Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Magnésio e suas ligas Discentes: Fábio Buzzati Prof. Dr. Ruham Pablo Reis Jorge Augusto Olívio Neto Pedro Paulo Saulo César 1 Histórico O nome é originário de Magnésia, que em grego designava uma região da Tessália. Em 1618, um fazendeiro em Epsom na Inglaterra tentou dar água de um poço dali às suas vacas. As mesmas recusaram pois a água apresentava um gosto amargo, mas o fazendeiro notou que a água parecia curar arranhões e irritações da pele. A substancia se tornou conhecida como Os Sais de Epsom e ficou famosa. Após muito tempo, ela foi reconhecida como sulfato de magnésio hidratado, MgSO4·7H2O. Em 1808 Sir Humphry Davy obteve o metal puro mediante a eletrólise de uma mistura de magnésia e HgO (óxido de mercúrio). É um metal cinza-prateado que é principalmente usado como elemento de liga para o alumínio, zinco e outras ligas não-ferrosas. O magnésio PURO é dúctil e o mais usinável de todos os metais. Sir Humphry Davy 2 Onde é encontrado? O Magnésio é o oitavo elemento mais abundante em massa na crosta terrestre e o sétimo elemento mais abundante (empatado com o Ferro) em termos de molaridade. É encontrado em grandes depósitos de magnesita, dolomita, em outros minerais e também na água, onde seu íon é solúvel. Embora o Magnésio seja encontrado em mais de 60 minerais, apenas a dolomita, magnesita, brucita, carnallita, talco e olivina são de relevante importância comercial. 3 Onde é encontrado? O cátion Mg2+ é o segundo mais abundante na água do mar, o que torna a água do mar e o sal marinho uma fonte comercial atrativa de Magnésio. Para a extração do metal, o hidróxido de cálcio é adicionado para formar precipitados de hidróxido de magnésio. MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 O hidróxido de magnésio (brucita) é insolúvel em água, dessa maneira é filtrado e reagido com ácido clorídrico para obter cloreto de magnésio concentrado. Mg(OH) 2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O A partir do cloreto de magnésio, o elemento puro é separado por eletrólise. 4 Características gerais O magnésio é o mais leve dos metais estruturais O uso de magnésio concentra-se basicamente em três propriedades deste metal: - a sua tendência à formação de compostos intermetálicos com outros metais; - a sua alta reatividade; - a sua baixa densidade. 5 Propriedades do magnésio puro Número atômico 12 Massa atômica 24.31 Cor Cinza prateado Densidade 1.738 g/cm-3 a 20ºC Ponto de fusão 650ºC Ponto de ebulição 1103ºC Estrutura cristalina HCP Calor de combustão 25020 kJ*kg-1 Temperatura da chama ~2800ºC Calor de fusão 368 kJ*kg-1 Calor de vaporização 5272 kJ*kg-1 Calor específico 1025 J*K-1 a 20ºC Pressão de vapor 360 Pa a 650º Estado de valência Mg2+ Viscosidade 1.25 6 Ligas de Magnésio Características resistência mecânica módulo de elasticidade densidade ( 1,7 g/cm3 ) Al (2,73 g/cm3) relação resistência/densidade condutibilidades elétrica e térmica absorção às vibrações elásticas ponto de fusão (650° C) usinabilidade resistência à corrosão resistência à fadiga resistência ao impacto baixo custo 7 Elementos de liga Induzir endurecimento por solução sólida Melhorar propriedades de resistência à fluência Promover endurecimento por precipitação Melhorar a fundibilidade 8 Elementos de liga Uma característica importante das ligas de magnésio é a sensibilidade à corrosão causada pela presença de determinados elementos em certos níveis. Isso se deve à formação de fases indesejáveis, ou à formação de pares galvânicos com elementos com potencial de oxidação muito diferente, como ferro, níquel, cobalto e cobre 9 Elementos de liga Elementos como o manganês e o zircônio são adicionados às ligas de magnésio com o objetivo de ajudar à remoção desses elementos indesejáveis, como o ferro, por exemplo. Esses elementos intencionalmente adicionados levam à precipitação do ferro e de outros elementos indesejáveis, que assim podem ser mais facilmente removidos. 