11 METAIS NO FERROSOS Neste captulo sero abordados alguns metais no ferrosos de grande importncia como cobre, nquel, titnio e alumnio. A abordagem ser feita dando maior nfase para os seguintes itens: caractersticas gerais, designaes, ligas, tratamentos trmicos e aplicaes. 11.1 - COBRE E SUAS LIGAS 11.1.1 - Caractersticas Gerais A estrutura cristalina do cobre cbica de faces centradas, seu ponto de fuso a 1084,5 C e seu peso especfico 8,93 g/cm3. O cobre pode ser utilizado tanto na forma pura como combinado com outros metais formando ligas. Suas principais propriedades so: baixa dureza, alta ductilidade, alta condutibilidade trmica, alta condutibilidade eltrica, fcil soldabilidade, boa resistncia corroso, etc. Este metal possui inmeras impurezas decorrentes do processo de desoxidao do minrio que o constitui. Estas impurezas (Fe, Al, P, Ni, Sn, e outras) alteram as propriedades do cobre, diminuindo suas condutividades trmicas e eltricas e aumentando sua dureza e resistncia mecnica. O cobre, quando combinado com outros metais forma inmeras ligas, sendo que as principais so os bronzes, lato e cupronquel. 11.1.2 - Designao do Cobre e suas Ligas A designao do cobre segue normas da "Cooper Development Association", sendo dividida em ligas trabalhadas e ligas fundidas. As ligas trabalhadas so designadas por caracteres alfanumricos variando de C100 a C 799, enquanto que as fundidas variam de C800 a C900. Ex. C2XX - Ligas cobre e zinco (lates). C3XX - Ligas cobre, zinco e chumbo.

11.1.3 - Ligas de Cobre Lates - So ligas de cobre onde o principal elemento o zinco, com adies de at 40%. As propriedades desta liga variam de acordo com a quantidade de zinco que colocado. Pode haver tambm adies de outros elementos como : Alumnio, mangans, estanho, chumbo, silcio e nquel. A solubilidade mxima do zinco no cobre ocorre a 456C, chegando a 39%. Na temperatura ambiente o cobre dissolve at 30% de zinco. Tendo como base o diagrama de fases se pode dividir os lates em dois grandes grupos : - Lates - : soluo slida com at 35% de zinco. - Lates - + : Mistura de fases e com mais de 35% de zinco. Bronzes - So ligas de cobre com adies de estanho, sendo este elemento o principal responsvel pelo endurecimento por soluo slida. Para melhorar as caractersticas de fundio destas ligas e para desoxidar adiciona-se fsforo, assim a liga denominada de bronze ao fsforo. As ligas Cu-Sn apresentam menor ductilidade que os lates, entretanto possuem dureza consideravelmente maior. A solubilidade do estanho no cobre decresce consideravelmente com o decrscimo da temperatura. Ligas com at 10% de Sn so denominadas . 11.1.4 - Tratamentos Trmicos do Cobre e suas Ligas a) Lates - As ligas Cu-Zn so tratadas termicamente da seguinte forma: -Recozimento a baixa temperatura - Efetuado a 300C aliviando as tenses e consequentemente evitando o surgimento de trincas em lates trabalhados a frio. -Recozimento para homogeneizao e recristalizao - Normalmente realizada entre 520-720C em torno de uma ou117

