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    UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

    Faculdade de Engenharia Mecnica

    Curso de Graduao em Engenharia Aeronutica

    MATERIAIS DE CONSTRUO AERONUTICA

    Seminario: Magnsio e suas ligas

    Bruno Henrique da Silveira - 11111EAR001

    Luiz Fernando T. Vargas - 11111EAR015

    Joao Paulo Lousada - 11021EAR020

    Victor Hugo Bonifcio - 11021EAR017

    Victor Hugo Alves Borges - 11111EAR017

    Vinicius Dias Martins - 11011EAR017

    UFU

    FEVEREIRO 2013

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    MATERIAIS DE CONSTRUO AERONUTICA

    Seminario: Magnsio e suas ligas

    Trabalho realizado por alunos do curso de

    Graduao em Engenharia Aeronutica da

    Universidade Federal de Uberlndia,

    referente disciplina Materiais de

    Construo Aeronutica ministrada pelo

    Prof. Ruham Pablo Reis, como exigncia

    parcial para a aprovao da mesma.

    UFU

    FEVEREIRO 2013

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    Sumrio 1-Introduo ................................................................................................................................................ 4

    2-Histrico e Propriedades do Magnsio ..................................................................................... 5

    3- Extrao e Produo do Magnsio........................................................................................... 11

    3.1 - O processo de produo de magnsio a partir de recursos de xido de

    magnsio .................................................................................................................................................................... 17

    3.2 - O processo Pidgeon - O processo de reduo trmica ........................................ 18

    4- Magnsio na Aeronutica ............................................................................................................. 20

    4.1 - Histrico do Magnsio na Indstria Aeronutica .................................................. 20

    4.2 - Atual situao da aplicao do magnsio na indstria aeroespacial ........... 23

    4.3 - Razes para a reduo da aplicao do magnsio ................................................ 24

    4.4 - O futuro do magnsio na indstria aeroespacial ................................................... 25

    5 - Consideraes metalrgicas do Magnsio ......................................................................... 25

    6- Ligas de Magnsio ............................................................................................................................ 27

    6.1 - Ligas de Magnsio Forjadas .............................................................................................. 28

    6.2 - Ligas de Magnsio Fundidas ............................................................................................. 30

    6.3 - Ligas fundidas de MgAl e MgAlZn .......................................................................... 30

    6.4 - Ligas fundidas de MgZn-Zr e MgZn-Terra Rara-Zr .......................................... 34

    6.5 - Ligas fundidas de Mg-AL-Terra Rara ........................................................................... 34

    7- Fabricao do Magnsio ............................................................................................................... 35

    7.1 - Conformao do Magnsio ................................................................................................ 36

    7.2 Fundio por areia do Magnsio ................................................................................... 37

    7.3 - Tratamento trmico para o Magnsio ......................................................................... 40

    7.4 - Usinagem do Magnsio........................................................................................................ 42

    7.5 - Soldagem do Magnsio ........................................................................................................ 42

    7.6 - Proteo do Magnsio contra corroso ...................................................................... 43

    8 - Concluso ............................................................................................................................................ 45

    9 - Referncias Bibliogrficas .......................................................................................................... 46

  • 4

    1-Introduo

    Considerando a sua localizao na tabela peridica dos elementos, pode-

    se pensar que o magnsio desempenha papel importante como material estrutural

    aeroespacial. No entanto esse metal extremamente leve est sujeito a uma srie de

    limitaes que o torna invivel. As ligas de magnsio geralmente podem competir

    com ligas de alumnio para aplicaes estruturais. Comparado com ligas de

    alumnio de alta resistncia, ligas de magnsio no so to fortes (fora de trao

    de 20-50 Ksi contra 40-80 Ksi) e tm um menor mdulo de elasticidade (6.5msi

    contra 10-11msi). No entanto, o magnsio significativamente mais leve (0,063 vs

    0,100 lb/ in ). E, portanto, suas ligas so competitivas em uma resistncia

    especfica e um mdulo base. [1]

    As ligas de magnsio, com sua estrutura hexagonal compacta (HC), devem

    normalmente ser formadas temperaturas elevadas, enquanto que o alumnio

    pode ser prontamente formado temperatura ambiente. Alm disso, as ligas de

    magnsio so normalmente mais caras comparadas s ligas de alumnio. No

    entanto, o maior obstculo para a utilizao das ligas de magnsio a sua

    resistncia corroso extremamente pobre.

