Aluminio e Suas Ligas

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Introduo

Smbolo qumico: Al Ponto de fuso: 650C

O Al no seria descoberto seno em 1827, pelo alemo Woehler, que conseguiu isol-lo sob uma forma de p bastante impura, ao tratar o cloreto de alumnio pelo potssio. Em 1821 havia sido descoberto um jazigo de hidrato de alumnio impuro, perto da aldeia de Baux, em Frana. Considerado como um mineral pobre, o alumnio s seria explorado industrialmente a partir de 1859. O procedimento que permitiu a elaborao industrial deste metal foi descoberto em 1854. Hoje em dia o mineral que serve como base s ligas para fundio tem o nome de bauxite, por advir da aldeia de Baux.

Propriedades do alumnio

O alumnio possui uma combinao de propriedades que o torna um material muito til em engenharia. O alumnio tem densidade baixa (2.70 g/cm3), sendo, por isso, muito utilizado em produtos manufacturados de transporte. O alumnio tem, tambm, boa resistncia corroso na maioria dos meios naturais, devido estabilidade do filme de xido que se forma na sua superfcie. Muito embora o alumnio puro apresente baixa resistncia mecnica, as ligas de alumnio podem apresentar resistncias at cerca de 690 Mpa. O alumnio no txico, sendo extensivamente usado em recipientes e embalagens para alimentos. O alumnio muito usado na indstria elctrica devido s suas boas propriedades elctricas. O preo relativamente baixo do alumnio, aliado s muitas propriedades teis, fazem com que este metal tenha grande importncia industrial.

Produo do alumnio

O alumnio o elemento metlico mais abundante na crosta terrestre aparecendo sempre combinado com outros elementos, como o ferro, o oxignio e o silcio. A bauxite, que consiste essencialmente em xidos de alumnio hidratados, o minrio comercialmente mais importante na produo de alumnio. No processo Bayer (figura 1), a bauxite reage com hidrxido de sdio a temperatura elevada e o alumnio de minrio convertido em aluminato de sdio. Depois da separao dos elementos insolveis, o hidrxido de alumnio precipitado a partir da soluo de aluminato. O hidrxido de alumnio parcialmente seco e depois calcinado, dando origem formao de xido de alumnio (Al2O3). O xido de alumnio dissolvido num banho de criolite (Na3AlF6 ) fundida e electrolisado numa clula electroltica, usando nodos e ctodos de carbono (figura 2). No processo de electrlise, forma-se alumnio metlico no estado lquido que se deposita no fundo da clula e que periodicamente retirado. O alumnio retirado da clula tem normalmente 99.5 a 99.9% de alumnio, sendo o ferro e o silcio as principais impurezas. O alumnio que sai das clulas electrolticas colocado em grandes fornos revestidos por refractrios, onde refinado antes do vazamento. Elementos de liga e lingotes de alumnio enriquecidos com elementos de liga podem tambm ser fundidos e misturados na carga do forno. Na operao de refinamento, o metal lquido purificado com cloro gasoso, de modo a remover o hidrognio gasoso dissolvido, seguindo-se a remoo da camada superficial de metal lquido para retirar o metal oxidado. Depois de o material ter sido desgaseificado e removida a camada lquida superfcie, separado e vazado em lingotes para refuso ou em lingotes nas formas primrias, por exemplo, lingotes para chapa ou extruso destinados a fabrico posterior.

