorre uma ruptura da estrutura molecular original de umdeterminado composto pela ação do calor em um ambiente compouco ou nenhum oxigênio.
Durante o século XX foram desenvolvidos diversos materias
fibrosos de carbono e grafita. Estes têm desempenhado um papel
importante no crescimento do desenvolvimento tecnológico
humano.
O carbono possui propriedades refratárias excepcionais, sua
temperatura de vaporização chega aos 3.700 °C, e sua resistência
às modificações químicas e físicas é bastante grande mesmo em
altas temperaturas.
2.4 Compósitos para fins estruturais
Durante os últimos 20 anos, um substancial desenvolvimento
de compósitos para aplicações estruturais foi observado. A principal
motivação desta grande evolução foi a possibilidade de se produzir
compósitos com altas propriedades mecânicas e baixas densidades
que potencialmente poderiam substituir materiais usualmente
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utilizados como o aço e madeira. A combinação de polímeros de
alto desempenho com fibras cerâmicas ou poliméricas de alto
módulo elástico e resistência mecânica, permitiu a produção de
novos compósitos com um grupo de propriedades específicas (porunidade de peso) superiores ao aço, alumínio e outros. Esses
compósitos apresentam em geral altas razões módulo/peso e
resistência/peso superiores à de materiais cerâmicos, poliméricos e
metálicos (figura).
2.5 Compósitos com interfaces inteligentes
A interface em compósitos tem um papel decisivo na
determinação das propriedades e desempenho desses materiais.Ela é responsável pela transmissão de tensões da matriz para os
agentes de reforço, além de usualmente agir como passo para a
penetração de moléculas como as de água. Em processos de
fratura, o descolamento do polímero constituinte da matriz do
compósito da superfície dos agentes de reforço (interface) é um
mecanismo que consome energia das trincas em propagação. Noentanto, tal mecanismo é irreversível e causa a degradação física
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do compósito. Vários tipos de tratamentos interfaciais são capazes
de alterar as propriedades interfaciais de compósitos. No entanto, a
maioria desses processos não é capaz de preparar interfaces
estruturalmente específicas. Assim, tais processos acabam porlevar à fabricação de interfaces estruturalmente não controladas e
pouco versáteis do ponto de vista de comportamento.
Por outro lado, pretende-se desenvolver "interfaces
inteligentes" com estruturas especificamente projetadas e
construídas para realizar múltiplas tarefas em dispositivos.No caso
de compósito para fins estruturais, objetiva-se o desenvolvimentode interfaces capazes de não somente transferir tensões, mas
também acrescentar mecanismos de dissipação de energia durante
processos de propagação de trincas.
Interfaces auto-reparadoras com estruturas controladas, as quais
atuariam como agente dissipador de energia, e ainda teriam
capacidade de se regenerar após este processo, podem serconstruídas a partir da inserção controlada de polímero nas
superfícies dos agentes de reforço.
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2.6 Setor Aeroespacial
Historicamente, estruturas aeronáuticas em compósitos têm sido
fabricadas utilizando-se fibras longas, com comprimento igual à
dimensão do componente que está sendo manufaturado. Dessa
maneira, ocorre a máxima transferência das propriedades
mecânicas da fibra para o compósito (sob determinadas condições
de carregamento das fibras). No entanto, a fabricação de estruturas
complexas, utilizando fibras contínuas, exige uma significativa
quantidade de trabalho manual ou equipamentos complexos e carosde corte do reforço e laminação dos pré-impregnados. Em função
disso, trabalhos recentes têm combinado o uso de pré-formas de
fibras secas e picadas e processos de transferência de resina,
visando ampliar o uso de compósitos poliméricos em componentes
de estrutura secundária (com menor exigência estrutural). O
resultado desses trabalhos mostra vantagens de custo eprocessabilidade e na relação peso/resistência, em comparação ao
componente metálico substituído.
