19 de dezembro de 2022
Maleabilidade dos metais
Editoria Serrametal – Esse conteúdo é apenas informativo, pois se trata do universo dos nossos clientes. Nós somos fornecedores de aços especiais.
Cada material em nosso universo é definido por seus átomos. Estes determinam cada característica do material, incluindo sua forma, cor, condutividade, ponto de fusão, resistência e maleabilidade.
Os metais pertencem à classe de materiais mais maleáveis do universo. Metal mais maleável é um tipo de material que pode ser facilmente trabalhado, para se produzir um produto.
Os elétrons que são pequenas partículas eletronicamente carregadas, que estão deslocalizadas em torno do átomo, promovem aos metais a propriedade de maleabilidade. Muitos metais têm uma estrutura atômica com elétrons de valência compartilhados, que são elétrons ao redor da camada de valência externa de um átomo e podem facilmente formar ligações químicas.
Quando um metal tem esses tipos de elétrons, por exemplo, o ferro, alumínio e o cobre são altamente maleáveis quando aquecidos, porque os átomos são capazes de deslizar facilmente uns sobre os outros, permitindo a modelagem do material em formas úteis.Desde o início da Idade do Bronze, a humanidade usa metais para criar armas, joias, moedas, carros, trens, navios, barcos, arranha-céus, televisores, balaustradas, portões de ferro forjado e muito mais, devido à energia atômica das microestruturas, alguns metais são mais maleáveis que outros, porém a temperatura pode influenciar na maleabilidade, e essa foi uma das grandes descobertas da ciência.
Existem 91 metais conhecidos no universo, seguindo a tabela periódica, compondo 78% dos elementos da tabela periódica (total de 118 elementos), e nem todos são maleáveis. Serão verificados aqui alguns dos metais mais maleáveis.
Sumário
O alumínio é um elemento comum, constituindo cerca de 8% da crosta terrestre, aproximadamente. O material é reconhecível devido à sua cor branco-prateada e à sua superfície brilhante, além de poder ser conformado facilmente, pois é um metal de alta maleabilidade.
É um material leve, de baixa densidade em relação aos outros metais e sua capacidade de resistir à corrosão o tornaram o material de escolha para uma enorme variedade de aplicações, incluindo aviões, ônibus espaciais, trens de alta velocidade, componentes de construção, linhas de energia, smartphones, laptops e muito mais.
O alumínio é um material incrivelmente dúctil, capaz de ser esticado entre 50 a 70% de seu comprimento antes de quebrar. Também é altamente maleável e possui temperatura de fusão baixa de 660°C, permitindo que seja facilmente manipulado.
O ferro forma grande parte do núcleo a crosta da Terra, tornando-o possivelmente, o elemento mais comum em nosso planeta. Também está em cerca de 0,005% de nossos corpos, residindo em nosso sangue e permitindo que nossos corações distribuam oxigênio para nossos órgãos. Em sua forma mais pura, é um metal maleável, mas em conjunto com elementos químicos formam ligas que podem apresentar maior resistência.
Existem alguns tipos de ferros maleáveis que são reconhecidos na indústria, como o ferro fundido cinzento e o ferro fundido nodular, criados com diferentes métodos de processamento. Normalmente não se utiliza apenas o ferro, mas sim uma liga que compõe grande parte de ferro, além de alguns outros elementos químicos, principalmente o carbono.
Por exemplo, o ferro fundido não é um ferro puro, mas uma liga ferro-carbono com um teor de carbono de 2% ou mais. O ferro fundido é um material popular devido à sua baixa temperatura de fusão, fluidez, capacidade de fundição, usinabilidade e resistência à deformação e ao desgaste.
O ouro é o metal mais maleável conhecido, mas essa afirmação somente está correta quando consideramos o ouro puro. A maleabilidade do ouro é impressionante. Novos estudos mostram que é possível fazer um fio tão fino quanto um único átomo de diâmetro e ainda pode ser tracionado um pouco mais até seu rompimento. Aplicações relacionadas à condutividade elétrica do ouro são muito estudadas, e quanto menor a massa do fio condutor, mais leve e menor o produto poderá ser.
