TECMATII - Aluminio e suas ligas

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Tecnologia dos Materiais 
em Engenharia Mecânica II 
Prof. Temístocles S. Luz 
Alumínio 
 Descoberto na 1ª década do século XIX. 
 Isolado em 1825. 
 Industrialmente viável em 1886. 
 O método de extração foi desenvolvido por 
Paul Heroult na França e Charles M. Hall 
nos EUA. Método utilizado até hoje. 
Alumínio 
 Devido a sua reatividade, não é encontrado 
no estado metálico, sendo encontrado sob 
diferentes formas de minério 
 O mais comum e prolífico é a Bauxita 
Alumínio 
 O processo consiste de dois estágios 
 Separação do óxido de alumínio (Al2O3) do minério. 
 Redução da alumina entre 950ºC e 1000ºC em criolita 
(Na3AlF6). 
 Consegue-se alumínio com 5% a 10% de 
impurezas (Si e Fe) 
 O refino se dá por um processo eletrolítico ou por 
uma técnica de fusão, atingindo purezas na ordem 
de 99,9% 
Alumínio 
 Ao final do século XX uma grande porção de Al 
foi conseguido pela reciclagem chegando a 2 
milhões de toneladas por ano só na Europa. 
 O metal puro é relativamente fraco, sendo 
raramente utilizado. 
 Utiliza-se de alguns elementos de liga para 
aumentar sua resistência (Cu, Mn, Mg, Si e Zn) 
Alumínio 
 A primeira liga (Al-cu) produzida por volta 
de 1910. Foi observado o fenômeno de 
envelhecimento (endurecimento por 
precipitação), utilizando-a na industria 
aeronáutica. 
 Seu uso teve auge na Segunda Guerra 
Mundial na estrutura das aeronaves sendo 
desenvolvidos os processos MIG e TIG 
Alumínio 
Alumínio 
Alumínio 
Características do Alumínio 
 A diferença entre seu ponto de fusão e de 
seu óxido 
 Pf óxido 2060ºC – 1400ºC mais elevado que o 
metal 
 Aço, o Pf do óxido é menor que o metal 
 Camada de óxido se forma rapidamente, 
dispensando em alguns caso proteção. 
Características do Alumínio 
 Pode ser aumentada a resistência à corrosão 
com a anodização 
 O coeficiente de expansão térmica é duas 
vezes maior que no aço (maior distorção) 
 Condutividade elétrica seis vezes maior que no 
aço 
 Com relação à fusão localizada, precisa-se de 
maior energia 
Características do Alumínio 
 O calor específico do alumínio (a 
quantidade de calor necessária para aquecer 
uma substância) é duas vezes maior que no 
aço 
 Condutividade elétrica é ¾ da do cobre e 
seis vezes maior que o aço 
 Não muda de cor quando aquecido diferente 
do aço. 
Características do Alumínio 
 Paramagnético 
 Módulo de elasticidade três vezes menor 
que o aço (pode absorver mais energia) 
 Não sofre fragilidade pois é uma material 
CFC 
 Não transformável (sem forma alotrópicas) 
Produtos 
 Pode ser laminado ou fundido 
 Os laminados podem ser a quente ou a frio 
 Placas, barras, arames 
 Boa trabalhabilidade 
 Pode ser extrudado em complexas formas 
 Os fundidos geralmente necessitam de Si 
(maior fluidez) 
Tipos de Alumínio 
Tipo Produto Aplicação 
Puro Folhas, placas, materiais extrudados 
Embalagens, tanques para 
baixa corrosão 
2000 (Al-Cu) Laminados (placas e chapas), forjados 
Pistões autometivos, 
estrutura aeroespacial 
3000 (Al-Mn) Laminados (placas e chapas), forjados 
Equipamentos para industria 
alimentícia 
4000 (Al-Si) Arames e fundidos Metais de adição (solda), arquitetura 
5000 (Al-Mg) Laminados, forjados, canos e tubos 
Cladadas, estruturas de 
navios, veículos 
6000 (Al-Si-Mg) Laminados, forjados, canos e tubos 
Elementos de alta 
resistência, aplicações 
marítimas 
7000 (Al-Mg-Zn) Laminados, extrudados e forjados 
Uso militar, algumas partes 
de aeronave 
União de alumínio 
União de alumínio 
Mecanismos de endurecimento 
 Trabalho a Frio 
 Envelhecimento 
Tamanho de grão 
Trabalho a frio 
Envelhecimento Artificial 
 É um tratamento térmico de endurecimento 
por dispersão especial. 
 Solubilização, têmpera, e envelhecimento 
 Formação de um precipitado coerente - Zonas 
de Guinier-Preston (Zonas GP) 
 Também conhecido como endurecimento 
por precipitação. 
Envelhecimento Artificial 
Envelhecimento Artificial 
Coerente Incoerente 
Precipitação (envelhecimento) 
Propriedades mecânicas 
Problemas na união 
Problemas na união 
Problemas na união 
Problemas na união 
Problemas na união 
Problemas na união 
Problemas na união 
Efeito dos elementos de liga 
 Magnésio 
 Aumenta a resistência através de solução sólida 
 Manganês 
 Aumenta a resistência através de solução sólida 
 Cobre 
 Promove satisfatório aumento da resistência mecânica 
através da precipitação 
 Reduz a resistência a corrosão, a ductilidade e 
soldagem 
Efeito dos elementos de liga 
 Zinco 
 Aumenta resistência mecânica através da 
precipitação 
 Pode causar corrosão sob tensão 
 Ferro 
 Aumenta a resistência do alumínio puro, 
geralmente é resíduo (impureza) 
Efeito dos elementos de liga 
 Cromo 
 Aumenta a resistência à corrosão 
 Níquel 
 Promove resistência a altas temperaturas 
 Titânio 
 Utilizado como elemento refinador de grão, 
particularmente utilizado em metais de adição. 
