metais

Você sabe o que é a caracterização de metais e como ela te garante a segurança?

Muitas vezes não paramos para observar, mas no nosso dia-a-dia, nos deparamos com diversos metais e suas ligas: desde mesas e panelas da sua casa até o prédio alto do outro quarteirão. As aplicações dos metais vão muito além disso: pontes, viadutos, ônibus espacial. Mas será que a composição do metal utilizado na confecção de uma panela é a mesma do metal que é matéria-prima na construção de um viaduto? Vamos descobrir?!


Os metais podem ser divididos em: ligas metálicas, metais ferrosos e metais não ferrosos.


​Ligas Metálicas:

Ligas metálicas são misturas formadas por 2 ou mais constituintes, sendo necessário que 1 deles seja um metal. O maior exemplo de liga no nosso cotidiano é o aço. Este é composto pelo metal ferro. Além dele, também se encontram o silício, enxofre e fósforo. As ligas metálicas são muito utilizadas em processos industriais por possuírem propriedades interessantes. O metal, por si só, não obteria o mesmo resultado.


Um grande exemplo da situação exposta acima é o fato de que o aço - uma liga metálica - possui maior resistência à tração e maior dureza do que o ferro puro. Com isso, o aço é mais indicado para a construção civil, por exemplo, para ser usado como concreto armado, estrutura de edificações, produção de panelas e caldeiras, entre outros.


Da mesma forma, existem outros diversos tipos de ligas metálicas com diferentes aplicações. Alguns exemplos são: aço inox - reduz drasticamente a taxa de corrosão devido a presença do cromo - é usado em talheres, peças de carro, etc; latão - possui uma alta flexibilidade - é usado para produzir instrumentos musicais de sopro como flautas, clarinetes, etc; magnálio - material extremamente leve - é usado como constituinte de peças de aviões e automóveis.

​Metais ferrosos:


Os metais ferrosos são ligas que apresentam, principalmente, ferro e carbono na sua composição, porém ainda possuem outros elementos, como o manganês, cobre, entre outros. Para o metal ser caracterizado como ferroso, as especificações são as seguintes: ter pelo menos 90% de ferro; ter no máximo 5% de carbono; ter outros materiais com quantidade reduzida. Os metais ferrosos mais comuns são: Aço, ferro fundido e ferro laminado.


Para ser considerado aço, o material deve conter, no máximo, 1,7% de carbono. O aço apresenta uma grande aplicabilidade na engenharia estrutural. Quando utilizado nesse ramo, a composição de carbono utilizada é de até 0,29% para evitar perdas de propriedades interessantes. O carbono permite o aumento da resistência mecânica, porém, teores mais elevados reduzem a ductilidade e soldabilidade. O ferro fundido e o ferro laminado deixaram de ser empregados por conta da sua baixa capacidade de resistir à tração. No caso do ferro fundido, há ainda um problema relacionado a sua capacidade limitada de ductilidade e soldabilidade.

Metais não ferrosos​

Os metais não ferrosos são todos aqueles que possuem uma empregabilidade na indústria ou na engenharia, mas que não contém o elemento ferro. Dentro deles, podemos destacar os seguintes metais: Alumínio, Cobre, Chumbo.


O cobre é utilizado para fins de condução elétrica, pois apresenta uma excelente condutibilidade e maleabilidade. Dentro do grupo dos metais, possui a segunda maior condutibilidade, estando apenas atrás da prata. Por isso, o seu uso em fios é comum.

O Alumínio, apesar de ser uma material leve, apresenta uma excelente resistência mecânica. Por conta disso, o seu uso é frequente nas indústrias, como na fabricação de latas, utensílios para a cozinha e na construção civil.


O chumbo é o tipo de metal que está perdendo espaço dentro da indústria, por conta da sua toxicidade para o homem e o meio ambiente. Porém, ainda possui sua utilização em algumas áreas, uma vez que apresenta forte resistência ao ataque ácido.