10 Ligas Magnésio-Alumínio-Zinco Mais conhecida e utilizada: AZ92A 9% Al 2% Zn O aumento do teor de alumínio leva ao aumento da resistência mecânica, porém em níveis da ordem de 5 %, ou acima deste teor, a ductilidade fica seriamente prejudicada. A adição de 2 % de zinco aumenta a tensão limite de escoamento de uma liga Mg-9Al em cerca de 15%, porém a tensão limite de resistência à tração diminui e o alongamento (ductilidade) não é afetado, embora seja baixo para qualquer teor de zinco. 11 Liga Mg-5.4 Al-3.0 Zn-2.0 Y Ítrio -> Endurecedor por solução sólida forma precipitados estáveis aumenta a ductilidade melhora a resistência à corrosão 12 Ligas comuns Endurecidas por precipitação Mg-9,6Al – 20% Mg-8,7Y (Ítrio) - 20% Mg-5Zn - 70% Mg-Pb Mg-Sn 13 Comparação Embora as ligas de magnésio possuam resistência ao escoamento inferior às de outras ligas, como ligas de alumínio, de titânio, aços inoxidáveis austeníticos e aços de alta resistência mecânica e baixa liga, sua razão resistência/peso é comparável às das ligas alumínio e de titânio, e muito superior às dos dois tipos de aços mencionados. 14 Classificação ASTM (American Society of Testing and Materials) Dividida em três partes. 15 Classificação ASTM Primeira Parte (elementos de liga) : Segunda Parte: Indica a quantidade dos dois principais elementos de liga A : Alumínio B : Bismuto C : Cobre D : Cádmio E : Terras raras F : Ferro G : Magnésio H : Tório K : Zircônio L : Lítio M : Manganês N : Níquel P : Chumbo Q : Prata R : Cromo S : Silício T : Estanho W : Ítrio Y : Antimônio Z : Zinco 16 Classificação ASTM Terceira Parte: Distingue ligas com o mesmo teor de elementos de liga · A : primeira liga registrada na ASTM · B : segunda liga registrada na ASTM · C : terceira liga registrada na ASTM · D : liga de alta pureza · E : liga de alta resistência à corrosão · X1: liga não registrada na ASTM 17 Quarta Parte: Indica condição do tratamento térmico ou mecânico · F : não tratado · O : recozido · H10 e H11 : levemente encruado · H23, H24 e H26 : encruado e parcialmente recozido · T4 : tratamento térmico de solubilização · T5 : envelhecido artificialmente · T6 : tratamento térmico de solubilização e envelhecido artificialmente · T8 : tratamento térmico de solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente Classificação ASTM 18 Exemplo Liga AZ91A-T6 AZ : significa que o alumínio e o zinco são os dois principais elementos de liga 91 : indica os percentuais de alumínio (9%) e zinco (1%) presentes na liga A : indica que esta liga foi a primeira a ser registrada na ASTM com estas quantidades de alumínio e zinco T6 : indica que a liga sofreu tratamento térmico de solubilização e foi envelhecida artificialmente 19 Tratamentos Térmicos As ligas de magnésio são tratadas termicamente de modo a permitirem um melhoramento das propriedades das peças em bruto vazamento.Os tratamentos térmicos efectuados vão alterar as propriedades do material, tais como ductilidade, resistência à tracção, dureza, etc.Um dos grandes objetivos dos tratamentos térmicos é a redução da dilatação das peças quando submetidas a elevadas temperaturas de serviço Os tratamentos térmicos e termomecânicos são divididos em sub-categorias,as quais es~tao presente no gráfico: 20 Tabela das denominações de ligas de magnésio. 21 Tratamento Térmico de Envelhecimento -T5 Este tratamento origina um aumento do limitede escoamento e Este tratamento origina um aumento do limite de escoamento e da dureza (120 a 230ºC). Térmico de solubilização seguido de um Envelhecimento-T6 Neste tratamento há um aumento considerável do limite de escoamento e da dureza, no entanto diminui a resistência ao impacto e a ductilidade. 22 Tratamento Térmico de Solubilização-W Este tratamento provoca um aumento da resistência à tração, da ductilidade e da resistência ao impacto mas diminui a dureza e o limite de escoamento ( 340 a 565ºC). Tratamento Térmico de Solubilização seguido de Estabilização-T7 Este tratamento tem como principal objetivo a obtenção do máximo alívio de tensões e da mínima dilatação que as peças apresentam, quando sujeitas a elevadas temperaturas. 23 Aplicações das ligas de Magnésio 24 Motivos de utilização dessas ligas: Baixa densidade. Boa resistência mecânica. Baixo custo. Fácil usinabilidade (baixo esforço de corte). Boa resistência a fadiga. 