Um único grama de ouro pode ser laminado em uma folha de um metro quadrado, e a folha de ouro pode ser reduzida o suficiente para se tornar semitransparente.
O chumbo é um elemento metálico maciço, maleável, dúctil, denso e de coloração branco-azulada, extraído principalmente do minério galena e também é encontrado em minérios com zinco, prata e cobre.
Embora ainda seja usado por sua maleabilidade e resistência à corrosão, são as suas propriedades químicas que o tornam um metal completamente moderno. Os usos atuais estão focados em energia e proteção: em blindagem contra radiação, cabos de energia e comunicação subaquáticos, motores de combustão, baterias de veículos elétricos e no fornecimento de energia de emergência.
Assim como o ouro, a prata é um dos metais com maior maleabilidade. É mais duro que o ouro, porém é mais dúctil que o cobre. Essa ductilidade limita seu uso, ao menos que seja ligado a cerca de 10% de cobre. Quando ligado a 7,5% de cobre, é conhecido como prata esterlina. Como um elemento puro, pode absorver oxigênio na proporção de 20 vezes o seu próprio volume em seu ponto de fusão. É o melhor condutor de calor e eletricidade dentre os metais.
O zinco é um metal branco prateado com um tom azulado brilhante. Encontra-se no grupo IIB da tabela periódica. É frágil e cristalino em temperatura ambiente, contudo torna-se dúctil e maleável quando aquecido entre 110°C e 150°C. É um metal bastante reativo que pode interagir com oxigênio e outros não metais, além disso, reage com ácidos diluídos para liberar hidrogênio.
É utilizado principalmente para a galvanização do ferro, mas também é importante na preparação de certas ligas. É usado para as placas de cargas negativas em algumas baterias elétricas e para coberturas e calhas na construção civil.
O zinco é o principal metal usado na fabricação de moedas americanas, e também é usado como metal de fundição na indústria automobilística. O óxido de zinco é usado como pigmento branco em aquarelas ou tintas e como ativador na indústria da borracha. Como pigmento, o zinco é usado em plásticos, cosméticos, papel de fotocopiadora, papel de parede, tintas de impressão etc.
O zinco metálico está incluído na maioria dos comprimidos de medicamentos, há estudos que apontam que o zinco possui propriedades antioxidantes, que protegem contra o envelhecimento prematuro da pele e dos músculos do corpo.
É um material muito utilizado em fios e cabos de eletricidade. Também é usado em materiais para construção, ferragens marítimas, moedas e muito mais.
O cobre foi o primeiro metal a ser trabalhado por humanos, com seu primeiro uso encontrado em um machado com ponta de cobre usado por Otzi, o Homem do Gelo de cinco mil anos, descoberto nos Alpes Ötztal, na fronteira da Áustria e da Itália. Níveis tóxicos de arsênio foram encontrados no cabelo de Otzi, o que sugere que ele foi exposto ao elemento enquanto fundia o cobre para seu machado.
Combinado com estanho produz o bronze, um material que também pode ser maleável, fácil de moldar e que consegue adquirir boa resistência mecânica. Armamentos e armaduras eram fabricados com este material.
Outro material muito utilizado atualmente é o latão, uma liga de cobre e zinco. O latão é frequentemente considerado o mais adequado para aplicações gerais. É maleável, fácil de conformar, relativamente barato e de baixo atrito. Ele pode ser usado para componentes decorativos, peças de metal com as quais as pessoas manuseiam regularmente (como maçanetas) e superfícies de qualidade que precisam ser antibacterianas ou antimicrobianas.
A maleabilidade descreve a capacidade de um metal ser deformado abaixo do limite de ruptura. É uma propriedade física dos metais pela qual eles podem ser moldados, martelados e enrolados em folhas muito finas sem se romper. Um metal maleável pode ser aplanado por laminação, por exemplo.
Outra propriedade que está diretamente relacionada à maleabilidade é a ductilidade. A maleabilidade e a ductilidade são duas propriedades semelhantes que muitas vezes são confundidas. Na metalurgia, um material maleável é aquele que pode ser facilmente conformado mecanicamente.
O material é considerado maleável porque pode ser deformado sob tensão de compressão. Por outro lado, a ductilidade é a capacidade de um material ser conformado sob tensão de tração, que é a facilidade na qual ele pode ser esticado.