Figura 1- Esquemas representativo da produo de alumnio

Figura 2 - Esquemas representativo da produo de alumnio

Ligas de alumnio para fundio

Composio das ligas

As ligas de alumnio para fundio tm vindo a ser desenvolvidas no sentido de melhorar quer as propriedades relacionadas com o vazamento, como a fluidez e a capacidade de alimentao do molde, quer propriedades como a resistncia mecnica, a ductilidade e a resistncia corroso. Por isso, as composies destas ligas so muito diferentes das composies das ligas de alumnio para trabalho mecnico. As ligas de alumnio para fundio so classificadas nos Estados Unidos da Amrica de acordo com a nomenclatura da Aluminum Assocation. Nesta classificao, as ligas de alumnio para fundio esto agrupadas segundo os principais elementos de liga que contm, usando-se um nmero de quatro dgitos com um ponto entre os ltimos dois, tal como se indica na tabela 1:

ELEMENTOS DE LIGA FUNDAMENTAIS Alumnio, 99.00% mnimo Cobre Silcio, com adies de cobre e/ou magnsio Silcio Magnsio Zinco Estanho Outros elementos Srie livre Tabela 1 Tipos de ligas de alumnio para fundio

SRIE 1xx.x 2xx.x 3xx.x 4xx.x 5xx.x 7xx.x 8xx.x 9xx.x 6xx.x

Processos de fundio

Os trs principais processos de fundio das ligas de alumnio so: Fundio em molde de areia, fundio em molde permanente e fundio injectada. A fundio em molde de areia o processo de vazamento mais simples e mais verstil das ligas de alumnio. O processo de fundio em molde de areia geralmente usado na produo de: 1) pequenas quantidades de peas fundidas idnticas; 2) peas vazadas complexas, com interiores complicados; 3) peas grandes vazadas; 4) estruturas vazadas. No processo de fundio em molde permanente, o metal lquido introduzido no molde permanente por gravidade, baixa presso ou simplesmente por presso centrifuga. Peas fundidas de uma mesma liga e com a mesma forma, obtidas em molde permanente, possuem uma estrutura de gro mais fina e maior resistncia mecnica do que as peas fundidas em molde de areia. A velocidade de arrefecimento elevada que se atinge no vazamento em molde permanente conduz a uma estrutura de gro fino. Alem disso, o vazamento em molde permanente d origem a menores contraces e menor porosidade gasosa do que o vazamento em molde de areia. No entanto, os moldes permanentes tm limitaes de tamanho, e para peas complexas este tipo de vazamento difcil ou mesmo impossvel. Na fundio injectada atingem-se taxas de produo mximas no vazamento de peas idnticas, sendo o metal lquido forado a entrar no molde por aco de uma presso elevada. As duas metades do molde metlico esto convenientemente fechadas para permitirem uma presso elevada. O alumnio lquido forado a preencher as cavidades do molde. Aps a solidificao do metal, o molde aberto de modo a retirar-se a pea vazada, ainda quente. As duas metades do molde so novamente fechadas e repete-se novamente o ciclo de vazamento. Algumas das vantagens da fundio injectada so: 1) As peas vazadas por injeco esto praticamente acabadas e podem ser produzidas a velocidades elevadas; 2) Permite obter peas com tolerncias dimensionais mais apertadas do que nos outros processos de fundio; 3) Obtm-se superfcies de vazamento lisas; 4) O arrefecimento rpido inerente a este processo permite obter uma estrutura de gro fino; 5) O processo pode ser facilmente automatizado.

Na prxima tabela apresentam-se um agrupamento das ligas com maior relevncia, que para a fundio em areia a liga 319, uma liga Al-Si6%-Cu3,5%. Para a fundio injectada as ligas mais usadas repartem-se pela 380 Al-Si8,5%-Cu3,5% e a 413 que a liga eutctica do sistema Al-Si com 12% de silcio.

As aptides fundio so apresentadas na prxima tabela.

Nesta tabela resistance to tearing significa resistncia fissurao, pressure

tightness resistncia presso, sendo as restantes denominaes j conhecidas.

Efeito dos Elementos de Liga

O Clcio um fraco modificador eutctico de ligas alumnio-silcio. Ele aumenta a solubilidade do hidrognio e muitas vezes responsvel pela porosidade dos fundidos. Para concentraes de clcio superiores a aproximadamente 0,005 %, a ductilidade das ligas alumnio-magnsio bastante alterada.