A utilização de compósitos poliméricos avançados em partes
estruturais de aeronaves cresce a cada ano, devido às excelentes
propriedades mecânicas que este material confere ao componente
que está sendo projetado e por permitir flexibilidade no projeto depeças complexas e com propriedades locais específicas. Hoje, a
empresa americana Hexcel Corporation, fornecedora de pré-
impregnados (tecido ou cabo de reforço contínuo, impregnado com
resina no estágio B) homologados internacionalmente para serem
utilizados na manufatura de componentes aeronáuticos estruturais,
já movimenta mais de 1 bilhão de dólares, fornecendo paraempresas como a Boeing, Bombardier e EMBRAER.
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O crescente uso de polímeros reforçados com fibras de
carbono no setor aeronáutico deve-se, principalmente, ao constante
desafio que esta indústria possui na obtenção de componentes que
exibam os maiores valores de resistência mecânica e de rigidezespecíficas entre os materiais disponíveis. A substituição do
alumínio por compósitos poliméricos estruturais, por exemplo,
permite uma redução de peso de 20 a 30%, além de 25% na
redução do custo final de obtenção das peças.
Hoje, os compósitos de fibras contínuas com matriz termorrígida
estão sendo utilizados na obtenção de componentes internos,externos, nervuras de asas em aeronaves da Boeing, portas de
trens de aterrissagem, radome do Hércules, flapes, partes
estruturais do F-16, bordas de ataque, entre outras.
O processo mais utilizado na fabricação dos compósitos poliméricos
termorrígidos tem sido a cura em autoclave de peças laminadas
manualmente. Com o objetivo de aperfeiçoar a produção dessescompósitos com qualidade para aplicação aeroespacial, estudos
têm sido realizados sobre o efeito de delaminação em bordas livre e
moldada de compósitos com diferentes arranjos de fibras e sobre a
influência da porosidade nas propriedades mecânicas finais do
material obtido. Entretanto, existem muitos outros processos
atualmente em uso, podendo-se citar a pultrusão, bobinagem, atrançagem com ângulos e densidades de fibras pré-determinados
(braiding ), RTM, etc.
Apesar de a matriz epóxi ser ainda muito utilizada no
processamento de compósitos, uma nova geração de resina
termorrígida modificada com termoplásticos, as bismaleimidas
(BMI), está sendo utilizada nas mais importantes e complexas
aplicações de alto desempenho no setor aeronáutico, podendo-se
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citar na aeronaves F22, F117 e B2, do programa militar americano.
Na área civil, compósitos com este tipo de matriz vêm sendo
utilizados na indústria de carros de fórmula-1. Os compósitos com
bismaleimida apresentam a combinação única de alta temperaturade serviço, excelentes propriedade mecânicas até cerca de 180°C
em condições úmidas, exibindo tolerância a danos superior às
melhores resinas epóxi. Certas BMI são capazes de serem
utilizadas na faixa de temperatura de 232-288°C, apresentando
comportamento semelhante à poliimida PMR-15. As BMI, também,
permitem o uso do processo RTM.A aeronave supersônica F22, que atinge velocidades de 1,5
Mach, utiliza em sua estrutura 24% de material compósito
polimérico, 39% de titânio, 16% de alumínio, 6% de aço e 15% de
outros materiais. Sendo que, 50% do peso em compósito são
constituídos da matriz de resina BMI. A aeronave F22, apesar de
suas velocidades de vôo, não utiliza em suas superfícies externasmaterial retardante de chama, devido às características de
resistência térmica e química da BMI.
A aeronave Tucano produzida pela EMBRAER, mostrando os
componentes fabricados em compósitos termorrígidos, utilizando
como reforço fibras de carbono, kevlar e vidro.