Mas qual é a composição e normas dos metais?


Cada liga metálica possui uma concentração química de elementos e uma microestrutura de distribuição bem definida. Esses valores são padronizados segundo as normas do SAE (Society of Automotive Engineers), do AISI (American Iron and Steel Institute) e do ASTM (American Society for Testing Materials). No Brasil, as normas foram unificadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Estas foram baseadas nas normas SAE e AISI.


Existem diversas normas para aços carbonos. Elas especificam as composições de cada um dos componentes que precisam estar contidos no aço de acordo com a aplicação que será destinada ao material. Existe uma norma, a NBRISO5832-1, que regulariza os aços que servirão para implantes em cirurgias, por exemplo. Já para os aços carbonos ligados a construção mecânica, contamos com a norma NBR NM 87. Estas normas classificam os aços por meio de um número, de quatro ou cinco dígitos. Cada dígito tem a função de indicar uma propriedade presente no aço.


Imagine-se então comprando uma liga metálica de aço inox, por exemplo. Segundo a Norma NBR NM 87, os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe), carbono (C) e cromo (Cr) com um mínimo de 10,50% de Cr. Assim, para autenticar a veracidade da liga que você comprar, é possível realizar uma caracterização do metal e comprovar se o material vendido como aço inoxidável realmente tem o valor mínimo de Cromo. Essa quantidade de cromo é o principal responsável pela amenização da corrosão.


A caracterização é benéfica tanto para você na situação do cliente quanto para você como vendedor. Na posição de comprador: permite uma segurança de que o produto comprado cumpriu o que prometia. E na posição de vendedor: transmite uma segurança para o seu cliente ao dar muito mais credibilidade ao seu produto.


A estrutura do metal reflete as suas propriedades mecânicas. Assim, verificar se o produto atende as especificações fornecidas pelo vendedor, é, antes de mais nada, uma questão de segurança. Se o material a ser utilizado precisa aguentar tensões altas, por exemplo, caso sua estrutura não esteja especificada conforme as normas, este poderá não aguentar a tensão e causar um acidente.


Existem diversos equipamentos e técnicas a serem utilizados para caracterizar um metal, como FRX (Espectrômetro de Fluorescência de Raios), DRX (Difratômetro de Raios X), MEV (Microscópio de Varredura Eletrônica) MET (Microscópio Eletrônico de Transmissão), entre outros.


É importante frisar que essas técnicas são complementares. Quanto maior o número de equipamentos e técnicas utilizadas na caracterização, melhor estudado é o material, e por consequência, é possível direcionar o seu potencial para melhores aplicações.


Mas afinal, o que é a caracterização de metais?

Caracterização


A caracterização de metais consiste numa análise com padrões qualitativos ou quantitativos para identificar como o metal pode ser classificado. O aspecto qualitativo busca determinar quais são os constituintes daquele material. Já o aspecto quantitativo permite quantificar os elementos presentes no material, isto é, encontrar as concentrações de cada componente.


O estudo desses metais pode ser chamado de metalografia. Esta pode ser aplicada em dois campos de pesquisa: o quantitativo e o qualitativo.

Metalografia quantitativa: é o estudo que permite determinar:

- o tamanho médio dos grãos

- a porcentagem de cada fase presente no material

- a forma e o tipo de constituinte

- parâmetros de aspectos mais específicos como por exemplo, a recristalização e solidificação.

- detecção a quente de como se forma a superfície desses metais

- as microestruturas fundidas a partir da solidificação


Quanto às propriedades mecânicas, são realizados testes de força que permitem entender como é a resistência mecânica do material em relação aos seus componentes, a forma do metal e a sua natureza.


Metalografia qualitativa: esse campo de estudo procura entender como é a microestrutura a ser analisada para determinar quem são os seus microconstituintes. Tais componentes dependem do tratamento térmico e mecânico que foi realizado, do tipo de liga utilizada e do processo de fabricação dessa material.