    O Magnsio ocupa a posio andica mais elevada na srie galvnica, e,

    como tal, h sempre o forte potencial de corroso, como mostrado no exemplo da

    figura 1.

    Figura 1: Pea de magnsio corroda severamente. [1]

    No entanto, alguma das ligas mais recentes tem uma resistncia

    corroso muito melhor do que as ligas mais antigas. Como mostrado na figura 2

    alguns dos novos elementos de ligas apresentam uma resistncia equivalente aos

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    alumnios fundidos. As ligas de magnsio tem muito boa capacidade de

    amortecimento e fundidas tm encontrado aplicao em ambientes de alta

    vibrao, tais como caixas de engrenagens de helicptero.

    Figura 2: Comparao de corroso Ligas de fundio de Magnsio e Alumnio. [1]

    2-Histrico e Propriedades do Magnsio

    O Magnsio o metal mais leve usado e produzido em escala comercial (ltio

    e sdio so extremamente reativos para terem usos na forma reduzida, e o

    berlio extremamente txico) [2]. Embora no seja to abundante na crosta

    terrestre como o alumnio, ainda assim o oitavo elemento mais abundante,

    correspondendo a 2% em massa da composio da crosta.

    Na natureza, este metal alcalino terroso nunca encontrado na forma

    metlica, somente na forma de compostos como carbonatos, silicatos, sulfatos,

    cloretos, etc. Pode ser encontrado em mais de 60 minrios diferentes, sendo que

    os de importncia comercial so: Magnesita, Dolomita, Carnalita, Brucita, Olivina,

    Talco e Serpentina. Outra importante fonte de magnsio a gua do mar, na qual

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    o magnsio o terceiro elemento mais abundante, somente ficando atrs do cloro

    e do sdio [3].

    um metal que possui diversas propriedades interessantes, sendo que a

    sua baixa densidade de 1,738 g/cm (ainda menor que a do alumnio) se destaca

    entre elas, como mostrado no grfico 1. Na temperatura de fuso a densidade

    diminui ainda mais, passando para 1,65 g/cm.

    Grfico 1: Relao entre a densidade e resistncia de metais e polmeros. [6]

    Possui pontos de fuso e de ebulio relativamente baixos, alto coeficiente

    de expanso trmica e mdulo de elasticidade relativamente baixo, conforme

    apresentado na tabela 1.

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    Tabela 1: Propriedades do magnsio. [3]

    possvel analisar essas propriedades pensando-se nas vantagens e

    desvantagens do magnsio como um material estrutural [4].

    Entre as vantagens pode-se citar: (1) baixa densidade, (2) excelentes

    caractersticas amortecedoras, (3) elevada resistncia fadiga, (4) ser

    paramagntico (no magnetizvel) e (5) no dar origem a fascas [4].

    As principais desvantagens so: (1) mdulo de elasticidade relativamente

    baixo (grfico 2), (2) alto coeficiente de expanso trmica, (3) relativa

    resistncia corroso, (4) emprego impraticvel acima de 200C e (5)

    susceptibilidade corroso sob tenso [4].

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    Grfico 2: Relao entre a densidade e o mdulo de elasticidade para metais e

    polmeros.[6]

    Pode-se analisar, portanto, que como um material de engenharia, o

    magnsio puro, assim como a maioria dos outros metais, no possui muitas

    aplicaes [2; 4]. preciso se recorrer a ligas para melhorar as propriedades do

    metal. A adio de determinados elementos ao magnsio permite um aumento da

    resistncia mecnica e da resistncia corroso, alm de facilitar sua produo. O

    magnsio forma liga com a maior parte dos metais comuns, sendo que as mais

    importantes comercialmente so com alumnio, zinco e mangans [2].

    A evoluo histrica do magnsio em sua forma metlica est

    intimamente ligada s duas guerras mundiais. O magnsio foi isolado em 1808 por

    Sir Humphry Davy, em 1828 o cientista francs Bussy reduziu cloreto de magnsio

    anidro com potssio; em 1833 Faraday realizou a primeira eletrlise de cloreto de

    magnsio fundido para produo de magnsio metlico. A obteno do magnsio

    era cara, o que dificultava sua produo em larga escala.

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    No entanto, a Alemanha j se destacava