O uso de compósitos termoplásticos reforçados com fibrascontínuas também tem sido ampliado no setor aeroespacial, devido,
principalmente, à redução drástica da fadiga, maiores valores de
resistências ao impacto e ao fogo, baixa absorção de umidade,
temperatura de serviço mais elevada e grande versatilidade na
produção em série, exibindo propriedades mecânicas iguais ou
superiores às apresentadas pelos compósitos termorrígidos. No
setor aeronáutico, o uso de compósitos termoplásticos é promissor
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na construção de fuselagens, permitindo com isto uma redução de
peso em torno de 25%, em relação às estruturas metálicas hoje
utilizadas. Hoje, dois processos tecnológicos estão sendo
estudados, de modo a ampliar o uso deste tipo de compósitos sem,no entanto, onerar em demasia os custos com a aquisição de novas
ferramentas de moldagem. O primeiro processo, conhecido como
termoformagem de laminas, consiste em laminar os pré-
impregnados e pré-consolidar por prensagem a quente. Estes
laminados são, então, cortados e moldados na obtenção da peça. O
segundo processo é conhecido como consolidação in-situ , o qualutiliza a laminação contínua e a consolidação direta da peça. Hoje,
estes compósitos estão sendo utilizados na obtenção de
componentes externos, como portas de aeronaves da Boeing e da
Fokker.
Vários polímeros de última geração estão sendo utilizados na
obtenção destes compósitos destacando-se: poliamidas, poliimidas,PEEK [poli(éter-éter-cetona)], PEI [poli(éter-imida)], PPS
[poli(sulfeto de fenileno)], PSU (polisulfona), entre outros,
atendendo a requisitos de resistência mecânica na faixa de ¾60 a
200°C, utilizando processos como a moldagem por compressão a
quente, a pultrusão reativa, a injeção e o RTM.
No setor aeroespacial tem-se, ainda, os compósitoscarbono/carbono constituídos por uma matriz de carbono,
proveniente de precursores à base de resinas ou piches. Esta
classe de compósito termo-estrutural procura aliar as propriedades
de alto desempenho das fibras de carbono com as características
singulares do carbono. Os materiais carbonosos, em suas
diferentes formas estruturais, apresentam alta resistência mecânica
em temperaturas de até 2800°C, na ausência de oxigênio, boa
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resistência à corrosão, baixa expansão térmica, inércia química e
resistência a variações súbitas de temperatura. Estas propriedades
tornam este material atrativo para aplicações a elevadas
temperaturas (800-2500°C) em atmosfera inerte e condiçõesablativas.
Embora existam todas estas vantagens, a aplicação do
carbono tem sido limitada pela baixa deformação na ruptura, alta
sensibilidade a imperfeições, anisotropia, variabilidade nas
propriedades, dificuldades no processo de obtenção de
componentes de grandes dimensões e formatos complexos. Alémdisso, devido ao seu elevado custo, comparado com outros
materiais, a sua aplicação está restrita às áreas aeroespacial,
nuclear, biomédica e algumas aplicações especiais.
Outro fator limitante da utilização do CRFC é a sua
susceptibilidade à oxidação a temperaturas de aproximadamente
500°C, sob ar. Porém, isto pode ser minimizado fazendo-se orecobrimento de sua superfície com antioxidantes adequados.
Quando a temperatura de aplicação está na faixa entre 500 - 600°C,
a inibição pode ser obtida utilizando-se compostos inorgânicos
como óxido de boro e fosfatos. Quando a temperatura de utilização
for maior que 600°C costuma-se recobrir o CRFC com carbeto de
silício, carbeto de titânio, entre outros.Apesar do o CRFC ser susceptível à oxidação a temperaturas
superiores a 500°C, este fator torna-se menos relevante quando a
aplicação do compósito for por um curto período de duração, como
nos casos de gargantas de tubeiras de foguetes à base de
propelente sólido ou componentes com a função de proteção
térmica, como em mísseis e veículos de reentrada. Ainda no campo
aeroespacial, os CRFC estão sendo utilizados em bordas de
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ataques de aeronaves supersônicas e do ônibus espacial (Space
Shuttle) da NASA, componentes estes que chegam atingir
temperaturas de até 1500°C, devido ao atrito com a atmosfera e,
em sistemas de freios de aeronaves supersônicas militares e civis(como o Concorde), devido à sua baixa taxa de desgaste com a
temperatura, aos bons coeficientes de atrito e de calor específico,
que proporcionam um atrito brando durante o período de frenagem.
