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Metais & Ligas | Cobre | Informações Técnicas

Cuproníquel e alpaca

a) Cuproníquel

A denominação de cuproníquel aplica-se às ligas constituídas essencialmente por cobre e níquel. Essas ligas se caracterizam por apresentarem, em qualquer temperatura solubilidade sólida total, ou seja, em qualquer temperatura o níquel é completamente solúvel no cobre, tanto no estado sólido como no estado líquido e a variação do teor de níquel apenas acarreta modificação no valor das temperaturas solidus (abaixo da qual a liga é totalmente sólida) e liquidus (acima da qual a liga é totalmente líquida), havendo no diagrama de fases tão somente um campo bifásico sólido (alfa) + líquido. Essa peculiaridade se deve entre, outros fatores, à proximidade do diâmetro atômico do cobre e do níquel como também de seus números atômicos (29 e 28, respectivamente).

As propriedades mecânicas dessas ligas atingem seu valor máximo para cerca de 65 % de níquel, enquanto a resistividade elétrica atinge seu valor máximo para cerca de 55 % de níquel. Embora tanto o cobre como o níquel apresentem elevado coeficiente de aumento da resistividade elétrica com o aumento da temperatura, a liga Cu-Ni que contém 45 % de níquel possui a particularidade de ter esse coeficiente praticamente nulo, e, sendo assim, conhecida pelo nome comercial de constantan é largamente utilizada para a fabricação de resistências elétricas, termopares elétricos e instrumentos elétricos em geral.

Embora os teores de níquel das ligas Cu-Ni variem entre 2,5 e 30 %, na prática industrial são mais usadas as que contêm de 20 a 30 % de níquel. Como tanto o cobre como o níquel são dois elementos que se caracterizam por apresentarem alta resistência à corrosão, os cuproníqueis também apresentam essa característica, sendo que a adição de níquel ainda melhora essa propriedade. Tanto a liga com 20 % de níquel como a liga com 30 % de níquel resistem bem a qualquer tipo de atmosfera, a águas industriais e salgadas, assim como a muitos ácidos minerais e orgânicos. A liga com 20 % de níquel pode ser usadas em lâminas de turbina e em geral em peças que necessitem de boa resistência à corrosão e à abrasão. Quando o ambiente corrosivo for ainda mais agressivo, passa a ser recomendável o uso da liga com 30 % de níquel, que é usada em aplicações marítimas e em tubos de condensadores, além de possuir a característica de impedir na água salgada o crescimento de fungos e organismos marinhos em geral, sendo que essa característica estende bastante o seu uso na construção naval [4].

Aplicação dos cuproníqueis

Ligas Trabalhadas

• Liga (C 704) 95 % de cobre e 5 % de níquel (contendo ainda ferro e manganês) – É constituída unicamente pela fase alfa. A adição de ferro e manganês tem a finalidade de aumentar a resistência à corrosão-erosão pela ação do fluxo lento da água do mar não poluída. Possui razoável resistência à corrosão sob tensão e boas propriedades para conformação a frio e a quente. É produzida na forma de placas, chapas e tubos. Na construção naval é usada em tubos condutores de água do mar para mangueiras dos equipamentos de prevenção de incêndio, circuitos de refrigeração a água e serviços sanitários nos navios.

• Liga (C 706) 90 % de cobre e 10 % de níquel (contendo ainda ferro e manganês) – Também apresenta microestrutura monofásica (fase alfa), contendo pequenos teores de ferro e manganês para melhorar a resistência à corrosão-erosão pela ação de águas, inclusive a água do mar. É uma liga que possui boa resistência à corrosão sob tensão, boa conformabilidade a frio e a quente e boa soldabilidade. É produzida geralmente na forma de placas, chapas e tubos. Na indústria química é usada em tubos e placas de tubos para condensadores em serviços leves, aquecedores e evaporadores de sistemas de alimentação de água de usinas de energia, de açúcar e de dessalinização de água do mar. Na construção naval esta liga é usada em aplicações bem semelhantes às da liga mencionada anteriormente e na construção mecânica tem como aplicação mais comum a fabricação de cabos de tubos usados em linhas hidráulicas e pneumáticas.

• Liga 80 % de cobre e 20 % de níquel: Também é uma liga monofásica (fase alfa) que possui boa resistência à corrosão erosão pela ação de água a baixa velocidade. Possui boa resistência à corrosão sob tensão, elevada conformabilidade a frio e a quente, além de ser ter ótima soldabilidade. É fabricada como chapas e tiras e usada na construção elétrica, resistores, recipientes de transistores, guias de onda de radar, na construção mecânica em recipientes resistentes à corrosão e conformados por estampagem profunda ou por repuxamento, em aquecedores de água domésticos , moedas e medalhas cunhadas.

