Nas últimas décadas, temos vistos avanços tecnológicos que constantemente transformam nosso cotidiano. Essa mudança deve-se em grande parte a evolução dos materiais metálicos.

Dessa forma, para entender o porquê dessa classe de materiais ser tão importante, iremos nos aprofundar nos elementos que fazem parte dessa família, nas suas características tão almejadas e nas suas aplicações na sociedade moderna.

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O que são materiais metálicos?

Materiais metálicos são aqueles formados por elementos químicos que apresentam ligações metálicas, ou seja, possuem as chamadas nuvens eletrônicas, onde os elétrons das espécies são compartilhados entre si, no chamado mar de elétrons.

Outra maneira de defini-los também é como um cristal ou agregado de cristais, trazendo uma estrutura na qual seus átomos ficam dispostos de maneira ordenada e periódica no espaço.
Esses materiais são substâncias de origem inorgânica, e podem ser formados por um ou mais elementos metálicos, ou podendo ter também elementos de outras classes.

Dos 118 elementos da tabela periódica, cerca de 91 são metais. Cada um destes possui características e propriedades distintas, mas nem todos possuem a mesma importância para a engenharia.

Qual a diferença entre materiais metálicos e ligas metálicas?

Por mais versáteis que sejam os materiais metálicos, na maioria das vezes eles não são empregados puros, mas sim fazendo parte de ligas metálicas. Estas, são misturas homogêneas de um ou mais metais entre si ou com elementos de outras classes, como citado anteriormente. Ao se unir esses elementos é possível trazer melhorias para as propriedades mecânicas, físicas e químicas do material.

Nesse sentido, como exemplo de ligas puramente metálicas, temos o latão e a liga cobre-zinco (cobre e zinco). Nas ligas de elementos não metálicos, podemos citar o aço e a liga ferro-carbono. 

Figura 1: Barras de aço para construção civil

Desse modo, na aplicação desses materiais, podemos os dividir também como: ligas e metais ferrosos, que contém uma grande porcentagem de ferro na sua constituição; ligas e metais não ferrosos, que possuem pouca ou nenhuma presença de ferro.

Quais são os principais materiais metálicos?

Por mais que tenhamos grandes quantidades de elementos metálicos, alguns materiais e ligas se destacam mais. O ferro é o metal mais utilizado pelo homem, representando cerca de 90% da produção mundial dos metais.

Isso ocorre pela sua abundância, baixo custo de produção e excelentes propriedades físicas e químicas que podem ser alcançadas com a adição de outros elementos de liga.

A liga mais comum de ferro é o aço. Esta é uma denominação genérica para as ligas de ferro-carbono com cerca de 0,008 a 2,0% de carbono. A variação da quantidade de carbono aplicado interfere diretamente nas propriedades finais do material.

A imensa variedade de aços e seus baixos preços relativos evidenciam sua vasta aplicação. Como esse material também pode se ligar com outros, acaba surgindo uma infinita variedade de ligas úteis.

Alguns exemplos de aços mais conhecidos são: os aços carbonos comuns (para aplicações genéricas) e os aços inoxidáveis (para aplicações decorativas ou de alta resistência à corrosão).

Por mais que o ferro e suas ligas dominam o mercado mundial, temos outros metais que se destacam por suas características. 

O alumínio, por exemplo, se destaca pela leveza, beleza e estabilidade química. Os principais elementos usados em suas ligas são o cobre, o magnésio o silício.

Já o cobre, se destaca pela sua alta condutividade elétrica e propriedades mecânicas. Com elementos de liga, gera materiais como os latões e os bronzes.

Figura 2: Tubos de cobre para aquecimento de água.

O zinco é muito utilizado para o revestimento de outros metais, protegendo-os da corrosão eletroquímica. Um caso muito conhecido desse processo é o do aço galvanizado, onde o aço é submetido a um banho de zinco fundido.

Quais são suas propriedades?

As propriedades que definem essa família de materiais são a alta dureza, uma elevada resistência mecânica, alta plasticidade e alta condutibilidade elétrica e térmica. A alta resistência a temperatura e corrosão de alguns desses também é marcante.
Além disso, a estética e a sensação ao toque dos produtos feitos com materiais metálicas também são muito visadas. Acabamentos espelhados, cromados e brilhantes podem ser obtidos com esses elementos, agregando valor ao produto.

Como as ligas metálicas possibilitam inúmeras combinações desses materiais, é possível gerar as propriedades mais diversas com esses elementos, e combiná-las entre si.

Quais são suas aplicações?

O difícil seria discutir onde os materiais metálicos não podem ser aplicados. Ou seja, sua adaptabilidade os permite ter aplicações nas áreas de construção civil, produtos e componentes eletrônicos, indústria automobilística e praticamente em todas as áreas que nós imaginarmos.

Os aços podem ser utilizados nas indústrias de base por exemplo, na parte estrutural, nos maquinários, nas ferramentas de reparo e nos equipamentos eletrônicos. As ações inox são usados em produtos que ficam expostos a ambientes corrosivos, como tanques de aquecimento, peças para banheiros, panelas e utensílios de cozinha, mobiliário urbano e outros.

Figura 3: Tubulações e tanques em aço inox.

O cobre é muito utilizado em cabeamentos elétricos, pela sua condutividade elétrica. O alumínio é usado em estruturas perfiladas, em revestimentos e em recipientes alimentícios.
As ligas de titânio são muito utilizadas na área médica, como implantes e parafusos, pois apresentam elevadas propriedades mecânicas e baixa rejeição pelo corpo humano.

Como são produzidas?

Existem diversas técnicas para a produção dos materiais e ligas metálicas. Após a obtenção dos minérios, geralmente encontrados em jazidas, estes podem passar por um desses três processos metalúrgicos: a pirometalurgia, a hidrometalurgia ou a eletrometalurgia.

Nesses locais, os minérios passarão por vários métodos de tratamento, mas todos trarão o mesmo resultado: o metal com um alto nível de pureza. 

Este será vendido para empresas, que o submeterão a processos de fabricação. Dessa forma, esses processos trarão formato a peça final, considerando o material utilizado, as exigências de seu uso e seu acabamento.
Os meios de fabricação mais aplicados são:

• Fundição
• Conformação Mecânica
• Forjamento
• Extrusão e muitas outras

Figura 4: Processo de fundição

Como podemos ajudar?

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Texto escrito por Kaio Sasaki, consultor do Núcleo de Engenharia de Materiais da EESC jr. – Empresa júnior de Engenharia e Arquitetura da USP de São Carlos