25 Utilização em motores Empregado na fabricação de narizes de motores de baixa potência com acionamento direto. Levemente utilizado em difusores. 26 Motor Pratt & Whitney R4360 Cárter era construído de 10 seções, 5 de potência em Alumínio forjado e as 2 dianteiras juntamente com as 3 traseiras de em liga de magnésio. 27 Fuselagem Utilizado em fuselagens semi-monocoque. Fuselagem do avião B-52: Folha de 635 Kg, 90 Kg de Extrusões, 200 Kg de liga fundida. 28 Aplicação na fabricação de spoilers As ligas de magnésio são altamente empregadas na fabricação de spoilers devido ao seu baixo peso e a reduzida velocidade de operação dessas peças. 29 Aplicações militares Essas ligas são utilizadas em mísseis como exemplo o Unha-3 (Míssil Coreano lançado em 12/12/2012) cujo container era composto em parte por ligas de Magnésio para armazenamento de oxidantes (1º estágio de propulsão). 30 Outras aplicações Ligas utilizadas em naceles (zonas de baixa temperatura), estruturas do reversor de fluxo em aviões, revestimento de estabilizadores, caixa de engrenagens, trens de pouso de algumas aeronaves. 31 Propriedades Ligas de magnésio 32 CONFORMAÇÃO Baixa ductibilidade Possuem resistência ao escoamento inferior às de outras ligas, como ligas de alumínio, de titânio, aços inoxidáveis austeníticos e aços de alta resistência mecânica e baixa liga, sua razão resistência/peso é comparável às das ligas alumínio e de titânio, e muito superior às dos dois tipos de aços mencionados. A matriz de magnésio apresenta estrutura cristalina hexagonal compacta (HCP), possuindo, portanto, apenas três sistemas de deslizamento Operações de conformação, como, por exemplo, a extrusão e a laminação, apresentam um componente de compressão significativo, permitindo o uso desses processos em baixas temperaturas para a fabricação de componentes à base de ligas de magnésio. 33 SOLDAGEM A maioria das ligas de magnésio podem ser soldadas pelos processos TIG e MIG, porém a soldabilidade destas ligas varia muito, desde ligas com baixa soldabilidade até ligas com excelente soldabilidade O critério de boa soldabilidade baseia-se na baixa propensão ao surgimento de trincas e na eficiência da junção obtida, a qual pode variar de 60 a 100 % no caso das ligas magnésio. Nas ligas Mg-Al-Zn, teores de alumínio de até 10 % favorecem a soldabilidade, ao contribuir para o refino dos grãos, enquanto teores de zinco superiores a 1 % aumentam a propensão à ocorrência de trincas a quente, que podem surgir na solda. Ligas com altos teores de zinco, como, por exemplo, ZH62A, ZK51A, ZK60A e ZK61A, são altamente suscetíveis ao trincamento e, portanto, apresentam baixa soldabilidade. 34 Ligas que contêm tório, como, por exemplo, HK31A, HM21A e HM31A, apresentam excelente soldabilidade no caso de soldagem a arco. Apenas gases inertes devem ser usados como proteção na soldagem de ligas de magnésio. Soldagem TIG: é um processo mais usado para soldar ligas de magnésio do que o processo MIG, sendo indicado para soldar peças com pequena espessura. Permite melhor controle do aporte térmico e da poça de fusão do que o processo MIG Tratamento térmico pós-soldagem: peças fundidas de liga de magnésio são frequentemente tratadas novamente após a soldagem. 35 USINAGEM Possui menor energia específica de corte entre as ligas metálicas 36 Bom acabamento superficial devido ao seu baixo módulo de elasticidade As ligas de magnésio são usinadas sem a utilização de lubrificantes. São usinadas a frio devido sua alta capacidade de dissipação de calor Elas podem ser usinadas com presença de fluidos como óleo para facilitar a retirada de cavacos e aumentar o tempo de vida da ferramenta de corte. 37 Referencias bibliográficas InfoMet - Informações britadas, fundidas e laminadas - Metais & Ligas infomet.com.br "Abundance and form of the most abundant elements in Earth’s continental crust" (PDF). ChemTrend – Ligas metálicas de magnésio http://www.chemtrend.com/pt-br/por_material/ligas_e_metais/magnesio 38
Compartilhar