A escolha do metal certo é fundamental para equilibrar os custos de produção, a integridade estrutural e a durabilidade. Na fabricação industrial moderna, os metais são amplamente classificados em duas categorias principais: ferrosos (à base de ferro) e não ferrosos (sem ferro). Este guia abrangente apresenta os 20 principais metais industriais, suas propriedades específicas e suas aplicações ideais na prática, para ajudá-lo a fazer escolhas informadas de materiais.
Três tipos de metais ferrosos
Qualquer metal com alto teor de ferro e características magnéticas é um metal ferroso. A dureza, a durabilidade e a resistência à tração dos metais ferrosos são predominantes na fabricação.
Seus recursos funcionam bem para arranha-céus, pontes, ferrovias e veículos. Eles beneficiam tanto a indústria quanto a arquitetura. O aço, o ferro fundido e o ferro forjado são os três tipos mais comuns de metais ferrosos.
Aço
O aço é uma liga de ferro que contém uma porcentagem precisa de carbono (normalmente inferior a 2%) para aumentar significativamente a resistência à tração e à fratura em comparação com o ferro puro. Os aços industriais são geralmente classificados em quatro categorias principais.
Aço carbono
O aço carbono geralmente apresenta um acabamento superficial opaco e é altamente suscetível à corrosão se não for tratado. Existem três tipos de aço carbono: de baixo, médio e alto teor de carbono, sendo que o de baixo teor contém aproximadamente 0,30% de carbono, o de médio teor, 0,60%, e o de alto teor, 1,5%.
Aço-liga
O aço de liga combina vários metais, como níquel, cobre e alumínio. Os aços de liga são preferidos para peças de automóveis, tubulações, cascos de navios e projetos mecânicos. Eles são mais baratos e resistem melhor à corrosão. A concentração dos ingredientes determina a resistência dessas ligas.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é, de longe, o mais popular no mercado. Esse tipo de aço é brilhante e possui de 10 a 20% de cromo como principal elemento de liga. Esse teor de cromo forma uma camada protetora passiva, aumentando significativamente a resistência à corrosão e, ao mesmo tempo, mantendo excelente formabilidade para diversos processos de fabricação.
Aço para ferramentas
O aço para ferramentas é conhecido por sua dureza e resistência ao calor e à abrasão. As ligas dessa categoria são otimizadas para a fabricação de ferramentas para serviços pesados, matrizes para máquinas e equipamentos de corte industrial. Enriquecidos com cobalto, molibdênio e tungstênio, os aços para ferramentas apresentam excepcional dureza ao aquecimento, estabilidade térmica e resistência ao desgaste em condições de alta tensão.
Aplicações: Chapas para carrocerias de automóveis, eletrodomésticos, construção, trilhos de trem e fios.
Ferro fundido
Trata-se de uma liga de ferro que contém de 2 a 4% de carbono, quantidades variáveis de silício e manganês e traços de enxofre e fósforo. É produzida em altos-fornos por meio da redução química do minério de ferro.
Aplicações industriais ideais:
Setor automotivo: Blocos de motor, cabeçotes de cilindro e discos de freio (devido à alta condutividade térmica).
Construção e Maquinário Pesado: Suportes, bases de máquinas e tubos para serviços pesados (devido à alta densidade e às propriedades de amortecimento de vibrações).
Ferro forjado
O ferro forjado é uma liga de ferro altamente maleável com um teor de carbono muito baixo (menos de 0,08%). Ao contrário do ferro fundido, que é frágil, o ferro forjado contém fibras microscópicas de escória que lhe conferem um ‘grão’ único, semelhante ao da madeira. Essa estrutura fibrosa torna-o excepcionalmente resistente, resistente à corrosão e fácil de forjar ou soldar em formas complexas.