O potencial de frenagem do compósito carbono/carbono é cerca de
quatro a cinco vezes superiores aos sistemas convencionais
(metálicos) aumentando, assim, a segurança da aeronave. Estesistema oferece, ainda, uma economia de peso, comparado com os
convencionais.
O processamento do CRFC tem como fase intermediária a
obtenção de compósitos carbono/fenólica. Estes compósitos
poliméricos reforçados com fibras de carbono, além de serem
materiais precursores dos CRFC, têm encontrado aplicações termo-estrutural como proteção térmica de foguetes. Na tecnologia de
propulsão de foguetes que usam combustíveis sólidos, os
compósitos carbono/fenólica têm papel fundamental como o suporte
da garganta de tubeira em CRFC, protetor térmico na região de
saída dos gases de queima do propelente e nas regiões anterior e
posterior à garganta.
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2.7 Transporte
A tendência mundial mostra que a indústria automotiva a
médios e longos prazos será a maior usuária dos compósitos
poliméricos. No entanto, esta lucrativa oportunidade só se firmará
quando os compósitos reforçados com fibras de vidro e carbono
apresentarem preço competitivo com o alumínio e o aço. A
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possibilidade de aplicação dos compósitos neste setor é na
manufatura de um sistema único de estruturas como chassis e
carrocerias, principalmente pelos processos de moldagem e RTM,
podendo ainda ser ampliado na manufatura do tanque decombustível, pelo processo de bobinagem, entre outras. Hoje, esta
indústria já faz uso de polímeros e de compósitos com fibras
picadas na fabricação de componentes sem exigência estrutural
primária.
Com relação aos compósitos carbono/carbono, hoje estes
materiais já são utilizados como discos de freios em carros deformula-1 e trens de alta velocidade, em substituição aos asbestos.
2.8 Indústria da Construção Civil
Durante muito tempo os compósitos poliméricos têm sido
utilizados basicamente para reparos e adequações de pontes eedificações danificadas. No entanto, a deterioração da parte
pavimentada das pontes (leito da ponte) é considerada um sério
problema de infra-estrutura. Tal desafio tem levado à investigação
de materiais não-convencionais para solucionar esses problemas.
Avanços na manufatura de compósitos poliméricos reforçados com
fibras, somado aos valores de resistência e rigidez desses materiaisnas condições de uso, simulados em laboratório, levaram à
produção, nos Estados Unidos da América no estado da Virgínia, de
módulos de leitos de pontes para reparos temporários ou
permanentes. Inicialmente, o custo desses leitos em material
compósito é cerca de 60% maior que o correspondente à produção
de leitos em concreto. No entanto, a busca por uma produção emescala industrial e o menor peso desses leitos, facilitando o seu
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transporte e a sua colocação final, têm motivado a continuidade dos
trabalhos de substituição de materiais convencionais. Uma outra
área da indústria da construção civil que tem dedicado atenção
especial aos compósitos poliméricos estruturais, na tentativa deminimizar o peso das estruturas e diminuir os riscos de
desabamentos, mantendo as mesmas características mecânicas
dos materiais convencionais, é a construção de edificações em
áreas sujeitas a abalos sísmicos.
A prática da trançagem de fibras (braiding ) foi, por muito
tempo, utilizada para a obtenção de estruturas simples, de usodecorativo ou como cordas. Atualmente este processo vem sendo
utilizado na manufatura de componentes aeroespaciais e mais
recentemente na produção de hastes, estacas e tubos de menor
peso aplicados no setor da construção civil, como componente com
exigências estruturais. O uso de fibras estruturais como carbono,
vidro, aramida tem viabilizado a obtenção de pré-formas trançadas,com a combinação de fibras ou não, cilíndricas ou planas,
impregnadas com termorrígidos ou termoplásticos. Estas estruturas
trançadas, dependendo dos tipos de fibra e matriz polimérica
utilizados tem apresentado, em geral, preço competitivo, com
interessantes valores de resistência e rigidez, resistência à corrosão
e menor peso.
