LIGAS aluminio

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LIGAS DO ALUMNIOAlumnio e suas ligas (Al)

Formao O Alumnio e suas ligas constituem um dos materiais metlicos mais versteis, econmicos e atrativos para uma vasta srie de aplicaes. Sua aplicao como metal estrutural s menor que a dos aos. O alumnio possui uma densidade de 2,7 g/cm, aproximadamente 1/3 da do ao, o que somado sua elevada resistncia mecnica o torna bastante til na construo de estruturas mveis, como veculos e aeronaves. O Alumnio no ferromagntico, possui elevadas condutividades trmica e eltrica, e no-txico. Outra vantagem do alumnio a sua resistncia oxidao progressiva, j que os tomos da sua superfcie se combinam com o oxignio da atmosfera, formando uma camada de xido protetor que impede a progresso da deteriorao do material. Alm disso, o alumnio com determinados tratamentos e/ou elementos de liga se torna resistente corroso em meios mais agressivos. O alumnio tambm encontra aplicaes em peas decorativas, graas sua superfcie brilhante e reflectiva. Classificao

A produo do Alumnio dividida em duas partes: primria e secundria. O alumnio primrio produzido, basicamente, pelo processo Hall-Hroult, no qual a alumina (xido de alumnio) obtida pelo refino da bauxita dissolvida num banho de crilitos e sais fluoretos, que tem a funo de controlar a temperatura, densidade e resistividade do banho e a solubilidade da alumina. O metal separado no processo removido por sistemas de vcuo ou sifo para dentro de cadinhos, que so ento transferidos para unidades de fundio, onde so refundidos ou transformados em lingotes. O alumnio produzido por este mtodo contm uma quantidade relativamente elevada de impurezas, e para a obteno de ligas com purezas mais elevadas outros mtodos de refino so utilizados, podendo resultar em ndices de 99,999% de pureza. O alumnio secundrio produzido a partir da reciclagem de sucata e constitui uma importante fonte de produo do metal. Esta atividade vem sendo cada vez mais valorizada ultimamente, pois representa uma importante economia de energia eltrica, item especialmente importante na produo do metal. Qualidade O alumnio possui uma boa conformabilidade e pode ser produzido em uma srie de formas diferentes. A tabela abaixo mostra a distribuio da produo de alumnio nos EUA, principal consumidor mundial.

Produto Chapas, Placas e Folhas Lingotes

Participao (%) 51,3 26,4

Tubos e extrudados Outros*

14,9 7,4

* Condutores (3,0%), barras, arames e fio-mquinas (2,7%), forjados (1,1%) e p (0,6%) Sistema de classificao

A tabela abaixo mostra o sistema de classificao da The Aluminum Association Inc., associao dos produtores norte-americanos.

Srie 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx

Elemento(s) de liga principal(is) Alumnio puro Cu Mn Si Mg Mg , Si Zn Sn, Li, Fe, Cu, Mg Reservado para uso futuro Aplicaes

Outros elementos de liga Mg , Li Mg Cu, Mg, Cr, Zr -

Liga 1xxx: Indstrias qumica e eltrica Liga 2xxx: Aeronaves (graas a sua elevada resistncia mecnica) Liga 3xxx: Aplicaes arquitetnicas e produtos de uso geral Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem Liga 5xxx: Produtos expostos atmosfera marinha como cascos de barcos Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetnico Liga 7xxx: Componentes estruturais de aeronaves e outras aplicaes que necessitam de elevados requisitos de resistncia. Esta liga a que possui a maior resistncia mecnica entre as ligas de alumnio.