Aplicativo:
Fabricação de tubos
Barras para parafusos de fixação
Parafusos do motor
Rebites
Placas
Correntes exclusivas
Ganchos para guindastes
Outras aplicações de forjamento
Classificação: 17 metais não ferrosos essenciais
Metais não ferrosos são metais ou ligas que, na metalurgia, não contêm quantidades significativas de ferro. As ligas não ferrosas são escolhidas para aplicações que exigem parâmetros críticos de desempenho, incluindo altas relações resistência/peso, condutividade elétrica e térmica superiores, comportamento não magnético e excepcional resistência à corrosão. Elas costumam ser mais caras do que os metais ferrosos.
Alumínio
O alumínio é um metal prateado, macio e leve. Tem o número atômico 13 e pertence ao grupo do boro na tabela periódica. O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre e o terceiro elemento mais abundante depois do oxigênio e do silício. Ele representa 8% do peso da superfície sólida da Terra.
O alumínio é um excelente condutor térmico e elétrico. É um metal leve, com um terço da densidade e da rigidez do aço. Devido à sua alta ductilidade e maleabilidade, o alumínio oferece excelente usinabilidade e pode ser facilmente fundido ou extrudado em perfis complexos.
Aplicativo:
Linhas de energia
Edifícios altos
Molduras de janelas
Eletrônicos de consumo
Aparelhos domésticos e industriais
Componentes de aeronaves
Componentes da espaçonave
Navios
Trens
Veículos pessoais
Níquel
Tem uma tonalidade branco-prateada, com um acabamento brilhante e um tom dourado. As pessoas consideram o níquel útil devido às suas características de maleabilidade e resistência à corrosão. O níquel é extraído principalmente de dois tipos de depósitos: sulfetos magmáticos e lateritas.
O níquel pode se misturar com aço, ferro, cobre, cromo, alumínio, chumbo, cobalto, prata, ouro e outros. Isso ajuda a criar aço inoxidável, ferro fundido e outras ligas.
O níquel é um componente comum na produção de ligas. Também é importante em produtos de transporte, aeroespaciais, marítimos, arquitetônicos e de consumo. É benéfico na produção de talheres, moedas, ímãs e outros metais.
Cobre
O cobre é um metal de transição com o número 29 na tabela periódica. Ele tem um peso atômico de 63,55 AMU e 29 nêutrons (unidades de massa atômica). É um metal dúctil, maleável e dourado-avermelhado que também é um bom condutor de calor e eletricidade. O cobre foi o primeiro metal com o qual os seres humanos lidaram, e ainda hoje é um dos metais mais comuns.
**Aplicações:** O cobre é comumente utilizado em fios, dissipadores de calor, eletroímãs e motores elétricos. Também é empregado em peças estruturais e tubulações. O cobre se destaca nessas aplicações devido ao seu processo de oxidação atmosférica, que forma uma pátina protetora que impede a corrosão profunda.
Latão
O latão é um metal não ferroso de cor vermelha, produzido a partir de ligas de cobre e zinco. A variação da proporção entre cobre e zinco altera as propriedades do material, permitindo ajustar suas características mecânicas e elétricas. Por se tratar de uma liga de substituição, os átomos de ambos os elementos constituintes podem ocupar a mesma posição na rede cristalina.
Aplicativos: O latão é bem fundido, forte e atraente. Ele também tem propriedades antibacterianas devido ao seu alto teor de cobre. O latão é um material popular para instrumentos musicais, acabamentos decorativos, fixadores, carcaças de balas e muito mais.
Bronze
O bronze é uma liga metálica, composta principalmente de cobre e contendo 12% de estanho. Além desses dois elementos, o alumínio, o arsênico, o manganês, o fósforo e o silício têm características distintas.
Os principais tipos de ligas de bronze incluem:
Bronze com chumbo
Bronze fosforoso
Bronze de alumínio
Bronze de silício
Bronze manganês
O bronze tem muitas características distintas que o tornam ideal para vários usos, desde a arte até a tecnologia da computação. O bronze tem uma tonalidade marrom-avermelhada, é complexo e quebradiço e tem uma temperatura de fusão de 950 graus Celsius.
