Aula_13_-_Diagrama_Al-Cu_Al-Zn_Al-Li_Ti-Al

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Aula XIII – Diagrama de fases Al-Cu, Al-Zn, Al-Li, Ti-Al
Prof. Dr. Rita Sales
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Ligas de Al, Mg e Ti. 
Propriedades e aplicações. 
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Ligas não Ferrosas
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O alumínio é um metal branco acinzentado maleável e dúctil, sendo um dos elementos metálicos mais abundantes na crosta terrestre. Pertence ao grupo 13 da tabela periódica. Não é encontrado livre na natureza, sempre na forma combinada.
A alumina (óxido de alumínio, Al2O3), encontrada em minérios, já era usada por Gregos e Romanos na medicina da época.
 Em 1787, Lavoisier suspeitou que esta substância era um óxido de um metal desconhecido. Seu nome foi proposto por Davy em 1807 como “Alumium”,  posteriormente trocado para “Aluminium” (alumínio).
 O metal alumínio foi isolado por Hans ChristianOersted em 1825, reagindo cloreto de alumínio (AlCl3) com amálgama de potássio (uma liga de potássio e mercúrio), o aquecimento do amálgama formado de alumínio e mercúrio com pressão reduzida, separa o mercúrio (com menor ponto de ebulição) do alumínio. 
Elemento Al
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ര Estrutura cristalina Cúbica de Faces Centradas (cfc)
ര Ponto de fusão 660ºC
ര Densidade 2,7 g/cm3 
ര Boa resistência à corrosão 
	(formação de uma camada protectora de Al2O3 de 1nm)
ര Principais adições de elementos de liga
	Cu, Mg, Si, Zn, Li, Ti
		→ Ligas binárias, ternárias e outras
		→ Formação de fases complexas
Elemento Al
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Classificação das ligas de Al
Ligas sem tratamento térmico (1)
	Pequeno endurecimento por distorção da rede (solução sólida)
Ligas com tratamento térmico (2)
Endurecimento por Precipitação (envelhecimento)
(1)		Ligas 1xxx 	(%Al > 99 + Fe + Si + 0,12%Cu)
		Ligas 3xxx	(Al + 1,2% Mn)
		Ligas 5xxx	(Al + Mg (até 5%) + Cr))
(2) 		Ligas 2xxx	(Al + 4.5%Cu)
		Ligas 6xxx	(Al + Mg + Si) Formação de Mg2Si
		Ligas 7xxx	(Al + Zn + Mg + Cu) Formação de MgZn2
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Microestrutura 
de equilíbrio
Arrefecimento de equilíbrio
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Microestrutura 
obtida por
 envelhecimento
Processo de envelhecimento
1 → 2 
Arrefecimento rápido => não existe precipitação de a
b está sobressaturado em A à T. ambiente
2 → 3 (Aquecimento) + manutenção => precipitação de a 
Microestrutura 
obtida por
 envelhecimento
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3- Envelhecimento
2- Têmpera
1- Solubilização
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Troço A-B 	Precipitação fina
Troço B-C	Crescimento dos precipitados + coalescência
			Perda de coerência com a matriz
				Sobre-envelhecimento
Precipitação coerente
(algumas dezenas de nm)
Envelhecimento
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Diagrama de Equilíbrio Al-Cu
Liga 2xxx	(Al + 4.5%Cu)
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Precipitados finos 
de Al2Cu 
Precipitados grosseiros
de Al2Cu (sobreenvelhecimento)
Liga 2xxx	(Al + 4.5%Cu)
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Liga 4xxx	(Al + 12%Si)
Si
Al
Mistura eutéctica
Liga para fundição (baixo ponto de fusão)
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Propriedades de Ligas de Alumínio
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Aplicações
 Material de construção civil - coberturas, janelas, portas, etc.;
- Bicicletas de competição desportiva;
- Fabrico de utensílios de cozinha;
 Transmissão eléctrica (apesar de ter apenas 60% da condutividade eléctrica do
 cobre - Cu, é mais leve e mais barato);
 Ligas de vital importância para indústria de transportes
 Foguetes e aviões modernos;
- Embalagens para alimentos, latas de bebida, papéis decorativos e brinquedos.
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O magnésio pertence ao grupo dos metais alcalinos, grupo 2 da tabela periódica; é um metal prateado, apresentando brilho no seu estado natural. 
Em contato com o ar, apresenta-se levemente acinzentado, devido a formação de uma camada fina de óxido de magnésio (MgO), na sua superfície metálica.
 Foi descoberto e reconhecido como elemento em 1755, na Escócia. Em 1808, Sir Humphrey Davy isolou-o aquecendo o amálgama formado na electrólise da mistura de óxido de magnésio ( MgO) e óxido de mercúrio (HgO). Em 1812, Sir Davy deu-lhe o nome magnésio 
Elemento Mg
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ര Estrutura cristalina Hexagonal Compacta (HC)
ര Ponto de fusão 651ºC
ര Densidade 1,74 g/cm3 
ര Fraca resistência à corrosão 
ര Principais adições de elementos de liga
	Al, Mn, Zr,
		→ Ligas binárias, ternárias e outras
		→ Formação de fases complexas
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Características específicas das ligas de Mg
 Baixa massa volúmica que leva a uma elevada relação resistência à
 Tracção / massa volúmica (resistência específica).