Efeito dos elementos de liga 
 Zircônio 
 Utilizado como elemento refinador de grão, 
particularmente utilizado em metais de adição. 
 Lítio 
 Aumenta o módulo de elasticidade e a 
resistência mecânica 
 Diminui a densidade 
Efeito dos elementos de liga 
 Escândio 
 Aumenta a resistência por envelhecimento 
 Elemento refinador de grão particularmente em 
metal de solda 
Nomeclaturas 
 No sistema europeu 
 AB denota lingotes para a refusão 
 AC denota produto fundido 
 AW produto laminado ou forjado 
Nomeclaturas 
  Para as ligas AW utiliza-se 4 dígitos para identificar a liga 
  O primeiro dígito indica o elemento de liga principal (1 a 9) 
•  AW 1XXX – Alumínio comercialmente puro. 
•  AW 2XXX – Al – Cu. 
•  AW 3XXX – Al – Mn 
•  AW 4XXX – Al – Si 
•  AW 5XXX – Al – Mg 
•  AW 6XXX – Al – Mg – Si 
•  AW 7XXX – Al – Zn – Mg 
•  AW 8XXX – outros elementos como o lítio, ferro. 
•  AW 9XXX – Grupo sem desgnação. 
Nomeclatura 
  Exceto no caso do alumínio comercialmente puro, os três 
últimos dígitos são basicamente arbitrário, utilizado para 
identificação específica da liga. 
  No caso da liga pura, os dois últimos dígitos indicam a 
percentagem mínima de alumínio na liga 
  AW-1098- 99.98% Al 
  AW-1090-99.90% Al. 
  O segundo dígito indica o grau de controle de impurezas 
  O zero indica impurezas naturais limites 
  Entre 1 e 9 um controle especial de uma ou mais impureza 
individual ou elemento de liga. 
Ligas - resumo 
Strain-hardening alloys 
1050, 1060 Equipamentos químicos, tanques 
1100 Panelas, painéis decorativos 
1200 Folhas de alumínio para uso domestico e embalagem 
8006 Aletas 
3003, 3004 Equipamentos químicos, tanques de estocagem, recipientes para bebidas, Trocador de calor 
5005, 5050, 5052, 
5657 
Ornamento para automóveis, Arquitetural 
5085, 5086 Estruturas marinhas, Tanques de estocagem, maçanetas para carro 
5454, 5456 Vasos de pressão, armações, rodas de carro, partes do chassi 
5182, 5356 Tanques criogênicos, recipientes para bebidas, painéis automotivos 
Ligas - resumo 
Heat-treatable alloys 
2219 Altas temperaturas (e.g. supersonic aircraft) 
2014, 2024 Carcaça de aeronaves, chapas para automóvel 
6005, 6009, 6010, 
6016, 6061, 6063, 
6082, 6351 
Estruturas marinhas, para-choques, chapas 
para automóvel, bombas 
7003, 7004, 7005, 
7019, 7010 Mísseis, uso militar, Bombas 
7075, 7079, 7050, 
7010, 7150 Carcaça de aeronaves, base de ferramentas 
Ligas em uma aeronave 
Designações de tratamentos 
 As propriedades mecânicas são alteradas 
não só pelos elementos químicos mas 
também pela sua condição. 
  Recozido 
  Trabalhado a frio 
  Envelhecido 
Designações de tratamentos 
 Antes de qualquer processo de fabricação é 
de suma importância ser definido o estado 
em que o material se encontra. 
  O European Committee for Standardisation 
(CEN) desenvolveu sufixos que identificam 
em que estado se encontra tal material 
Designações 
 As designações básicas 
  F – como fabricada 
•  Aplicado para produtos onde o envelhecimento ou 
trabalho a frio nãosão controlados 
  O – recozida 
•  Aplicado para produtos recozidos para atingir baixa 
resistência – pode ser acompanhado de um sufixo 
que identifica o tratamento térmico 
Designações 
 As designações básicas 
  H – trabalhado a frio 
•  A letra H é sempre seguida de dois números que identificam a 
quantidade de deformação sofrida pelo material e qual 
tratamento térmico 
  W – solubilizada 
•  Aplicado para ligas envelhecidas a temperatura ambiente 
  T – termicamente tratada 
•  Aplicado em ligas que são tratadas termicamente para se 
conseguir um estado envelhecido 
Designações 
 Outras designações 
  H1 – endurecido por deformação apenas 
  H2 – endurecido por deformação e 
parcialmente recozido 
  H3 – endurecido por deformação e estabilizado 
 H4 – endurecido por deformação e pintado 
Designações 
 Outras designações 
 T1 – Resfriado até uma baixa temperatura, 
conformado e envelhecido naturalmente. 
 T2 – Resfriado até uma baixa temperatura, 
conformado, trabalhado a frio e envelhecido 
naturalmente 
 T3 – Solubilizado, trabalhado a frio e 
envelhecido naturalmente. 
 T4 – Solubilizado e envelhecido naturalmente. 
Designações 
 Outras designações 
 T5 – Resfriado até uma baixa temperatura, conformado 
e envelhecido artificialmente. 
 T6 – Resfriado até uma baixa temperatura e 
envelhecido artificialmente 
 T7 – Solubilizado e super-envelhecido ou estabilizado. 
 T8 – Solubilizado, trabalhado a frio envelhecido 
artificialmente. 
 T9 – Solubilizado, envelhecido artificialmente e 
trabalhado a frio.