Ligas Al-Cu

As ligas do sistema Al-Cu, conhecidas como ligas da srie 2XXX (trabalhadas) e 2XX.X (fundidas) na classificao da Aluminum Association, so as ligas de alumnio de desenvolvimento mais antigo, sendo que o seu surgimento data do incio do sculo XX, quando Alfred Wilm, na Alemanha, descobriu o fenmeno de endurecimento por precipitao [4]. Essas ligas at hoje so conhecidas como duralumnio, e entre essas ligas a 2017 a mais antiga e tambm a mais conhecida. uma liga que contm 4 % de cobre, 0,5 % de magnsio e 0,7 % de mangans, nas quais a simples introduo desses elementos de liga j eleva a resistncia trao de 9,1 kg/mm2 (alumnio comercialmente puro) para 18,2 kg/mm2. O tratamento trmico de envelhecimento (endurecimento por precipitao) por tempo e temperatura controlados ainda permite aumentar ainda mais a resistncia trao, para cerca de 43 kg/mm2 [1]. Esse grupo de ligas Al-Cu pode ainda ser subdividido em dois grupos principais: as ligas Al-Cu com teores de magnsio relativamente baixos, como a 2017 mencionada e outras como a 2025 e a 2219, e as ligas Al-Cu com tores de magnsio relativamente altos (tambm denominadas Al-Cu-Mg), superiores a 1%, como a 2024 (1,5 % de magnsio) e a 2618 (1,6 % de Mg). A principal diferena entre esses dois subgrupos que nas ligas Al-Cu, mais antigas, s contribuem para o endurecimento por precipitao as fases precursoras da fase (Al2Cu): '' e ', ao passo que nas ligas Al-Cu-Mg igualmente importante a contribuio da fase S', precursora da fase S (Al2CuMg) [3]. Se o teor de silcio for relativamente alto, tambm poder ser encontrada nestas ligas a fase quaternria Q (Al4Cu2Mg8Si7). As ligas Al-Cu(-Mg) podem apresentar diferentes tipos de elementos de liga, adicionados com diversas finalidades, os quais podem levar formao de diversas fases diferentes. A liga 2024, por exemplo, possui mangans em teores relativamente altos, que causa a formao da fase Al12(Fe,Mn)3Si, presente tambm em outras ligas, que sob a forma de partculas dispersides retardam os processos de recristalizao e crescimento de gro. A liga 2011, por exemplo, no apresenta magnsio e mangans em teores elevados, mas sim ferro e silcio, havendo a formao da fase Al7CuFe2 insolvel [3]. De um modo geral as ligas Al-Cu(-Mg) apresentam elevada resistncia mecnica aps tratamento trmico de endurecimento por precipitao, entretanto, apesar dessa vantagem, apresentam algumas desvantagens quando comparadas com outros tipos de ligas de alumnio, que vo desde a resistncia corroso relativamente baixa e a conformabilidade limitada (so pouco adequadas a processos com elevada deformao, como a extruso, por exemplo) at a soldabilidade igualmente restrita (em geral so soldadas somente por processos de resistncia eltrica) [1]. Os valores mais elevados de dureza so obtidos para teores de cobre da ordem de 4 a 6 %, dependendo da influncia de outros elementos de liga presentes [3]. Como ligas que apresentam elevados teores de soluto, as ligas Al-Cu(-Mg) apresentam considervel endurecimento quando mantidas por tempos relativamente longos temperatura ambiente. o chamado envelhecimento natural, que recebe essa denominao para distingu-lo do envelhecimento artificial obtido atravs de tratamento trmico em fornos. Esse efeito ocorre devido formao das chamadas zonas de Guinier Preston (GP), em forma de discos formados por um arranjo de tomos de cobre e alumnio nas regies enriquecidas em cobre, e que j so responsveis por um razovel ganho de dureza no material mantido temperatura ambiente. Esse tipo de pr-precipitado (zonas GP) tambm se forma no incio do envelhecimento artificial e essas zonas GP so consideradas

precursores dos precipitados intermedirios metaestveis '' e '. O precipitado '', que se forma aps algumas horas de envelhecimento (3 ou 4 horas a 190 C, quando as zonas GP desaparecem), coerente com a matriz e possui formas de plaqueta, assim como o precipitado ', que se forma algum tempo depois, mas coexiste com o precipitado '' durante um certo intervalo de tempo, o qual corresponde dureza mais elevada que pode ser obtida para as ligas Al-Cu(-Mg). A continuao to tratamento trmico de envelhecimento leva formao do precipitado de equilbrio , cuja composio qumica corresponde exatamente estequiometria Al2Cu. Este o chamado precipitado de equilbrio termodinmico, uma vez que o prosseguimento do envelhecimento no muda suas caractersticas, com exceo do tamanho dessas partculas, que tende a crescer. A formao desse precipitado de equilbrio tambm corresponde ao chamado superenvelhecimento da liga Al-Cu(-Mg), que caracterizado por uma acentuada queda de dureza, quando comparado com o intervalo de coexistncia das fases '' e ' [3]. Sendo assim, a seqncia de precipitao nas ligas Al-Cu dada por: SS --> GP --> '' --> ' --> (Al2Cu) onde: SS = soluo slida supersaturada, GP = zonas de Guinier Preston. Obs: alguns autores mais antigos podem se referir aos precipitados ''como zonas GP2, e assim considerarem as zonas GP iniciais como zonas GP1, mas essa denominao est em desuso, uma vez que estudos mais recentes demonstram que os precipitados ''so efetivamente precipitados com estrutura cristalina e outras caractersticas bem definidas, que os diferenciam das zonas GP. As ligas Al-Cu-Mg, apresentam duas seqncias de precipitao praticamente simultneas: alm da seqncia apresentada anteriormente, a seqncia mostrada a seguir, relacionada com a presena do magnsio em teores mais elevados [3]: SS --> GP --> S' --> S (Al2CuMg) A presena do magnsio acelera e intensifica o endurecimento durante o envelhecimento natural, o que atribudo ao resultado das complexas interaes entre lacunas e dois tipos de tomos de solutos diferentes, com a formao de pares de tomos de magnsio e cobre afetando o movimento das discordncias. Apesar de tambm serem conhecidas h muito tempo e produzidas em larga escala os detalhes do processo de precipitao so menos conhecidos no caso das ligas Al-Cu-Mg. Contudo, sabe-se que a fase intermediria endurecedora S' coerente, ao contrrio da fase de equilbrio S. Pequenas adies de magnsio j so suficientes para proporcionar um considervel endurecimento s ligas Al-Cu [3]. As tabelas apresentadas a seguir mostram a composio qumica nominal e valores tpicos de propriedades mecnicas que podem ser obtidos para as ligas AlCu(-Mg) trabalhadas mecanicamente e fundidas:

Tabela 2.1: Composio qumica de ligas Al-Cu trabalhadas (% em massa) Liga 2011 2014 2017 2117 2218 2618 2219 2024 2025 2036 Cobre 5