Autoria: Daniella dos Santos Galego
Os metais utilizados pela indústria raramente apresentam todas as características desejadas para uma aplicação específica. Caso seja muito quebradiço, ou muito mole, ou pouco resistente à oxidação, busca-se obter uma liga com outro elemento que resulte num material de maior resistência mecânica, duração ou outra qualidade desejável. Por apresentarem propriedades e características físicas mais satisfatórias que as de seus componentes, as ligas têm importância primordial na indústria metalúrgica.
Liga é a substância resultante da mistura de dois ou mais elementos, entre os quais pelo menos um é metal. Na maior parte das vezes recorre-se à liga para dar aos metais determinadas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, magnéticas ou anticorrosivas.
O procedimento mais freqüente na preparação de ligas consiste em fundir, em primeiro lugar, o metal cujo ponto de fusão é mais elevado, acrescentando-se em seguida os demais componentes. Também é possível inverter a ordem ou fundir os componentes simultaneamente. O método de fusão mais simples é o do cadinho, utilizado em pequenas fundições. Quando é necessário obter grandes quantidades de liga, usam-se fornos elétricos de diferentes tipos, como os de arco e de indução de baixa ou alta freqüência.
A preparação de algumas ligas consiste no próprio processo de obtenção do metal, já que alguns minérios já contêm os elementos necessários à liga que se deseja obter. Um exemplo disso é o bronze (liga de cobre e estanho), primeira liga utilizada pelo homem, há mais de cinco milênios. Os homens primitivos fabricavam bronze pela simples fundição do minério de cobre, que já continha estanho.
Classificação das ligas. Ao planejar a combinação de metais, entre si ou com outros elementos, considera-se com especial cuidado a variação das proporções, fator que influi decisivamente nas propriedades do material final. Certas misturas formam uma rede cristalina perfeita, com os átomos de diversos materiais dispostos em posições perfeitamente determinadas; em outros casos, os átomos se distribuem aleatoriamente.
No estudo das características de uma liga são empregados gráficos ilustrativos da relação entre tempo e temperatura. Outro recurso útil à análise é o diagrama de fases, em que se apresentam a porcentagem dos componentes e a temperatura. A partir desses diagramas, que exibem as diversas fases ou formas de cristalização a que estão sujeitos os materiais, é possível classificar cinco tipos genéricos de ligas.
Tipo I: ligas com solução sólida. As ligas metálicas do tipo I são miscíveis tanto no estado sólido quanto no líquido. Na elaboração das combinações de solução sólida, formam-se cristais que contêm todos os metais componentes da liga.
Tipo II: ligas eutéticas. Chamam-se eutéticas as ligas que, em estado sólido, apresentam proporções inalteráveis e ponto de fusão constante e característico, também chamado eutético. Por manter constantes os pontos de fusão e solidificação, a liga eutética se comporta como um metal puro.
Tipo III. No grupo III os metais são totalmente miscíveis em estado líquido, mas em estado sólido só se misturam parcialmente.
Tipo IV. O grupo IV inclui as ligas de metais não miscíveis em estado líquido.
Tipo V: ligas que formam compostos. Os metais do tipo V combinam-se para formar compostos denominados intermetálicos, principais endurecedores das ligas industriais. Alguns, como os carbonetos de boro e de tungstênio, estão entre os materiais mais duros e resistentes que se conhecem.
Principais ligas. As ligas dividem-se em dois grandes grupos: ferrosas e não-ferrosas. Entre as primeiras, mais importantes sob o ponto de vista do volume de produção e da diversidade de propriedades, figuram os diversos tipos de aço, enquanto as não-ferrosas se caracterizam por suas propriedades específicas, como leveza ou resistência à corrosão.
Ligas à base de ferro. O aço comum é constituído de ferro e uma proporção de carbono, em geral inferior a 1,8%. A partir do aço comum se produzem materiais como o aço inoxidável, que contém níquel, titânio e cromo, e os aços especiais, com maiores concentrações desses e de outros elementos, de acordo com a aplicação a que se destinem. Outro tipo de ligas de ferro são as de ferro-níquel, com quarenta a cinqüenta por cento de níquel, que se caracterizam pelo coeficiente de dilatação muito baixo.
Ligas à base de cobre. Entre as ligas de cobre se incluem algumas de uso muito freqüente, como o latão, formado de cobre e zinco, e o bronze, de cobre com um máximo de dez por cento de estanho. As ligas não-ferrosas à base de cobre ocupam o segundo lugar em volume de produção, depois das ligas de ferro.
Ligas à base de alumínio. Também comuns, as ligas de alumínio podem ser usadas em fundição, caso das que contêm silício. Entre as ligas forjadas de alumínio, que contêm cerca de quatro por cento de cobre e 0,6% de magnésio, ou um por cento de silício e um por cento de magnésio, se inclui o duralumínio, liga endurecível por envelhecimento.
Ligas de chumbo e estanho. A solda é a mais conhecida das ligas à base de estanho e contém quarenta a cinqüenta por cento desse metal. O chumbo duro, liga de chumbo com 10 a 13% de antimônio, se usa na fabricação de placas de bateria.
Ligas de manganês. Chamam-se ligas de manganês aquelas que combinam esse metal com cobre e níquel e apresentam coeficiente de dilatação térmica inusitadamente alto.
Ligas de metais preciosos. Entre as muitas ligas de metais preciosos que constituem o material básico da joalheria, podem-se mencionar a alpaca, de prata, cobre, níquel e zinco; a prata de lei, combinada com cobre; e as ligas de ouro, com diversos metais, que conferem ao metal resistência ao desgaste. O ouro puro tem 24 quilates, e as ligas, valores proporcionalmente inferiores.
Aplicações. De aplicação em quase todos os campos, as ligas podem também ser classificadas em função de seu uso. Assim, as de antifricção destinam-se a suavizar o atrito entre peças de maquinaria, e as fusíveis — entre elas as ligas Newton, Rose, Darcet e Wood, que contêm proporções variáveis de bismuto, chumbo, estanho e cádmio — são empregadas como elementos térmicos de segurança. As ligas resistentes à corrosão e à oxidação são fundamentais para a construção naval, em que se usa muito a liga Monel, de níquel com pequena percentagem de cobre e ferro.
As ligas magnéticas — como o permalói e o ticonal, constituídos de ferro, níquel, cobalto e titânio — mantêm suas propriedades permanentemente e representaram um grande avanço na comunicação por cabo submarino. Finalmente, as ligas refratárias, de grande resistência à corrosão, ao calor e a radiações, são utilizadas como material de construção em usinas nucleares e na indústria aeroespacial.