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Prof. Dr. Guilherme Ourique Verran
Ligas MAGNÉSIO
Disciplina: Fundição de Metais e suas ligas 
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	
TIPOS DE LIGAS DE MAGNÉSIO
APLICAÇÕES GERAIS	
FUSÃO DAS LIGAS E FUNDIBILIDADE
REFERÊNCIAS
3
1-Introdução
O Magnésio Mg é um dos metais mais leve da tabela periódica. 
Possui uma estrutura hexagonal similar a estrutura do Zinco Zn.
Baixa resistência à deformação, inadequadas para trabalhar em altas temperaturas;
4
Baixa resistência a corrosão; 
Atacado pela maioria dos ácidos, meios marinhos e soluções de cloreto de sódio;
O magnésio puro não é indicado para fundição devido suas baixas propriedades físicas;
Para enfrentar estes pontos fracos ocorre a adição elementos de liga.
1-Introdução
5
Os moldes podem ser produzidos em areia e cera perdida;
É possível trabalhar com molde permanente e fundição sob pressão para algumas ligas;
Magnésio tem temperatura de fusão 650ºC, boa condutibilidade 
elétrica e térmica, e absorção às vibrações;
1-Introdução
6
2-Tipos de Liga
“Principais ligações com alumínio, zinco e manganês”
Ligas com Al e Zn são mais comuns no mercado;
Ligas com Al e Mn são utilizadas apenas quando o intuito é obter alongamento, tenacidade e resistência a impacto.
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2.1- Classificação das Ligas
8
A – representa o alumínio, o elemento e maior quantidade;
Z – representa o zinco, o segundo elemento em quantidade;
9 – quantidade de alumínio em porcentagem, entre 8,6 e 9,4 %;
1 – quantidade de zinco, entre 0,6 e 1,4 %;
A – no final, indica que foi a primeira liga registrada da designação AZ91;
B e C – segunda e a terceira ligas que foram desenvolvidas;
Exemplo: AZ91A, AZ91B, AZ91C
2.1- Classificação das Ligas
9
Apresentam elevadas resistências mecânicas, não têm uma vasta aplicação devido à sua microporosidade; 
Não são soldáveis devido à elevada quantidade de zinco (5 a 6%) e sofrem fissuração a quente. 
O zinco permite um aumento da resistência da liga, enquanto o zircônio refina o grão. São usadas em peças forjadas, estampadas e perfiladas.
Liga Mg-Al
	Magnésio	Aluminio	Zinco	Manganês
	85%	10%	3%	0,60%
Ligas de Mg-Zr
2.1- Classificação das Ligas
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Ligas Mg-Al e Mg-Al-Zn são fáceis de fundir.
Exibem microrrechupes em molde de areia e não podem ser aplicadas em temperaturas acima de 95 ºC.
2.1.1- Liga de Magnésio em Molde de Areia
“Ainda são produzidas peças com as ligas AZ,
entretanto a tendência é para o uso das novas ligas a base de zircônio.”
”
Em molde de areia a liga EZ33A possui excelente estanqueidade.
Entretanto, possui grande tendência a oxidação.
“As ligas Mg-Zr-Terras raras superam estas limitações”
11
“Ligas Mg-Zn-Zr originais, ZK51A e ZK61A”
”
Possuem altas propriedades mecânicas;
Alta tendência a trincas a quente e não podem ser soldadas
“Ligas ZE41A e EZ33A”
Para aplicação em temperaturas até 160 °C,
Alta fundibilidade para peças complexas e necessitam somente do tratamento térmico T5;
2.1.1- Liga de Magnésio em Molde de Areia
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Aplicações aeroespaciais de componentes com alta propriedade mecânica a alta temperatura, a cerca de 200 °C, 
Com essa alteração houve aumento nas propriedades mecânicas a altas temperaturas, melhor fundibilidade e soldabilidade;
A ligas com tório apresentam muita oxidação na fundição;
O tório foi substituído por terras raras nas ligas ZE e EZ, gerando as ligas ZH62 e HZ32.
