O que são ligas metálicas

aço

Liga metálica é a união de dois ou mais elementos para formar um novo material. Os metais puros individuais podem possuir propriedades úteis, como boa condutividade elétrica, alta resistência e dureza ou resistência ao calor e à corrosão. Ligas metálicas comerciais tentam combinar essas propriedades benéficas para criar metais mais úteis para aplicações específicas do que qualquer um de seus elementos componentes.

Propriedades precisas de novas ligas são difíceis de ser estabelecidas pois os elementos químicos não se combinam somando apenas as partes. Eles se formam por meio de interações químicas. A combinação dos elementos metálicos em altas temperaturas podem proporcionar três tipos de resultados: i) m sólidos substitutucional, em que um dos átomos são impurezas da rede cristalina do outro átomo; ii) Interstical em que um dos átomos se comprimem entre o outro átomo e iii) Formação de uma nova fase cristalina em que os dois átomos formam uma ligação.

Tipos de ligação química em ligas
Tipos de ligação química em ligas

Assim dependendo do tipo do retículo cristalino formado nas ligas metálicas elas podem ser divididas em:

  • Liga homogênea: os retículos cristalinos dos metais são muito semelhantes, tanto na forma como no tamanho; por isso, ocorre a formação de um único retículo cristalino. Exemplo: ligas monetárias (o cobre e o níquel possuem o retículo cristalino cúbico de faces centradas e os tamanhos são aproximados).
  • Liga heterogênea: os retículos cristalinos dos metais são muito diferentes, ocorrendo a formação de retículos cristalinos individuais. Vale ressaltar que apesar desse tipo de liga ser considerado heterogêneo, isso só é possível de se visualizar por meio de um microscópio. Exemplo: magnálio (o alumínio se cristaliza na forma cúbica de faces centradas e o magnésio na forma hexagonal compacta).
  • Compostos intermetálicos :são ligas metálicas que apresentam composição química bem definida, mas não são iguais aos compostos químicos comuns, porque não há troca nem compartilhamento de elétrons, apenas um encaixe dos metais num único retículo cristalino, na proporção mostrada na “fórmula”. Exemplos: CaPb3, AgZn, Cu2Sb, Cu5Zn8.

Tipos de ligas metálicas e principais aplicações

Existem alguns tipos de ligas ferrosas disponíveis no mercado. Elas são:

  • Ligas metálicas ferrosas: têm o ferro como principal constituinte. Aço e ferro fundido são exemplos.
  • Ligas metálicas não-ferrosas: como o próprio nome diz, não contêm ferro em sua composição. Exemplos são ligas de alumínio, bronze, latão e amálgama.

Propriedades das ligas metálicas

As ligas metálicas trazem inúmeras vantagens na comparação com os metais isolados. Algumas são:

  • Melhor condutividade elétrica e térmica.
  • Maior resistência à corrosão.
  • Maior brilho.
  • Melhor resistência mecânica.
  • Temperatura de fusão mais alta.

Alguns exemplos de ligas metálicas

Atualmente, é possível encontrar milhares de composições de ligas e cada ano mais e mais aparecem no mercado. Exemplos de ligas comuns:

 

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Dentre as ligas mais utilizadas em nosso cotidiano, podemos citar o aço, composto em sua maioria pelo metal ferro (98,5%), carbono (0,5 a 1,7%) e traços de silício, enxofre e fósforo. Na construção civil, por exemplo, o aço possui maior resistência à tração que o ferro, sendo componente importante em estrutura de edificação, principalmente no concreto armado. Além disso, o aço é preferencialmente utilizado em utensílios domésticos e na produção de mesas, portões, carrocerias, dentre outros, devido a melhores propriedades em relação ao ferro. Outra vantagem interessante do aço é a aplicação em diversas ligas metálicas, destacando o aço inox, composto por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel. Neste sentido, a principal propriedade deste material é ser inoxidável, sendo aplicado em peças que tem contato direto com oxigênio e umidade do ar, tais como utensílios de cozinha, equipamentos cirúrgicos, tubulações, dentre outros.

As ferroligas especiais, produzidas em menor quantidade, são compostas por elementos químicos em diferentes quantidades, de acordo com o uso final. As principais ligas metálicas especiais são adicionadas de: alumínio, boro, silício, manganês, cromo, níquel, nióbio, molibdênio, cobre, titânio, vanádio e outros ferrosos. Vale ressaltar que as ligas metálicas são produzidas a partir da fusão entre dois ou mais elementos e que podemos citar como principais tipos, produzidas mundialmente, as ligas de manganês (39%), ligas de silício (incluindo silício metálico) (27%), ligas de cromo (26%) e ligas de níquel (5%).

Ligas formadas por multielementos

Algumas ligas metálicas ocorrem naturalmente e requerem pouco processamento para serem convertidas em materiais de grau industrial. Ferro-ligas, como ferro-cromo e ferro-silício, por exemplo, são produzidas pela fusão de minérios mistos e são utilizadas na produção de aços diversos. No entanto, seria um erro pensar que a liga de metais é um processo simples. Por exemplo, se alguém simplesmente misturasse alumínio fundido com chumbo derretido, os dois metais se separariam em camadas, assim como o óleo e a água.

Para combinar dois elementos para formar uma liga é difícil imagine combinar muitos elementos químicos. Isso em princípio é uma loucura. Os pesquisadores das Universidades de Oxford e Birmingham (Reino Unidos) toparam o desafio. Eles selecionaram 20 elementos químicos e conseguiram produzir ligas multicomponentes. Eles conseguiram produzir ligas com contendo 16 e 20 componentes, sendo que cinco elementos formam uma solução sólida com a fórmula química Fe20Cr20Mn20Ni20Co20. Os outros elementos ficam distribuídos intersticial ou substitucionalmente.

Multielemento-liga
Rede cristalina da liga multielemento formada por Fe20Cr20Mn20Ni20Co20

 

Fonte:

Brasil Escola

Bronze

Materials Science and Engineering: A

Penn State College of Earth and Mineral Sciences

Prepara Enem

Sociedade de Investigações Florestais

ThoughtCo.

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