Aplicativos: As propriedades do bronze tornam o metal ideal para usos práticos e estéticos, como na marinha e na pesca. Os estaleiros navais geralmente escolhem acessórios e hélices de bronze para muitos barcos e navios. Isso se deve ao fato de o bronze ter grande resistência à corrosão.
Algumas ligas de bronze são ótimas para uso elétrico porque conduzem bem a eletricidade. O material tem baixo atrito metal-metal, o que é ótimo para usos de alta tensão, como buchas e rolamentos. Isso inclui usos em buchas e rolamentos.
Zinco
O zinco (Zn) é um elemento versátil amplamente utilizado nos setores industrial e biológico. Embora seja frágil e tenha uma cor branco-azulada à temperatura ambiente, ele apresenta um acabamento metálico brilhante quando polido.
O zinco é um metal primário usado principalmente para galvanizar o aço e protegê-lo contra a corrosão. As ligas de zinco, como o latão, são usadas em muitas áreas. Elas são ótimas para peças navais resistentes à corrosão e também para instrumentos musicais.
Aplicações: O aço galvanizado é usado em carrocerias de automóveis, postes de iluminação pública, barreiras de segurança e pontes suspensas.
As fundições sob pressão são cruciais para os setores automotivo, elétrico e de hardware. Elas exigem muito zinco. Latão, níquel-prata e solda de alumínio são ligas que incluem zinco.
O óxido de zinco é encontrado em muitos produtos. Entre eles estão tintas, borracha, cosméticos, medicamentos e plásticos. Também pode ser encontrado em tintas, sabonetes, baterias, tecidos e equipamentos elétricos. Tintas luminosas, luzes fluorescentes e telas de raios X usam sulfeto de zinco.
Prata
O Ag é um metal branco brilhante com boa condutividade elétrica e apelo estético. É um dos chamados metais preciosos, juntamente com o ouro e os metais do grupo da platina.
A prata cria circuitos elétricos impressos e reveste condutores eletrônicos por meio de deposição de vapor. Isso ocorre porque a prata tem a mais alta condutividade elétrica e térmica de todos os metais. Ela também pode ter uma liga com níquel ou paládio para uso em conexões elétricas.
Aplicativos: A prata é popular na fabricação de moedas, decorações e joias há muito tempo. As pessoas usam a prata como catalisador. Ela pode transformar etileno em óxido de etileno com alta eficiência. Esse composto é um bloco de construção fundamental para muitos produtos químicos.
Ouro
O Au é um metal precioso amarelo, rico e brilhante, pertencente ao Grupo 11 (Ib) do Período 6. Ele tem várias características que o tornaram muito precioso ao longo da história. Tem cor e brilho agradáveis. É quase indestrutível e muito flexível. Geralmente pode ser encontrado na natureza em sua forma pura. O ouro tem uma história diferente de qualquer outro metal devido ao seu valor percebido desde o início dos tempos.
Aplicativos: O ouro é famoso principalmente pela fabricação de moedas, decorações, joias e douramento. O ouro verde é uma escolha popular para joias. É uma liga de ouro, prata e cobre com valores de quilates que variam de 14 a 18 quilates.
O ouro também é popular no setor têxtil. Os tubos eletrônicos usam fios de grade banhados a ouro. Esse design aumenta a condutividade e reduz as emissões secundárias.
Liderança
O chumbo (Pb) é um metal pesado que tem uma densidade maior do que a maioria dos outros metais. É macio e maleável, além de ter um baixo ponto de fusão. Quando recém-cortado, o chumbo é prateado com um toque de azul; quando exposto ao ar, fica manchado e adquire uma cor cinza monótona.
Aplicações: Usamos o chumbo em:
Baterias de carro
Pigmentos
Munição
Revestimento do cabo
Levantamento de pesos
Cintos de peso para mergulho
Vidro de cristal de chumbo
Proteção contra radiação
O chumbo é adequado para o armazenamento de líquidos corrosivos. O arquiteto usa chumbo em vitrais e em telhados.
