Explorando Tipos de Metais: Classificações e Propriedades Principais

Existem vários tipos de metais adequados para aplicações específicas. Embora metais sejam feitos pela mineração de minério dentro da terra, extraídos de rochas em processo industrial em larga escala. Nosso objetivo: discutir diferentes tipos de metais e suas funções.

Antes, diferentes metais têm uma ou mais propriedades mecânicas: dureza, capacidade de resistir a tensão repetida (resistência à fadiga), ductilidade, maleabilidade. Estas propriedades frequentemente atribuídas a defeitos ou imperfeições em sua estrutura cristalina.

Tipos de Metais e suas Classificações

Metais classificados segundo:

• Teor de ferro
• Estrutura atômica
• Metais magnéticos e não-magnéticos

Classificação por Teor de Ferro

Forma comum de classificar metais. Metais contendo ferro = metais ferrosos. Ferro confere propriedades magnéticas e torna propensos à corrosão quando expostos à umidade.

Metais sem ferro = metais não-ferrosos. Não têm propriedades magnéticas. Exemplos: alumínio, chumbo, latão, cobre, zinco.

Classificação por Estrutura Atômica

Baseada na estrutura atômica na tabela periódica. Podem ser alcalinos, alcalino-terrosos, ou de transição pertencentes ao mesmo grupo comportando-se similarmente ao reagir com outros elementos. Propriedades químicas similares.

Classificação por Metais Magnéticos e Não-Magnéticos

Diferenciar metais verificando reação a ímãs. Metais ferromagnéticos atraem forte. Paramagnéticos: interação fraca. Grupo com fraca repulsão a ímãs (diamagnéticos).

Tipos de Metais

Metais compartilham propriedades mecânicas similares, mas observando de perto, cada um tem propriedade ligeiramente diferente. Existem formas de ajustar propriedades para obter desejada.

Fatores ao selecionar metal para aplicação:

• Ponto de fusão
• Custo, facilidade de usinagem
• Espaço disponível
• Fator de segurança suficiente
• Coeficiente de temperatura
• Densidade
• Condutividade térmica e elétrica

Ferro

Implementação do ferro parte da civilização: 5% da crosta terrestre é ferro. Fácil de encontrar. Ferro puro = elemento instável, reage com oxigênio do ar formando óxido. Extraído de minérios em alto-forno: primeira etapa produz ferro-gusa. Pode ser refinado a ferro puro. Frequentemente acaba em aço e outras ligas. Metais ferrosos ~90% dos metais manufaturados.

Ferro puro mais forte que outros metais mas não contém propriedades frequentemente requeridas. Não resistente à corrosão (propriedade básica). Evitar corrosão requer ajustes que custam mais dinheiro e energia.

Ferro puro extremamente pesado (alta densidade). Aplicações em estruturas dificultam construção e manutenção. Para tornar ferro mais benéfico, carbono adicionado. Mistura ferro+carbono em limite especificado = aço carbono, muito mais benéfico. Adicionar carbono torna ferro mais forte, ganha outras características. Hora de aprender sobre aço.

Aço

Aços: alta resistência à tração e alta relação resistência-peso, mais resistência por unidade de massa. Excelente material de construção. Componentes menores e fortes obtidos. Extremamente durável: dura mais e resiste melhor a fatores externos. Dúcteis, moldados em formas requeridas sem perder propriedades. Baseado em teor de ferro, classificados em três categorias.

Classificação do Aço Carbono

Baixo Teor de Carbono (Low Carbon Steel / Mild Steel)

Até 0,25% carbono no ferro. Usado para tubulação pressão moderada. Comum em construção: barras de armadura e vigas I. Geralmente usado onde grande quantidade de aço necessária sem conformação/dobra. Casco de navio exemplo.

Médio Teor de Carbono (Medium Carbon Steel)

~0,25-0,6% carbono. Alta resistência à tração e ductilidade. Usado para engrenagens, eixos, rodas e trilhos ferroviários, vigas de aço em edifícios e pontes.

Alto Teor de Carbono (High Carbon Steel)

> 0,6% carbono. Mais frágil e duro. Usado em cinzéis, ferramentas de corte (dureza e resistência ao desgaste). Serve bem em prensas, fabricação de brocas.

Tipos acima comumente chamados aço carbono por conter elementos que melhoram propriedades. Ex: cromo para resistência à corrosão, manganês para melhorar têmpera e resistência à tração.

Aço Liga (Alloy Steel)

Múltiplos elementos adicionados para melhorar várias propriedades. Metais como manganês, cobre, silício, titânio, níquel, alumínio adicionados em diferentes proporções.

Melhor têmpera, resistência à corrosão, soldabilidade, ductilidade, conformabilidade. Amplo uso em rolamentos, elementos de aquecimento, motores elétricos, molas, tubulações, engrenagens. Tipos de aço liga:

Aço Inoxidável (Stainless Steel)

Alto teor de cromo: 200x mais resistente à corrosão que aço doce. Ideal para utensílios de cozinha, tubulações, equipamentos odontológicos/cirúrgicos. Não requer revestimento pois acabamento superficial atraente.

Aço Ferramenta (Tool Steel)

Para fazer ferramentas de corte/furação: alta dureza perfeita. Contém molibdênio, vanádio, cobalto, tungstênio como metais constituintes.

Tipos de Metais Não-Ferrosos

Alumínio

De minério bauxita: leve, forte, boas propriedades. Metal mais difundido na Terra: durabilidade, leveza, resistência à corrosão, boa condutividade elétrica, forma ligas com metais, não-magnético, fácil usinagem.

Cobre

Não-ferroso essencial. Existe há muito tempo: fácil conformação, ainda usado hoje. Não ocorre puro na natureza. Extraído e fundido de minério. Melhor condutor exceto prata. Usado como condutor em circuitos elétricos. Utensílios de cozinha pela excelente condutividade térmica.

Chumbo

Não-ferroso resistente à corrosão, altamente usinável. Agente antidetonante em gasolina, tubulação, tinta. Comum em munição, baterias automotivas, proteção contra radiação, revestimento de cabos, contrapesos.

Latão (Brass)

Liga de cobre e zinco em quantidade apreciável conforme propriedades elétricas/mecânicas requeridas. Contém outros elementos: alumínio, chumbo, manganês.

Usado em baixa fricção: encanamento, instrumentos musicais, rolamentos, fechaduras, ferramentas, conexões. Benefício de segurança: previne faíscas, usado em ambientes inflamáveis.

Titânio

Excelente metal de engenharia: leve e forte. Alta estabilidade térmica até 480°C. Usado em aeroespacial, equipamentos militares, aplicações médicas (resistência à corrosão). Indústrias química e artigos esportivos.

Bronze

Liga de cobre com estanho em vez de zinco. Outros elementos: manganês, fósforo, silício, alumínio para melhorar propriedades. Duro, frágil, resiste à fadiga. Boa condutividade elétrica/térmica e resistência à corrosão.

Usado para espelhos e refletores. Conector elétrico pela condutividade. Peças submersas e acessórios de navios pela resistência à corrosão.

Zinco

Popular em campos médico e industrial. Uso principal: galvanizar aço protegendo da corrosão. Criar fundição sob pressão para indústria elétrica, hardware, automotiva. Baixo potencial eletroquímico: usado em aplicações marítimas para prevenir corrosão de outros metais por proteção catódica. Ânodos de zinco sacrificial protegem válvulas, tanques, tubulações.

Conclusão

Metais hoje indispensáveis, parte da civilização humana desde descobertas. Este artigo explicou tipos de metais ferrosos e não-ferrosos e suas classificações.

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