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O chumbo é outro metal descoberto e utilizado pela humanidade há milênios, desde as antigas civilizações egípcias, assírias e babilônicas, em aplicações estruturais e ornamentais. Em séculos passados este metal não ferroso era muito utilizado em telhados e em encanamentos (por calandramento e costura). Entretanto, atualmente as aplicações em baterias elétricas, principalmente de veículos automotores, constituem mais de 80 % da tonelagem de chumbo produzida no mundo.
O principal minério de chumbo é a galena, basicamente sulfeto de chumbo (PbS). Outra importante fonte de produção de chumbo é a reciclagem de sucatas. Na fundição as impurezas (pequenas quantidades de outros metais presentes no chumbo, como zinco, antimônio, estanho, cobre e arsênico, entre outros) são removidas por diferentes processos. Além do chumbo comercialmente puro (com grau de pureza de até 99,99 %) e das ligas de chumbo, também é produzido o chumbo em lingotes (“pig lead” em inglês), contendo considerável quantidade de impurezas, porém muito usado nos últimos anos como matéria-prima intermediária, principalmente por grandes fabricantes [1].
Classificação: Tipos de Chumbo
A seguir são apresentados os diferentes tipos de chumbo e suas ligas, de acordo com o sistema de classificação UNS (Unified Numbering System – Sistema Unificado de Numeração), que congrega várias entidades que representam diversos fabricantes e consumidores de vários tipos de metais e suas ligas.
A tabela Pb-1 apresenta os diferentes tipo de chumbo comercialmente puro e ligas de chumbo e sua composição química.
Tabela Pb-1 – Chumbo comercialmente puro e ligas de chumbo – Composição química. Classificação UNS 50000 a 50999.
Tipo de Chumbo ou Liga |
Classificação UNS |
Composição Química |
Chumbo refinado por zona |
L50001 |
Mínimo de 99,9999 % Pb |
Chumbo refinado macio |
L50005 |
Mínimo de 99,999 % Pb |
Chumbo refinado macio |
L50011, L50012, L50013, L50014 |
Mínimo de 99,99 % Pb |
Chumbo industrial comercialmente puro |
L50042 |
Mínimo de 99,94 % Pb |
Chumbo comum |
L50045 |
Mínimo de 99,94 % Pb |
Ligas de Chumbo (UNS L50100 a L50199) |
Liga para revestimento de cabos |
L50101 |
99,8 % Pb – 0,2 % Ag |
Ligas para eletro-refino |
L50110, L50115, L50120 |
99,5 a 99 % Pb – 0,5 a 1 % Ag |
Liga para eletro-refino |
L50122 |
98 % Pb – 1 % Ag – 1 % As |
Liga para anodo de proteção catódica |
L50140 |
98 % Pb – 2 % Ag |
Liga para soldagem mole |
L50121, L50131 |
1 a 1,5 % Ag – 1 % Sn, restante Pb |
Liga para soldagem mole |
L50132, L50150, L50151 |
1,5 a 2,5 % Ag, restante Pb |
Liga para soldagem mole |
L50134 |
1,5 % Ag – 5 % Sn – 93,5 % Pb |
Liga para soldagem mole |
L50152 |
2,5 % Ag – 2 % Sn – 95,5 % Pb |
Liga para soldagem mole |
L50170 |
5 % Ag – 95 % Pb |
Liga para soldagem mole |
L50171, L50172 |
5 % Ag, - 5 % Sn ou 5 % In, restante Pb |
Liga para soldagem mole |
L50180 |
5,5 % Ag, restante Pb |
Liga chumbo-arsênico para revestimento de cabos |
L50310 |
0,15 % As – 0,10 % Bi – 0,10 % Sn – 99,6 % Pb |
Liga chumbo-bário |
L50510 |
0,05 % Ba – 99,9 % Pb |
Liga chumbo-estanho-bário |
L50520, L50522, L50530, L50535 |
0,05 a 0,10 % Ba – 1 a 2 % Sn – 97,9 a 99 % Pb |
Liga chumbo-bário-cálcio |
L50540 – L50543 |
0,4 a 1,2 % Ba – 0,5 a 0,8 % Ca – 97,2 a 98,8 % Pb |
Liga chumbo-cálcio |
L50710, L50720 |
0,008 a 0,03 % Ca – 99,9 % Pb |
Liga chumbo-cálcio-estanho para revestimento de cabos |
L50712, L50713 |
0,025 % Ca – 0 a 0,025 % Sn – 99,7 a 99,9 % Pb |
Liga chumbo-cobre-cálcio |
L50722 |
0,06 % Cu – 0,03 % Ca – 99,9 % Pb |
Liga para anodo de eletro-refino |
L50730 |
0,5 % Ag – 0,05 % Ca - 99,4 % Pb |
Liga para grade de bateria |
L50735 |
0,06 % Ca – 99,9 % Pb |
Ligas para grade de bateria |
L50736, L50737, L50740, L50745, L50750, L50755 |
0,065 % Ca – 0,2 a 1,5 % Sn – 99,7 a 98,4 % Pb |
Ligas para grade de bateria |
L50760, L50765 |
0,07 % Ca – 0 a 0,7 % Sn – 99,2 a 99,2 a 99,9 % Pb |
Ligas para grade de bateria |
L50770, L50775, L50780, L50790, |
0,10 % Ca – 0 a 1 % Sn – 98,9 a 99,9 % Pb |
Ligas para grade de bateria |
L50795, L50800 |
0,12 % Ca – 0,3 % Sn – 99,6 % Pb |
Liga para mancais |
L50810 |
0,02 % Al – 0,04 % Li – 0,7 % Ca |
Liga para mancais |
L50820 |
0,02 % Al – 0,04 % Li – 0,7 % Ca – 0,2 % Na – 0,4 % Ba – 98,7 % Pb |
Ligas chumbo-cálcio |
L50840, L 50850, L50880 |
1 a 6 % Ca – 94 a 99 % Pb |
Liga chumbo cádmio eutética |
L50940 |
17 % Cd – 83 5 Pb |
Tabela Pb-2 – Chumbo comercialmente puro e ligas de chumbo – Composição química. Classificação UNS 51100 a 55290.