 Condutividade térmica elevada por unidade de volume (utilização em
 cárteres de motores térmicos, moldes de injecção de materiais
 poliméricos).
 Capacidade de amortecimento elevada que leva a uma boa resistência
 ao choque.
 Grande estabilidade dimensional.
Caro, difícil de vazar (necessidades de atmosferas protectoras), resistência mecânica reduzida, baixa ductilidade à temperatura ambiente.
Incovenientes do Mg
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Classificação das ligas de Mg
- Ligas para trabalho mecânico
- Ligas para fundição
Designação: AZ31B – H24 (exemplo)
Primeira Parte:	(duas letras correspondentes aos principais elementos de liga) 
Segunda parte : 	Indica a quantidade dos dois principais elementos de liga
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 
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Exemplo: AZ31B – H24
3%Al; 1%Zn
1ª Liga a ser registada na ASTM
H24 – Laminado a frio e parcialmente recozido 
	até ao estado meio duro
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 
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Principais Ligas de Magnésio
Ligas Magnésio-Alumínio
Ligas com pelo menos 85% de Mg e adições de alumínio (até 10%), de zinco (<3%) e de manganês (<0,6%). São monofásicas d ou bifásicas d + g.
O alumínio melhora a colabilidade, o zinco a ductilidade e o manganês a resistência à corrosão. 
Ligas Magnésio-Manganês
São interessantes para as aplicações electroquímicas, tais como a protecção catódica dos aços.
Ligas Magnésio-Zircónio
São ligas de elevada resistência mecânica.
São usadas em peças foirjadas, estampadas ou perfiladas.
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Propriedades e aplicações das ligas de Mg
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Propriedades e aplicações das ligas de Mg
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Aplicações 
As ligas de magnésio são largamente utilizadas na indústria aeronáutica em componentes de motores, na fuselagem e em trens de aterragem, por exemplo.  Encontra aplicação, também, na indústria automobilística (caixas de engrenagem, rodas, colunas de direcção), indústria bélica (mísseis) e em alguns componentes electrónicos.
  
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O Titânio é um metal prateado, relativamente dúctil e resistente à corrosão. O titânio é um metal de transição e pertence ao grupo 4 da tabela periódica. Foi descoberto em 1791 por William Gregor, um padre inglês e químico amador. 
O nome titânio vem da mitologia grega "titans“ (filhos da terra). 
Ocorre na forma combinada em minérios (TiO2 - rutilo), não sendo encontrado livre na crosta terrestre. 
Elemento Ti
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Elemento Ti
 Estrutura HC (a) Estrutura CCC (b)
Al e O – 		Estabilizam a fase a (Ligas a)
V e Mo – 		Estabilizam a fase b (Ligas b)
Cr e Fe -		Estrutura bifásica à T. ambiente (Ligas a + b)
Fase alfa – HC – pouco dúctil
Fase beta – CCC – muito dúctil
Ligas tipo a: . Não aceitam tratamento térmico, mas a adição de cobre permite o tratamento de envelhecimento.
 Ligas tipo a-b: Ligas de média a alta resistência mecânica (600 a 1250 MPa). Podem ser tratadas mecânica e termicamente.
 Ligas tipo b: O trabalho a frio é mais fácil em relação às anteriores, podem
receber tratamento térmico para elevadas resistências e a resistência à corrosão é melhor que a do metal comercialmente puro.
883ºC
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Características específicas das ligas de Ti
-Resistência à corrosão superior à dos aços inoxidáveis
Boa resistência à fadiga
Boa resiliência
Baixa densidade (entre o alumínio e o aço) 
Elevada resistência mecânica à temperatura ambiente e a alta temperatura (T< 600ºC).
Utilização nas indústrias aeronáutica e aeroespacial 
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Classificação das ligas de Ti
Titânio não ligado: 	T35 		 T40 		 T60
Ligas de titânio: 	TAE5, TA8DV, Ti.10.2.3, TA6V, TA6V6E)
Ti-5Al-2,5Sn
Ti-8Al-1Mo-1V
Ti-10V-2Fe-3Al
Ti-6Al-4V
Ti-6Al-6V-2Sn
%O2 = 0,08
%O2 = 0,1
%O2 = 0,25
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Aplicações 
até 500ºC
Aplicações a altas temperaturas
g-TiAl, Ti3Al
Temperatura
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Propriedades e aplicações das ligas de Ti
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Aplicações 
Ligas especiais são principalmente usadas em:
- Aeronaves e mísseis
- Partes de navios que são expostas a água salgada;
- Implantes;
- Componentes de tintas (TiO2);
 Bicicletas de competição. 
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Diagrama Al-Cu
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Diagrama Al-Li
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Diagrama Al-Zn
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Diagrama Al-Ti
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Diagrama Cu-Ni
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Sites para consulta
http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/SGTE/SGTE_Figs.htm
http://www.infomet.com.br/diagramas-fases.php
http://www.calphad.com/titanium-aluminum.html
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