Latão (propriedades)

Introdução

Os latões são ligas de Cobre e Zinco que a muito tempo são produzidos e utilizados em diversos segmentos da indústria e sociedade. Em praticamente todo mundo, todos tipos de indústria, utilizam os seus benefícios, que não são poucos, existindo nas mais diversas formas (tubos, barras, fios...).

Os latões são o grupo mais utilizado entre as ligas de Cobre e são empregados em diversas áreas pelas indústrias químicas, petrolíferas, nuclear, e na construção civil e artesanato, portanto está presente nas atividades do cotidiano. São latões adaptados para a fabricação de inúmeros elementos destinados à indústria, tendo uma ampla variedade de formas e dimensões, influenciando diretamente no seu custo final.

Os Latões possuem um conjunto notório de características, como a resistência mecânica, maleabilidade, excelente condutividade térmica e elétrica, resistência a corrosão e ao ataque da radiação solar, boa resistência ao choque e ao uso. Podendo ainda receberem tratamentos de superfície, como a cromagem ou niquelagem, vernizes e recobrimento polimérico.

Todas essas propriedades, combinadas com sua facilidade ás deformações a quente e a frio, fazem dos latões muito atrativos.

Latão

As ligas de cobre mais utilizadas na indústria e em aplicações comerciais são os chamados latões, denominação tradicionalmente aplicada às ligas do sistema cobre-zinco. Neste tipo de liga os teores de zinco variam entre 5 (latão C 210) e 40 % (latão C 280), sendo que uma simples regra permite identificar o teor de zinco da liga: dividindo-se por 2 a dezena do número da liga, chega-se ao teor de zinco da mesma: no caso da liga 260 (o chamado latão para cartuchos de munição), por exemplo, 60 : 2 = 30, o que significa dizer que o latão 260 contém 30 % de zinco.

O Zinco é um elemento de liga relativamente barato, porém, importante no cobre, principal responsável pelo o aumento da dureza na formação da solução sólida. Observa-se que em quantidades de até 15%, o Zinco produz somente uma pequena diminuição da temperatura líquida e a liga binária tem pequenas variações na solidificação. Este elemento tem uma alta pressão de vapor nas ligas fundidas onde muitas vezes é perdida pela evaporação e oxidação. Isto explica a necessidade de adicionar na liga outros elementos.

Além dos latões binários (cobre-zinco) cuja numeração (centena) começa por 2, existem também os latões ternários cobre-chumbo-zinco, cuja numeração começa por 3 (como o caso do latão com chumbo 360) e os latões ternários cobre-zinco-estanho, cuja numeração começa por 4 (como o 436, por exemplo).

Latões binários (Cu-Zn)

Os latões binários são ligas cobre-zinco nas quais os demais elementos somente estão presentes em teores muito baixos, sendo considerados como impurezas. São ligas que apresentam razoável resistência à corrosão (em ambientes não muito agressivos) e boa conformabilidade, porém simultaneamente possuem resistência mecânica e dureza bem mais elevadas do que a dos cobres comercialmente puros e cobres ligados. Como o zinco possui reticulado cristalino hexagonal compacto, ao contrário do cobre, que possui reticulado cristalino cúbico de face centrada, a solubilidade do zinco no cobre é limitada, porém como a diferença entre os diâmetros dos átomos de cobre e de zinco é relativamente pequena, de cerca de 4 %, existe uma certa solubilidade, chegando a 35 % na temperatura de 20ºC e atingindo 38 %, seu valor máximo, a uma temperatura de 456ºC.

Diagrama de Fases Cu – Zn.

Um dos principais usos do cobre está na fabricação de peças com formato complexo por deformação mecânica, como no assim chamado processo de embutimento. O latão alia a vantagem de ser facilmente deformado com uma resistência mecânica mais alta do que a do cobre comercialmente puro. Aliás, o latão com teores de zinco entre 20 e 30% apresentam maior ductilidade (alongamento) do que o cobre comercialmente puro e do que os latões com teores de zinco mais baixos. As ligas que mais mantêm essa característica para maiores graus de deformação a frio são os latões que contêm de 20 a 30% de zinco. Outro aspecto importante dos latões é a grande influência do tamanho de grão inicial sobre as características de deformação durante os processos de fabricação. Quando o grão é grosseiro o suficiente para igualar ou mesmo exceder, a espessura da chapa (ou do corpo-de-prova de ensaio de tração) então praticamente quase não há contornos de grão para inibir o deslizamento e contribuir para o encruamento, e à medida que o grão cresce o latão apresenta menor alongamento até a fratura. Sendo assim, o controle do tamanho de grão antes da deformação a frio é muito importante, e os recozimentos anteriores devem ser rigorosamente controlados, quanto ao tempo e à temperatura, para produzir grãos finos.

Nos latões com teores de zinco mais elevados, acima de 35% e chegando até 40%, ocorre a presença de fase beta, ou seja, ao contrário dos latões com menos de 35% de zinco, que são monofásicos (contêm somente a fase alfa), os latões com teores de zinco mais elevados são bifásicos (contêm fases alfa e beta). Estes latões bifásicos apresentam transformações de fase mais complexas, que dão origem a uma maior variedade de microestruturas e, consequentemente, de propriedades. Esse tipo de liga é utilizado industrialmente basicamente devido à sua excelente trabalhabilidade a quente e excelente usinabilidade. A figura 2 ilustra o diagrama de fase na região bifásica alfa e beta com alguns produtos. Dentre estas ligas sobressai-se o latão com 40% de zinco, também conhecido comercialmente como metal de Muntz.

Figura 2.

A fase beta é conhecida como um composto intermetálico com estequiometria aproximada de CuZn, ou seja, proporção entre os números de átomos de cobre e zinco em torno de 50% cada, ao contrário da fase alfa, que possui estrutura cúbica de face centrada na qual parte dos átomos de cobre é substituída por átomos de zinco.

Entretanto, a faixa de variação da composição da fase beta depende da temperatura. A fase beta é cúbica de corpo centrado e acima de 470ºC torna-se desordenada, com átomos de zinco e cobre ocupando posições aleatórias, devido à vibração dos átomos associada à energia térmica.