O Cobre, em teores entre 1 e 4%, tambm adicionado s ligas de alumnio para fundio, para promover o aumento da resistncia mecnica, particularmente a temperaturas elevadas. A primeira e mais usada liga de alumnio a que contm 4 a 10% cobre. O cobre melhora substancialmente a dureza nos fundidos de liga de alumnio com e sem tratamento trmico. Ligas com 4 a 6% Cu so facilmente tratveis termicamente. Em geral, o cobre melhora a resistncia corroso, mas tambm diminui a fluidez.

O Chumbo usado nas ligas de alumnio para melhorar a maquinabilidade.

O

Estanho

melhora as caractersticas anti-frico, requisito extremamente

necessrio para o fabrico de chumaceiras. As ligas de alumnio podem conter at 25% Sn. Este elemento pode ainda melhorar a maquinabilidade dos fundidos.

O Ferro diminui a tendncia para a liga se agarrar em moldes permanentes. Contudo o aumento do teor de ferro diminui substancialmente a ductilidade. O ferro reage, e forma vrias fases insolveis nas ligas de alumnio, estas fases so as responsveis pelo endurecimento das ligas.

O Magnsio em quantidades de 0.3 a 1 %, adicionado para aumentar a resistencia mecnica, principalmente atravs do tratamento trmico de endurecimento por precipitao. o elemento chave para o aumento da dureza e da resistncia mecnica nas ligas tratveis termicamente de Al-Si. A fase de endurecimento Mg2Si apresenta uma solubilidade limite correspondente a aproximadamente 0,7% Mg, para alm da qual no ocorre nem endurecimento nem amaciamento da matriz. Normalmente so empregues quantidades de Mg entre 0,07 a 0,4% nas ligas de Al-Si. As ligas binrias de Al-Mg so largamente usadas em aplicaes que requerem uma aspecto superficial brilhante e resistncia corroso, assim como uma boa relao

entre resistncia mecnica e ductilidade. As composies destas ligas varia entre 4 a 10%, acima de 7% a liga tratvel termicamente.

O Mangans considerado normalmente uma impureza nas composies do fundido. O mangans um elemento de extrema importncia em ligas brutas. Na ausncia de endurecimento por deformao plstica, o mangans no oferece nenhum efeito benfico nas ligas de alumnio. Contudo, existem evidencias que, uma grande fraco volmica de MnAl6 em ligas que contem mais de 0,5 % de Mn pode beneficiar a influncia da sanidade interna do fundido. O mangans pode tambm ser empregue de modo a alterar a resposta ao acabamento qumico e andizao.

O Nquel usado com o cobre de modo a melhorar as propriedades a altas temperaturas. O nquel tambm reduz o coeficiente de expanso trmica.

O Silcio em quantidades entre 5 e 12%, o elemento de liga mais importante das ligas de alumnio para fundio, porque aumenta a fluidez do metal lquido e a sua capacidade de alimentao do molde, ao mesmo tempo que aumenta a resistencia mecanica das ligas. Para processos de fundio de arrefecimento lento (ex.: gesso, cera perdida e areia), o teor em Si de 5 a 7%, para moldes permanentes 7 a 9%, e para fundio injectada 8 a 12%.

O Sdio modifica o eutectico das ligas alumnio-silcio. A sua presena fragiliza as ligas alumnio-silcio.

O Titnio extensamente usado para refinamento de gro das ligas de alumnio, por vezes em combinao com pequenas quantidades de boro. O titnio muitas vezes empregue em concentraes superiores ao necessrio para o refinamento de gro de modo a reduzir a tendncia para a fissurao.

O Zinco, por si s, em adio s ligas de alumnio no traz grandes benefcios, no entanto quando acompanhado por adies de cobre e ou magnsio. As ligas podem ser tratadas termicamente ou envelhecidas naturalmente.

