LIGAS NÃO FERROSAS-Aluminio

LIGAS NÃO FERROSAS

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

Professor: Sandro Mauro de Carvalho

BREVE HISTÓRICO DO ALUMÍNIO

Há mais de sete mil anos, os ceramistas da Pérsia fabricavam vasos de barro com óxido de alumínio (conhecido atualmente como alumina) e, trinta séculos mais tarde, os egípcios e babilônicos utilizavam outro composto similar em seus cosméticos e produtos medicinais. No entanto, a real existência e funcionalidade do alumínio ainda eram desconhecidas.

Os rumores eram de que o alumínio fosse proveniente de colisões de átomos de hidrogênio durante a formação do sistema solar. A história do alumínio, porém, é recente.

Em 1808, o químico inglês Humphrey Davy finalmente conseguiu provar a existência do alumínio e, pouco tempo depois, Hans Oersted, físico alemão, conseguiu produzir pequenas quantidades do metal. Em 1869, um grande avanço na produção permitiu que o custo baixasse de US$ 545 para US$ 17 o grama, quase o mesmo valor da prata. Nesta época, o alumínio decorou até a mesa da corte francesa, a coroa do rei da Dinamarca e a capa do Monumento de Washington.


Começou, então, a existir a necessidade de ter uma grande quantidade de produção a um preço muito baixo para que o alumínio pudesse ser um metal de primeira categoria. Em 1880, ele era considerado semiprecioso, mais raro que a prata.

Então, o professor americano Frank Jewett mostrou aos seus alunos do Oberlin College, de Ohio, um pequeno pedaço de alumínio e afirmou diante de todos que quem conseguisse, de alguma forma, explorar o metal ficaria rico. Um de seus estudantes, Charles Martin Hall, que vinha realizando experiências em um laboratório improvisado desde os 12 anos de idade, continuou suas pesquisas depois de formado e aprendeu a fazer óxido de alumínio: a alumina.

Em 1886, Hall colocou em um recipiente certa quantidade de criolita com alumina e passou uma corrente elétrica. O resultado foi uma massa congelada, que ele trabalhou com um martelo. Várias partículas de alumínio se formaram, dando origem a um dos metais mais utilizados na história.


O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. A disponibilidade de bauxita, o minério bruto do qual é obtido o alumínio, é enorme.

Distribuição dos elementos


O alumínio por ser um elemento com alto potencial oxidante, não é encontrado in natura, ou seja, puro na natureza. O alumínio, metal tão amplamente usado nos dias de hoje devido a características como leveza, resistência, aparência, entre outras, é encontrado formando compostos. A principal fonte de alumínio é a bauxita

A bauxita é um mineral terroso e opaco, encontrado mais comumente em regiões de clima tropical e subtropical.


Bauxita

Em média, são necessárias 4 toneladas de bauxita para se obter 1 tonelada de alumínio. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. Cerca de 85% de toda bauxita produzida é utilizada como minério de alumínio. Outros 10% são usados em produtos químicos, abrasivos e produtos refratários. Os 5% restantes são usados para produzir abrasivos, materiais refratários e compostos de alumínio.

PRODUCÃO DO ALUMÍNIO

PROCESSAMENTO DO ALUMÍNIO

Após a obtenção do metal alumínio, este pode ser processado de diversas maneiras, segundo a necessidade de sua aplicação, podendo ser lingotado, processado em placas, etc.

ALUMÍNIO PURO

Gráfico comparativo da densidade de alguns metais

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)

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

Ponto de Fusão: 660 C Sistema cristalino: CFC DensidadeAl= 2,7 g/cm3 Cu= 8.9 g/cm3 Aço= 7.9 g/cm3 Resistência mecânica O Al puro (99,99%) tem baixa resistência mecânicaResistência à tração:Al puro= 6 kg/mm2Al comercial= 9-14 kg/mm2

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

DUCTILIDADE Tem alta Ductilidade = HB: 17-20

MÓDULO DE ELASTICIDADE Possui módulo de elasticidade baixo

Al= 7000 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

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


PRINCIPAIS IMPUREZAS

Ferro reduz a trabalhabilidade (AlFe3)

Silício aumenta a resistência à tração

Cobre aumenta a resistência à tração

PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA

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


Elevada Plasticidade laminados de pouca espessura (resguardos 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...).

Generalidades

O aluminio e o metal mais abundante na crosta terrestre;

Possui reduzida densidade (2,7 kg/dm3), apenas suplantada pelo Magnesio e Berilio.

Possui boa ductilidade, boa condutividade termica e electrica;

Excelente resistencia a corrosao, conferida pela camada protectora de oxido (Al2O).

Processamento ainda caro, mas facil reciclagem.Potencial para atingir resistencia mecanica

similar a alguns acos

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

•A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15%

• Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases são muito idênticos????

•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


NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

Não há um padrão reconhecido internacionalmente.

Geralmente o simbolismo para ligas trabalhadas édistinto daqueles de fundição

NORMAS: Alcan, ASTM, DIN, ABNT, AA

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS

n 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


Serie 1xxx – Aluminio comercialmente puro (≥99%); Excelente resistencia a corrosao e condutividade termica.

Serie 2xxx – Al-Cu;Menor resistencia a corrosao; Possibilidade incremento de

tensao-limite de elasticidade por tratamentos termicos.

Serie 3xxx – Al-Mn;Limite de adicao de Mn e 1.5%. Mantem a sensibilidadepositiva a velocidade de deformacao.

Serie 4xxx – Al-Si;Ate 12% Si baixa o ponto de fusao; Usado como fio de

solda ou material de adicao em brasagem.

Serie 5xxx – Al-Mg; Incremento de resistencia por solucao solida; Excelenteresistencia acorrosao em ambientes maritimos; Excelentesoldabilidade.

Serie 6xxx – Al-Mg-Si;Boa formabilidade; Boa resistencia a corrosao; Resistenciamedia.

Serie 7xxx – Al-Zn;Ligas com a maior resistencia; Utilizacao maioritariamente

naIndustria aeronautica.

Serie 8xxx – Al- outros (Li...);

Classificação das ligas de Al

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 65% de pureza


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

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

fundidas1 e 2 indica composição dos lingotes

AS LIGAS DE FUNDIÇÃO TAMBÉM PODEM SE SUB-DIVIDIR EMLIGAS TRAT. TERMICAMENTE E NÃO TRATAVEIS

TERMICAMENTE

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

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

n 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 liga

X5 é usado para designar variantes

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS

- LIGAS TRABALHADAS-

“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

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS

- LIGAS TRABALHÁVEIS-

2 1/4 duro 6 3/4 duro

4 1/2 duro 8 duro

“H12” 1/4 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.

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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l.

Considerações finais

O Alumínio tem papel fundamental no progresso sócio-econômico e tecnológico da sociedade atual, gerando investimentos e melhoria dos padrões de vida da população. Sua utilização engloba diversos setores da economia como bens de uso, embalagens, construção civil, setores aeronáutico e aeroespacial, entre outros. A Engenharia de Materiais é responsável pelo desenvolvimento e aperfeiçoamento de ligas e de técnicas de processamento, otimizando o uso desse metal na indústria e explorando todo seu potencial.

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