Metais ferrosos e não ferrosos: guia completo para principiantes

Os metais ferrosos têm base de ferro. Os não ferrosos têm base de outros metais, embora as suas ligas possam conter ferro como adição ou impureza. A classificação, por si só, não determina a resistência mecânica, a resistência à corrosão nem o comportamento magnético.

Exemplos de metais ferrosos:

1. Aço
2. Aço inoxidável
3. Ferro fundido
4. e ferro forjado.

Exemplos de metais não ferrosos:

1. Alumínio
2. Cobre
3. Latão/bronze
4. Ouro, prata e platina
5. Titânio

Esta distinção ajuda a escolher o metal adequado ao seu projeto. A escolha influencia a durabilidade, o desempenho e os custos durante toda a vida útil.

O ferro é o metal de base dos materiais ferrosos. Não utilize um único limite percentual para deduzir propriedades mecânicas ou magnéticas; a composição, a microestrutura e o estado do material são importantes.

O termo « ferroso » deriva do latim « ferrum », que significa ferro. Por isso, o símbolo químico do ferro escreve-se Fe em vez de I. Esta raiz latina encontra-se nos livros de ciências e de metalurgia.

Muitos aços são fortemente magnéticos, mas algumas ligas de ferro, incluindo inoxidáveis austeníticos comuns, podem responder fracamente a um íman. Um teste magnético, por si só, não identifica uma liga.

Os materiais ferrosos incluem qualidades utilizadas em estruturas e máquinas. A resistência e a durabilidade dependem da qualidade especificada, do seu estado, da conceção e do ambiente.

A densidade e o comportamento perante a corrosão dependem da liga. Alguns metais não ferrosos são mais densos do que o aço. A suscetibilidade à ferrugem não se explica simplesmente por um elevado teor de carbono.

Os aços macios têm geralmente baixo teor de carbono; 0.05-0.25% é um intervalo aproximado, não uma especificação universal. Verifique a qualidade concreta para os requisitos de soldadura, conformação, maquinagem e estruturas.

O carbono e a microestrutura podem aumentar a resistência do aço em relação ao ferro puro. O carbono não funciona como cola entre átomos; as propriedades dependem da composição e do processamento.

O aço-carbono pode necessitar de proteção em ambientes húmidos. Selecione revestimentos ou outras medidas conforme o ambiente, sem considerar qualquer óleo ou tinta suficiente em todos os casos.

Elementos como crómio, níquel e manganês modificam as propriedades do aço. Selecione uma qualidade e um tratamento térmico qualificados para a aplicação; a designação «aço ligado» não demonstra aptidão para um motor a jato.

A qualidade 4140 contém crómio e molibdénio, com um teor nominal de carbono de cerca de 0.40%. É utilizada em componentes como veios e engrenagens quando o estado especificado cumpre os requisitos de conceção.

A qualidade 4130 tem um teor nominal de carbono inferior ao 4140. A soldabilidade e a aptidão estrutural dependem da secção, do estado e de um procedimento de soldadura qualificado.

A qualidade 4340 é um aço de níquel-crómio-molibdénio cujas propriedades dependem do tratamento térmico. O 4340 é melhor do que o 4140? Compare a resistência, a tenacidade, as dimensões e o processamento exigidos, sem pressupor superioridade universal.

O aço inoxidável não é simplesmente ferro comum. Para o tornar «inoxidável», adiciona-se crómio.

Os aços inoxidáveis contêm pelo menos 10.5% de crómio. A película passiva pode regenerar-se em condições adequadas, mas a contaminação e os ambientes agressivos podem ainda causar corrosão.

Qualidade 304

A qualidade 304 contém:

• 18% de crómio
• 8% de níquel

A qualidade 304 é utilizada em muitas aplicações de cozinha e de uso geral. Verifique os produtos químicos, a temperatura, o estado superficial e os requisitos de fabrico, sem pressupor um funcionamento sem problemas.

Qualidade 316

A qualidade 316 contém molibdénio e pode resistir melhor a certos mecanismos de corrosão localizada do que a qualidade 304. Aplicações marinhas, químicas e médicas exigem a especificação adequada e uma avaliação do serviço.

A qualidade 316 não é imune ao ataque por cloretos, e a qualidade 304 pode ser adequada em condições menos agressivas. Considere a concentração, a temperatura, as frestas e o estado superficial; a resistência aos ácidos também depende do meio.

Os ferros fundidos contêm frequentemente cerca de 2-4% de carbono, mas as propriedades variam entre os tipos cinzento, nodular e outros. A forma da grafite e o estado da matriz são importantes; nem todos têm a mesma fragilidade.

O ferro fundido cinzento contém lamelas de grafite que proporcionam boas propriedades de amortecimento. É utilizado em blocos de motor, bases de máquinas-ferramentas e tampas de saneamento.