2.9 Células Combustíveis
Os compósitos carbono/carbono além de suas aplicações no
setor aeroespacial têm encontrado aplicações em células
combustíveis como eletrodos e outros componentes estruturais,devido à sua excelente resistência à corrosão e boas propriedades
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térmicas e elétricas. A maioria das células combustível modernas é
baseada no uso de eletrólitos à base de ácido fosfórico como
eletrólito, operando a 204°C e gerando de 200 kW a 11 MW d
energia elétrica. Estas células individuais são ligadas em sérieformando módulos. A combinação de muitos desses módulos são
utilizados para formar um gerador de energia. Protótipos dessas
células com compósitos CRFC têm mostrado bons resultados,
porém a viabilização de seu uso depende, ainda, da redução do
custo e do tempo de preparação do compósito.
A aplicação dos compósitos CRFC em reatores de energia porfusão e fissão também é promissora por apresentar como
características: baixo número atômico, baixa seção de choque com
nêutrons, alta estabilidade térmica, não se funde, excelente
resistência ao choque térmico, tolerância a danos por nêutrons,
baixo coeficiente de expansão térmico, alta resistência mecânica,
baixo módulo de Young, resistência à erosão por jateamento deplasmas e baixa liberação de gases.
O CRFC também pode ser utilizado na confecção de cápsulas
de proteção de isótopos utilizados em missões espaciais para gerar
calor e eletricidade.
2.10 Outras Aplicações
Na área médica os materiais compósitos poliméricos têmencontrado aplicação na confecção de próteses ortopédicas
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externas e o compósito carbono/carbono em próteses ortopédicas
internas.
Os compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono
têm sido utilizados, também, em sistemas de antenas, devido àssuas boas propriedades de reflexão de rádio-freqüência, alta
estabilidade dimensional e boa condutividade elétrica. Isto inclui
antenas parabólicas, subrefletores e estruturas traseiras de
emissores de rádio-freqüência. Já os compósitos com fibras de
vidro e kevlar vêm sendo utilizados como material transparente à
radiação eletromagnética na faixa de microondas, sendo aplicadosna manufatura de radomes de aeronaves (nariz do avião), tendo
como função proteger o radar de busca e imageamento, sem
interferir na radiação emitida ou recebida pelo radar.
Os compósitos poliméricos obtidos pelo processo de
trançagem e/ou pultrusão têm sido utilizados na manufatura de
artigos esportivos como tacos de basebol, de hóquei, varas depescar, esqui para uso em esportes aquáticos e em neve,
estruturas de bicicletas, entre muitos outros artigos utilizados nesta
área.
Outra área que vem se beneficiando das propriedades de
resistência mecânica e menor peso dos compósitos estruturais é a
de construção de plataformas off-shore e de equipamentos para aextração de petróleo em alto mar. O uso de compósitos obtidos pelo
processo de bobinagem tem oferecido muitas vantagens nesta
área, permitindo o projeto de tubos com as características
desejadas à aplicação, em função da escolha correta da fibra,
matriz e da orientação das fibras durante a bobinagem.
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3.0 Materiais Não Ferrosos
Denominam-se metais não ferrosos, os metais em que não
haja ferro ou em que o ferro está presente em pequenasquantidades, como elemento de liga Os metais não ferrosos sãomais caros e apresentam maior resistência à corrosão, menorresistência mecânica, pior resistência a temperaturas elevadas emelhor resistência em baixas temperaturas que o aço carbono.
Os principais serviços com metais não ferrosos são os serviços decorrosão e de não contaminação pelo produto da corrosão, comoem situações extremas de temperaturas baixas e altas.
Abaixo faremos uma exposição dos principais metais nãoferrosos utilizados em equipamento de processos.