uma hora e meia. importante salientar que a temperatura a ser utilizada depende principalmente dos teores dos elementos de ligas utilizados. -Tmpera e Revenido - A tmpera nos lates geralmente realizada a partir de 850C e o resfriamento em gua. A temperatura de revenimento em torno de 300C. b) Bronzes - Quase que em sua totalidade os bronzes sofrem tratamento apenas de recozimento e recristalizao. -Recozimento - Realizado com temperaturas entre 600 e 750C e resfriados em forno ou ar. -Solubilizao - Certos bronzes com adio de berlio podem ser solubilizados a 760-780C permitindo a solubilizao de uma fase intermediria 2 (CuBe) melhorando as propriedades mecnicas. -Precipitao - Reaquecimento a 310-330C, aps a solubilizao, para o surgimento da fase 2. -Encruamento - Feito aps a solubilizao atravs de deformao a frio seguida de precipitao. Este processo pode elevar a dureza para 400 Vickers com resistncia trao de 140 kgf/mm2. -Tmpera e Revenido - Realizado eventualmente em ligas contendo alumnio e localizadas na zona eutetide. 11.1.5 - Diagramas de Equilbrio Cu-Zn O diagrama de equilbrio das ligas Cu-Zn (lates) est representado na figura 11.1.1.

Fig. 11.1.1 - Diagrama de equilbrio Cu-Zn.

Como pode ser observado na figura, a parte mais importante do diagrama est compreendido entre 0 e 50% em peso de Zn. Nesta regio temos a formao de quatro fases: , , ,. Alfa () - Ocorre entre 0 e 39% de zinco, possui estrutura cbica de faces centradas (CFC) o que lhe garante alta ductilidade. Beta () - tomos de cobre e zinco posicionados aleatoriamente nos vrtices ou nos centros de uma clula unitria em uma estrutura cbica de corpo centrado (CCC). Beta-linha () - Fase intermediria (CuZn) que ocorre com 45-49,7% de Zn a 454-468C e 46,6-50,6% a 200C. Esta fase possui maior condutividade eltrica que a fase gama e no pode ser utilizada para trabalhos a frio. Gama () - tambm fase intermediria (Cu5Zn8). Estrutura CCC. Esta a fase

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que apresenta maior dureza e consequentemente a mais frgil. Na solidificao dos diversos lates teremos as seguintes transformaes microestruturais: Entre os pontos A e B as ligas apresentam estrutura zonada, devido ao intervalo das linhas lquidus-slidus, proporcionando exelente ductilidade e razovel resistncia mecnica. Entre os pontos B e C ocorre uma reao perittica (L + ) entre parte dos cristais primrios da fase e com o lquido formando a fase . Continuando o resfriamento teremos o decrscimo da fase em relao a fase de acordo com a inclinao das linhas BG e DH. Na temperatura referente ao ponto G a fase desordenada modifica-se para , ocorre ento o crescimento desta fase at a temperatura ambiente. A estrutura resultante ( + ) denominada estrutura de Widmanstaten. As ligas entre os pontos D e E, acima de 454C possuem estrutura monofsica, com o abaixamento da temperatura esta fase ir diminuindo e se formar a fase at a temperatura ambiente, ento, de acordo com a composio de Zn teremos a precipitao da fase ou da fase . 11.1.6 - Diagrama de Equilbrio CobreEstanho Devido a sua complexibilidade sero abordadas somente as fases mais importantes no diagrama Cu-Sn (bronzes comuns). Na figura 11.1.2 podemos observar o diagrama cobre-estanho (bronzes comuns):

Fig. 11.1.2 - Diagrama de equilbrio Cu-Sn.

Fase - Estrutura CFC (soluo slida substitucional), ocorre at 36% de estanho em peso e apresenta bastante ductilidade. Fase - Soluo slida cbica de faces centradas. Fase intermediria com dureza superior a fase . Fase - Soluo slida cbica de corpo centrado com 275 de Sn. Fase intermediria. Fase - Composto intermetlico (Cu31Sn8) cbico de corpo centrado, possui elevada dureza e portanto um composto muito frgil. Fase - Fase intermediria pseudo hexagonal (Cu3Sn). Ocorre entre 36,5 a 38% de Sn. Esta fase dificilmente encontrada conseguida, pois requer resfriamento muito lento.