Cobalto
É um metal pouco conhecido com muitos usos, fatos interessantes e características exclusivas. É um dos elementos do bloco d, ou metais de transição, na tabela periódica.
O cobalto, como muitos outros metais de transição, geralmente é encontrado na forma de uma liga. As pessoas geralmente extraem o cobalto por meio de mineração, e o Congo e a Zâmbia, no continente africano, são famosos pela mineração de cobalto.
Aplicativo: Como o cobalto, assim como o ferro, pode ser magnético, a fabricação de ímãs é um exemplo do uso do cobalto. Mas uma liga com alumínio e níquel produz ímãs potentes.
Aplicações de alta temperatura, como turbinas a jato e geradores de turbina a gás, também estão entre os usos do cobalto. Sua aparência atraente, dureza e resistência à corrosão o tornam popular em galvanoplastia.
Durante milênios, as pessoas usaram sais de cobalto em tintas, porcelana, vidro, cerâmica e esmaltes para criar belas cores azuis. Alguns países usam o cobalto-60, um isótopo radioativo, para curar o câncer e irradiar alimentos para preservá-los.
Platina
A platina é um metal não reativo que ocorre em pequenas quantidades na natureza. É um metal nobre devido à sua excelente resistência à corrosão, mesmo em altas temperaturas. Com uma abundância média de cerca de 5 μg/kg, é um dos elementos mais raros na crosta terrestre.
Os minérios de níquel e cobre têm quantidades específicas. A maior parte do suprimento mundial, cerca de 80%, vem de depósitos nativos na África do Sul.
Aplicativos: A platina é frequentemente predominante no setor de joias. Seu principal uso é em conversores catalíticos para automóveis, caminhões e ônibus. A reação utiliza a platina como catalisador para ácido nítrico, silicone e benzeno na indústria química. As células de combustível também usam a platina como catalisador para aumentar sua eficiência.
A platina também é usada com frequência no setor de eletrônicos para discos rígidos de computadores e termopares. Fibras ópticas e LCDs, lâminas de turbinas, velas de ignição, marca-passos e obturações dentárias são todos feitos de platina.
Os compostos de platina são essenciais para o tratamento do câncer. Os pesquisadores os utilizam em ambientes industriais e biológicos.
Estanho
É um metal resistente à corrosão, prateado, macio e maleável. Ele se liga a uma variedade de moléculas químicas. A cassiterita e a estanina são os principais minerais de estanho. Eles podem ser encontrados na Malásia, Tailândia, Zaire, Indonésia e Bolívia. A redução do carvão produz estanho puro. Esta folha de dados explora as características e os usos do estanho.
Aplicativos: Para evitar a corrosão, ele requer um alto polimento e reveste outros metais, como latas de estanho, que têm aço revestido de estanho. As ligas de estanho, como solda macia, estanho, bronze e bronze fosforoso, também são usadas para o estanho. Os ímãs supercondutores também devem ter uma liga de nióbio-estanho.
Para criar uma superfície nivelada, os fabricantes produzem a maioria dos vidros de janela flutuando o vidro fundido sobre o estanho fundido. Um spray de sais de estanho forma revestimentos na superfície do vidro que conduzem eletricidade.
Tungstênio
É um metal de transição encontrado na mesma coluna que o cromo e o molibdênio na tabela periódica. O membro mais pesado desse grupo é o tungstênio, que tem uma massa atômica de 183 gramas por mol.
O tungstênio tem o ponto de fusão mais alto de qualquer metal e reforça outros metais. Os setores de metalurgia, mineração e petróleo dependem do carbeto de tungstênio porque ele é muito duro. O aquecimento do tungstênio e do pó de carbono a 2200°C e a combinação dos dois produz o material.
Historicamente, o tungstênio era amplamente utilizado nos filamentos das lâmpadas incandescentes; no entanto, essas lâmpadas foram amplamente descontinuadas em todo o mundo devido à baixa eficiência luminosa e à dissipação térmica excessiva.
Muitas aplicações de alta temperatura usam tungstênio e suas ligas. Isso inclui eletrodos de solda a arco e peças para fornos de alta temperatura.