Tipo de Liga de Chumbo |
Classificação UNS |
Composição Química |
Chumbo cobreado |
L51110 |
0,0 % Cu – 99,9 % Pb |
Chumbo contendo cobre |
L51121 |
0,06 % Cu – mínimo de 99,90 % Pb |
Ligas chumbo-telúrio-cobre |
L51123, L51124 |
0,06 % Cu - 0,045 a 0,055 % Te – mínimo de 99,82 a 99,85 % Pb |
Chumbo macio cobreado |
L51125 |
0,06 % Cu – 99,9 % Pb |
Liga de chumbo contendo cobre |
L51180 |
51 % Pb – 3 % Sn – outros: máximo de 0,08 %, restante: Cu |
Liga chumbo-índio-prata para soldagem mole |
L51510, L51512 |
2,38 a 2,5 % Ag – 4,76 a 5 % In – 92,5 a 92,8 % Pb |
Ligas chumbo-índio para soldagem mole |
L51511 |
5 % In – 95 % |
Ligas chumbo-índio |
L51530, L51532, L51535, L51540, L51550, L51560, L51570 |
19 a 70 % In – 30 a 81 % Pb |
Liga índio-estanho-chumbo |
L51545 |
40 % In – 40 % Sn – 20 % Pb |
Liga prata-chumbo |
L51585 |
80 % In – 5 % Ag – 15 % Pb |
Ligas chumbo-lítio |
L51705, L51708, L51710, L51720, L51730 |
0,01 a 0,07 % Li – 99,9 % |
Ligas chumbo-estanho-lítio |
L51740, L51748 |
0,02 a 0,04 % Li – 0,35 a 0,7 % Sn – 99,2 a 99,9 % Pb |
Ligas chumbo-estanho-lítio-cálcio |
L51770, L51775, L51778, L51780, L51790 |
0,08 a 0,065 % Li - 1 a 2 % Sn – 0,02 a 0,15 % Ca – 97,8 a 99,6 % Pb |
Liga chumbo-antimônio |
L52500 - L52599 |
Sb: < 1,00 % |
Liga chumbo-antimônio |
L52600 – L52699 |
1,00 a 1,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L52700 – L52799 |
2,00 a 2,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L52800 – L52899 |
3,00 a 3,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L52900 – L52999 |
4,00 a 4,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53000 – L53099 |
5,00 a 5,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53100 – L53199 |
6,00 a 6,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53200 – L53299 |
7,00 a 8,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53300 – L53399 |
9,00 a 10,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53400 – L53499 |
11,0 a 12,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53500 – L53599 |
13,00 a 15,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53600 – L53699 |
16,00 a 19,99 % Sb |
Liga chumbo-antimônio |
L53700 – L53799 |
Sb: > 20,00 % |
Ligas chumbo-estanho |
L54000-L54099 |
Sn: < 1,00 % |
Ligas chumbo-estanho |
L54100-L54199 |
1,00 a 1,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54200-L54299 |
2,00 a 3,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54300-L54399 |
4,00 a 7,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54400-L54499 |
8,00 a 11,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54500-L54599 |
12,00 a 15,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54600-L54699 |
16,00 a 19,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54700-L54799 |
20,00 a 27,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54800-L54899 |
28,00 a 37,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L54900-L54999 |
38,00 a 47,99 % Sn |
Ligas chumbo-estanho |
L55000-L55099 |
48,00 a 57,99 % Sn |
Ligas para bateria |
L55210, L55230, L55260 |
0,06 a 0,2 % Sr – 0 a 0,03 % Al – 0 a 0,08 % Sn – 0 a 0,6 % Ca – 99 a 99,8 % Pb |
Liga chumbo-estrôncio |
L55290 |
2 % Sr – 98 % Pb |
A tabela Pb-3 apresenta os diferentes tipo de chumbo em lingotes e sua composição química.
Tabela Pb-3 – Chumbo em lingotes – Composição química. Classificação UNS.