Elaborao das ligas de alumnio

Constituio das Cargas

A carga deve consistir de lingote da liga e sucata limpa da mesma liga. Os lingotes podem ser preparados em fornos de revrbero ou ento comprados a produtores de alumnio, os quais produzem lingotes para fundio de ligas padro. Algumas fundies preferem fundir a sucata separadamente. Em operaes de grande volume esta sucata fundida em fornos de revrbero. O banho analisado e corrigido composio correcta, se necessrio, e depois vazados em lingotes ou transferido lquido para consequente uso na fundio. Uma anlise rpida da composio pode ser efectuada com um espectrometro, o qual pode completar uma anlise electrnica de amostras do banho de alumnio em apenas trs minutos. Em geral, no desejvel preparar banhos de misturas de cargas que incluam alumnio puro, a menos que seja extremamente necessrio obter o peso e a composio correcta de todos os materiais existentes na carga.

Quando se adiciona elementos de liga ao banho de alumnio, elementos de baixo ponto de fuso, tais como zinco e magnsio, podem ser adicionados na suas formas puras. Contudo, elementos que contm alto ponto de fuso (tais como mangans, nquel, silcio, titnio, crmio e cobre) so adicionados sob a forma de ligas alumnio com alto teor do elemento necessrio. O silcio e o cobre podem ser adicionados na sua forma pura, contudo a sua solubilidade no banho relativamente baixa. O silcio tende a flutuar na superfcie do banho e, como tal, oxida-se. O magnsio tambm flutua e tem de ser submerso no banho imediatamente prevenido a sua combusto e formao de escria.

Os principais aspectos a considerar quando se elaboram ligas de alumnio so: 1) Absoro de gases, especialmente hidrognio durante a fuso e

sobreaquecimento; 2) Remoo dos gases dissolvidos;

3) Modificao qumica da estrutura de solidificao do silcio, pela adio de Na, ou Sr; 4) Afinao do gro das ligas com baixa fraco de euttico em que no haja precipitao de silcio; 5) Distncia entre os braos secundrios das dendrites, por aco da velocidade de arrefecimento.

A fuso normalmente conduzida em ambiente controlado, providenciado pela atmosfera de um forno fechado, ou pelo emprego de fluxos de cobertura, normalmente base de misturas de cloreto de sdio e cloreto de potssio (50/50), para os quais a temperatura de fuso mais baixa que a de fuso das ligas. A modificao qumica da estrutura conseguida pela adio de sais contendo sdio, ou cpsulas com Na metlico, ou ligas com estrncio. Estas ultimas so mais eficazes, com maior recuperao e com efeito mais prolongado, apesar de necessitarem de mais tempo para se dissolverem.

Fluxagem nas Ligas de Alumnio

Na fuso do alumnio, e especialmente na refuso de retornos de fundio ou outra sucata, a formao de xidos e outras impurezas no-metlicas so comuns. As impurezas ocorrem sob a forma de incluses lquidas ou slidas que persistem, durante a solidificao do banho, no fundido. As incluses podem ser originrias de ferramentas sujas, areia e outros destroos de moldao, escria espessa (compostos intermetlicos de Fe-Cr-Ni, normalmente encontrados em ligas de vazamento em molde permanente), resduos de lubrificantes de maquinaria, e a oxidao dos elementos da liga e/ou do metal base. O termo fluxagem, em sentido alargado, aplica-se a uma tcnica de tratamento ao fundido que contenha impurezas e incluses como as acima mencionadas. Fluxagem do fundido facilita a aglomerao e a separao de tais constituintes, indesejveis do banho. A fluxagem dependente da temperatura. A temperatura deve ser suficiente alta de modo a se alcanar boa separao fsica ou a reaco qumica desejada. A

temperaturas suficientemente elevadas, a fluidez tanto do metal como do agente de fluxagem pode ser muito elevada, o que permite um bom contacto entre os dois e uma melhor reactividade.