Um tratamento especial melhora a ductilidade do ferro fundido nodular. As suas propriedades aproximam-se das do aço, mantendo a aptidão para fundição. É utilizado em tubagens, peças automóveis e componentes de turbinas eólicas.

O ferro forjado contém muito pouco carbono, frequentemente menos de 0.08%. Trata-se de ferro quase puro com inclusões fibrosas de escória.

A escória fibrosa pode dar ao ferro forjado uma fratura com aspeto de veio e propriedades direcionais. Não pressuponha uma resistência à fadiga superior à de qualquer aço; avalie o estado, os defeitos e as cargas.

Algumas qualidades de aço para ferramentas podem exceder 60 HRC após tratamento térmico adequado. A dureza escolhida deve ser equilibrada com a tenacidade e os requisitos da aplicação; não é uma propriedade de todos os aços para ferramentas.

Os aços para ferramentas incluem qualidades para diferentes métodos de endurecimento e aplicações. O custo, a distorção e o risco de fissuração dependem da qualidade, da geometria e do tratamento térmico.

Os aços rápidos utilizam diferentes combinações de liga para conservar a dureza a temperaturas de corte elevadas. Nem todas as qualidades contêm as mesmas quantidades de tungsténio, molibdénio, crómio e vanádio.

Os materiais não ferrosos têm como base um metal diferente do ferro. Alguns contêm adições deliberadas ou ferro residual; uma regra fixa de menos de 1% não é uma definição universal.

A utilização do cobre e a produção de bronze desenvolveram-se em épocas diferentes conforme a região. Os nomes dos períodos arqueológicos não devem ser interpretados como uma única transição mundial.

A resistência à corrosão varia muito conforme a liga não ferrosa e o ambiente. Selecione uma qualidade e uma proteção superficial adequadas para exteriores ou ambientes marinhos.

Não ferroso não significa não magnético: o níquel e o cobalto são exceções conhecidas. Verifique as propriedades magnéticas quando as aplicações eletrónicas ou de instrumentação o exigirem.

O alumínio é muito menos denso do que o aço, mas o cobre, o chumbo e outros metais não ferrosos não são alternativas leves. Compare a densidade real da liga.

O alumínio é atualmente o metal não ferroso mais utilizado. O alumínio puro é macio, mas a formação de ligas permite aumentar significativamente a sua resistência.

A qualidade 6061 contém magnésio e silício. Oferece boa soldabilidade, conformabilidade e resistência moderada. A qualidade 6061 pode ser extrudida para obter perfis complexos.

A qualidade 7075 é uma liga de alumínio de alta resistência que contém zinco. A resistência, o comportamento perante a corrosão e a conformabilidade dependem do estado e da especificação do produto.

O alumínio forma uma película de óxido, mas pode ainda sofrer corrosão. Uma anodização adequada pode melhorar a proteção; selecione o tratamento conforme a liga e a exposição.

O cobre tem elevada condutividade elétrica. A referência de 100% IACS não significa que todos os produtos de cobre puro ou ligas de cobre tenham exatamente essa condutividade; o estado e a temperatura são importantes.

O cobre tem frequentemente um aspeto avermelhado e pode desenvolver uma pátina em exposição atmosférica. A cor, por si só, não identifica uma liga de forma fiável; o comportamento perante a corrosão depende do ambiente.

O cobre é muito dúctil e maleável. Adapta-se bem à conformação, dobragem e trefilagem.

Os latões são ligas de cobre e zinco de composição variável. Os intervalos de 60-70% de cobre e 30-40% de zinco descrevem algumas composições comuns, não toda a família.

A adição de zinco aumenta a resistência do metal e reduz o custo em comparação com o cobre puro.

Algumas qualidades de latão são fáceis de maquinar, mas a maquinabilidade e o acabamento dependem da composição, do estado, das ferramentas e dos parâmetros de corte.

O bronze é o mesmo que o latão? Não: o latão pertence à família cobre-zinco, enquanto o bronze inclui bronzes de estanho e outras famílias de ligas de cobre. Compare as qualidades concretas, sem pressupor que todo o bronze é mais duro ou resistente à corrosão.

O chumbo é muito diferente de muitos outros metais. É muito macio, denso e pesado, com um ponto de fusão muito baixo.

A densidade do chumbo torna-o útil em alguns sistemas de proteção radiológica. A espessura necessária e a eficácia dependem da energia da radiação e do sistema completo de proteção.

O chumbo funde a apenas 621°F. Isto permite vertê-lo em moldes com equipamento simples. É muito mais fácil de fundir do que o aço ou o cobre.

O zinco é utilizado sobretudo como revestimento protetor. A imersão do aço num banho de zinco líquido forma uma camada aderente que protege contra a ferrugem.