3.1 Cobre e ligas de cobre
São usualmente utilizados cerca de 50 tipos de cobre e ligasem equipamento de processos, os quais podem ser classificadosem: cobre comercial, latões, bronzes e cobreníquel
3.2 Cobre comercial
O cobre comercial apresenta pelo menos 95% de cobre. Aprincipal fraqueza desse material e o descaimento de suaresistência mecânica em temperaturas elevadas permitem-se o usodo cobre comercial até a temperatura de 200OC. A temperatura
máxima de utilização e seu elevado custo restringem a utilizaçãodeste material. Devido sua estrutura CFC, o cobre não apresentatransição dúctil-frágil e pode ser utilizado sem teste
de impacto até a temperatura de – 200OC.
A resistência do cobre comercial à corrosão assim como asligas de cobre é conseqüência da formação de uma camadapassivadora de vários compostos de cobre, diferindo da camadapassivadora de óxidos dos aços. Deve-se lembrar que o cobre esuas ligas são altamente catódicos em relação ao aço carbono, a
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união cobre aço carbono, causará uma intensa corrosão galvânicana presença de meios eletrolíticos.
O cobre comercial apresenta excelente resistência à corrosãoatmosférica úmida e poluída, e também às águas salobras e
salgada, aos meios não oxidantes, aos compostos orgânicos(alcoóis, aldeídos, cetonas, hidrocarbonetos, ácidos graxos, etc).Apresenta baixa resistência a corrosão em meios ácidos oxidantesfortes (nítrico, sulfúrico, crômico, entre outros). Tanto o cobre comosuas ligas apresentam corrosão sob tensão em meios onde houvera presença de amônia, aminas, sais amoniacais, cianetos entreoutros compostos nitrogenados.
Não se pode utilizar o cobre e suas ligas em serviços com oacetileno, pois há a formação de um produto explosivo.
3.3 LatõesOs latões são ligas de cobre com até 40% de zinco e
pequenas concentrações de outros elementos. O aumento daquantidade de zinco na solução sólida diminui o custo do material etambém diminui a resistência à corrosão. Para quantidadessuperiores a 15% ocorrerá grave dezincificação, o que pode serobservado pela mudança de cor do latão que passa do amarelopara o vermelho cobre. A dezincificação pode ser controlada com aadição de As ou Sb.
Os latões são usados, principalmente para tubos e espelhosde troca de calor, bem como para válvulas de pequeno diâmetro,sempre que o serviço for realizado em baixas pressões, devido àpequena resistência mecânica dos latões.
Os elementos sem especificação de porcentagem são adicionadosem pequenas quantidades.
3.4 BronzesOs bronzes são ligas de cobre criadas com o intuito de
melhorar a resistência à temperatura e a resistência mecânica. Oselementos de liga associados ao cobre (85-95%) são: Sb, Al, P, Si.Como sabemos os elementos Si e Al são desoxidantes sendo maisutilizado em equipamentos de processos. Os bronzes industriaispodem ser utilizados entre as temperaturas de -200OC a 370OC.
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As resistências dos bronzes são similar a do cobre comerciale também estão sujeitos a corrosão sob tensão em presença deamônia, aminas, sais amoniacais, e mercúrio.
São empregados para a construção de válvulas pequenas e
para o mecanismo interno de válvulas grandes e paras os espelhosde trocadores de calor.
3.5 Cobre-NíquelO níquel e o cobre possuem tamanhos atômicos próximos,
assim a liga cobre níquel formam soluções sólidas substitucionaispraticamente em qualquer proporção.
Os cobre níquel possuem melhor resistência à corrosão e àtemperaturas elevadas, mas também eleva o preço do material. A
resistência mecânica do cobre-níquel é semelhante a do bronze esua resistência à corrosão é semelhante a do cobre comercial.
São usados principalmente para feixes tubulares detrocadores de calor, onde circula água salgada ou outras águasagressivas e para tubulações de águas agressivas e de ácidosdiluídos com pequenos diâmetros, onde não é possível o uso doaço carbono.