Tipos de Fluxo

Para as ligas de alumnio so usados quatro tipos principais de fluxos. So os fluxos de cobertura, fluxos de limpeza, fluxos escorificante, e fluxos refinantes. Tambm se usam fluxos de limpeza de paredes, mas estes so geralmente aplicados nas paredes dos fornos no sendo por isso adicionados ao banho.

Os fluxo de cobertura so desenhados de modo a serem usados em pequenos fornos de modo a providenciar uma barreira fsica oxidao do banho ou de modo a servir como um agente de limpeza para a liga, retornos ou lingotes novos a serem carregados.

Os fluxos de limpeza tm geralmente um teor mais elevado em sais de cloreto e contem geralmente fluoretos de modo a facilitar a molhabilidade das incluses de oxido para melhor separao do banho.

Os fluxos de escorificao so desenhados de modo a promover a separao da camada de oxido de alumnio que se forma superfcie do banho, sendo a reaco exotermica provocando assim um aumento de temperatura seguido de um aumento da fluidez local. De notar que os fluoretos molham e dissolvem os filmes de oxido. Com agitao mecnica, este filmes rompem libertando assim metal que se encontrava aprisionado na escria.

Os fluxos de refinamento contm compostos que se decompem temperatura de uso e so termodinamicamente favorveis para reaco com certos elementos metlicos existentes no banho. Por exemplo, certos compostos que contem cloretos vo reagir em banhos de alumnio que contem magnsio, clcio, ltio, sdio e potssio de modo a formar cloretos insolveis destes metais, sendo depois removidos pela limpeza da escria superficial.

Os fluxos de limpeza de paredes contm compostos que ajudam a minimizar a formao de xidos que ocorre nas paredes do forno.

Determinao do Tipo de Fluxos a Usar

As propriedades qumicas das ligas determinam, em grande nmero, o tratamento de fluxagem que deve ser usado. Muitas das ligas mais comuns de alumnio 319.0, 355.0 e 356.0, por exemplo so basicamente similares no aspecto em que oxidam moderadamente. Todas elas devem ser tratadas com os mesmos fluxos de cobertura e/ou escorificantes e, finalmente, com um fluxo desgasificante e/ou de refinamento de gro. Contudo, algumas ligas que contm elevadas percentagens de magnsio ou silcio podem requerer tratamentos especiais. Tais ligas de alumnio/magnsio como por exemplo, 535.0, 518.0 e 520.0 so tratadas de modo idntico s ligas de magnsio. Neste caso. O fludo de limpeza do fluxo leva as peles no metlicas e as incluses para a superfcie onde estas devem ser prontamente escorificadas e removidas. Fluxos que contenham sdio no devem ser usados. Nas ligas hipoeutcticas de alumnio-silcio (estas contendo menos de 11,7% de silico), a modificao do silcio com estrutura grosseira no eutctico deve ser acompanhada da adio de pequenas quantidades de liga principal rica em estrncio ou por meio de sdio metlico ou fluxos de sdio. Contudo, no caso das ligas hipereutcticas de alumnio-silcio (estas contendo mais de 13% de silcio), o refinamento primrio do silcio realizado pela adio de uma pequena quantidade de fsforo. Existem diversos agentes de refinao que devem ser usados, mas se estes forem sais, devem estar livres de sdio e clcio. Pois ambos tm detrimento em relao aco de refinamento do fsforo.

Desgaseificao das ligas de alumnio

O alumnio e suas ligas so muito susceptveis absoro de hidrognio quando se encontram no estado fundido, sendo a solubilidade muito mais lenta no estado solido (ver fig. 12). O hidrognio o nico gs que apreciavelmente solvel no alumnio fundido.

Figura 12 Solubilidade do hidrognio no alumnio.

