Ligas de Alumínio

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Alumínio e suas ligas
Materiais de Construção 
Mecânica II
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Alumínio e suas Ligas
Alumínio e Ligas de Alumínio
O Alumínio é um metal leve, macio e resistente, muito maleável e dúctil, apto para a
mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e
durabilidade devido à camada protetora de óxido (Al2O3). Por ser um bom condutor de
calor, é muito utilizado em utensílios de cozinha.
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Vantagens
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ALUMÍNIO
- PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS
 Ponto de Fusão: 660 C
 Sistema cristalino: CFC
Densidade
Al= 2,7 g/cm3
Cu= 8.9 g/cm3 
Aço= 7.9 g/cm3 
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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)
Gráfico comparativo da densidade de alguns metais
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A GRANDE VANTAGEM DO ALUMÍNIO É O BAIXO PESO ESPECÍFICO (peso por unidade de volume)
Al PURO RECOZIDO
limite de resistência à tração: ~48 MPa (4,9 kgf/mm²) (250 – 700 Mpa)
limite de escoamento: ~ 12,7 MPa (1,3 kgf/mm²) (180-550 Mpa)
Deformação máxima: 35%
ELEMENTOS DE LIGA, TRABALHO A FRIO E TRATAMENTO TÉRMICO, AUMENTAM A RESISTÊNCIA À 
TRAÇÃO
Propriedades Físicas e Mecânicas
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Propriedades Físicas e Mecânicas
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
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Obtenção do Alumínio
O processo químico denominado Bayer é o mais utilizado na indústria do alumínio. 
A alumina é
dissolvida em soda
cáustica.
Filtragem (separação de
todo material sólido) Cristalização da alumina
Cristais secados e
calcinados. Pó branco
enviado à Redução para
obtenção de alumínio.
Redução pelo processo
Hall-Heroult
Insumos para a produção de 1 t de alumínio primário
Alumina 1930 kg
Energia Elétrica 14 a 16,5 kWh
Criloita 12 kg
Fluoreto de alumínio 20 a 30 kg
Coque de petróleo 0,4 a 0,5 kg
Piche 0,1 a 0,15 kg
Extração
da Bauxita
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Alumínio e Ligas de Alumínio
• O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre.
• Possui reduzida densidade (2,7 kg/dm3), apenas suplantada pelo Magnésio e Berílio.
• Possui boa ductilidade, boa condutividade térmica e elétrica.
• Excelente resistência à corrosão, conferida pela camada protetora de óxido (Al2O3).
• Processamento ainda caro, mas fácil reciclagem.
• Potencial para atingir resistência mecânica similar a alguns aços.
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Ligas de Alumínio
• Série 1xxx – Alumínio comercialmente puro (≥99%);
• Excelente resistência à corrosão e condutividade térmica.
• Série 2xxx – Al-Cu (Mg, Li);
• Menor resistência à corrosão; Possibilidade incremento de tensão-limite de elasticidade
por tratamentos térmicos.
• Série 3xxx – Al-Mn (Mg);
• Limite de adição de Mn é 1.5%. Mantém a sensibilidade positiva à velocidade de
deformação.
• Série 4xxx – Al-Si;
• Até 12% Si baixa o ponto de fusão; Usado como fio de solda ou material de adição em
brasagem.
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• Série 5xxx – Al-Mg;
• Incremento de resistência por solução sólida; Excelente resistência à corrosão em
ambientes marítimos; Excelente soldabilidade.
• Série 6xxx – Al-Mg-Si;
• Boa conformabilidade; Boa resistência à corrosão; Resistência média.
• Série 7xxx – Al-Zn (Cu, Mg, Cr, Zr);
• Ligas com a maior resistência; Utilização maioritariamente na indústria aeronáutica.
• Série 8xxx – Al- (Sn, Li, Fe, Cu, Mg)
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Ligas de Alumínio
Aplicações
· Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica.
· Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica).
· Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral.
· Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem.
· Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de barcos.
· Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico.
· Liga 7xxx: Componentes estruturais de aeronaves e outras aplicações que necessitam de elevados requisitos de 
resistência.
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Tratamentos térmicos (ligas tratáveis)
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Tratamentos térmicos (ligas tratáveis)
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Tratamentos térmicos (ligas tratáveis)
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Tratamentos térmicos (ligas tratáveis)
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Aplicações
• Folha de alumínio;
• Pelas suas propriedades de estanquidade à
luz e líquidos, mesmo no caso de espessuras
muito pequenas.