2.1.1- Liga de Magnésio em Molde de Areia
13
2.1.2- Liga de Magnésio em Coquilha
“Em geral todas as ligas usadas em molde de areia podem ser fundidas em coquilha”
”
14
2.1.3- Liga de Magnésio em Fundição Sobre Pressão
AZ91B possui maior teor de Cu, considerado impureza nas ligas.
“Ligas a base de Mg-Al-Zn, (AZ91A ou B)”
”
Existe uma versão da AZ91 com baixos teores de impurezas, tais como o Ni, Fe e Cu e controle restrito da relação Fe-Mn
“Esta liga possui elevada resistência a corrosão”
”
15
3- Aplicações Gerais das Ligas de Magnésio
Aeroespacial;
Bélica;
Eletrônica;
Ferramentas;
“Onde é solicitado baixa densidade e alta rigidez”
”
O Mg é abundante na água do mar.
É mais fácil de usinar que o alumínio.
Pode ser usinado com maior velocidade que o alumínio e a seco
16
“Em Fundição Sobre Pressão”
”
Pode produzir até quatro vezes mais em relação ao alumínio.
Vida útil do molde é maior, existe menor aderência.
Produz peças complexas e com paredes finas.
O produto apresenta alto grau de estabilidade dimensional e leveza;
3- Aplicações Gerais das Ligas de Magnésio
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Fatores que afetam a fundibilidade da ligas de Mg:
 reatividade do metal líquido;
 viscosidade e fluidez;
 tensão superficial 
 porosidade e contração;
 trinca a quente; 
CASTABILITY OF MAGNESIUM ALLOYS
A.L. Bowles1, Q. Han1, J.A. Horton1
1Oak Ridge National Laboratory, Metals and Ceramics Division. Oak Ridge, TN, 37831-6115, USA
“Capacidade de uma liga para fundir determinado produto com qualidade satisfatória” 
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
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Reatividade do metal líquido com: atmosfera, forno, panelas, moldes.
Na prática de fusão 
 - Adições de Ca, Zn e terras raras tendem a promover soldas a quente
- Maior frequência em ligas de MgAlMn Intermetálicos Al-Fe-Mn
Estabilidade de óxidos – Diagrama de Ellingham
Oxidação é a mais crítica
 Aderência do Mg em matrizes metálicas
(die soldering in HPDC)
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Fatores principais: temperatura do metal (VF), velocidade de vazamento (F), limpeza do metal (F), presença de óxidos (interrompe fluxo), tensão superficial (F) + projeto da matriz (F), intervalo de solidificação (F) 
Na prática de fusão:
 Adição de Al reduz a viscosidade e aumenta a fluidez; 
 Adição de terras raras aumenta a fluidez quando se tem menos Al; 
Obs: durante a solidificação a viscosidade é variável  redistribuição de soluto
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Viscosidade e Fluidez  afetam a capacidade da liga fluir no interior de moldes e sistema de alimentação
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
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Tensão superficial  enchimento do molde
Fatores principais adição de elementos de liga + projeto do produto
Na prática de fusão: Adições de Al reduz a tensão superficial
“Situações mais críticas quando o projeto tem seções finas” 
Porosidades e contração  pode ser atenuado na fase líquida 
(associado a solidificação com impacto na qualidade final)
Fator principal adição de elementos de liga
Na prática de fusão: 
 Adições de Al diminuem a solubilidade do H no Mg (porosidades)
- Ligas MgZn  Zn aumenta a microporosidade e contração;
- Ligas Mg-Zn-Zr (refino) porosidades e contração elevada.
Fenômenos na solidificação: redução na solubilidade do H (MgAl), alterações na fração volumétrica das fases, tamanho de grão, formação de poros (óxidos).
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Trinca a quente  pode ser atenuado na fase líquida 
(associado a solidificação com impacto na qualidade final)
Fatores principais  adição de elementos de liga + projeto do produto

não é totalmente compreendido exceto Al (mais comum)
Na prática de fusão: 
 Al acima de 1%  reduz propensão de trincas a quente piora a fluência; 
 Adições de Ca, Zn e ER promovem trincas e soldas a quente (die soldering). 