• Liga (C 710) 80 % de cobre e 20 % de níquel, contendo manganês e ferro: Também é uma liga monofásica (fase alfa) com pequenos teores de ferro e manganês para elevar a resistência à corrosão-erosão pela ação das águas (inclusive água do mar) com velocidades de 1 a 4 m/s. É uma liga pouco sensível à corrosão sob tensão, que possui boa conformabilidade e que é facilmente soldável. É produzida na forma de placas, chapas e tubos, sendo usada na indústria química e na indústria naval, em tubos e placas de tubos para condensadores de sistemas de alimentação de água.

• Liga 75 % cobre e 25 % de níquel: É mais uma liga monofásica e que apresenta boa resistência à corrosão, ao desgaste e ao embaciamento, além de possuir excelentes características de conformação a frio e cunhagem. É produzida na forma de chapas e tiras e usada na fabricação de moedas e como fios para a fabricação de resistores elétricos.

• Liga (C 715) 70 % de cobre e 30 % de níquel com manganês e ferro: Outra liga monofásica que contém ferro e manganês para elevar a resistência à corrosão pela ação de águas em altas velocidades (1,5 a 4,5 m/s), inclusive água do mar poluída. Esta liga é praticamente insensível à corrosão sob tensão, mantém suas boas propriedades mecânicas em temperaturas relativamente elevadas, possui boa conformabilidade a frio e a quente é facilmente soldável. É produzida na forma de placas, chapas, barras e tubos para condensadores em serviços pesados, aquecedores e evaporadores de água usados em vários tipos de instalações, inclusive sistemas de dessalinização de água do mar.

• Liga 55 % de cobre e 44 % de níquel com manganês: Possui estrutura monofásica e pequenas quantidades de manganês e ferro, sendo caracterizada por uma resistividade elétrica razoavelmente alta e um baixo coeficiente elevação da resistividade elétrica com o aumento de temperatura. É uma liga que pode ser facilmente conformada e soldada, sendo produzida na forma de tiras e fios. É usada na fabricação de componentes elétricos como resistores de controle que operam em temperaturas elevadas e fazem parte de instrumentos de precisão, de termopares componentes de válvulas eletrônicas, elementos de aquecimento, termostatos bimetálicos e chaves de controle.

Ligas cobre-níquel fundidas

• Liga 90 % de cobre e 10 % de níquel com manganês e silício: Usada na fabricação de peças em geral que devem ter boa resistência à corrosão pela água do mar.

• Liga 80 % de cobre e 20 % de níquel com nióbio, manganês e silício: Utilizada em buchas de eixos de guias fundidas por centrifugação.

• Liga 70 % cobre e 30 % de níquel com nióbio, ferro, manganês e silício: Empregada em Usada em válvulas, corpos de bombas, flanges, conexões que devem ter resistência à corrosão pela água do mar.

• Liga 70 % de cobre e 30 % de níquel com ferro, berílio e silício: Usada em peças de alta resistência mecânica e com resistência à corrosão pela água do mar.

• Liga 97 % de cobre e 3 % de níquel contendo silício: É utilizada na fabricação de peças de alta condutividade térmica e elétrica como eletrodos para soldagem por resistência elétrica [1].

Propriedades dos cuproníqueis trabalhados [1]:

b) Alpacas

Alpacas são ligas ternárias cobre-zinco-níquel, que eventualmente podem conter teores significativos de outros elementos, como o chumbo, por exemplo. Estas ligas contêm de 10 a 30 % de níquel, porém comercialmente em geral até 18 % de níquel, 45 a 70 % de cobre e o restante de zinco. As alpacas são soluções sólidas homogêneas que podem ser deformadas a frio e a quente, além de serem resistentes à corrosão. As alpacas possuem uma coloração esbranquiçada, semelhante à da prata, e o aumento do teor de níquel confere a essas ligas uma tonalidade mais metálica. Quando polidas essas ligas são muito usadas para finalidades decorativas, sendo que antes da popularização do aço inoxidável eram muito usadas para a fabricação de talheres. Muitos objetos decorativos fabricados em alpaca recebem um revestimento de prata. Outras aplicações importantes das alpacas estão na fabricação de zíper e de contatos de equipamentos elétricos e telefônicos, componentes de aparelhos óticos e fotográficos, assim como arames de resistores elétricos. A adição de chumbo, além de aumentar a usinabilidade, permite o uso das alpacas para a fabricação de materiais para gravação com fins decorativos. Além de serem trabalhadas na forma de produtos planos, arames e barras, as alpacas podem ser fundidas para outras aplicações, como válvulas hidráulicas. As alpacas com chumbo fundidas em areia podem ser usadas na fabricação de equipamentos para a indústria de laticínios e de soda, válvulas e assentos de válvulas para temperaturas elevadas, instrumentos musicais, chaves, acessórios de construção naval, peças ornamentais e outros tipos de aplicações [1].

Propriedades das alpacas trabalhadas [1]:

Propriedades das alpacas fundidas (em areia) [1]:

 

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