Ligas metálicas

Ligas metálicas são materiais sólidos formados pela combinação de um metal com, pelo menos, um outro elemento, seja ele metálico ou não. As ligas metálicas podem ser divididas em intersticiais ou substitucionais, ao passo que a quantidade de elementos adicionados pode resultar em um sistema homogêneo ou heterogêneo.

As ligas metálicas são materiais que apresentam propriedades superiores em relação aos seus metais de origem, como maior resistência mecânica, maior resistência à corrosão, maior resistência à temperatura, sem que se percam boas propriedades intrínsecas dos metais usados. As ligas metálicas são amplamente empregadas em diversos setores da indústria, principalmente a de construção, aeroespacial, petróleo e gás, além de transportes.

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Resumo sobre ligas metálicas

• As ligas metálicas são materiais sólidos formados pela combinação de um metal com, pelo menos, um outro elemento que pode ser um outro metal, ou não.
• Aço, bronze, latão e as ligas de alumínio são algumas das principais ligas metálicas.
• Podem ser divididas em ligas intersticiais ou substitucionais.
• Apresentam propriedades físicas e químicas superiores em relação aos seus metais de origem.
• São muito empregadas na construção, na indústria aeroespacial, no setor de petróleo e gás, além dos transportes.

O que são ligas metálicas?

De maneira simples, podemos entender ligas metálicas como a combinação de um metal com outro elemento, seja ele metálico ou não, em estado sólido.

Tipos de ligas metálicas

• Ligas metálicas substitucionais e intersticiais

Os tipos de ligas metálicas possíveis são formados a partir da síntese da liga. Dessa forma, partindo-se de um metal base, a adição dos elementos à liga pode gerar as ligas metálicas substitucionais e intersticiais. Nas ligas substitucionais, como o nome deixa em evidência, o átomo do elemento adicionado substitui o átomo do metal base. Já nas ligas intersticiais, o átomo do elemento adicionado se coloca entre os espaços (sítios) deixados pelos átomos do metal base.

• Ligas metálicas ferrosas e não ferrosas

Outro tipo de classificação para ligas metálicas está centrado na presença ou ausência do ferro na sua constituição. Como o ferro é um dos metais mais importantes e comercializados no mundo, as ligas podem ser classificadas em ferrosas (as que possuem ferro na constituição) ou não ferrosas (as que não possuem ferro na sua constituição).

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Características das ligas metálicas

As ligas metálicas possuem suas características totalmente ligadas à sua composição. Diferentemente dos demais compostos químicos, as ligas não possuem uma proporção fixa para serem formadas, de modo que os elementos podem ser adicionados de maneira contínua, respeitando-se a miscibilidade dos elementos no estado sólido.

Em uma liga metálica, o metal primário (o de partida), é chamado de metal base, sendo os demais elementos (metálicos ou não metálicos) adicionados ao metal base fundido para fazer parte da estrutura final da liga.

Vale dizer que as ligas não são como os metais impuros, afinal, são previamente projetadas e sintetizadas mediante técnicas específicas para atingir propriedades físico-químicas específicas. Metais puros, por sua vez, podem ser quebradiços, enquanto as ligas metálicas são pensadas para combinar não só a força, mas também a trabalhabilidade do material.

A inserção de outros elementos na estrutura metálica traz mais resistência mecânica, pois a variedade de átomos dificulta a sua movimentação, mantendo a estrutura íntegra.

Quando a afinidade entre os elementos é completa, forma-se uma liga homogênea (ou monofásica), como na liga entre os metais prata (Ag) e ouro (Au). Nos demais casos, há uma limitação de solubilidade do elemento ao metal base. Quando esse limite é superado, forma-se uma nova fase, dando origem às ligas polifásicas (ou heterogêneas).