“Situações mais críticas em projetos com variações drásticas de seções”
Relação de forças entre partes solidificadas e região ainda líquida
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4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
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 Práticas de Fusão/Tratamento/Vazamento
Fundição em Areia-Coquilha-Sob Pressão
Fatores afetam a qualidade do metal líquido - Interações
Metal Líquido
Fornos e equipamentos
Atmosfera
Moldes
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
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 Práticas de Fusão/Tratamento/Vazamento
Fundição em Areia-Coquilha-Sob Pressão
Fatores afetam a qualidade do metal líquido - Interações
Metal Líquido
Fornos e equipamentos
Atmosfera
Moldes
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Práticas para atenuar a oxidação 
Meios  processo de fusão com uso de fluxo e sem uso de fluxo.
Processo com fluxo  Adição de fluxo para excluir o oxigênio do magnésiolíquido
Tipos de Fluxos: depende do tipo de liga de Mg  sais a base de cloretos MgCl2 (mais usado), CaCl2, NaCl, KCl
Problemas no uso de fluxos:
- inclusões de fluxo nas peças fundidas; criação de atmosfera corrosiva contendo HCl formação de crosta de escória na parte de baixo da panela;
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4.1- Atmosfera
Procedimento típico de fundição com fluxo: 
 colocar 1,5% do peso da carga de fluxo no fundo do cadinho;
 preaquecer antes até vermelho opaco;
 carregar o forno com metal seco e limpo, isento de óleo/óxidos/areia/metais estranhos;
 adicionar fluxo polvilhado na superfície do metal.
Há ligas que não podem ser fundidas com fluxo 

Quando possuem elementos que formam cloretos mais estáveis ​​do que MgCl2. tais elementos serão removidos da liga. 
Restrições Termodinâmicas ao uso de fluxo
-
Ligas de terras raras (Ce, La, Nd) reagem com MgCl2  cloretos mais estáveis 
(NdCl2, CeCl2 , LaCl2);
 Ligas Ca e Sr se refinadas por fluxo perdem Ca e Sr (CaCl2 e SrCl2 mais estáveis);
 MnCl2 quando usado como fonte de Mn forma MgCl2. 
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4.1- Atmosfera
 - proteção eficaz do Mg;
 Vantagens: - não tóxico;
 - Inodoro;
 - menor perda de Mg acumulada na lama no fundo do cadinho.
Processo sem fluxo  proteção contra a oxidacão com atmosfera protetora
“Fundição sob pressão”
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Tipos de atmosferas - gás hexafluoreto de enxofre SF6 + ar seco
 - dióxido de carbono + SF6 (2%) + SO2 + ar seco
 ( umidade forma ácido sulfúrico)
 - fluxos especiais (CO2) ligas Mg Zr 
Fundição em areia  evoluçao do processo sem fluxo
Fatores limitantes: - altas temperaturas de vazamento (Ligas Zr) ≠ da fundição sob pressão;
 - permeabilidade dos moldes em areia.
Soluções: - Fazer mistura gasosa mais rica em hexafluoreto de enxofre ;
 - Para ligas de MgZr , o gás original é o dióxido de carbono.
4.1- Atmosfera
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 Práticas de Fusão/Tratamento/Vazamento
Fundição em Areia-Coquilha-Sob Pressão
Fatores afetam a qualidade do metal líquido - Interações
Metal Líquido
Fornos e equipamentos
Atmosfera
Moldes
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Possibilidades: fundir/tratar/vazar no próprio forno ou usar forno de espera
 Tipo mais comum  forno a cadinho aquecido indiretamente ≈ Al
Material do cadinho
 aço % C < 0,12%. Ni e Cu < 0,1% ( corrosão das ligas de Mg)
Porta de limpeza
 Pode-se usar materiais de baixo ponto de fusão (Zn).
4.2 - Fornos e equipamentos
- Proteção contra transbordamento;
- Saída inferior para evitar a possibilidade do vazamento ser contaminado por fluxo. 
