Latão vs Bronze – Comparação – Prós e Contras

Latão

Latão é o termo genérico para uma variedade de ligas de cobre-zinco. O latão pode ser ligado ao zinco em diferentes proporções, o que resulta em um material com propriedades mecânicas, de corrosão e térmicas variadas. Maiores quantidades de zinco fornecem ao material maior resistência e ductilidade. Os latões com teor de cobre superior a 63% são os mais dúcteis de qualquer liga de cobre e são moldados por complexas operações de conformação a frio. O latão tem maior maleabilidade do que o bronze ou o zinco. O ponto de fusão relativamente baixo do latão e sua fluidez o tornam um material relativamente fácil de fundir. O latão pode variar na cor da superfície de vermelho a amarelo, de ouro a prata, dependendo do teor de zinco. Alguns dos usos comuns para ligas de latão incluem bijuterias, fechaduras, dobradiças, engrenagens, rolamentos, acoplamentos de mangueiras, cartuchos de munição, radiadores automotivos, instrumentos musicais, embalagens eletrônicas e moedas. Latão e bronze são materiais de engenharia comuns na arquitetura moderna e usados ​​principalmente para coberturas e revestimento de fachadas devido à sua aparência visual.

Por exemplo, a liga de latão de cartucho UNS C26000 (70/30) é da série de latão amarelo, que possui a maior ductilidade. Os latões de cartucho são formados principalmente a frio e também podem ser facilmente usinados, o que é necessário na fabricação de caixas de cartucho. Ele pode ser usado para núcleos e tanques de radiadores, conchas de lanternas, luminárias, fixadores, fechaduras, dobradiças, componentes de munição ou acessórios de encanamento.

Bronzes

Os bronzes são uma família de ligas à base de cobre tradicionalmente ligadas ao estanho, mas podem referir-se a ligas de cobre e outros elementos (por exemplo, alumínio, silício e níquel). Os bronzes são um pouco mais fortes do que os latões, mas ainda apresentam um alto grau de resistência à corrosão. Geralmente são usados ​​quando, além da resistência à corrosão, são necessárias boas propriedades de tração. Por exemplo, o cobre berílio atinge a maior resistência (até 1.400 MPa) de qualquer liga à base de cobre.

Tipos de Bronzes

Como foi escrito, os bronzes são uma família de ligas à base de cobre tradicionalmente ligadas ao estanho, mas podem se referir a ligas de cobre e outros elementos (por exemplo, alumínio, silício e níquel).

