Já alguma vez se interrogou sobre os segredos escondidos nas superfícies brilhantes dos metais? Neste artigo fascinante, mergulhamos nos meandros da análise da composição dos metais. O nosso autor especialista, com anos de experiência em engenharia mecânica, leva-o numa viagem para desvendar os mistérios dos metais ferrosos e não ferrosos. Descubra os métodos de ponta utilizados para testar e analisar estes materiais e obtenha informações valiosas que irão melhorar a sua compreensão deste domínio crucial.
Os materiais metálicos abrangem uma gama de opções, tais como metais puros, ligas e metais especializados. Têm inúmeras aplicações em vários sectores, incluindo aviação, maquinaria e hardware informático.
Com a crescente procura de materiais metálicos em vários sectores, surgiram alguns materiais complexos.
A composição dos metais desempenha um papel crucial na determinação das propriedades destes materiais.
Conhecer a composição e as propriedades dos metais pode melhorar a utilização efectiva destes materiais em vários produtos.
Durante os processos de produção, surgem dois problemas comuns: identificar o tipo de material metálico e garantir que cumpre os requisitos de material desejados.
Ao analisar a composição dos materiais metálicos, torna-se possível compreender a composição do material, permitindo assim a monitorização da qualidade do produto, a análise de produtos problemáticos e a identificação de potenciais problemas para eliminar quaisquer perigos ocultos.
Existem mais de 90 tipos de metal encontrados na natureza, incluindo ferro, cobre, alumínio, estanho, níquel, ouro, prata, chumbo, zinco e outros.
Uma liga refere-se a uma combinação de dois ou mais metais, ou uma combinação de metal e não-metal, que possui características metálicas.
As ligas mais comuns incluem as ligas de aço feitas de ferro e carbono, o aço inoxidável composto por ferro, crómio e níquel e o latão formado por cobre e zinco.
Materiais metálicos são normalmente classificados em três grupos: metais ferrosos, metais não ferrosos e materiais metálicos especiais.
Os metais ferrosos, também conhecidos como materiais de ferro e aço, incluem ferro puro, ferro fundido com 2% a 4% de carbono, aço carbono com menos de 2% de carbono, bem como vários tipos de aço como o aço estrutural, o aço inoxidável, o aço resistente ao calor, o aço para ferramentas, a superliga, a liga de precisão, etc., para diferentes aplicações.
Num sentido mais lato, os metais ferrosos podem também englobar ligas de crómio e manganês.
O ferro é o metal mais abundante e económico da Terra e é um material básico essencial para quase todas as indústrias.
Encontra-se em frigoríficos, utensílios de cozinha, máquinas de lavar roupa, automóveis, caminhos-de-ferro, eléctricos, pontes de ferro, navios, torres eléctricas, edifícios, fábricas e maquinaria.
Os metais não ferrosos referem-se a todos os metais e suas ligas, exceto o ferro, o crómio e o manganês. São tipicamente classificados em metais leves, metais pesados, metais preciosos, semi-metais, metais raros e metais de terras raras.
Em comparação com os metais puros, as ligas têm maior resistência e dureza e coeficientes de resistência e temperatura mais baixos, resultando em melhores propriedades mecânicas globais.
As ligas não ferrosas comuns incluem o alumínio, o cobre, o magnésio, o níquel, o estanho, o titânio e as ligas de zinco.
Estes materiais são amplamente utilizados como componentes estruturais e funcionais no fabrico de maquinaria, construção, eletrónica, aeroespacial e utilização de energia nuclear, entre outras indústrias.
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Os métodos de análise e ensaio da composição dos materiais metálicos evoluíram ao longo do tempo, passando da tradicional titulação e espetrofotometria para técnicas mais avançadas, como a espetrometria de emissão de plasma e a espetrometria de leitura direta por faísca. O processo de ensaio também mudou, permitindo a análise simultânea de vários elementos, o que melhorou a eficiência e a exatidão.
Os princípios e as características dos diferentes métodos de ensaio são os seguintes:
A espetrofotometria é um método amplamente utilizado para quantificar elementos metálicos. Envolve a medição da absorvância e da intensidade luminosa numa gama específica de comprimentos de onda para efetuar uma análise qualitativa e quantitativa.
Este método é conhecido pela sua ampla aplicação, alta sensibilidade, boa seletividade, alta precisão e baixo custo, mas tem a desvantagem de poder analisar apenas um elemento de cada vez.
Os instrumentos de deteção utilizados na espetrofotometria incluem espectrofotómetros de ultravioleta, espectrofotómetros de visível e espectrofotómetros de infravermelhos.
A titulação é um método de testar os componentes metálicos numa solução com uma concentração padrão de reagentes. Os componentes metálicos reagem totalmente com os reagentes para atingir o ponto final da titulação. Este método pode ser utilizado para testar substâncias com um teor superior a 1%, mas tem a desvantagem de ser pouco eficaz.
A Espectrometria de Absorção Atómica (AAS) e a Espectrometria de Emissão Atómica (AES) são tecnologias tradicionais utilizadas para analisar a composição de materiais metálicos.
A AAS utiliza o princípio da quantificação do teor dos elementos analisados através da medição da intensidade de absorção dos electrões exteriores dos átomos no estado gasoso para a correspondente linha de radiação de ressonância atómica da luz visível e da luz ultravioleta.