Tipo |
Classificação UNS |
Ag |
Bi |
Cd |
Cu |
Fe |
Ni |
Pb mín. |
Te |
Zn |
Outros |
Chumbo em lingotes puro (atual) |
L50042 |
0,0015 |
0,050 |
--- |
0,015 |
0,002 |
--- |
99,94 |
--- |
0,001 |
As+Sb+Sn = 0,002 % máx. |
Chumbo em lingotes puro (proposto) |
--- |
0,0025 |
0,0025 ou 0,030 |
0,0010 |
0,0010 |
0,0010 |
0,0002 |
99,96 |
0,00005 |
0,0005 |
As, Sb e Sn cada 0,0005 % máx. |
Chumbo comum (atual) |
L50045 |
0,005 |
0,05 |
--- |
0,0015 |
0,002 |
--- |
99,94 |
--- |
0,001 |
As+Sb+Sn = 0,002 % máx. |
Chumbo comum (proposto) |
--- |
0,005 |
0,05 |
0,001 |
0,0015 |
0,002 |
0,001 |
99,94 |
--- |
0,001 |
As, Sb e Sn cada 0,001 % máx. |
Chumbo químico |
L51120 |
0,002 -0,020 |
0,005 |
--- |
0,040-0,080 |
0,002 |
--- |
99,90 |
--- |
0,001 |
As+Sb+Sn = 0,002 % máx. |
Chumbo-cobre ácido |
L51121 |
0,002 |
0,025 |
--- |
0,040-0,080 |
0,002 |
--- |
99,90 |
--- |
0,001 |
As+Sb+Sn = 0,002 % máx. |
O chumbo industrial comercialmente puro, também conhecido como chumbo fino (“corroding lead”) é usado na fabricação de pigmentos, óxidos de chumbo e uma grande variedade de outras substâncias químicas à base de chumbo. A pureza deve necessariamente ser elevada para evitar problemas como cores indesejáveis em pigmentos brancos, causadas por impurezas presentes durante e após processamento.
O chumbo químico é refinado com teor residual de cobre de 0,04 a 0,08 % e teor residual de prata de 0,002 a 0,02 %, e é particularmente importante na indústria química, sendo assim chamado chumbo químico. Muitos minérios de chumbo podem conter pequenos teores de cobre e prata. Esses teores de cobre aumentam consideravelmente a resistência à corrosão e a resistência mecânica, fazendo com que o chumbo químico seja o segundo tipo de chumbo mais usado de chumbo, superado apenas pelo chumbo industrial comercialmente puro. Os teores de prata também melhoram a resistência à corrosão no caso de algumas aplicações.
O chumbo contendo cobre apresenta resistência à corrosão comparável à do chumbo químico na maioria das aplicações que exigem elevada resistência à corrosão. Esse tipo de chumbo é fabricado ao se adicionar cobre ao chumbo completamente refinado e se diferencia do chumbo químico basicamente pelo seu teor mais alto de bismuto.
O chumbo comum, que apresenta teores mais altos de prata e de bismuto do que o chumbo industrial comercialmente puro, é usado para óxido de bateria e para adição de elemento de liga.
O antimônio geralmente é adicionado para aumentar a dureza e a resistência mecânica, como no caso de grades de bateria de armazenamento, chapas, tubos e peças fundidas. Os teores de antimônio nas ligas de chumbo podem variar de 0,5 a 25 %, mas geralmente estão entre 2 e 5 %.
Com o passar do tempo, as ligas chumbo-cálcio substituíram as ligas chumbo-antimônio em certo número de aplicações, particularmente no caso de grade de baterias de armazenamento e em peças fundidas. Estas ligas contêm de 0,03 a 0,15 % de cálcio. Posteriormente o alumínio foi adicionado às ligas chumbo-cálcio e chumbo-cálcio-estanho para estabilizar o cálcio.
A adição de estanho ao chumbo, ou às ligas de chumbo, aumenta sua dureza e resistência mecânica, porém as ligas chumbo-estanho são mais comumente usadas devido à sua boa fundibilidade, fácil fusão e propriedades de molhamento, como no caso de algumas peças de tipografia e soldas moles. O estanho confere à liga a capacidade de molhar e ligar metais como aço e cobre, ao passo que o chumbo não ligado apresenta capacidade de molhamento inadequada. O estanho, quando combinado com chumbo e bismuto ou cádmio, forma o principal ingrediente para muitas ligas de baixo ponto de fusão.
O chumbo com arsênico (UNS L50310) é usado para revestimento de cabos. Freqüentemente o arsênico é usado para endurecer as ligas chumbo-antimônio e é essencial para a produção de granalha arredondada [1-3].
Propriedades do Chumbo
As propriedades do chumbo, que o tornam bastante útil para várias aplicações são a alta densidade, maleabilidade, lubricidade, flexibilidade, condutividade elétrica, e coeficiente de expansão térmica, sendo que todas essas propriedades são elevadas, ao passo que outras propriedades são baixas, como o módulo de elasticidade, o limite elástico, a resistência mecânica, a dureza e o ponto de fusão. O chumbo também apresenta boa resistência à corrosão em uma grande variedade de condições. O chumbo pode ser facilmente ligado com muitos outros metais, sem muita dificuldade.
A temperatura de vazamento e a taxa de resfriamento influenciam fortemente as microestruturas e as propriedades das ligas de chumbo. Altas temperaturas de vazamento e baixas taxas de resfriamento, como ocorrem na fundição em moldes quentes, acarretam segregação e a formação de uma microestrutura de grãos grosseiros, a qual pode causar fragilidade, baixa resistência à compressão e baixa dureza.
Densidade – A elevada densidade do chumbo (11,35 g/cm3 à temperatura ambiente) o torna muito efetivo na proteção contra raios X e gama. Em grandes instalações o uso do chumbo reduz acentuadamente a quantidade de concreto que seria necessária para cumprir essa finalidade.
A combinação de alta densidade, baixa rigidez e alta capacidade de amortecimento tornam o chumbo um excelente material para isolamento acústico e para a proteção de estruturas contra vibrações.
Devido á sua elevada densidade, geralmente o chumbo é excluído de aplicações para as quais é necessário que os componentes sejam leves. Porém mesmo em algumas dessas aplicações o chumbo pode ser necessário, como, por exemplo, quando é usado como contrapeso, tipo de aplicação na qual a inserção em espaços apertados é facilitada pelo uso de componentes com formatos complexos e reduzidas dimensões, que podem ser mais facilmente obtidos com um material de fácil fundição e baixo pinto de fusão.
Maleabilidade, maciez e lubricidade são três propriedades inter-relacionadas que possibilitam o uso do chumbo em muitas aplicações. Por exemplo, a elevada maleabilidade favorece o uso do chumbo como material para calker e o preenchimento de juntas desse tipo. A maciez e a lubricidade do chumbo permitem seu uso em mancais, gaxetas e arruelas. Ao ser usado como revestimento num arame ou numa chapa o chumbo atua como lubrificante, e, sob a forma de pó, confere lubricidade a componentes anti-agarramento e mancais de motores. A maleabilidade do chumbo é aproveitada na fabricação de folhas laminadas com espessura de até 0,01 mm no mínimo. Por outro lado, a maciez do chumbo requer cuidados no projeto de componentes usados em muitas aplicações. Por exemplo, excessiva velocidade de fluxo em tubulações de chumbo pode resultar em erosão severa se precauções apropriadas não forem tomadas ao ser feito o projeto do sistema.
Resistência mecânica – A baixa resistência mecânica (em condições normais e em condições de fluência) do chumbo deve ser sempre considerada ao se projetar componentes fabricados com este material. Entretanto, a principal limitação ao uso do chumbo como material para a fabricação de componentes estruturais não é a baixa resistência mecânica em condições normais, mas sim sua baixa resistência á fluência. O chumbo continuamente se deforma sob baixas tensões e esta deformação finalmente resulta em falha sob tensões muito inferiores ao limite de resistência à tração.
Contudo, a baixa resistência mecânica do chumbo não necessariamente inviabiliza seu uso em aplicações estruturais. Produtos à base de chumbo podem ser usados como insertos ou suportes de outros tipos de materiais. A adição de elementos de liga, como cálcio ou antimônio, é um método bem comum de aumentar a resistência mecânica do chumbo para que este possa ser utilizado em muitas aplicações. O chumbo é muito usado como material de revestimento ao aço utilizado em muitas estruturas, e, para este tipo de aplicação, técnicas adequadas de adesão e ligação melhoram as propriedades deste revestimento. Materiais compósitos apresentam melhor resistência mecânica, porém mantendo as propriedades adequadas inerentes ao chumbo.
Expansão Térmica – O coeficiente de expansão térmica relativamente elevado do chumbo é outro parâmetro importante que deve ser considerado durante a fase de projeto de componentes nos quais se utiliza este material, como no caso de telhados. Neste caso, ao se projetar este tipo de telhado, o espaço mínimo entre juntas, para acomodar esta expansão térmica, deve ser considerado. Em linhas de tubulação submetidas à ampla variação de temperatura, também deve ser previsto este tipo de expansão. Por outro lado, a excelente flexibilidade do chumbo pode ser muito vantajosa no projeto destes sistemas.
Propriedades de Fadiga – Devido à susceptibilidade do chumbo e de suas ligas à fluência, mesmo à temperaturas ambiente, as propriedade de fadiga das ligas de chumbo podem ser afetadas pela interação fadiga-fluência.
Resistência à corrosão – O chumbo é u metal altamente resistente à corrosão atmosférica e à corrosão causada por águas e por uma ampla variedade de substâncias químicas de uso comum. Quando a resistência à corrosão tiver eu ser combinada com longa vida em serviço, as limitações associadas às propriedades mecânicas do chumbo devem ser cuidadosamente consideradas no projeto final do componente ou da estrutura.
Características de extrusão – O chumbo e suas ligas apresentam elevada dutilidade e são facilmente extrudados. A adição de elementos de liga acarreta aumento na força necessária para extrudar, mas o processo é realizado sem grande dificuldade quando se aquece os tarugos a uma temperatura máxima de 230 ºC aproximadamente. As principais aplicações incluem tubos, arames, munições e revestimento para cabos. O chumbo líquido é usado em extrusoras contínuas para revestimento de cabos e cura de mangueiras. Em alguns casos são utilizadas prensas extrusoras verticais para produzir revestimentos protetores de chumbo em condutores elétricos. O chumbo com arsênico (UNS L50310), usado para revestimento, apresenta temperatura típica de extrusão da ordem de 200 a 230 ºC.
Temperaturas de fundição de algumas ligas de chumbo são apresentadas na tabela Pb-4:
Tabela Pb-4 - Temperaturas de fundição de algumas ligas de chumbo.
Ligas (UNS) |
Temperaturas (ºC) |
Chumbo químico (L51120) |
420 - 445 |
Chumbo com arsênico (L50310) |
400 |
Chumbo com 1 % de Sb (L52605), 4 % de Sb (L52901), 6 % de Sb (L53105) e 8 % de Sb (L53230) |
425 - 500 |
Babbits de chumbo 7 e 13 da ASTM B 23 (L53581 e 53346, respectivamente) |
325 - 400 |
Babbit de chumbo 15 da ASTM B 23 (L53620) |
480 - 540 |
Babbit de chumbo 8 da ASTM B 23 (L53565) |
340 - 425 |
A temperatura de recristalização do chumbo é inferior a 0 ºC (273 K).
A temperatura de fusão do chumbo puro é de aproximadamente 327 º C [2,3].
Produtos e Aplicações
As aplicações mais significativas do chumbo e de suas ligas são as baterias para armazenamento (nas grades e conectores), munições, revestimento para cabos e materiais de construção civil como chapas, tubos, soldas moles e palha de chumbo para calker. Outras importantes aplicações incluem contrapesos, fechos de bateria e outros produtos fundidos como mancais, lastros, gaxetas, tipos de tipografia, chapas de aço chumbadas e folhas de chumbo. O chumbo sob várias formas e em várias combinações tem sido cada vez mais usado como material protetor contra ruídos e vibrações. Além disso, em muitos formatos diferentes é usado na proteção contra raios X e radiação gama, na indústria nuclear. Adicionalmente, o chumbo também é usado como elemento de liga no aço e em várias ligas de cobre para melhorar a usinabilidade e outras características. Ligas de chumbo com baixo ponto de fusão podem ser empregadas em material fusível de sprinklers usados na prevenção de incêndios.
Embora a maior parte do chumbo seja usada em sua forma metálica, quantidades substanciais são utilizadas sob a forma de compostos à base de chumbo. Estes incluem os chumbos tetraetila e tetrametila, usados na gasolina, o litargírio (óxido de chumbo: PbO) e vários pigmentos inibidores de corrosão, como o zarcão (Pb3O4), cromatos de chumbo, silicocromatos de chumbo e silicatos de chumbo. O litargírio é usado em misturas aglomerantes para placas de grades de baterias de armazenamento, em diversos produtos para adesão, em vidros e materiais cerâmicos, e como material intermediário para a fabricação de muitos outros compostos de chumbo.
O zarcão é há muito tempo utilizado como pigmento inibidor de corrosão, principalmente em estruturas de aço. Outros pigmentos inibidores importantes à base de chumbo são o carbonato de chumbo básico, o fosfito dibásico de chumbo, o fosfossilicato e o silicato básico de chumbo. Os pigmentos coloridos mais importantes são o cromossilicato tribásico de chumbo, o silicocromato básico de chumbo e o silicocromato normal de chumbo. A cor do cromossilicato tribásico de chumbo varia de vermelho a alaranjado, ao passo que a cor do silicocromato é geralmente amarelada. O silicocromato de chumbo é usado como tinta amarela para demarcação de calçamentos, ruas e estradas.
Grades de baterias – O uso mais freqüente do chumbo consiste na fabricação de componentes de baterias de armazenamento de energia elétrica. Estas baterias são compostas por um grupo de placas de grades fabricadas com chumbo-cálcio ou chumbo arsênico fundido ou trabalhado mecanicamente que são unidas com uma mistura de óxidos de chumbo e imersas em ácido sulfúrico.
O tempo de vida útil de uma bateria depende da resistência à corrosão das grades de lia de chumbo sob ciclos repetidos de carga e descarga no ácido sulfúrico. Placas de baterias automotivas positivas são geralmente fabricadas com ligas chumbo-antimônio contendo de 1,5 a 3 % de antimônio e outros elementos como estanho, arsênico, cobre enxofre e selênio. Outras grades de baterias automotivas são feitas com ligas chumbo-cálcio-estanho-alumínio. A composição química exata varia de fabricante para fabricante, porém algumas faixas já foram apresentadas na primeira tabela incluída neste texto. Grades de baterias automotivas híbridas são fabricadas com ligas de chumbo contendo de 1 a 2 % de antimônio na grade positiva e ligas de chumbo contendo 0,04 a 0,15 % de cálcio na grade negativa. As ligas usadas em grades de baterias também podem conter dew 0,1 a 0,8 % de estanho. Adicionalmente, algumas ligas chumbo-cálcio contêm de 0,01 a 0,03 % de alumínio. Por outro lado, bateriais industriais geralmente são fabricadas com ligas contendo de 5 a 8 % de antimônio, além de vários outros elementos. Entretanto, em todos esses casos, para se obter uma vida útil adequadamente prolongada é necessário um rigoroso controle do nível de impurezas. Baterias estacionárias de grande porte podem ser fabricadas com grades de chumbo relativamente puro em casos especiais, porém normalmente este tipo de bateria é produzido com liga chumbo-cálcio.
Tipos para Tipografia – As ligas geralmente usadas na fabricação de tipos destinados ao uso em imprensa são do tipo Pb-Sb ou ligas à base de estanho. Pequenos teores de cobre são adicionados para aumentar a dureza no caso de algumas aplicações específicas. A composição química nominal e as propriedades de alguns tipos para tipografia são apresentadas na tabela Pb-5.
Tabela Pb-5 – Composição química e propriedades de tipos para tipografia.
Tipo |
Pb |
Sn |
Sb |
Dureza Brinell |
Temperatura
Liquidus (ºC) |
Temperatura Solidus (ºC) |
Eletrotipo |
Geral |
95 |
2,5 |
2,5 |
--- |
303 |
246 |
Geral |
94 |
3 |
3 |
12,4 |
298 |
246 |
Placas curvas |
93 |
4 |
3 |
12,5 |
294 |
245 |
Estereótipo |
Placa plana |
80 |
6 |
14 |
23 |
256 |
239 |
Geral |
80,5 |
6,5 |
13 |
22 |
252 |
239 |
Placas curvas |
77 |
8 |
15 |
25 |
263 |
239 |
Linotipo |
Padrão |
86 |
3 |
11 |
19 |
247 |
239 |
Especial |
84 |
5 |
11 |
22 |
246 |
239 |
Liga ternária eutética |
84 |
4 |
12 |
22 |
239 |
239 |
Monotipo |
Comum |
78 |
7 |
15 |
24 |
262 |
239 |
De exposição |
75 |
8 |
17 |
27 |
271 |
239 |
Tipo de caixa padrão Lanston |
72 |
9 |
19 |
28,5 |
286 |
239 |
Tipo de caixa |
64 |
12 |
24 |
33 |
330 |
239 |
Guias |
75 |
10 |
15 |
26 |
270 |
239 |
Tipo de Fundição |
Duro com 1,5 % de cobre |
60,5 |
13 |
25 |
--- |
--- |
--- |
Duro com 1,5 % de cobre |
58,5 |
20 |
20 |
--- |
--- |
--- |
Duro com 2,0 % de cobre |
61 |
12 |
25 |
--- |
--- |
--- |
As ligas à base de chumbo proporcionam baixo custo, baixo ponto de fusão e facilidade de fundição, características desejáveis para todos os metais destinados ao uso em tipos. Adições de antimônio endurecem a liga, tornando-a mais resistente ao impacto e ao desgaste, baixando a temperatura de fundição e minimizando a contração durante a solidificação. O estanho favorece a fluidez, melhora a fundibilidade, reduz a fragilidade e proporciona uma microestrutura mais fina, uma característica que ajuda a reproduzir detalhes finos.
O metal para eletrotipo contém os teores mais baixos de estanho e antimônio porque é usado apenas como metal de suporte e não precisa ser resistente ao desgaste. Ao contrário do metal de eletrotipo, o metal de estereótipo é geralmente usado diretamente para impressão. Por este motivo, deve ser mais duro e mais resistente ao desgaste que o metal de eletrotipo, necessitando assim de teores mais altos de estanho e de antimônio. Para se obter maior resistência ao desgaste, os estereótipos podem ser ligeiramente revestidos eletroliticamente com cromo ou níquel.
O linotipo é usado para composições de alta velocidade de tipos para impressão de jornais. Para esse propósito, é necessária uma liga com baixo ponto de fusão e estreito intervalo de solidificação. A liga eutética ternária contendo 84 % de chumbo, 4 % de estanho e 12 % de antimônio, ou qualquer outra liga de composição semelhante, é mais adequada para a fabricação de linotipos.
Assim como o metal de linotipo, o metal de monotipo é também fundido em molde permanente. No caso da fundição de monotipo, apenas um caractere de tipo é fundido de cada vez. Assim é possível obter rápida taxa de resfriamento, permitindo o uso de ligas mais duras com faixa de temperaturas de fusão mais elevadas do que as usadas na fundição do metal de linotipo, que é fundido como uma linha inteira de cada vez.
O metal para tipo de fundição é usado exclusivamente para fundir tipos para composição manual. O tipo fundido é usado repetidamente em vez de ser refundido antes de usado novamente, como ocorre no caso de outros metais para tipos. Se não for usado para impressão direta, o metal para tipo de fundição é submetido a elevadas pressões em moldes para fabricar eletrotipos, estereótipos, e outras placas duplas. Essas operações necessitam das ligas mais duras e resistentes ao desgaste, o que por vezes é complicado do ponto de vista prático operacional. Pequenas adições de cobre como endurecedor são viáveis para os tipos de fundição.
Devido ao fato de que metais para tipos, diferentemente de tipos para fundição, são fundidos repetidamente, existe sempre a possibilidade de contaminação do chumbo por metais indesejáveis, assim como por óxidos e borra formada durante a fusão e o manuseio do metal líquido. O cobre, o zinco, o níquel, o alumínio e o arsênico são as principais impurezas metálicas que podem prejudicar a fundibilidade dos metais para tipo. O ferro também está presente em pequenos teores, principalmente devido à ação de molhamento do estanho líquido no equipamento de fundição, fabricado em aço. Em geral o ferro não é considerado uma impureza prejudicial, com exceção do fato de aumentar a formação da borra de fundição.
Revestimento de cabos – O revestimento de cabos por chumbo, aplicado por extrusão em torno de cabos de energia e de telecomunicações, confere a mais durável proteção contra danos causados por corrosão e umidade de um modo geral, além de proporcionar proteção mecânica ao isolamento. O chumbo químico, o chumbo com antimônio 1 %, e o chumbo com arsênico são os materiais mais comumente empregados nesse tipo de aplicação. A rigidez adicional conferida ao chumbo pelo antimônio é vantajosa no caso do uso de cabos suspensos. A resistência ao dobramento e à fluência conferida pelo arsênico é desejável em aplicações que envolvam severas vibrações. O chumbo ligado com 0,03 % de cálcio ou com telúrio já foi usado com resultados satisfatórios.
Cabos protegidos por revestimento de chumbo, usados sob o solo ou sob águas, geralmente estão protegidos contra danos mecânicos ao revestimento. O revestimento, no caso de cabos subterrâneos, geralmente fica protegido do contato com o solo por madeira, cimento, argila ou fibras. Quando o revestimento está submetido a condições de atrito ou a um ambiente muito corrosivo, aplica-se uma capa de polietileno ou neoprene em volta do revestimento de chumbo. Cabos subaquáticos revestidos por chumbo são protegidos com juta impregnada por asfalto e arames de aço galvanizado.
Chapas de chumbo – Chapas de chumbo são materiais de construção de grande importância na indústria química e em aplicações similares, porque o chumbo resiste ao ataque por uma ampla variedade de substâncias químicas. Chapas de chumbo também são usadas na construção civil (telhados /cobrejuntas e assoalhos), equipamentos de proteção contra raios X, raios gama, ruídos e vibrações. Chapas para uso em indústrias químicas e na construção civil são fabricadas com chumbo puro ou com chumbo contendo 6 % de antimônio. Ligas chumbo-cálcio e chumbo-cálcio-estanho também são adequadas a muitas dessas aplicações.
As chapas de chumbo são laminadas com larguras de até 3,6 m e praticamente em qualquer espessura desejada. A espessura é geralmente definida em termos de peso por área unitária: o chumbo pesa cerca de 5 kg/m2 para cada 0,4 mm de espessura. Entretanto, esta aproximação deve ser usada com cuidado no caso de espessuras superiores a 6 mm: uma chapa com 13 mm de espessura pesa 145 kg/m2.
Telhados e cobrejuntas em geral são fabricados com chapas de chumbo com espessura de 1,2 mm pesando 1,36 kg aproximadamente. Cobrejuntas colocadas em contato com cimento fresco, argamassa ou concreto devem ser protegidas por revestimento de asfalto negro.
No caso de assoalhos, a chapa de chumbo confere uma superfície resistente à corrosão, além de proteção contra fagulhas, o que é um requisito importante no caso de algumas aplicações especializadas. Devido às suas excelentes características de absorção as chapas de chumbo são amplamente usadas como proteção contra radiação em instalações médicas e industriais.
Chapas de chumbo são muito usadas em aplicações nas quais suas características de proteção contra vibrações são essenciais. Por exemplo, suportes de chapas de chumbo e aço contra vibrações são usadas sob pilares de edifícios, para reduzir a transmissão de vibrações subterrâneas, como as originárias de trens e metrôs. O chumbo atua como um envelope à prova de umidade, adicionalmente à absorção de vibrações. Suportes de tubos rígidos são freqüentemente revestidos por chumbo, que atua na absorção de movimentos e vibrações. Outra característica importante é a absorção de sons (ruídos).
Tubos – Tubos sem costura fabricados em chumbo e ligas de chumbo geralmente são facilmente produzidos por extrusão. Devido à sua resistência à corrosão e flexibilidade os tubos de chumbo são muito usados na indústria química e em encanamentos e sistemas de distribuição de água em geral. Para esse tipo de aplicações os tubos são fabricados com chumbo químico ou chumbo contendo 6 % de antimônio. Os tamanhos variam de tubos finos até tubos com diâmetro de 300 mm, ou mais, com praticamente qualquer espessura.
Na indústria química tubos de aço revestidos por chumbo podem ser uma solução em caso de estruturas que necessitem de maior resistência mecânica. Outra aplicação importante do chumbo nesse tipo de indústria consiste na fabricação de bobinas para aquecimento e resfriamento, que também podem ser fabricadas com cobre revestido por chumbo. No caso de tubos, a espessura é função das pressões de operação e tolerâncias para abrasão e corrosão.
Tubos de chumbo são usados há muito tempo na distribuição de água e esgoto, sempre com excelentes resultados. , além de poderem ser ajustados no solo sem danos.
Solda mole – Ligas estanho-chumbo são os materiais mais usados para realizar junções. O baixo ponto de fusão das soldas de estanho-chumbo os tornam os materiais idéias para unir metais por processos que envolvam aquecimento, com pouco ou nenhum dano em materiais sensíveis ao calor. Ligas estanho-chumbo para soldagem mole podem ser obtidas com temperaturas de fusão tão baixas quanto 182 ºC e tão altas quanto 315 ºC. Com exceção dos metais puros e da liga eutética com 63 % Sn e 37 % Pb, todas as ligas Sn-Pb para soldagem mole fundem num intervalo de temperaturas que varia de acordo com a composição química da liga.
Ligas para soldagem mole de aplicação industrial incluem uma grande variedade de combinações de materiais, desde 100 % Pb até 100 % Sn, de acordo com o tipo de aplicação específica da liga. A tabela Pb-6 apresenta algumas características de fusão de algumas ligas Sn-Pb para soldagem mole, bem como suas aplicações típicas.
Tabela Pb-6 – Ligas Sn-Pb para Soldagem Mole: Características de Fusão e Aplicações.
Composição Química |
Temperatura Solidus |
Temperatura Liquidus |
Intervalo de Solidificação |
Aplicações |
Sn |
Pb |
(ºC) |
(ºC) |
(ºC) |
2 |
98 |
316 |
322 |
6 |
Soldas laerais para latas |
5 |
95 |
305 |
312 |
7 |
Metais para revestimento e junções |
10 |
90 |
268 |
302 |
34 |
Selagem de radiadores de automóveis, solda de enchimento |
15 |
85 |
227 |
288 |
61 |
Selagem de radiadores de automóveis, solda de enchimento |
20 |
80 |
183 |
277 |
94 |
Metais para revestimento e junções, ou soldas de enchimento |
25 |
75 |
183 |
266 |
83 |
Soldagem mole com máquina ou tocha |
30 |
70 |
183 |
255 |
72 |
--- |
35 |
65 |
183 |
247 |
64 |
Solda mole em geral |
40 |
60 |
183 |
238 |
55 |
Solda mole para tubos, revestimentos de cabos, radiadores de automóveis e unidades de aquecimento |
45 |
55 |
183 |
227 |
44 |
Soldas de telhados e radiadores de automóveis |
50 |
50 |
183 |
216 |
33 |
Solda mole de uso geral mais utilizada |
60 |
40 |
183 |
190 |
7 |
Soldagem mole de baixa temperatura, incluindo aparelhos eletrônicos |
63 |
37 |
183 |
183 |
0 |
Solda com ponto de fusão mais baixo para aplicações eletrônicas em geral |
As soldas moles contendo menos de 5 % de estanho são usadas para selagem de “containers” pré-revestidos, para revestimento e junção de metais e para aplicações nas quais a temperatura de serviço supera 120 ºC. Nestas temperaturas a solda mole funciona essencialmente como um selo. As soldas dos tipos 10-90, 15-85 e 20-80 são usadas para selagem de radiadores de automóveis celulares e para enchimento de soldas e mossas na estrutura de automóveis. As ligas de soldagem mole de uso geral são a 40-60 e a 50-50. São usadas tipicamente para soldagem de radiadores de automóveis, conexões elétricas e eletrônicas e soldas de telhados e de unidades de aquecimento. Antigamente se usava soldagem mole de chumbo em encanamentos, mas essa prática foi banida há muito tempo por motivos de saúde pública. Outras soldas moles contêm adições complementares de elementos de liga, como o antimônio e a prata. No caso da indústria eletrônica a prata é adicionada a soldas moles de Pb-Sn para reduzir a dissolução de prata de revestimentos que contêm este metal. A prata também pode ser adicionada com o objetivo de aumentar a resistência à fluência. Ligas Sn-Pb-Ag apresentam boa resistência mecânica, tanto à tração quanto à fluência e ao cisalhamento. Algumas são usadas em junções de temperatura mais alta em operações seqüenciais de soldagem mole. As propriedades de fadiga são melhoradas pela adição de prata à solda mole. A solda mole de chumbo com 1 % de estanho e 1,5 % de prata é usada em equipamentos para aplicações criogênicas porque não fragiliza em baixas temperaturas.
Ligas de chumbo para mancais – Também conhecidas como “babbitts” à base de chumbo apresentam grande variedade de composição química, mas podem ser classificadas em dois grupos principais: 1 – Ligas de chumbo, estanho, antimônio e, em alguns casos, arsênico. 2 – Ligas de chumbo, cálcio, estanho e um ou mais dos metais alcalinos terrosos.
Muitas das ligas do primeiro grupo têm sido usadas há séculos como metais para tipos. Provavelmente foram também escolhidas como materiais para mancais por causa de algumas propriedades reconhecidas. As vantagens da adição de arsênico a este tipo de liga para mancais são conhecidas há várias décadas. As ligas de segundo grupo foram desenvolvidas desde o início do século XX.
A temperatura de vazamento na fundição e a taxa de resfriamento influenciam fortemente a microestrutura e as propriedades das ligas de chumbo, principalmente quando estas são usadas sob a fora de revestimentos espessos de dormentes de trilhos. Altas temperaturas de vazamento e baixas taxas de resfriamento, como as que resultam no caso do uso de machos excessivamente quentes, acarretam segregação e formação de uma microestrutura grosse |