• Bronze de estanho e fósforo. Em geral, os bronzes são uma família de ligas à base de cobre tradicionalmente ligadas ao estanho, geralmente com cerca de 12 a 12,5% de estanho. A adição de pequenas quantidades (0,01–0,45) de fósforo aumenta ainda mais a dureza, resistência à fadiga e resistência ao desgaste. A adição dessas ligas leva a aplicações como molas, fixadores, fixações de alvenaria, eixos, fusos de válvulas, engrenagens e rolamentos. Outras aplicações para essas ligas são impulsores de bombas, anéis de pistão e conexões de vapor. Por exemplo, a liga fundida de cobre UNS C90500 é uma liga fundida de cobre-estanho, também conhecida como metal de canhão. Originalmente usado principalmente para fabricar armas, foi amplamente substituído pelo aço.
• Bronze Silício. O bronze de silício geralmente contém cerca de 96% de cobre. O bronze de silício tem uma composição de Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: 0,80% máx., Zn: 1,50% máx., Pb: 0,05% máx. Bronzes de silício têm uma boa combinação de resistência e ductilidade, boa resistência à corrosão e fácil soldabilidade. Os bronzes de silício foram desenvolvidos originalmente para a indústria química devido à sua excepcional resistência à corrosão em muitos líquidos. Eles são usados ​​em aplicações de produtos arquitetônicos, como:
  • Ferragens para portas
  • Grades
  • portas da igreja
  • Janela de quadros
• Bronze Alumínio. Os bronzes de alumínio são uma família de ligas à base de cobre que oferecem uma combinação de propriedades mecânicas e químicas inigualáveis ​​por qualquer outra série de ligas. Eles contêm cerca de 5 a 12% de alumínio. Eles têm excelente resistência, semelhante à dos aços de baixa liga, e excelente resistência à corrosão, especialmente na água do mar e em ambientes semelhantes, onde as ligas geralmente superam muitos aços inoxidáveis. Sua excelente resistência à corrosão resulta do alumínio nas ligas, que reage com o oxigênio atmosférico para formar uma camada superficial fina e resistente de alumina (óxido de alumínio) que atua como uma barreira à corrosão da liga rica em cobre. Eles são encontrados em formas forjadas e fundidas. Bronzes de alumínio são geralmente de cor dourada. Bronzes de alumínio são usados ​​em aplicações de água do mar que incluem:
  • Serviços gerais relacionados com a água do mar
  • rolamentos
  • acessórios para tubos
  • Bombas e componentes de válvulas
  • Trocadores de calor
• Bronze Berílio. O cobre-berílio, também conhecido como bronze-berílio, é uma liga de cobre com 0,5 a 3% de berílio. O cobre berílio é o mais duro e forte de qualquer liga de cobre (UTS até 1400 MPa), na condição totalmente tratada termicamente e trabalhada a frio. Combina alta resistência com qualidades não magnéticas e não faiscantes e é semelhante em propriedades mecânicas a muitos aços de liga de alta resistência, mas, em comparação com os aços, tem melhor resistência à corrosão.
• Bell Metal (bronze de alto estanho). Em geral, os metais de sino referem-se geralmente a bronzes de alto estanho que são uma família de ligas à base de cobre tradicionalmente ligadas ao estanho, geralmente com mais de 20% de estanho (normalmente, 78% de cobre, 22% de estanho em massa). O metal de sino é usado para a fundição de sinos de alta qualidade.

Propriedades do latão vs bronze

As propriedades dos materiais são propriedades intensivas, ou seja, independem da quantidade de massa e podem variar de um lugar para outro dentro do sistema a qualquer momento. A base da ciência dos materiais envolve estudar a estrutura dos materiais e relacioná-los com suas propriedades (mecânicas, elétricas, etc.). Uma vez que um cientista de materiais conheça essa correlação estrutura-propriedade, ele poderá estudar o desempenho relativo de um material em uma determinada aplicação. Os principais determinantes da estrutura de um material e, portanto, de suas propriedades são seus elementos químicos constituintes e a maneira como ele foi processado em sua forma final.

Densidade do latão vs bronze

A densidade do latão típico – UNS C26000 é de 8,53 g/cm³.

A densidade do bronze típico é de 8,7 g/cm³.

A densidade é definida como a massa por unidade de volume. É uma propriedade intensiva, que é matematicamente definida como massa dividida por volume:

ρ = m/V

Em palavras, a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância. A unidade SI padrão é quilogramas por metro cúbico (kg/m³). A unidade padrão inglesa é libras-massa por pé cúbico (lbm/ft³).

Como a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância, é óbvio que a densidade de uma substância depende fortemente de sua massa atômica e também de a densidade do número atômico (N; átomos/cm³),

• Peso Atômico. A massa atômica é transportada pelo núcleo atômico, que ocupa apenas cerca de 10^-12 do volume total do átomo ou menos, mas contém toda a carga positiva e pelo menos 99,95% da massa total do átomo. Portanto, é determinado pelo número de massa (número de prótons e nêutrons).
• Densidade de Número Atômico. A densidade de número atômico (N; átomos/cm³), que está associada aos raios atômicos, é o número de átomos de um determinado tipo por unidade de volume (V; cm³) do material. A densidade do número atômico (N; átomos/cm³) de um material puro com peso atômico ou molecular (M; gramas/mol) e a densidade do material (⍴; grama/cm³) é facilmente calculada a partir da seguinte equação usando o número de Avogadro (N_A = 6,022 ×10²³ átomos ou moléculas por mol):
• Estrutura de cristal. A densidade da substância cristalina é significativamente afetada por sua estrutura cristalina. A estrutura FCC, junto com seu parente hexagonal (hcp), tem o fator de empacotamento mais eficiente (74%). Metais contendo estruturas FCC incluem austenita, alumínio, cobre, chumbo, prata, ouro, níquel, platina e tório.