• Embalagens;
• Excelentes propriedades de isolamento. Não
reativo para com o conteúdo. Leve e
resistente.
• Construção
• Como material de revestimento, como perfis
para janelas.
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Aplicações
Transportes
Indústria automóvel
Painéis interiores e exteriores, com potencial redução
de peso e emissões poluentes. Peças de fundição.
Indústria aeronáutica
Estrutura e painéis
Trens
Estrutura e revestimentos.
Barcos
Casco e revestimentos.
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Processamento
• Fundição
• Areia;
• Alumínio e Ligas de Alumínio
• Fundição injetada
• Laminação
• Estampagem
• Extrusão
• Forjamento
• Corte
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Formas de melhorar as propriedades mecânicas do 
Alumínio
• Endurecimento por deformação plástica a frio;
• Redução do tamanho de grão;
• Incorporação de elementos de liga de forma subtitucional ou intersticional;
• Tratamentos térmicos
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Endurecimento por Deformação Plástica
Eleva-se a resistência mecânica e a dureza de um metal dúctil com o processo de
deformação plástica em temperaturas inferiores a 30% do seu ponto de fusão, no caso
do alumínio abaixo de 460°C
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Endurecimento por Deformação Plástica
• Também chamado de ENCRUAMENTO.
• Interação entre as linhas de discordância diminuem as mobilidades
dos defeitos, ocasionando um embarreiramento, ou seja,
encruamento.
• Grande número de discordâncias (ordem de 1011discordâncias/𝑐𝑚2)
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Endurecimento por Redução do Tamanho do Grão
• Similar com o processo mencionado anteriormente, porém o processo será feito a
quente.
• No trabalho a quente, o material é deformado plasticamente e recristalizado de
forma simultânea.
• Elevação das discordâncias e imperfeições nas regiões de contorno de grão.• Implicitamente, materiais com grãos mais finos são mais resistentes do que com
grãos mais grossos
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Endurecimento por Redução do Tamanho do Grão
• O tamanho do grão pode ser controlado pela indústria através da taxa de
resfriamento da solidificação a partir da sua fase líquida.
• Maior a retirada de calor, mais fino serão os grãos, pois eles não terão tempo
suficiente para se propagarem
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Incorporação de elementos de liga
Impurezas distorcem o retículo cristalino, logo promovem barreiras para
deslocamento de discordâncias
Os dois tipos de incorporações podem ocorrer:
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Incorporação de elementos de liga
• Presença destes elementos elevam a tensão na rede cristalina.
• Via de regra, átomos intersticiais geram um efeito endurecedor maior
do que os substitucionais.
• Ex:
• Instersticiais – C em Fe (Aço)
• Substitucionais – Ni em Cu
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Tratamentos térmicos
• Solubilização por solução sólida supersaturada
• Endurecimento por precipitação (Envelhecimento).
• Alivio de tensão - Normalização
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Solubilização por solução sólida
supersaturada
Aquecimento da liga em uma
temperatura dentro do campo
monofásico (ALFA), em seguida ocorre
um processo de têmpera, ou seja,
resfriamento rápido para manter a liga
no estado monofásico.
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Envelhecimento por precipitação
• O endurecimento por precipitação ocorre quando partículas finamente dispersas
de uma segunda fase precipitam no interior da matriz da fase principal, através de
tratamentos térmicos adequados.
• Solubilização seguida de têmpera, depois tratamento de precipitação
(envelhecimento)
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Envelhecimento por precipitação
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Envelhecimento por precipitação
• O processo de envelhecimento requer longos períodos de tempo.
• Este tratamento eleva a dureza pois as partículas secundárias trabalham
como uma forma de rede dificultadora da propagação das discordâncias.
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Superenvelhecimento
• O superenvelhecimento é caracterizado pela redução da resistência mecânica
com o tempo de envelhecimento. Quando o tempo de envelhecimento é
superior ao ponto de resistência máxima, os precipitados coerentes de fase θ
aumentam de tamanho e tornam-se incoerentes, diminuindo a resistência
mecânica
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Normalização
Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da zona crítica, seguindo
de resfriamento no ar.
Geralmente aplicada após processos de laminação ou em peças forjadas, visando a
uniformização da estrutura cristalina evitando assim empenamentos e tensões
concentradas