O zinco tem um ponto de fusão baixo, de cerca de 787°F. Por isso, a fundição sob pressão de zinco permite produzir economicamente formas complexas, como carburadores ou pequenos brinquedos.

O estanho é utilizado em determinadas aplicações de revestimento e liga. A adequação deve ser estabelecida conforme a composição real e o serviço previsto.

O aço estanhado é utilizado em embalagens alimentares. A integridade do revestimento, o verniz interior quando especificado, a química dos alimentos e os requisitos da embalagem determinam a adequação.

O titânio e as suas ligas oferecem combinações úteis de resistência, densidade e resistência à corrosão para determinadas aplicações de engenharia.

O titânio forma uma película protetora de óxido. A resistência depende do ambiente e não é universalmente superior à de todos os aços inoxidáveis.

No entanto, o titânio custa bastante mais do que o aço ou o alumínio. A sua extração é difícil e a maquinagem exigente.

O níquel é utilizado como metal de base e elemento de liga. Participa em muitas ligas inoxidáveis e resistentes à corrosão, mas o crómio é essencial para a passividade do inoxidável; o desempenho depende de toda a composição.

As ligas de níquel incluem qualidades para condições térmicas e corrosivas exigentes. Inconel é uma família de composições variadas; selecione a liga especificada, sem tratar o nome como um único material. Os revestimentos de níquel também exigem conceção e aplicação adequadas.

O ouro é valorizado pela resistência à corrosão em determinadas aplicações de joalharia e eletrónica. O comportamento das ligas de ouro e das peças revestidas depende da composição e da qualidade do revestimento.

A prata tem uma condutividade elétrica e térmica muito elevada. O desempenho dos contactos também depende do estado superficial, do desgaste, da temperatura e da conceção.

A platina é utilizada em catálise, laboratórios e determinadas aplicações médicas. Avalie a especificação exigida e o custo atual; nem sempre é mais cara do que o ouro.

A maquinabilidade depende da liga, do estado e da operação, não apenas da classificação como ferroso. As opções incluem ferramentas de corte de metal duro adequadas como uma fresa de topo de metal duro e brocas de metal duro; outros materiais de ferramenta também podem ser adequados.

Os latões de fácil maquinagem com chumbo podem oferecer boa maquinabilidade, mas nenhuma qualidade é a melhor para todas as operações. Verifique as restrições de composição e qualifique os parâmetros de corte para a peça.

As ligas de alumínio diferem em maquinabilidade. Adapte o material da ferramenta, a geometria da aresta e a lubrificação à liga, incluindo os seus constituintes abrasivos e a tendência para aderir.

As ferramentas de diamante, incluindo as fresas de topo PCD, as brocas PCD e os alargadores PCD, podem ser adequadas a determinadas aplicações não ferrosas. É necessário verificar a compatibilidade, a geometria e a rentabilidade para o material e a operação concretos.

A soldadura do aço é um processo bem estabelecido. Entre os métodos disponíveis estão a soldadura com elétrodo revestido, MIG, TIG e com fio fluxado. Com técnicas adequadas, estes processos permitem unir o aço.

Para soldar alumínio, selecione um processo, limpeza, proteção e material de adição qualificados para a liga e a junta. TIG e MIG são opções comuns, mas não existe uma comparação fixa de aporte térmico válida para todas as juntas de aço e alumínio.

Na soldadura de aço inoxidável, deve evitar-se o empobrecimento em crómio. Técnicas inadequadas podem causar sensibilização e reduzir a resistência à corrosão. Materiais de adição adequados e controlo térmico ajudam a conservar as propriedades da zona soldada.

O aço de baixo teor de carbono admite conformação a frio com raios de dobragem moderados. As chapas podem ser estampadas, laminadas e quinadas. O encruamento aumenta a resistência nas zonas deformadas.

A conformabilidade do alumínio depende da liga e do estado. Compare 3003, 5052 e 7075 nos estados especificados; uma dobragem severa não justifica aquecimento não qualificado nem garante ausência de fissuras.

As qualidades de cobre e latão diferem no comportamento durante a conformação a frio. Selecione o estado, o raio de dobragem e o tratamento intermédio conforme a deformação exigida; elevada ductilidade não exclui fissuras.

Selecione a liga e o estado conforme os requisitos de resistência, corrosão, massa, fabrico e custo. Ferroso e não ferroso são categorias amplas, não regras completas de seleção, e o aspeto, por si só, não identifica todos os metais.

1. Alumínio
2. Cobre
3. Chumbo
4. Níquel
5. estanho, titânio e zinco

As observações seguintes podem ajudar a examinar um metal desconhecido, mas não substituem um certificado de material nem uma análise de composição adequada. Utilize um método de identificação apropriado e controlado.

1. Teste do íman: o método mais rápido
2. Inspeção visual
3. Ensaio de faísca
4. Peso e som