Propriedades Mecânicas do Latão vs Bronze

Os materiais são freqüentemente escolhidos para várias aplicações porque possuem combinações desejáveis ​​de características mecânicas. Para aplicações estruturais, as propriedades do material são cruciais e os engenheiros devem levá-las em consideração.

Resistência do latão vs bronze

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou mudança nas dimensões do material. A resistência de um material é sua capacidade de suportar essa carga aplicada sem falha ou deformação plástica.

Resistência à tração

A resistência à tração  máxima do latão de cartucho – UNS C26000 é de cerca de 315 MPa.

A resistência à tração  máxima do bronze de alumínio – UNS C95400 é de cerca de 550 MPa.

A resistência à tração final do bronze de estanho – UNS C90500 – metal de canhão é de cerca de 310 MPa.

A resistência à tração final do cobre  berílio – UNS C17200 é de cerca de 1380 MPa.

A resistência à tração final é o máximo na curva de tensão-deformação de engenharia. Isso corresponde à tensão máxima que pode ser sustentado por uma estrutura em tensão. A resistência à tração final é muitas vezes abreviada para “resistência à tração” ou mesmo para “o máximo”. Se essa tensão for aplicada e mantida, ocorrerá fratura. Freqüentemente, esse valor é significativamente maior do que o limite de escoamento (até 50 a 60 por cento a mais do que o rendimento de alguns tipos de metais). Quando um material dúctil atinge sua resistência máxima, ele sofre estricção onde a área da seção transversal é reduzida localmente. A curva tensão-deformação não contém tensão maior do que a resistência máxima. Mesmo que as deformações possam continuar a aumentar, a tensão geralmente diminui após o limite de resistência ter sido alcançado. É uma propriedade intensiva; portanto, seu valor não depende do tamanho do corpo de prova. Porém, depende de outros fatores, como o preparo do corpo de prova, temperatura do ambiente de teste e do material. A resistência máxima à tração varia de 50 MPa para um alumínio até 3000 MPa para aços de alta resistência.

Força de Rendimento

A resistência ao  escoamento do latão de cartucho – UNS C26000 é de cerca de 95 MPa.

A resistência ao  escoamento do bronze de alumínio – UNS C95400 é de cerca de 250 MPa.

A resistência ao  escoamento do bronze de estanho – UNS C90500 – metal de canhão é de cerca de 150 MPa.

A resistência ao escoamento do cobre berílio – UNS C17200 é de cerca de 1100 MPa.

O ponto de escoamento é o ponto em uma curva tensão-deformação que indica o limite do comportamento elástico e o início do comportamento plástico. Força de rendimento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde começa a deformação não linear (elástica + plástica). Antes do ponto de escoamento, o material se deformará elasticamente e retornará à sua forma original quando a tensão aplicada for removida. Uma vez ultrapassado o ponto de escoamento, alguma fração da deformação será permanente e irreversível. Alguns aços e outros materiais exibem um comportamento denominado fenômeno do ponto de escoamento. As resistências ao escoamento variam de 35 MPa para um alumínio de baixa resistência a mais de 1400 MPa para aços de resistência muito alta.

Módulo de elasticidade de Young

O módulo de elasticidade de Young do latão de cartucho – UNS C26000 é de cerca de 110 GPa.

O módulo de elasticidade de Young do bronze de alumínio – UNS C95400 é de cerca de 110 GPa.