Panelas de vazamento
 aço de baixos teores de C, Cu e Ni;
- espessura de aproximadamente 2,7 mm 
Fonte: ASM HANDBOOK VOL 15
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Problemas e Soluções – Fornos a cadinho
	Dificuldades	Soluções
	Superaquecimento e descamação no fundo do cadinho (fusão com fluxo)	Remover a lama periódicamente do fundo
Lama de baixa condutividade térmica
	Descamação das paredes 	Remover periódicamente as camadas de óxido 
(plano de inspeção)
	Vazamentos	Dispor de panela auxiliar para remover com segurança todo o conteúdo da liga
	Dificuldade de inspecionar o fundo do forno	Usar cadinhos de liga CrNi na região de aquecimento
	Risco de explosão	Evitar contato do óxido de Fe com a liga de Mg
	Reação do Mg líquido com alguns refratários	Usar refratários de alta densidade de alta alumina
 (57% Si + 43% Al) 
Fornos a cadinho  baixa eficiência térmica

Fornos elétricos de indução sem núcleo
> investimento inicial;
< custo operacional;
4.2 - Fornos e equipamentos
obs:
 forno acoplado à injetora armazenando o metal líquido;
 pistão no interior do líquido para forçar o envio do metal pelo canal até o interior da matriz;
- alimentação feita por baixo. 
O fornecimento de liga fundida para a injetora pode ser manual (câmara fria) 
ou automatizado (câmara quente)

Requisito primordial:
Evitar turbulências na transferência de metal (evitar a oxidação)
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Fornos e equipamentos
Fundição sob pressão – 70% Mg produzido
Fonte: Bowles, 2003
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 Práticas de Fusão/Tratamento/Vazamento
Fundição em Areia-Coquilha-Sob Pressão
Fatores afetam a qualidade do metal líquido - Interações
Metal Líquido
Fornos e equipamentos
Atmosfera
Moldes
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Processos: areia verde, areia silicato + Co2, resinas fenólicas, resinas furânicas e epoxi de auto cura ou endurecidas a gás
Fatores limitadores  - elevada reatividade com o metal líquido;
 - acabamento superficial, precisão dimensional, complexidade das formas
Atenuantes  - uso de inibidores para evitar reações (moldes/machos) 
 - alta permeabilidade para a passagem dos gases (areia grossa – 60 a 90 AFS e perfurações
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4.3- Moldes
Principais vantagens: 
 - ampla gama de ligas
 - peças até 1400 kg 
 - mais barato
Fundição em areia 
Tipos de inibidores:
 enxofre, ácido bórico, fluoroborato de potássio e fluosilicato de amônio.
 Bentonita 4%
 Sulphur 5%
Composição típica para Mg: Acido bórico1%
 Água 4%
 Sand Remainder
Caixa de transmissão principal para helicópteros em liga Mg ZE41A (T5)
Caixa de engrenagens de motor para uma aeronave turboélice em liga de Mg QE22A (T6) 
Invólucro da caixa de engrenagens para um avião de combate militar. Liga de Mg ZE41A (T5). 
Processo de conjunto de produtos químicos de furano
Fundição em areia 
Exemplos de peças em ligas de Mg fundidas em areia
Fonte: Horst, 2014
4.3- Moldes
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Como evitar a oxidação das ligas de Mg: areia(a)/coquilha(c)/sob pressão(p)
 canais devem ser o mais curtos possíveis (a/c/p);
- pouca altura de vazamento (a/c);
 canais com seções quadradas para evitar vórtices (a/c);
 funil de entrada deve ser projetado de modo a se manter sempre cheio no vazamento evitando a aspiração de ar (a/c);
 filtros Al2O3 ou ZrO2 que não reativos (a/c);
 usar bacia com tela para reter óxidos abaixo do canal de entrada (a/c);
 enchimento despressurizado (a/c);
- evitar fluxo em cascata (a/c).