3.6 Alumínios e suas ligas
O alumino é um metal de baixa densidade e altacondutividade térmica e baixa resistência mecânica. Com umaestrutura CFC o alumínio pode ser utilizado para serviços atépróximo do zero absoluto, pois não apresenta a transição dúctil-frágil, sua resistência mecânica (LR e LE especificamente) aumentacom a diminuição da temperatura.. Para temperaturas elevadas aresistência mecânica do alumínio decai tornando seu uso imprópriopara temperaturas acima de 150OC.
O alumínio forma uma fina camada passivadora de óxidomuito estável e tenaz, sendo praticamente inerte à atmosfera eapresentando uma boa corrosão às águas salinas, alcalinas eacidas. Apresenta também boa corrosão nos seguintes meioscorrosivos:
Oxigênio, água oxigenada, acido nítrico, amônia e compostosamoniacais, alcoóis ésteres, éteres, cetonas, aminas, ácidosorgânicos, hidrocarbonetos; todos em temperatura ambiente.
Enxofre, H2S, SO2, sulfetos e produtos sulfurosos
provenientes dos hidrocarbonetos, em altas temperaturas.
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CO, CO2, ácido carbono Acetileno, HCN, amônia anidra ouhidratada.
O alumínio é altamente atacado quimicamente (corrosão química)por acido minerais não oxidante (HCl, HF, H2SO4, etc) pela soda e
potassa cáusticas, e por soluções fortemente alcalinas. O mercúrioe compostos mercuriais causam corrosão sob tensão no alumínio,Graças ao seu excelente desempenho em baixas temperaturas oAlumínio é usado para serviços criogênicos com gases liquefeitos eserviços a baixa temperatura em que as condições de corrosão esegurança o permitam.
3.7 Níquel e ligasTanto o níquel quanto suas ligas apresentam excelente
resistência a corrosão e resistência mecânica em temperaturaselevadas e baixas. Várias ligas de níquel patenteado e suasprincipais propriedades.
O custo elevado das ligas de níquel faz que estes matériassejam poucas usadas a baixa temperatura, onde se prefere usarmateriais mais baratos como o alumínio e os aços austeníticos.Normalmente emprega-se o níquel em ambientes corrosivosseveros de cáusticos sendo o níquel 201 o mais empregado paraesses serviços em temperaturas de 300OC.
De todas as ligas de níquel o metal monel é o mais utilizado emequipamentos de processos, sendo usados para tubulações eválvulas de pequeno diâmetro, para tubulações de trocadores decalor e como material de revestimento anticorrosivo.
Os Inconel e os Incoloys foram criados para serviços severos:oxidantes ou redutores, em temperaturas elevadas.
Os Hasteloy são ligas de níquel de alto custo com grandesquantidades de Mo, podendo também conter Cr, Co, W, V e outros
metais, são classificados em tipos B, C, D, e G. Os hasteloy tipo B éuma das ligas industriais mais resistentes à corrosão que existe.
O custo extremamente elevado destas ligas inclusive ao custo doTitânio limita seu emprego em alguns casos excepcionais, quandonão houver alternativas. São usados em trocadores de calor epeças pequenas.
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3.8 Ligas de níquel e cromo
Al Cr Fe Mo Ni Nb+Ta W Dureza HB Estado
0 15,5 5,5 16 57 0 3,8 184 Recozido
0 15,5 8 0 76 0 0 120-170 Recozido
0 21,5 0 9 61 3,6 0 180 Recozido
0,5 21 46 0 32,5 0 0 120-184 Recozido
0 19 18,5 3 52,5 5,1 0 382 Endurecido
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4.0 Conclusão
Ao concluirmos este trabalho podemos afirmar que a todo um estudo em
qualquer material para conseguirmos reduzir custos nas empresas, ondepode ser aplicado cada tipo de material e a resistência de cada material.