Este método é ideal para a radiação de absorção atómica gasosa e caracteriza-se por uma elevada sensibilidade, uma forte capacidade anti-interferência, uma forte seletividade, uma vasta gama de análise e uma elevada precisão.
No entanto, tem limitações, como a incapacidade de analisar vários elementos simultaneamente, a baixa sensibilidade na determinação de elementos insolúveis e o fraco desempenho na medição de amostras complexas.
A AES, por outro lado, baseia-se no princípio de que cada ião ou átomo de um elemento emite uma radiação electromagnética específica quando sujeito a uma excitação eléctrica ou térmica.
Este método utiliza emissores para a análise qualitativa e quantitativa de elementos e pode testar vários elementos ao mesmo tempo com uma menor necessidade de amostra e resultados mais rápidos.
No entanto, tem uma precisão reduzida e só é utilizado para analisar componentes metálicos, não podendo ser aplicado à maioria dos não metálico componentes.
A espetrometria de fluorescência de raios X é amplamente utilizada para a determinação de elementos metálicos e é um método comum para analisar a composição de materiais metálicos. O princípio do teste baseia-se no facto de os átomos no seu estado fundamental se encontrarem num estado de baixa energia, mas quando são excitados por radiação de uma determinada frequência, entram num estado de alta energia e emitem fluorescência.
O comprimento de onda desta fluorescência é único e, através da medição destas linhas espectrais de fluorescência de raios X, é possível determinar o tipo de elementos presentes na amostra. O teor de elementos pode ser estimado comparando a intensidade das linhas espectrais da amostra com as linhas espectrais de referência de uma amostra padrão.
Este método é uma abordagem qualitativa e semi-quantitativa utilizada principalmente para aproximar o conteúdo da análise da composição metálica.
A espetrometria de emissão atómica com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES) é atualmente o método mais utilizado. O seu princípio consiste em excitar elementos metálicos, provocando transições electrónicas que resultam na emissão de linhas espectrais com determinadas intensidades que são utilizadas para determinar os elementos e as suas concentrações.
Este método tem uma vasta gama de aplicações, é altamente sensível, tem uma velocidade de análise rápida e proporciona uma elevada exatidão. Pode testar um lote de amostras em simultâneo e determinar vários elementos numa única linha de marcação.
O espetrómetro de leitura direta de faíscas utiliza arcos eléctricos de alta temperatura ou faíscas para vaporizar e excitar diretamente elementos de uma amostra do estado sólido, fazendo-os emitir comprimentos de onda característicos.
Estes comprimentos de onda são depois divididos utilizando uma grelha, produzindo um espetro organizado por comprimento de onda. As linhas espectrais características dos elementos passam através da fenda de saída para os respectivos tubos fotomultiplicadores, onde o sinal ótico é convertido num sinal elétrico.
O sistema de controlo e medição integra o sinal elétrico, que é depois processado por um computador para determinar o teor percentual de cada elemento.
Este método é altamente preciso e pode analisar simultaneamente vários elementos, com resultados qualitativos e quantitativos para dezenas de elementos obtidos numa única excitação e análise.
É rápido, eficiente e não requer reagentes químicos dispendiosos ou excipientes especiais. É possível o teste direto de amostras sólidas.
No entanto, a forma e a dimensão da amostra têm determinados requisitos.
Nos materiais metálicos, especialmente nos metais de aço, o carbono e o enxofre são os elementos primários que requerem ensaio, e os métodos acima mencionados não podem quantificar com exatidão o carbono e o enxofre. Como resultado, os elementos de carbono e enxofre precisam de ser testados utilizando um analisador de carbono e enxofre.
A amostra é submetida a um aquecimento a alta temperatura em condições enriquecidas com oxigénio, oxidando o carbono e o enxofre em dióxido de carbono e dióxido de enxofre.
Após o tratamento, o gás entra na piscina de absorção adequada, absorvendo a radiação infravermelha correspondente, que é transmitida pelo detetor como um sinal. O computador processa o sinal e emite os resultados.
Este método é exato, rápido e sensível e pode ser utilizado para analisar níveis elevados e baixos de teor de carbono e enxofre.
O analisador de oxigénio e azoto é utilizado para medir o teor de oxigénio e azoto em vários tipos de aço, metais não ferrosos e novos materiais. Decompõe a amostra por aquecimento por impulsos sob uma atmosfera inerte e mede o conteúdo com um detetor de infravermelhos e um detetor de condutividade térmica, respetivamente. Este método é conhecido pela sua elevada exatidão e baixo limite de deteção.
Introdução aos itens de teste
| Categoria de metais | Projeto | ||
| Ferro e aço | Análise de elementos | Identificação do grau (para identificar se está em conformidade com uma norma ou um grau)Pedido) | Análise da composição do revestimento (composição do revestimento de ensaio e teor de elementos) |
| Liga de cobre / cobre de elevada pureza | |||
| Solda sem chumbo / solda com chumbo | |||
| Liga de alumínio | |||
| Liga de magnésio | |||
| Kirsite | |||
| Liga de titânio | |||
| Metais preciosos (ouro, prata, paládio, platina) | |||
| Metal de elevada pureza | |||
| Brasagem metal de enchimento | |||
| Metalurgia do pó | |||
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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