A partir dos insumos da análise qualitativa dessas ligas de metais, devemos utilizar alguns testes com equipamentos para entender melhor como podemos atuar.

Equipamentos para a caracterização dos metais

Caracterização


O MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura):

Tal equipamento, como qualquer outro microscópio, permite tornar visível ao olho humano as camadas de um material que possui um tamanho muito reduzido. A principal vantagem do seu uso é o fato dele realizar uma varredura por elétrons, melhorando a resolução. Com isso, o problema da luz branca - comum a outros tipos de microscópios - é evitado.


O MET (Microscópio Eletrônico de Transmissão)

O equipamento é um microscópio com a mesma finalidade do MEV, mas com uma maneira de análise diferente. Um feixe de elétrons é emitido a partir do equipamento e entra em contato com o metal a ser analisado. Com isso, uma imagem é formada e, posteriormente, ampliada para o estudo de sua formação cristalina e da sua superfície.


O FRX (Espectrômetro de Fluorescência de Raios):

Esse equipamento possui um gerador de energia em formas de ondas que atinge o material a ser analisado. Após essa emissão de ondas o material emite uma resposta que varia de acordo com os elementos presentes nele. Pois, cada elemento possui uma frequência específica. Com essa emissão é possível medir a concentração de cada elemento presente no metal.


O DRX (Difratômetro de Raios X)

O equipamento em questão atua de maneira semelhante ao FRX com um gerador de ondas que atuam no metal a ser analisado. Após esse ataque com ondas os elementos do material respondem com a emissão de ondas com uma frequência característica para cada elemento. Com isso, é possível determinar as concentrações presentes no metal que foi analisado.


Alguns tipos de metais, normas e aplicações para a indústria.

Aços

A norma SAE J403 é responsável por toda a regulamentação química dos aços carbonos. Como base, utiliza as concentrações específicas de cada elemento para a sua classificação. A partir disso, possuímos diferentes graus para essa norma com a variação na quantidade de elementos encontradas. Tal norma é regulamentada de acordo com a porcentagem massa/massa dos metais, como para os seguintes elementos: Carbono, Fósforo, Manganês e Enxofre.


Grau 1006-1012. São aços de baixo teor de carbono com aplicações para áreas que não necessitam de resistência mecânica.


Grau 1015-1035. Aços de médio teor de carbono com aplicação em setores que necessitam de uma resistência mecânica intermediária.


Grau 1040-1045. Aços com teor elevado de carbono com aplicação em áreas que necessitam de alta resistência mecânica.


Norma NBR 6650 de 01/2014

Tal norma estabelece parâmetros para uso do aço-carbono em bobinas e chapas finas a quente para uso estrutural. Com a norma, os valores padrões para os componentes daquele aço resultam nas seguintes características do metal: boa soldabilidade e resistência mecânica moderada.


Norma NBR 6656 de 12/2016

Tal norma estabelece parâmetros para o uso de aço-carbono em bobinas e chapas laminadas a quente de aço acalmado. São esperados aspectos desse metal, como boa condutibilidade e elevada resistência mecânica.


Norma NBR 10065 de 01/2011

A norma em questão estabelece parâmetros para o uso de elementos que auxiliam a fixação de aço inoxidável e aço resistente à corrosão.


Norma NBR 7007 de 09/2016

A regulamentação apresentada elabora padrões para o uso de aço-carbono e aço microligado para barras e perfis laminados a quente para o uso estrutural.


A partir dos fatos expostos, percebemos que os metais possuem uma grande aplicabilidade dentro das indústrias. Por isso, é de suma importância a sua caracterização para garantir a aplicabilidade correta do material, assim como a sua validade de acordo com as normas. Com isso, aumentamos a durabilidade, diminuímos os riscos em relação à segurança e contribuímos por um Brasil mais ético e responsável!

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