As ferramentas de corte e perfuração de carbeto de tungstênio são excepcionais. Isso inclui uma nova broca odontológica "indolor" que gira em velocidades muito altas. A iluminação fluorescente geralmente usa tungstatos de cálcio e magnésio.
Titânio
É um metal estrutural leve, de alta resistência e baixa corrosão, usado em componentes de aviação de alta velocidade como uma liga.
É abundante e compõe 0,44% da crosta terrestre. Quase todas as rochas, areia, argila e outros solos contêm o metal de alguma forma. Ele também pode estar disponível em plantas, animais, cursos d'água naturais, dragas de alto mar, meteoritos e estrelas.
Aplicações: Muitos setores usam ligas de titânio. Eles as valorizam por sua baixa densidade e capacidade de resistir a temperaturas extremas. Você pode encontrá-las em aviões, naves espaciais e mísseis. Tacos de golfe, laptops, bicicletas e muletas também contêm essas ligas.
Os condensadores de usinas elétricas usam titânio devido à sua resistência à corrosão. Ele também ajuda as usinas de dessalinização. Além disso, ele protege os cascos de navios, submarinos e outras estruturas de água salgada. Isso se deve à sua forte resistência à corrosão na água do mar.
O metal titânio se liga bem ao osso. Portanto, os procedimentos cirúrgicos geralmente usam titânio. Isso inclui substituições de articulações, especialmente as de quadril, e implantes dentários.
O titânio é mais frequentemente útil na forma de óxido de titânio (IV). Você pode encontrá-lo em uma grande variedade de produtos, incluindo pintura doméstica, tinta para artistas, plásticos, esmaltes e papel. Como ele inibe a radiação UV de atingir a pele, os protetores solares também contêm titânio.
Paládio
Como um dos quatro principais metais preciosos, o paládio é uma commodity altamente volátil, cuja variação de preço é impulsionada, em grande parte, pela demanda por conversores catalíticos automotivos e pela dinâmica da oferta industrial. Ele continua sendo um componente essencial nos sistemas de controle de poluição de automóveis e caminhões.
Os conversores catalíticos de automóveis usam paládio mais do que qualquer outro material. Certas obturações e coroas dentárias, bem como joias. Laptops e telefones celulares contêm capacitores de cerâmica. Eles mostram uma maneira de usar o paládio em eletrônicos. Os fabricantes os fabricam com camadas de paládio intercaladas entre camadas de cerâmica.
Urânio
É um metal pesado que tem sido popular como fonte de energia concentrada há mais de 60 anos. Está disponível na maioria das rochas em quantidades de 2 a 4 partes por milhão, e é tão abundante quanto o estanho, o tungstênio e o molibdênio na crosta terrestre.
Aplicativos: As usinas nucleares usam o urânio para produzir energia como combustível nuclear. Os cientistas se concentram na criação de outros elementos sintéticos de transurânio a partir dessa substância. Os militares também o utilizam para alimentar submarinos e armamentos nucleares.
Bismuto
O elemento mais metálico e menos abundante do grupo do nitrogênio é o bismuto (Bi). O bismuto é um metal duro, quebradiço e brilhante com uma estrutura cristalina grosseira. Sua cor - branco-acinzentado com um tom avermelhado - o distingue de todos os outros metais.
Aplicações: Os alarmes e extintores de incêndio, bem como fusíveis elétricos e soldas, usam bismuto.
Resumo
A ciência avançada dos materiais continua a explorar e desenvolver novas ligas metálicas e compósitos para atender às demandas industriais em constante evolução. O futuro da manufatura depende desses materiais emergentes para alcançar maior eficiência, tolerância a temperaturas extremas e sustentabilidade avançada em todos os setores globais.
Mas o artigo de hoje se concentrou nos vinte metais que as pessoas usam com maior frequência em todo o mundo. Nós os categorizamos em grupos ferrosos e não ferrosos. Além disso, apontamos as aplicações de cada um deles.