Devido afinidade do metal para o oxignio, a principal fonte de absoro de hidrognio vai ser a reduo do vapor de agua da atmosfera em contacto com o banho. A solubilidade do gs hidrognio aumenta exponencialmente medida que a temperatura aumentada, por isso imperativo que se evite temperaturas excessivas durante a fuso de modo a minimizar a absoro de gs, especialmente se se usa um tratamento de desgasificao standard baseado num clculo terico de teor de gs esperado.

Fontes de hidrognio no alumnio

Existem muitas fontes potenciais de hidrognio no alumnio, incluindo a atmosfera do forno, os materiais de carga, os fluxos, componentes externos e as reaces entre o metal fundido e o molde.

Atmosfera do forno Os fornos aquecidos a fuel usados para fundir podem gerar hidrognio livre devido combusto incompleta do fuel-oil ou do gs natural.

Materiais de carga Os lingotes, sucata e retornos de fundio podem conter xidos, produtos de corroso, areias e outros desperdcios provenientes de moldes, e lubrificantes usados na metalomecnica. Todos estes contaminantes so fontes potenciais de hidrognio atravs da reduo de compostos orgnicos ou decomposio do vapor de agua da humidade contida.

Fluxos A maioria dos fluxos salinos usados no tratamento do banho de alumnio so higroscpios. Fluxos humidificados podem causar absoro de hidrognio pelo banho atravs da decomposio da agua.

Componentes

externos

- Ferramentas dos fornos tais como rakes,

puddlers, escumadeiras e ps podem induzir hidrognio no banho se no seencontrarem devidamente limpas. Os xidos e resduos de fluxos contidos nessas ferramentas so fontes de contaminao bastante graves devido a que vo absorver humidade directamente da atmosfera. Os refractrios dos fornos, troughs e launders, mortars e cements, colheres de amostragem e de vazamento so tambm potenciais fontes de hidrognio, especialmente se os refractrios no se encontram devidamente curados.

Reaces metal/molde Se o fluxo de metal excessivamente turbulento durante o processo de vazamento, pode ser aspirado ar para dentro do molde. Se o ar no poder ser expelido antes do inicio da solidificao, ocorre provavelmente absoro de hidrognio. A gitagem imprpria pode tambm causar turbulncia e suco. Tambm a excessiva humidade nos moldes de areia verde pode providenciar uma fonte para hidrognio medida que a gua se torna em vapor.

Afinao do banho das ligas de alumnio

As principais impurezas nos banhos de alumnio so os metais alcalinos (ltio, sdio, clcio) em concentraes muito baixas (< 20 ppm) e magnsio em elevadas concentraes (0.20 a 1.5 %). O fsforo encontra-se algumas vezes presente como impureza quando se refunde ligas de alumnio-silcio com tratamento fosforoso hipereutectico, mas geralmente removido por processos de fluxagem convencionais. No caso do magnsio, ele usualmente removido por operaes de remoo de magnsio (demagging). Os metais alcalinos como o ltio, sdio e clcio, so verdadeiras impurezas que aparecem da produo primria de alumnio e podem ter efeitos prejudiciais durante a solidificao e na integridade do fundido se no forem removidos. A remoo destas impurezas termodinamicamente favorvel quando so introduzidos no banho halogenatos de cloro e flor. A fig. 14 mostra a energia livre de formao de vrios compostos de cloro. Nesta figura pode ser verificado que a remoo por meio de cloro no alumnio vai resultar numa formao preferencial de cloretos de ltio, sdio, potssio e clcio.

Figura 14 Termodinmica da formao de cloretos em ligas de alumnio

Existem vrios mtodos para a remoo destas impurezas. Pode ser usado um simples fluxo de gs ou ento injeco de fluxos slidos ou gasosos acoplados com um dispersor mecnico. A maioria destes processos mecnicos so aplicados s industrias primrias, secundrias ou a industrias de produtos de vazamento contnuo, apesar da injeco de fluxos ser tambm aplicvel a operaes de fundio.

