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