Como a fase de um material é definida como uma região onde há reprodutibilidade de propriedades físicas e químicas, entende-se que ligas polifásicas terão características distintas a depender da fase cristalina. É o caso de ligas como o aço (Fe e C) e chumbo e estanho (Pb-Sn). No caso, como a solubilidade é função da temperatura, a liga produzida será consequência dos processos de tratamento térmico utilizados durante a confecção da liga.

Há ainda os casos de total imiscibilidade, onde os elementos simplesmente se depositam uns sobre os outros, em justaposição.

Propriedades das ligas metálicas

Obviamente que, assim como as características, as propriedades da liga metálica também são consequência da composição dos elementos químicos utilizados na sua confecção. Porém, por mais que se conheça a composição da liga metálica, não é tão fácil prever as propriedades da liga metálica. Por exemplo, cobre e níquel são excelentes condutores de eletricidade, mas as suas ligas metálicas, entretanto, possuem baixa condutividade elétrica, tornando-as excelentes na fabricação de fios de resistência.

Da mesma forma, a pouca inclusão de um elemento consegue trazer mudanças significativas no metal, como no caso do aço, onde a adição de carbono ao ferro não chega a 1%. Como as ligas são majoritariamente (ou inteiramente) metálicas, as propriedades observadas são as mesmas dos metais puros. A diferença é que as ligas podem ter alterações nessas propriedades em relação aos metais puros, podendo ter, portanto, melhoras ou pioras.

• Força de tensão: relacionada à quantidade de carga que a liga pode suportar antes de quebrar.
• Tensão de escoamento: relacionada à tensão máxima que a liga metálica consegue suportar até começar a se deformar de maneira permanente.
• Dureza: relacionada à resistência à abrasão (riscos e desgastes superficiais).
• Ductilidade: relacionada à capacidade de estiramento (ou trefilação) da liga até que ela se rompa. Tanto a ductilidade quanto a dureza têm relação com a resistência às deformações por parte da liga.

• Maleabilidade: relacionada à capacidade de moldagem da liga metálica. Por vezes é comum a sua confusão com a ductilidade, mas é possível ser maleável (moldável) sem ser dúctil (alongável).
• Condutividade térmica: relacionada à capacidade da liga em conduzir energia térmica.
• Ponto de fusão: algumas ligas metálicas podem apresentar um ponto de fusão menor que de seus metais constituintes, o que facilita o seu processo de derretimento.
• Condutividade elétrica: relacionada à capacidade da liga em permitir o fluxo de elétrons (corrente elétrica) por meio delas. Especificamente, as ligas metálicas possuem menor condutividade elétrica que os metais puros, já que a alteração na rede cristalina piora o fluxo de elétrons por meio desta.
• Resistência à corrosão (oxidação): relacionada à capacidade de resistir às reações de oxidação, que acarretam a deterioração física do material metálico.
• Densidade: relacionada ao nível de empacotamento dos elementos metálicos na rede cristalina. Ligas metais mais densas acumulam mais massa por unidade volumétrica.

Principais ligas metálicas

• Aço: liga ferrosa com até 1% de carbono, podendo conter também cromo, molibdênio, níquel, entre outros metais.
• Ferro fundido: uma liga ferrosa com maior teor de carbono (acima de 2,14%).
• Aço inoxidável: liga de ferro-carbono com, pelo menos, 10,5% em massa de cromo, além de outros elementos metálicos, como níquel, molibdênio, titânio, nióbio e manganês. Destaca-se pela sua maior resistência à corrosão.
• Aço Corten (patinável ou aclimável): liga de ferro-carbono com pequena quantidade de cobre, que, ao ser oxidada, forma uma fina película sobre esta (a pátina), que a protege de oxidações subsequentes.
• Latão: liga de cobre e zinco, com vasta utilização desde os tempos remotos da humanidade. Possui alta resistência à corrosão.