Em outras palavras, a ductilidade é a capacidade de um material ser estirado ou deformado plasticamente até sua fratura. É, portanto, uma indicação de quão “macio” ou maleável é o material. Um metal muito interessante para ser conformado é o aço. A ductilidade dos aços varia de acordo com os teores e tipos de elementos de liga presentes. O aumento no carbono, por exemplo, aumentará a resistência, mas diminuirá a ductilidade do aço.
Ou seja, um metal mais maleável, ou um aço mais maleável também dependerá da sua composição química. No caso de aços para conformação, um aço SAE 1010 é mais maleável que um aço SAE 1020, pois apresenta menor teor de carbono.
Os aços ferramenta, por exemplo, são muito menos maleáveis, uma vez que apresentam maiores teores de elementos de liga.
A ductilidade em metais está intimamente relacionada ao encruamento. Assim, sob condições em que a maclação contribui para o encruamento aparente, independentemente do mecanismo, alongamentos uniformes estendidos podem ser esperados. Em circunstâncias em que o encruamento efetivo é reduzido pela maclação, à deformação será uniforme em uma faixa reduzida.
Onde surge o “amolecimento do trabalho” local, em maclas duplas recém-formadas, por exemplo, as tensões podem se tornar tão altas que os vazios são formados nas maclas. O controle da maclação pode ser uma importante ferramenta de engenharia na criação de ligas com maior ductilidade.
Os aços são materiais muito utilizados, pois apresentam boas características para serem conformados. Alguns aços são mais maleáveis que outros, trazendo melhor conformabilidade, por exemplo.
A forma como o aço é fabricado influencia diretamente em sua maleabilidade. Aços fabricados por métodos conformação a frio, como a laminação, produzem aços resistentes, porém os aços laminados a quente são geralmente mais maleáveis. Entretanto, após o processo de fabricação destas chapas, normalmente são aplicados processos térmicos para que elas apresentem boa microestrutura.
Existem outros tipos de aços, como os galvanizados e os aços inoxidáveis, que também podem ser fornecidos em chapas finas em forma de bobinas para serem conformadas. Normalmente, quando se deseja trabalhar com aços mais resistentes, devem-se utilizar ferramentas de alta resistência, e de preferência, que apresentem boa tenacidade.
Dentre as chapas de aço fornecidas em bobinas, as mais comuns são de SAE 1006 e SAE 1008, e normalmente se utilizam espessuras entre 0,45mm a 3,00mm. Esses aços são mais maleáveis, e podem ser conformados facilmente mesmo em maiores espessuras.
Outro tipo de aço muito interessante é o maraging. Esta é uma liga de Ni-Fe com teor de carbono muito baixo. Estes aços apresentam propriedades superiores como tenacidade e resistência sem perder sua maleabilidade.
Aços maraging são aços de alta resistência combinados com boa tenacidade. Eles são usados principalmente em aplicações aeroespaciais e em ferramentas. Maraging refere-se ao envelhecimento da martensita.
Para aplicações onde à resistência mecânica é um fator importante, também são conformadas chapas que apresentam duas fases, um exemplo é a DP590 e similares. O aço DP590 é usado como material alternativo em aplicações automotivas devido à sua alta resistência e outras propriedades mecânicas consideravelmente boas.
No entanto, as principais preocupações da conformação do aço DP590 são a ductilidade e maleabilidade limitadas. A conformação a quente é usada como um processo alternativo eficaz para produzir componentes de forma complexa a partir desse material de alta resistência.
A conformabilidade do material aumenta em aproximadamente 26% à medida que a temperatura de processo aumenta para 400°C. Entretanto a estampagem a quente, ou hot stamp é um processo mais caro, que demanda mais investimentos e energia.
Assim, para chapas onde não se podem utilizar metais mais maleáveis, é recomendada a utilização de ferramentas mais resistentes ao desgaste e a trincas. Esses aços ferramenta que serão utilizados para o processo de conformação destas chapas podem ou não passar por processos térmicos. De maneira geral é possível buscar a solução quando se trabalha com chapas mais resistentes conversando com seu fornecedor de aços ferramenta.
Conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização. Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin
