Aluminio e Ligas de Aluminio II

PRINCIPAIS LIGAS METÁLICAS LEVES

- Ligas de Alumínio- Ligas de Magnésio- Ligas de Titânio

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Magnésio (Mg)

Berílio (Be)

Alumínio (Al)

Titânio (Ti)

Zinco (Zn)

Ferro (Fe)

Niquel (Ni)

Cobre (Cu)

Estanho (Sn)

Tungsténio (W)

Densidade (ton/m^3)

Gráfico comparativo da densidade de alguns metais

O que é o Alumínio

• É um metal branco acinzentado• leve• não tóxico (no estado não

particulado)• 3° elemento em abundância na

litosfera• encontrado na natureza apenas

na forma combinada• muito reativo

Características Físico-Químicas

• Riscos: Não apresenta risco industrial• Toxidade: Na forma de pó ou grânulos é tóxico por

inalação ou ingestão. O alumínio apresenta uma propriedade acumulativa no corpo humano, que após algum tempo torna-se nocivo, ocasionando sérias conseqüências no sistema biológico dos seres vivos. O metal está associado à doença de Alzheimer (doença mental).

ALUMÍNIO

- PROPRIEDADES FÍSICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICASMECÂNICAS

• Ponto de Fusão: 660 C

• Sistema cristalino: CFC

• Densidade» Al= 2,7 g/cm3

» Cu= 8,9 g/cm3

» Aço= 7,9 g/cm3

Estrutura Cristalina: CFC

Histórico• Gregos e Romanos: medicina - alumina (Al2O3)

encontrada em minérios; • 1787 - Lavoisier : suspeitou que esta substância era um

óxido de um metal desconhecido;• 1807 - Davy: propõe nome “Alumium”,

posteriormente trocado para “Aluminium” (alumínio); do latin "alumen“ : qualquer sulfato duplo de um metal trivalente (Al, Cr, Fe) e de um metal alcalino ou amônio

• 1821 - Berthier (Les Baux, sul da França): bauxita identificada pela primeira vez

• 1825 - Oersted: isolado Al reagindo cloreto de alumínio (AlCl3) com amálgama de potássio;

Histórico

• 1854 - Sainte-Claire Deville: obtenção industrial do alumínio por via química;

• 1925 - Heroult (Normandia - França) e Hall (Ohio-Estados Unidos): processo eletrolítico

Principais Minerais

• bauxita Al2O3.nH2O: 48% a 64% de alumina, de aparência física é muito variável (branca, cinza ou creme para baixa porcentagem de ferro; amarelo, marrom-claro, rosado ou vermelho-escuro para altas percentagens de ferro).

• criolita Na3AlF6 :só encontrado em jazida na Groelândia, daí sua pouca importância no cenário mundial.

Outros Minerais

• óxidos, fluoretos e silicatos de constituição complexa. O óxido de alumínio

(coridon) apresenta-se de duas formas: – córidon límpido colorido (rubís e safiras) e

– córidon impuro (esmeril) contendo ferro como principal impureza.

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

A GRANDE VANTAGEM DO ALUMÍNIO É O BAIXO PESO ESPECÍFICO

RESISTÊNCIA MECÂNICA O Al puro (99,99%) tem baixa resistência mecânica

Resistência à tração:• Al puro= 6 kg/mm2

• Al comercial= 9-14 kg/mm2

• ELEMENTOS DE LIGA, TRABALHO A FRIO E TRATAMENTO TÉRMICO, AUMENTAM A RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (60 kg/mm2)


• DUCTILIDADE

Tem alta Ductilidade (baixa dureza HB: 17-20)

• MÓDULO DE ELASTICIDADE Possui módulo de elasticidade baixo

Al= 7.000 Kg/mm2

Cu= 11.500 Kg/mm2

Aço= 21.000 Kg/mm2

• CONDUTIVIDADE ELÉTRICA- A condutividade elétrica do Al é 61-65% da do Cu - A condutividade elétrica é afetada pela presença de impurezas


condutividade térmicaTem elevada condutividade térmica

calor latente de fusão Tem elevado calor latente de fusão

Em geral as ligas de Al têm baixo limite de elasticidade, baixa resistência à fadiga e sua resistência baixa muito acima de 150°C

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

PRINCIPAIS IMPUREZASPRINCIPAIS IMPUREZAS

• Ferro reduz a trabalhabilidade (AlFe3)

• Silício aumenta a resistência à tração

• Cobre aumenta a resistência à tração


PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGAPRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA

• Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn e outros

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS- PRINCIPAIS APLICAÇÕES-

• Elevada Plasticidade laminados de pouca espessura (embalagens de bombons, etc...) Elevada condutividade elétrica (65% do Cu)

emprego no setor elétrico (cabos, fios, etc...). A vantagem do Al é a leveza.

Elevada resistência à corrosão artigos domésticos, embalagens, etc...

Baixa densidade material para construção mecânica (carros, aeronaves,etc...).


CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIOCLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

• LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECÂNICO

• LIGAS PARA FUNDIÇÃO

LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECÂNICO

• Passam por processos de laminação, extrusão, forjamento,

estiramento.

LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECÂNICO

Sub-divisão:

• A- LIGAS TRABALHADAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE Ótimas propriedades mecânicas são obtidas por tratamento térmico

• B- LIGAS TRABALHADAS NÃO-TRATÁVEIS OU LIGAS ENCRUÁVEIS

• Não respondem ao tratamento térmico. • As propriedades mecânicas são determinadas pelo

grau de trabalho a frio e encruamento.

LIGAS DE ALUMÍNIO

Ligas de trabalho mecânico

Não endurecíveispor trat. térmico

Endurecíveis portratamento térmico

Ligas de fundição

Al-CuAl-Cu-SiAl-Mg-SiAl-Zn-CuAl-Li

Al-MgAl-MnAl-Si

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA •O percentual de elementos de liga raramente ultrapassa 15%•Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases são parecidos•Aumento de resist. por solução sólida – adicionar Mg, Fe, Mn•Aumento de usinabilidade – Cu•Aumento de resist. corrosão – Si•Aumento fluidez de fundição – Mn, Si

Al-CuAl-SiAl-Si-Cu/MgAl-MgAl-Sn

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

Não há um padrão reconhecido internacionalmente.

Geralmente o simbolismo para ligas trabalhadas é distinto daqueles de fundição

• NORMAS: Alcan, ASTM, DIN, ABNT, AA

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS

XXXXX1 elemento majoritário da ligaX2 zero se é liga normal

1, 2 e 3 indica uma variante específica da liga normal (como teor mínimo e máximo de um determinado elemento)

X3 e X4 são para diferenciar as várias ligas do grupo. São arbitrários


Alumínio >99% de pureza 1XXXCobre 2XXXManganês 3XXXSilício 4XXXMagnésio 5XXXMagnésio e Silício 6XXXZinco 7XXXOutros elementos 8XXX


Alumínio não ligado 1000• O segundo algarismo indica modificações nos

limites de impurezas• Os dois últimos algarismos representam os

centésimos do teor de alumínio• Ex: 1065 Al com 99,65% de pureza

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS DE FUNDIÇÃO

XXX.XX1 elemento majoritário da ligaX2 e X3 teor mínimo de alumínioX4 zero indica composição das peças fundidas

1 e 2 indica composição dos lingotes AS LIGAS DE FUNDIÇÃO TAMBÉM PODEM SE SUB-DIVIDIR EM

LIGAS TRAT. TERMICAMENTE E NÃO TRATÁVEIS TERMICAMENTE

•NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS DE FUNDIÇÃO

Alumínio >99% de pureza 1XX.XCobre 2XX.XSilício c/ adição de Cu e/ou Mg 3XX.XSilício 4XX.XMagnésio 5XX.XZinco 7XX.XEstanho 8XX.X

NOMENCLATURA ABNT PARA LIGAS DE ALUMÍNIO

XXXXXX1 elemento majoritário da ligaX2 % média do elemento de ligaX3 refere-se ao segundo elemento de liga (1:

Fe; 2:Cu; 3:Mn; 4:Si, 5:Ni; 6:Ti; 7:B; 8:Cr, 9:outro)

X4 refere-se ao teor do elemento de ligaX5 é usado para designar variantes

Aplicações

- Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica- Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica)- Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral.- Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem- Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de barcos.- Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico.- Liga 7xxx: Componentes estruturais de aeronaves e outras aplicações que necessitam de elevados requisitos de resistência. Esta liga é a que possui a maior resistência mecânica entre as ligas de alumínio.

Liga Al-Si• O amplo uso das ligas Al-Si em aplicações nas

quais a qualidade da estrutura resultante da solidificação é tão importante (fundição e soldagem) está relacionado com as características que o seu principal elemento de liga, o silício, confere às ligas de alumínio.

• Nestas ligas o silício é usado em teores de até 12 ou 13 % .

Liga Al-Si

• Propicia a redução da contração durante o resfriamento, reduz a porosidade nas peças fundidas, reduz o coeficiente de expansão térmica e melhora a soldabilidade.

• Em teores mais elevados dificulta a usinagem (maior rigidez).

Liga Al-Si

• O tratamento térmico permite o coalescimento do silício. (coalescimento é um tratamento térmico de recozimento; usualmente é caracterizado por permanência em temperatura adequada seguida de resfriamento lento. Também é conhecida como esferoidização)

• A dureza das partículas de silício promove o aumento

da resistência ao desgaste destas ligas.

Diagrama de Fase Al-Si

Uma liga líquida se torna uma mistura sólida de alpha e beta numa temperatura específica

Liga CE = 12,6wt%Si TE = 577ºC

Estudo do ponto Eutético

1 2

43

Estudo do ponto Eutético1. Uma mistura de dois elementos e suas

proporções eutéticas em temperatura suficientemente alta para fazer a mistura somente líquida.

2. A temperatura da mistura abaixa. Mas somente alguma mudança ocorre na fase na temperatura eutética (577º) onde começa a solidificação para áreas de nucleação favoráveis

Estudo do ponto Eutético

3. Abaixando ainda mais a temperatura as áreas de nucleação continuam crescendo. Esta nucleação e região de crescimento da liga sólida formará grãos. As ligações entre grãos ocorre quando grãos de diferentes orientações e de diferentes áreas de nucleação se encontram.

4. A mistura inteira solidifica rapidamente em um eutético sólido. É possível observar que a composição de alfa e beta muda com a temperatura.

Diagrama de Fase Al-Si

Microestruturas

Microestruturas

Liga Al-Si (Mev 40000 X)

Solda de Al (Mev 40000 X)

Influência dos elementos de ligaElemento de

ligaPercentagem

TípicaVantagem Desvantagem

Cu 3 a 11% - confere alta resistência mecânica- facilita trabalho de usinagem

- diminui resistênciaà corrosãosalina

- fragilidade a quenteSi 12 a 13% - aumenta fluidez na fundição

- reduz coeficiente de dilatação- melhora a soldabilidade

- diminui usinabilidade

Mg > 8% - confere alta soldabilidade- aumenta resistência a corrosão em

meio salino- possibilita tratamento térmico de

ligas de Al-Si (melhora dascaracterísticas mecânicas)

- dificulta fundição devido aoxidação (borra) e absorçãode impurezas (Fe e outros)

Zn 0,05 a 2,2% - sempre associado ao Mg- confere alta resistência mecânica- ligas auto temperantes- aumenta dutilidade

- diminui resistênciaà corrosãosalina

- fragilidade a quente- alta contração em fundição

Mn 0,5 a 10,7% - como corretor- aumenta resistência mecânica a

quente

- pequena diminuição dadutilidade

Características das Ligas de AlumínioLigas

Tratáveis Designação

AA Características Usos

Al > 99,0% 1XXX - Tratáveis Termicamente - Ótima resistência à corrosão - Ótima soldabilidade - Ótima conformabilidade

- Condutores elétricos - Revestimento em Alclads - Equipamentos químicos e

alimentares - Embalagens - Refletores - Utensílios domésticos - Aeronáutica sob a forma de Alclad

com liga 2024 Al-Cu 2XXX - Tratáveis Termicamente

- Boa resistência mecânica (RT 40 a 50 kgf/mm2 – T8)

- Baixa conformabilidade exceto recozidas ( = 20 a 22% rec.)

- Soldável apenas por resistência - Boa usinabilidade

- Peças usinadas ou forjadas sujeitas a esforços médios, operando em ambiente não corrosivo

- Aviões - Automóveis - Estruturas - Relojoaria

Al-Mn 3XXX - Tratáveis Termicamente - Boa dutilidade - Média resistência mecânica (RT

11 a 20 kgf/mm2) - Excelente soldabilidade - Baixa usinabilidade

- Tubos soldados - Caldeiraria - Peças fabricadas por embutimento

LigasTratáveis

DesignaçãoAA

Características Usos

Al-Si 4XXX - Tratáveis por Encruamento- Baixo alongamento ( = 6% - T6)- Média soldabilidade- Boa resistência mecânica (RT ~40

kgf/mm2 T6)- Baixa usinabilidade

- Peças forjadas (pouco usadas)

Al-Mg 5XXX - Tratáveis por Encruamento- Ótima resistência à corrosão

salina- Boa soldabilidade- Baixa usinabilidade

- Formas arquitetônicas e estruturais- Equipamentos químicos,

alimentares, têxteis e demineração

- Depósitos sob pressâo de gásliquefeito

- Navios- Ferragens

Al-Mg-Si 6XXX - Tratáveis Termicamente- Fácil fabricação- Boa resistência mecânica (RT ~32

kgf/mm2 – T6)- Excelente conformabilidade ( = 25

a 30% rec.)- Boa resistência à corrosão

- Formas aeronáuticas- Formas estruturais- Embalagens- Equipamentos químicos,

alimentares- Indústria elétrica

Al-Zn-Mg 7XXX - Tratáveis Termicamente- Difícil produção (alto custo)- Excelente resistência mecânica

(RT ~58 kgf/mm2 – T6)- Boa conformabilidade ( = 17%

rec.)- Alta soldabilidade- Melhor limite de fadiga (16

kgf/mm2)- Boa usinabilidade- Boa resistência a ambiente

industrial menos os salinos

- Automóveis- Equipamentos têxteis e de

mineração- Componentes de alta resistência- Aviões (concorre com aços de alta

resistência devido ao baixo peso)- Industria bélica

LigasTratáveis

DesignaçãoAA


Al- outros 8XXX - Tratáveis Termicamente

Ligas parafundição

DesignaçãoAA


Al > 99,0% 1XX.X - Tratáveis Termicamente- Ótima resistência à corrosão- Ótima soldabilidade- Ótima conformabilidade

- Utensílios domésticos- Acessórios p/ ind. Química- Rotores p/ motores de indução- Ferragens elétricas

Al-Cu 2XX.X - Tratáveis Termicamente- Boa resistência mecânica (RT ~36

kgf/mm2 – T6)- Baixa conformabilidade( = <1%)- Baixa resistência à corrosão- Boa usinabilidade- Fragilidade a quente

- Peças fundidas e/ou usinadassujeitas a esforços, operando emambiente não corrosivo

Al-Si-Cu/Mg 3XX.X - Tratáveis Termicamente- Fácil fabricação inclusive fundição

sob pressão (FSP)- Boa resistência mecânica (RT ~32

kgf/mm2 – T6 –FSP)- Baixa conformabilidade ( = >4%)- Boa resistência à corrosão

- Automóveis- Navios- Carcaças de ventiladores e bombas- Peças fundidas em geral sujeitas a

solicitações de carga

Ligas para fundição

Designação AA


Al-Si 4XX.X - Tratáveis por Encruamento - Baixo alongamento ( = 8% -

Fundido) - Excelente soldabilidade - Excelente fluidez na fundição - Baixa usinabilidade - Boa resistência à corrosão

- Peças fundidas de paredes finas e intrincadas

- Peças anodizadas p/ arquitetura - Utensílios domésticos - Peças p/ aparelhos industriais

Al-Mg 5XX.X - Não tratável termicamente, exceto a AA 520.2 (9,5%Mg)

- Melhores combinações de usinabilidade, propriedades mecânicas (RT 34 kgf/mm2 – T4 FSP), resistência a corrosão e acabamento

- Baixa soldabilidade - Baixa fluidez na fundição

- Peças fundidas que exigem a máxima resistência à corrosão

- Navios - Peças ornamentais e anodizadas

Al-Sn e outros

8XX.X - Tratáveis Termicamente - Excelente resistência à corrosão a

óleos lubrificantes - Boa resistência à fadiga (7

kgf/mm2)

- Mancais e buchas em eixos de caminhões e laminadores

TRATAMENTOS TÉRMICOS

• Alívio de tensões• Recozimento para recristalização e

homogeneização• Solubilização• Precipitação ou envelhecimento

TRATAMENTOS TÉRMICOSAlívio de tensões

• T= 130-150C• Tempo depende da espessura da peça

TRATAMENTOS TÉRMICOSrecozimento para recristalização e

homogeneização

• T= 300-400C• recristalização: para ligas laminadas,

extrudadas

• homogeneização: peças fundidas (para difundir os microconstituintes)

TRATAMENTOS TÉRMICOSsolubilização

• Dissolve as fases microscópicas.

• Temperatura= depende da liga

TRATAMENTOS TÉRMICOSprecipitação ou envelhecimento

• Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas.

• Esta nova fase enrijece a liga. • Após o envelhecimento o material terá

adquirido máxima dureza e resistência.• O envelhecimento pode ser natural ou

artificial.

Sistema Al-Cu

A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 (A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ())

Solubilização5,65%

Tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento

Solubilização

Precipitação

Resfriamento em água

Chamado de envelhecimento que pode sernatural ou artificial

A ppt se dá a T ambiente

A ppt se dá acima da T ambiente por reaqueci-mento

Eleani Maria da Costa -PGETEMA/ PUCRS

Ligas binárias Al-CuEnvelhecidas Naturalmente

Envelhecidas Artificialmente

As zonas GP responsável pelo endurecimento

• Zonas Guinier-Preston (GP): homenagem aos cientistas que revelaram a estrutura dessas zonas através de estudos de difração de raios-x

• Guinier A: Nature, 142, 569 (1938) Preston G P: Nature, 142, 570 (1938).

• As fases precipitadas são altamente coerentes com a matriz, ou seja, é muito difícil determinar a sua estrutura mesmo com microscopia eletrônica de alta resolução (HRTEM).

• Por exemplo: no sistema Al-Cu, os átomos de Cu precipitam paralelos aos planos {100} da matriz de alumínio, então o contraste entre as fases depende muito da espessura da amostra

Modelo esquemático em três dimensões para zonas GP-I

As zonas Gp I Imagem obtida por

microscopia eletrônica de transmissão

Modelo atômico da zonas GPI

GP IAl-3.3 wt% Cu alloy aged at room temperature for 100 days


HRTEM micrographs of the GP-I zones, observed in the Al-3.3 wt% Cu alloy. These micrographs were taken from the same area with an estimated defocus difference of about 100 nm. The line contrasts indicated by arrows in (b) are invisible in (a), whereas other

contrasts are visible in both the micrographs.

HAADF-STEM micrographs of the GP-I zones observed in the Al-3.3 wt% Cu alloy. The atomic image of the Al matrix corresponds to the [001]-oriented Al face-centered cubic structure, and shows that the resolution is better than 0.2 nm. Slight distortion of the images is due to specimen drift during the image capture. Brighter spots correspond to the column of Cu atoms. A GP-I zone as small as 2 nm in length (indicated by the pair of single arrowheads in (a)) is clearly identified among densely populated single layered GP-I zones. Double layered GP-I zones are indicated by the pairs of double arrowheads. Bright contrast regions indicated by asterisks are probably GP-I zones oriented normal to the electron beam.

GP II4.3 % Cu-Al alloy aged at 180 °C for 48 hours

HAADF-STEM micrographs of the GP-II zones observed in the Al-4.3 wt% Cu alloy. Brighter lines correspond to Cu layers. (a) two Cu monolayers are separated by three Al layers. (b) two Cu double-layers are separated by an Al monolayer. This unusual structure was not frequently encountered, but it does suggest diverse nature of the structure of GP-II.

a) HRTEM micrograph of the Al-4.3 wt% Cu alloy aged at 180°C for 48 hours, showing the GP-II zones parallel to the {100} planes of the Al matrix. Note the difficulty in locating the Cu layers from this micrograph.

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS

TÊMPERA• Condição ou estado produzido por

tratamento mecânico ou térmico.

• Produz propriedades mecânicas e estrutura características.


- LIGAS TRABALHADAS-

• “F” COMO FABRICADO, NÃO SOFREU TRATAMENTO NENHUM

• “O” SOFREU RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO PARA ELIMINAR O ENCRUAMENTO

• “H” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECÂNICO PARA ENCRUAMENTO

• “T” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO TÉRMICO

• “W” SOLUBILIZADA E ESTOCADA


- LIGAS TRABALHADAS- Exemplo

• “H” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECÂNICO PARA ENCRUAMENTO

HXX• X1= 1, 2, 3 refere-se as operações sofridas• X2= 2,4,6,8 dá o grau de encruamento


- LIGAS TRABALHÁVEIS-

• 2 1/4 duro 6 3/4 duro • 4 1/2 duro 8 duro

• “H12” 1/4 duro (somente encruamento)• “H14” 1/2 duro (somente encruamento)• “H16” 3/4 duro (somente encruamento)• “H18 duro (somente encruamento)• “H19” extra-duro (somente encruamento)• “H22, H24” encruado e depois recozido parcialmente• “H32, H34” encruado e então estabilizado

SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

• T1 Esfriada de uma temperatura elevada de um processo de conformação mecânica e envelhecida naturalmente.

• T2 Recozida (ligas de fundição)• T3Tratada termicamente para solubilização e

então trabalhada a frio.• T4 Tratada termicamente para solubilização e

então envelhecida a temperatura ambiente.• T5 Envelhecida artificialmente (sem TT). Apenas

esfriado do estado de fabricação.

SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

• T6Tratado por solubilização e então envelhecido artificialmente

• T7 Tratado por solubilização e então estabilizado.• T8 Tratado por solubilização, trabalhado a frio e

envelhecido artificialmente• T9 Tratado por solubilização envelhecido

artificialmente e encruado por trabalhado a frio. • T10Envelhecido artificialmente (sem tratamento

prévio) e trabalhado a frio.

LIGAS TRABALHÁVEIS - GRUPO DO ALUMÍNIO PURO (1XXX)-

• Fácil de conformar• Dúctil• Resistência Mecânica relativamente baixa• Boa condutividade elétrica• Bom acabamento• Fácil de soldar

LIGAS TRABALHÁVEIS - GRUPO ALUMÍNIO - MANGANÊS (3XXX)-

• Apresenta melhores propriedades mecânicas que o Al puro

• A ductilidade é ligeiramente diminuída pelo Mn

• Boa resistência à corrosão• É tratável termicamente

LIGAS TRABALHÁVEIS - GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (4XXX)-

• Apresenta baixo ponto de fusão• Boa fluidez• Tonalidade cinza agradável quando anodizada• aplicações arquitetônicas

LIGAS TRABALHÁVEIS - GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XXX)-

Apresenta a mais favorável combinação de:• resistência mecânica• resistência `a corrosão• ductilidadeÉ tratável termicamente

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XXX)-

• Com quantidades de Mg, Mn ou Si• Apresentam alta resistência mecânica• Apresentam resistência à corrosão limitada• Conformabilidade limitada, exceto no estado

recozido• Soldagem por resistência

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - DURALUMÍNIOALUMÍNIO (2017)-

• Com 4% de Cu, 0,5% de Mg e 0,7% de Mn• Aplicações na indústria aeronáutica• Resistência à tração no estado recozido= 18

kgf/mm2

• Resistência à tração depois de envelhecida= 43

kgf/mm2

• Alongamento= 28 kgf/mm2

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - DURALUMÍNIO (2024)-

4,4% Cu e 1,5% Mg• Aplicações na indústria aeronáutica (substituiu

a 2017)• Resistência à tração no estado recozido= 19

kgf/mm2

• Resistência à tração depois de envelhecida= 49

kgf/mm2

• Alongamento= 35 kgf/mm2

EVOLUÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO NA AERONÁUTICA

ALCLADS

• Foi desenvolvida para melhorar a resistência à corrosão dos duralumínios

• São chapas de duralumínio revestidas em ambas as faces com alumínio puro

• Promovem uma diminuição de cerca de 10% da resistência à tração

• O revestimento compreende cerca de 10% da seção transversal

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO- MAGNÉSIO (6XXX)-

• Fáceis aos processos de fabricação• Boa combinação de resistência mecânica e a

corrosão• Fácil de estampar• Bom acabamento• Aplicações também na aeronáutica, entre

outras

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - GRUPO ALUMÍNIO - ZINCO- MAGNÉSIO (7XXX)-

• Com ou sem Cu• São as mais tenazes de todas as ligas de Al• Relação resistência /peso superior a de

muitos aços de alta resistência• São difíceis aos processos de fabricação

LIGAS DE Al-Li

• Atrativo para indústria aeroespacialPropriedades comparadas às ligas de Al

usuais, porém com:• 6-10% da densidade• 15-20% mais rígido• Boa resistência à fadiga e à propagação de

trincasTem menor resit. à corrosão, menor ductilidade e menor tenacidade

LIGAS DE FUNDIÇÃOLIGAS DE FUNDIÇÃO

Ligas bináriasLigas ternárias ou com mais elementos

LIGAS DE FUNDIÇÃOPROCESSOS DE FABRICAÇÃO

CONVENCIONAIS

• Fundição em areia• Fundição sob pressão• Fundição em molde permanente

LIGAS DE FUNDIÇÃO - GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XX.X)-

• O Cu é o principal constituinte endurecedor• Aumenta a resistência à tração• Até 5,65% de Cu é tratável termicamente• O Cu diminui a contração• O Cu melhora a usinabilidade• Essas ligas tem baixa resit. à corrosão• A introdução de Si melhora a fundibilidade

LIGAS DE FUNDIÇÃO - GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (3XX.X e 4XXX.X)-

– São largamente utilizadas– O Si aumenta a fluidez, reduz a contração e

melhora a soldabilidade– - A altos teores o Si dificultam a usinagem

– As ligas:– Apresentam excelente resistência à corrosão– Apresentam boa resistência à tração – Apresentam excelente ductilidade

LIGAS DE FUNDIÇÃO - GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XX.X)-

– Boas propriedades mecânicas– Apresentam a maior resistência à tração de

todas as ligas fundidas– Usinabilidade– Boa resistência à corrosão– São as mais leves– A soldabilidade não é boa– Tem alta tendência a se oxidar durante a fusão

LIGAS DE FUNDIÇÃO - GRUPO ALUMÍNIO - ESTANHO (8XX.X)-

– Usada na fabricação de buchas e mancais– Apresenta grande resistência à fadiga e à

corrosão

LIGAS DE FUNDIÇÃO - OUTROS ELEMENTOS DE LIGA

TITÂNIO (0,05-0,2%)

– Atua como refinador de grão– Aumenta a resistência à tração e a ductilidade– Diminui a condutividade térmica


BORO (ATÉ 0,1%)– Torna mais duradouro o efeito do titânio em

refusões– Atua como refinador de grão– Aumenta a resistência à tração e a ductilidade– Diminui a condutividade térmica


FERRO ( 0,15-1,2%)– Reduz a contração– Atua como refinador de grão (exceto nas ligas

de Silício)– Diminui a adesão à matriz em fundição sob

pressão


MANGANÊS– Reduz a contração– Atua como refinador de grão– Nas ligas de Al-Cu e Al-Si melhora a resistência

à tração à altas temperaturas– Na presença de ferro pode ter efeito contrário


CROMO– Atua como refinador de grão– Usado junto com Titânio– Melhora a resistência em temperaturas

elevadas– Nas ligas de Al-Zn-Mg reduz a corrosão sob

tensão


NÍQUEL (0,5-3%)

– Melhora a estabilidade dimensional– Melhora a resistência em temperaturas

elevadas– 5% de Ni produz alta contração


ZINCO (0,5-3%)– Em combinação com o Mg produz alta

resistência ao impacto, alta resistência à tração e excelente ductilidade

– Pequenos teores de Zn nas ligas Al-Cu melhora a usinabilidade

– A altos teores produz alta contração e fragilidade a quente


AA UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características

1100 A C-D A A91100 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45 Alimentos, produtos químicos, permutadores de calor, reflectores de luz

3003 A C-D A A93003 0.12Cu, 1.2Mn,0.1Zn

Recozido(O) 110 40 30-40 Utensílios culinários, reservatórios de pressão e tubagens, latas de bebidas

5052 A C-D A A95052 2.5Mg, 0.25Cr Def. Frio (H32) 230 195 12-18 Tubagens de óleo e combustível em aeronaves, tanques de combustível, rebites, arame

2024 C B-C B-C A92024 4,4Cu, 1.5Mg, 0.6Mn

Tratado termic. (T4)

470 325 20 Estruturas aeronauticas, rebites, jantes de camião, parafusos

6061 B C-D A A96061 1.0Mg, 0.6Si, 0.3Cu


240 145 22-25 Camiões, canoas, automóveis, mobiliário, tubagens

7075 C B-D D A97075 5.6Zn,2.5Mg, 1.6Cu,0.23Cr


570 505 11 Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento

295.0 A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado termic. (T4)

221 110 8,5 Volantes, jantes de camiões e aviões, carters

356.0 A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado termic. (T6)

228 164 3,5 Caixas de transmissão, blocos de motor

2090 --- 2.7Cu,0.25Mg2.25Li,0.12Zr

Trat. termic. e def. frio (T83)

455 455 5 Estruturas aeronauticas e de tanques criogénicos

8090 --- 1.3Cu,0.95Mg2.0Li,0.1Zr

Trat. termic. e def. frio (T651)

465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento

Propriedades mecânicas

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - NÃO TRATÁVEIS

LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

LIGAS DE LÍTIO

LIGAS DE FUNDIÇÃO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE

Res

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Outras Aplicações Industriais

• Para o alumínio elementar- condutores aéreos de eletricidade, devido a sua

melhor relação condutibilidade/peso que o Cu;- na redução de óxidos de metais (Mg, Cr) devido

a sua afinidade com o oxigênio quando finamente divido, reduzindo-os ao seu estado elementar (Reação de Goldschmidt – Aluminotermia);

- misturado a óxido de Fe e areia silicosa (termite), com ignição por combustão de fita de magnésio, em operações de soldagem;

- nas estruturas internas de reatores nucleares por absorver pouco os neutrons;

- nos espelhos refletores de telescópios;

Outras Aplicações Industriais

• Para a alumina- como desidratante e catalisador de muitas reações;- material de preenchimento em colunas

cromatográficas;- abrasivo na industria mecânica e óptica;- lentes transparentes à radiação UV e IR;- produção de gemas industriais sintéticas (rubís e

safiras) p/ relojoaria- fabricação de tijolos refratário (95% de alumina);

• Para os sais de alumínio:

- Al2(SO4)3 misturado com sulfato de K hidratado (alúmen), usado como mordente em tinturaria (fixador de corantes em fibras têxteis).

Acabamento e Proteção Superficial

• A resistência à corrosão do alumínio e suas ligas depende da manutenção de uma fina camada (filme) de óxido

• convém provocar o surgimento desta camada de forma artificial para produção de filmes mais espessos dentro de condições controladas em lugar de depender do seu surgimento natural.

• Processo começa com uma limpeza da superfície por meios mecânicos para o emparelhamento da superfície (esmerilhamento, oleamento, lustramento e colorimento) e para a retirada de graxas, óleo sujeira, escamas de tratamentos térmicos e agentes químicos (desengraxamento, limpeza alcalina com agente inibidor, limpeza ácida e limpeza eletrolítica);

PROPRIEDADES QUÍMICAS DO AlPROPRIEDADES QUÍMICAS DO Al- CORROSÃO-- CORROSÃO-

O Al sofre pouca corrosão quando exposto ao ar, devido ao óxido (Al2O3) que se forma espontaneamente na superfície.

A adição de elementos de liga geralmente retarda a formação do óxido, não melhorando a resistência à corrosão.

PROPRIEDADES DA ALUMINA PROPRIEDADES DA ALUMINA (AL(AL22OO33))

é estável transparente inerte protege o Al dos meios agressivos

A proteção do Al pode ser melhorada por anodização.

PRODUTOS DA CORROSÃOPRODUTOS DA CORROSÃO

São incolores e não-tóxicos

Aliados à alta resistência à corrosão torna-se largamente usado na indústria química e alimentícia (embalagens)

Geralmente, o Al puro tem maior resistência à corrosão que suas ligas

SOLVENTES DO ÓXIDO E SOLVENTES DO ÓXIDO E DO METALDO METAL

Compostos Mercuriais Ácidos fortes - HCl, HF (menos HAC, HNO3,

H2SO4) Soluções aquosas que contém Hg e Cu NaOH

COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS COM OUTROS E SUAS LIGAS COM OUTROS

METAIS METAIS

- CORROSÃO GALVÂNICA-

O QUE ACONTECE QUANDO COLOCADOS 2 METAIS JUNTOS NUM EQUIPAMENTO QUÍMICO OU AMBIENTE AGRESSIVO QUE CONSTITUA UM ELETRÓLITO (EX: ÁGUA SALGADA)?

COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS COM OUTROS E SUAS LIGAS COM OUTROS

METAIS METAIS

- CORROSÃO GALVÂNICA-

Tem-se que analisar a série galvânica

Quanto mais separados na série, maior a ação eletroquímica quando

estiverem juntos.

Resistência à Corrosão• Extremo anódico (corroído) Mg• Ligas de Mg• Zn• Ligas Al 7072, Alclad 7071, Alclad 7073, Alclad 3003• Ligas Al 6XXX• Ligas Al 1XXX, Al 3XXX, Al 5XXX, Alclad 2XXX• Cd• Liga Al 7075• Ligas Al 2XXX• Aço macio, ferro fundido• Soldas Pb-Sn• Pb• Sn• Latões• Cu• Bronzes• Monel, inconel• Ni• Extremo catódico (protegido) Aço inox (ativo)• Ti

PREVENÇÃO DAPREVENÇÃO DA CORROSÃO GALVÂNICA

- evitar contato metal-metal coloca-se entre os mesmos um material não-condutor (isolante)

- Usar InibidoresUsa-se principalmente quando o Al é usado em equipamentos químicos onde haja líquido agressivo.

COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS QUANTO À E SUAS LIGAS QUANTO À

CORROSÃOCORROSÃO

Ligas de Al-Cu e Al-Cu-Zn são as de menor resistência à corrosão

Depois vem Al-Si.

As ligas Al-Mg tem a mais alta resistência à corrosão.

ANODIZAÇÃOANODIZAÇÃO

Consiste em reforçar a camada de

oxidação por processo eletrolítico (4-100 mícrons)

A peça de Al à tratar é o ânodo (onde ocorre a oxidação)

O íon oxidante que se libera sobre a peça pode ser impregnado através de corantes.

Reciclagem no Brasil

‘SERIE GALVÂNICA

PRÉ-TRATAMENTO PARA PRÉ-TRATAMENTO PARA ANODIZAÇÃOANODIZAÇÃO

DesengraxamentoFosqueamentoNeutralização

SELAGEMSELAGEM- ANODIZAÇÃO- - ANODIZAÇÃO-

Fechamento dos poros da camada

anódica através da hidratação do óxido de alumínio

PRINCIPAIS BANHOS PARA ANODIZAÇÃO

• Alumilite (H2SO4)• Bengough (H2CrO4)• Eloxal (H2C2O4.2H2O)

TRATAMENTO QUÍMICO PORTRATAMENTO QUÍMICO PORIMERSÃO EM BANHOS QUENTES IMERSÃO EM BANHOS QUENTES

Uma outra maneira de reforçar a camada de óxido é por imersão da peça em banhos de sais fundidos. No entanto, a camada depositada (1-3 MÍCRONS) não é homogênea e há uma maior dificuldade de se controlar a espessura da mesma.

Portanto, a qualidade da camada depositada por este processo é inferior à produzida por anodização.

PRINCIPAIS BANHOS PARA PRINCIPAIS BANHOS PARA TRATAMENTO QUÍMICOTRATAMENTO QUÍMICO

MBV (Bauer Vogel modificado)EW (Erfrwerk)ALROKALODINE

MODELOS• Guinier proposed the following reaction sequence would take place upon

the aging (low-temperature annealing) of quenched Al-Cu alloys: • GP-I zone " phase) 'phase -phase (CuAl2, stable phase). • This reaction sequence was broadly confirmed by the X-ray diffraction and

other techniques, and the GP-I zone was thought to be composed of Cu monolayers parallel to the Al {100} planes. On the other hand, an ordered tetragonal structure was accepted as a model for GP-II, even though there exist two distinct views as for the arrangements of Al and Cu layers. That is, Guinier initially suggested a tetragonal structure comprising Al:(Al,Cu): Cu:(Al,Cu):Al ordered layers with a c value of 0.77 to 0.79 nm, as supported by Silcock et al. whereas Gerold proposed a different model, in which Cu monolayers are separated by three Al layers. Interestingly, the latter model is frequently quoted in standard textbooks on physical metallurgy


High-angle annular detector dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM)

CONCLUSÃO• To summarize, we have shown that HAADF-STEM can be effectively used

to clarify the structure of GP-zones. The information obtained by HAADF-STEM on the GP-zones is intuitively interpretable: GP-I zones as small as 2 nm in length can be identified among densely populated GP-I zones; a GP-I zone consisting of double Cu layers was also identified. It was also confirmed that so-called GP-II does not always possess the structure suggested by Gerold: a variant does exist, in which a pair of double Cu layers are separated by a single Al layer. These findings demonstrate that HAADF-STEM is an extremely powerful technique, especially to elucidate the structure of coherent precipitates at the atomic level, where components of the precipitates can not be distinguished easily by conventional techniques.


Documents

Aluminio e Ligas de Aluminio II