O módulo de elasticidade de Young do bronze de estanho – UNS C90500 – gun metal é de cerca de 103 GPa.

O módulo de elasticidade de Young do cobre  -berílio – UNS C17200 é de cerca de 131 GPa.

O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensão de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração. Até uma tensão limite, um corpo poderá recuperar suas dimensões com a retirada da carga. As tensões aplicadas fazem com que os átomos em um cristal se movam de sua posição de equilíbrio. Todos os átomos são deslocados na mesma quantidade e ainda mantêm sua geometria relativa. Quando as tensões são removidas, todos os átomos retornam às suas posições originais e nenhuma deformação permanente ocorre. De acordo com a lei de Hooke, a tensão é proporcional à deformação (na região elástica), e a inclinação é o módulo de Young. O módulo de Young é igual à tensão longitudinal dividida pela deformação.

Dureza do Latão vs Bronze

A dureza Brinell do latão de cartucho – UNS C26000 é de aproximadamente 100 MPa.

A dureza Brinell do bronze de alumínio – UNS C95400 é de aproximadamente 170 MPa. A dureza dos bronzes de alumínio aumenta com o teor de alumínio (e outras ligas), bem como com as tensões causadas pelo trabalho a frio.

A dureza Brinell do bronze de estanho – UNS C90500 – metal de canhão é de aproximadamente 75 BHN.

A dureza Rockwell do cobre  berílio – UNS C17200 é de aproximadamente 82 HRB.

O teste de dureza Rockwell é um dos testes de dureza de indentação mais comuns, que foi desenvolvido para testes de dureza. Em contraste com o teste Brinell, o testador Rockwell mede a profundidade de penetração de um penetrador sob uma grande carga (carga principal) em comparação com a penetração feita por uma pré-carga (carga menor). A carga menor estabelece a posição zero. A carga principal é aplicada e, em seguida, removida, mantendo a carga secundária. A diferença entre a profundidade de penetração antes e depois da aplicação da carga principal é usada para calcular o número de dureza Rockwell. Ou seja, a profundidade de penetração e a dureza são inversamente proporcionais. A principal vantagem da dureza Rockwell é sua capacidade de exibir valores de dureza diretamente. O resultado é um número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., onde a última letra é a respectiva escala Rockwell.

O teste Rockwell C é realizado com um penetrador Brale (cone de diamante de 120°) e uma carga maior de 150kg.

Propriedades Térmicas do Latão vs Bronze

As propriedades térmicas dos materiais referem-se à resposta dos materiais às mudanças de temperatura e à aplicação de calor. À medida que um sólido absorve energia na forma de calor, sua temperatura aumenta e suas dimensões aumentam. Mas diferentes materiais reagem à aplicação de calor de forma diferente.

A capacidade térmica, a expansão térmica e a condutividade térmica são propriedades frequentemente críticas no uso prático de sólidos.

Ponto de Fusão do Latão vs Bronze

O ponto de fusão do latão de cartucho – UNS C26000 é de cerca de 950°C.

O ponto de fusão do bronze de alumínio – UNS C95400 é de cerca de 1030°C.

O ponto de fusão do estanho-bronze – UNS C90500 – gun metal é de cerca de 1000°C.

O ponto de fusão do cobre  -berílio – UNS C17200 é de cerca de 866°C.

Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a fase líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ocorre essa mudança de fase. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio.

Condutividade Térmica de Latão vs Bronze

A condutividade térmica do latão de cartucho – UNS C26000 é de 120 W/(mK).

A condutividade térmica do bronze de alumínio – UNS C95400 é de 59 W/(mK).

A condutividade térmica do bronze de estanho – UNS C90500 – metal de canhão é de 75 W/(mK).

A condutividade térmica do cobre  -berílio – UNS C17200 é de 115 W/(mK).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. Em geral:

A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto podemos geralmente escrever k = k (T). Definições semelhantes estão associadas às condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Ligas