Controlo da Estrutura

A estrutura metalrgica dos fundidos de alumnio determinada por um grande nmero de factores. De importncia crucial, o tamanho da clula dendrtica ou o tamanho dos braos dendrticos, a forma e a distribuio das fases microestruturais, e o tamanho de gro. O fundidor pode controlar a finesa da estrutura dendrtica controlando a velocidade de solidificao.

As caractersticas microestruturais tais como o tamanho e distribuio de fases primrias e intermetlicas mais complexo. Contudo, o controlo qumico, o controlo da quantidade de elementos baseado na estequiometria das fases intermetlicas e o controlo das condies de solidificao de modo a garantir um tamanho uniforme e boa distribuio dos intermetlicos so todos meios para este fim. O uso de modificadores e refinadores de modo a influenciar as estruturas euteticas e hipereuteticas das ligas de aluminio-silicio um exemplo do mtodo no qual as micro e macroestruturas podem ser optimizadas durante o processo de fundio.

Estrutura de Gro

Geralmente, nos fundidos de alumnio, deseja-se obter uma estrutura de gro equiaxial e fina. O tipo e o tamanho dos gro formados so determinados pela composio da liga, taxa de solidificao e a adio de refinadores de gro contendo fases intermetlicas que providenciam locais de nucleao heterognea.

Efeitos de refinamento de gro

Um tamanho de gro mais fino promove uma sanidade melhorada do fundido pois minimiza o encolhimento, a fractura a quente e a porosidade causada pelo hidrognio.

As vantagens de um refinamento de gro so:

As propriedades mecnicas e desempenhos a altas temperaturas so normalmente melhorados com estruturas de gro mais fino; propriedades de estruturas pesadas so tambm melhoradas por prticas deliberadas de refinamento de gro.

Melhores fundidos resultam de um estrutura de gros mais fina, providenciada pela criao de mais pontos de nucleao durante a solidificao do banho. Normalmente minimizado a contraco dos poros e a fractura a quente dos fundidos. Melhores caractersticas de alimentao, normalmente significam uma sanidade do fundido melhorada.

Com um tamanho de gro fino resulta um melhor controle e uniformidade de resposta ao tratamento trmico, porque existe uma maior homogeneidade da liga atravs da estrutura do fundido.

Estruturas de gro fino resultam numa melhor capacidade de extruso, de laminagem, e de maquinagem. Operaes de acabamento superficial, como por exemplo polimento e anodizao, so tambm facilitadas e mais bem sucedidas com o refinamento do gro da estrutura.

Em condies normais de solidificao, as ligas de aluminio sem refinadores de gro possuem estruturas grosseiras colunares e ou estruturas grosseiras equiaxiais. A estrutura colunar grosseira (fig. 17 a) menos resistente fractura durante a solidificao e arrefecimento ps solidificao do que a estrutura muito refinada para a mesma liga mostrada na figura 17 b.

Figura 17 (a) esquerda existe uma estrutura colunar grosseira no refinada. (b) direita a estrutura equiaxial e fina visto que sofreu refinamento de gro.

Uma estrutura de gro fino tambm minimiza efeitos nefastos no vazamento, bem como propriedades associadas com o tamanho e distribuio de compostos

intermetlicos. Partculas intermetlicas de grande dimenso e insolveis que se encontrem presentes ou se formem numa gama de temperatura compreendida entre a temperatura de liquidus e a de solidus reduzem as caracteristicas de alimentao. Reduzindo a magnitude dos efeitos de fronteira de gro atravs do refinamento de gro, as tendencias de fissurao a quente de algumas ligas de soluo solida, tais como as da famlia 2xx.x e 5xx.x, podem ser substancialmente reduzidas.