• Bronze: liga feita por cobre (metal base) e estanho, com a inclusão de outros elementos em proporções menores, como zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo, chumbo, entre outros, os quais trarão melhores propriedades ao cobre. O estanho, por exemplo, garante maior resistência mecânica e dureza, sem afetar a boa ductilidade do cobre.
• Ligas de alumínio: possuem o alumínio como metal base, podendo conter presença de cobre, silício, magnésio, manganês, zinco e lítio. Possuem baixa densidade, elevada condutividade elétrica e térmica, baixa temperatura de fusão e boa resistência à corrosão.

Para que servem as ligas metálicas?

A utilização das ligas metálicas ultrapassa diversas indústrias, nas quais são aproveitadas suas propriedades físicas e químicas de interesse. Sendo assim, as ligas metálicas são empregadas em materiais que enfrentarão meios mais extremos no que diz respeito à corrosão e à temperatura. Além disso, são materiais de maior resistência mecânica e com mais facilidade para serem trabalhados.

Dentre as indústrias que utilizam ligas metálicas, destacam-se a aeroespacial, a de petróleo e gás e a de transportes, por exemplo. O aço é a liga metálica mais comercializada do mundo, sendo amplamente utilizada em estruturas de automóveis, construções, aeronaves, entre outros. O aço inoxidável, por sua vez, é aplicado em instrumentos simples do nosso cotidiano, como panelas, talheres, joias, até materiais mais específicos, como instrumentos cirúrgicos.

Ligas metálicas de metais nobres possuem grande utilização como joias, como as ligas que envolvem o ouro, a prata e os metais do grupo da platina. Aeronaves e estruturas petroquímicas, que necessitam suportar temperaturas extremas, também utilizam ligas metálicas específicas na sua confecção.

A utilização de ligas menos densas permite a criação de equipamentos mais leves, porém com as boas propriedades mecânicas inerentes das ligas metálicas. Vale lembrar, no caso de transportes, o menor peso implica o menor consumo de combustível, o que se traduz em maior economia e autonomia.

Saiba mais: O que é um ametal?

Exercícios resolvidos sobre ligas metálicas

Questão 1. (UNIFOR – Demais cursos/2025.2) Ligas metálicas são misturas de dois ou mais elementos, sendo pelo menos um deles metálico. A mistura tem como objetivo melhorar propriedades como dureza, resistência à corrosão, condutividade elétrica ou resistência mecânica.

A liga metálica composta de cobre (Cu) e estanho (Sn) é conhecida como

1. latão, e é usada em utensílios de cozinha.
2. aço, e é amplamente usada na construção civil.
3. bronze, com ampla aplicação em moedas, esculturas e instrumentos musicais.
4. amálgama, usada em obturações dentárias.
5. magnésio metálico, usado em ligas leves aeronáuticas.

Resposta: Letra C.

A liga entre cobre e estanho é conhecida como bronze. Tal liga possui o cobre como metal base e tem um menor teor de estanho, que traz maior resistência mecânica e dureza.

Questão 2. (IFRR Superior – 2018.2) Com relação às ligas metálicas, é incorreto afirmar que:

1. O aço inoxidável é uma liga de ferro, carbono, níquel e cromo. É usado em balcões de supermercado, talheres, pias de cozinha, vagões de metrô, etc.
2. O bronze é uma liga de carbono com estanho. É usado em estátuas, sinos, etc.
3. Os metais têm, em geral, condutividade elétrica baixa; uma liga de níquel e cromo, porém, tem condutividade elétrica elevada e, por esse motivo, é usada nas resistências dos ferros elétricos, chuveiros elétricos, etc.
4. Ligas metálicas são materiais com propriedades metálicas que contêm dois ou mais elementos, sendo pelo menos um deles não metais.
5. A solda é uma liga de cobre e zinco. É usada por funileiros e eletricistas.

Resposta: Letra C.

Os metais puros possuem, pelo contrário, alta condutividade elétrica no estado sólido. A liga de níquel e cromo, por sua vez, possui uma baixa condutividade elétrica e é justamente por isso que é utilizada como resistência. Caso tivesse uma alta condutividade elétrica, não seria aplicada para esse fim.

Fontes

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