Fundição em areia/coquilha/sob pressão  Observações gerais 
Requisito primordial  Evitar a oxidação + interceptá-la

Evitar turbulências na transferência de metal
Fonte: Horst, 2014
4.3- Moldes
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 Práticas de Fusão/Tratamento/Vazamento
Fundição em Areia-Coquilha-Sob Pressão
Fatores afetam a qualidade do metal líquido - Interações
Metal Líquido
Fornos e equipamentos
Atmosfera
Moldes
4- Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Refino de grãos 
Ligas AZ  pastilhas de hexacloroetano ou hexaclorbenzina para refino e desgaseificação (altamente tóxico). 
Ligas MgZr  Adição de Zr. Refino  pela supersaturação de Zr solúvel;
Cuidado:
não vazar nas peças os compostos de Zr que não tenham se dissolvido e ficam no fundo do cadinho  Recomendação prática: deixar cerca de 15% do material na panela (perdas)
Controle visual 
 fratura de uma amostra  tamanho de grão satisfatório é de 0,03 mm.
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4.4- Processo de fusão, tratamento e vazamento
Fonte: Bowles, 2003
Vazamento  direto do cadinho ou através de panelas
Controle da oxidação durante o vazamento:
- Pulverizar a superfície do metal fundido  mistura de enxofre grosso e ácido bórico fino. 
 Evitar movimentação até que o banho esteja pronto para o vazamento;
 Polvilhar enxofre na corrente de metal;
 Nunca esvaziar competamente o cadinho (resíduosde fluxo no fundo)  ligas Zr reter 15% (no fundo depositam-se compostos de zircônio, fluxo e partículas de magnésio) ;
- Processo sem fluxo  remover óxido superficial (residual) mantendo o fluxo de gás protetivo.
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Cuidados:
 evitar o envio de fluxo para o molde;
 limpar excessos de fluxo na bica da panela ou borda do cadinho
 aquecer panelas;
 usar telas e filtros no molde para impedir entrada de óxidos e fluxo
4.4- Processo de fusão, tratamento e vazamento
Precauções de segurança 
Fator umidade + Mg gera hidrogênio  risco de incêndio e explosão.
 Uso de protetores faciais e roupas à prova de fogo;
 Sucatas devem estar limpas e secas; 
 Limpar materiais corroídos.Evitar contato do Mg fundido com óxido de ferro;
 Fluxos são higroscópicos, devem mantidos secos e armazenados em recipientes herméticos;
 Conchas, ferramentas e qualquer coisa que entre em contato com o Mg fundido devem estar completamente secos e pré-aquecidos;
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Controle de temperatura  termopar
Composição química  espectrômetro
4.4- Processo de fusão, tratamento e vazamento
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ASM HANDBOOK, Casting Magnesium and Magnesium Alloys, Henry Proffitt, Haley Industries Ltd., Canada , Volume 15
Horst E.F., Mordike B.L Magnesium Alloys Properties in Solid and Liquid States, Magnesium Technology, Frank Czerwinski 2014.
Springer-Verlag, Metallurgy, Design Data, Application, Berlin Heidelberg,2006.
Bowles, A.L. , Han, Q., J.A. CASTABILITY OF MAGNESIUM ALLOYS, Horton11Oak Ridge National Laboratory, Metals and Ceramics Division. Oak Ridge, TN, 37831-6115, USA 2003
Suveen, N. M., Alan, A. L., Neale R. N., Eric A. N., Wim, H. S., Essentials Readings In Magnesium Technology, USA, 2014
Kainer, K.U. Magnesium Alloys and Their Applications, Proceedings of the 6th International Conference. Germany, 2004
5- REFERÊNCIAS
Aproximadamente 90% das ligas de Mg são baseadas no sistema Mg-Al
Vantagens:
- Boas propriedades mecânicas a temperatura ambiente;
 Resistentes à corrosão;
 Ótima “fundibilidade” para a maioria dos processos.
Desvantagem: 
Baixa resistência a fluência em baixas temperaturas precipitação de a+ b (Mg17Al12 intermetálico) no contorno de grão (fragiliza o contorno de grão e Funde a 437 oC)
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Fusão das ligas de Mg - Fundibilidade
Czerwinski, F - Magnesium injection molding (Springer, New York 2008)