Refinamento de Gro de Ligas de Fundio

Em ligas de fundio com 7 % de Si, so geralmente usadas ligas mestras de alumnio-titnio ou sais de modo a refinar o gro. Um nvel de adio de 0.10 a 0.25% de Ti geralmente assegura um bom refinamento o gro sendo o agente nucleador, na ausncia de boro, as partculas de TiAl3. Apesar do sucesso do uso do titnio como um refinador de gro, verificou-se recentemente que o boro pode ser um refinador mais eficaz que o titnio nas ligas de alumnio-silcio. A figura 18 compara o tamanho de gro conseguido com adies de boro, titnio, e uma mistura de boro e titnio numa liga 356.

Figura 18 Comparao da eficincia de vrios refinadores de gro na liga de alumnio 356.

Estes resultados esto em contraste com a experincia em ligas brutas, nas quais as ligas mestras de alumnio-titnio-boro so refinadores poderosos apesar das ligas de alumnio-boro no refinam devidamente o gro. Nas ligas brutas mais recentes o teor de silcio geralmente inferior a 0.5 %; como nota comparativa, as ligas de fundio contm um teor de 7% de Si ou maior. Por isso, pode ser que com maiores teores em silcio, a eficincia das partculas nucleantes de TiAl3 seja envenenada pela precipitao de compostos de silcio-titnio. Como consequncia, so necessrias elevadas adies de titnio de modo a se atingir um refinamento adequado em ligas que contem altos teores de silcio. Em banhos que usam somente refinadores de gro de alumnio-boro, o principal constituinte refinador so os precipitados de AlB2, que parecem poder ser melhorados com teores crescentes de silcio dissolvido. Contudo, o AlB2 vai-se dissolver e reagir com titnio residual de modo a formar TiB2, que pode assentar no fundo do forno como escria. Se isto ocorre, as capacidades de refinamento de gro so perdidas. A figura 19 demostra a eficincia da liga mestra Al-2.5Ti-2.5B nas ligas de fundio 356 e 319 comparando-a com a da liga Al-5Ti-1B.

Figura 19 Eficincia de refinadores de gro de titnioboro nas ligas de alumnio 356 e 319.

Claramente, o uso de maiores nveis de boro e menores nveis de titnio do que os anteriormente usados podem ter benefcios substanciais para as ligas de fundio.

Tratamentos Trmicos

A metalurgia do alumnio e suas ligas oferece uma vasta gama de tratamentos trmicos de modo a obter a combinaes de propriedades mecnicas e fsicas desejadas.

O tratamento trmico das ligas de alumnio baseia-se na variao das solubilidades das fases metalrgicas. Como a solubilidade do eutctico aumenta com o aumento da temperatura at temperatura de solidus (verificado no sistema binrio eutctico da figura 20) a formao e distribuio de fases precipitadas pode ser usada para influenciar as propriedades do material. Alm das mudanas de fases e de morfologia, outros efeitos podem ocorrer com a elevao da temperatura para o tratamento trmico.

Figura 20 Parte do diagrama de fases alumniocobre, indicando as gamas de temperatura para realizao de tratamentos trmicos.

A microsegregao na estrutura dos fundidos pode ser eliminada ou pelo menos minimizada, as tenses residuais causadas pela solidificao ou por tmpera reduzidas, e fases insolveis podem sofrer alteraes. so

Os tratamentos trmicos usados nas ligas de alumnio so:

Solubilizao (ligas 3xx.x e 7xx.x); Tmpera (algumas 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x e 5xx.x); Precipitao/Envelhecimento (ligas 3xx.x e 5xx.x); Recozimento (geral).

Em certos casos, se a velocidade de arrefecimento da pea fundida no molde for suficientemente rpida, pode obter-se uma liga para tratamento trmico nos estado de soluo slida sobresaturada. Deste modo, as etapas de solubilizao e tmpera podem ser eliminadas no endurecimento por precipitao de peas fundidas, sendo apenas necessrio fazer o envelhecimento aps a pea ter sido removida do molde. Um bom exemplo de aplicao deste tipo de tratamento trmico a produo de pistes de automveis endurecidos por precipitao. A designao deste tratamento trmico T5

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