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11.1.6 - Metalografia do cobre e suas ligas Corte, lixamento e polimento Os cortes no cobre e em suas ligas devem ser realizados com bastante refrigerao, avanos lentos e baixa presso. O lixamento deve ser realizado com lubrificantes (vasilinas, parafinas ou lcool etlico) at a lixa de granulometria 600. Para efetuar o polimento utiliza-se pastas de diamante como abrasivo em politrizes com discos de nilon exclusivos, evitando contaminaes. Incluses - Podem ocorrer incluses como: xidos, Pb, Bi, etc., para verificao deve-se observ-las em microscpio antes de efetuar o ataque qumico. Macrografia - Deve ser realizada aps polimento com os seguintes reativos: - 75 ml de percloreto frrico + 25 ml de cido clordrico. Deixa-se por 30 s a 1 min, lava-se com gua, lcool e seca-se com jato de ar. - cido ntrico concentrado. Ataca-se rapidamente, deixa-se um pouco ao ar e por fim lava-se e seca-se. Micrografia - Aps realizados todos os procedimentos anteriores, faz-se o microataque para posterior observao em microscpio. Os reagentes mais comuns so os seguintes: -Persulfato de amnia. Reagente ideal para lates e bronzes , ataca-se de 30 s a 1 min, a lavagem feita com gua e depois lcool, por fim seca-se com ar. -Hidrxido-perssulfato de amnia: 1 parte de hidrxido de amnia, 2 partes de persulfato de amnia e i parte de gua destilada. -Cloreto cupramoniacal: 5 a 10 g de cloreto cuproso em 120 ml de gua, quando o precipitado formado entre o cloreto e a gua se dissolver usa-se hidrxido de amnia. A soluo embebida em algodo e colocada sobre a amostra. Reativo para as fases .

11.1.8 - Aplicaes do cobre e suas ligas O cobre largamente utilizado em indstrias eltricas para fabricao de fios, cabo, barras e placas. Ligas de cobre como o lato podem ser utilizadas em indstrias de decorao como medalhas, moedas, jias; na construo civil em tubulaes de gua, vapor e leo; na indstria blica como cartuchos para munio. O bronze pode tambm ser utilizado para decorao, em tubulaes para usos especficos, indutores, cunhagem, etc. 11.2 - NQUEL E SUAS LIGAS 11.2.1 - Caractersticas gerais A estrutura do nquel cbica de faces centradas, no havendo mudana de fase desde a temperatura ambiente at a temperatura de fuso (1453C). A microestrutura do nquel austentica para toda esta faixa de temperatura, o que lhe proporciona utilizao para trabalhos a quente. O nquel possui tambm elevada resistncia a corroso. O endurecimento do nquel ocorre de trs formas : endurecimento por soluo slida, precipitao de carbonetos e endurecimento por precipitao. 11.2.2 - Designao do nquel e suas ligas A designao das ligas de nquel foi elaborada pela Huntington Alloy Inc., sendo composta por um sistema de trs dgitos acompanhados de um nome ou marca comercial. Se o primeiro dgito for par referese a ligas endurecveis por soluo slida, se for mpar indica que o endurecimento foi por tratamento trmico de precipitao. A srie inicial 200 e refere-se ao nquel comercial puro. Os outros dgitos referem-se a variaes na liga.

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11.2.3 - Nquel comercial e nquel de baixa liga -Nquel 200, 99,5% Ni mn, 0,1% C mx e outros elementos de menor adio como mangans e silcio. Atualmente esta liga muito utilizada em indstria eletrnica, baterias e produo de diamante sinttico. -Nquel 201, possui baixo carbono e utilizado para temperaturas abaixo de 290C. -Niquel 205, contm nveis controlados de magnsio (0,01 a 0,08%). -Duranquel 301, nquel envelhecido contendo 4,0 a 4,75%Al e 0,25 a 1,0%Ti. Utilizado para mola em equipamentos eltricos. 11.2.4 - Ligas de Ni-Cu (MONEL) - Monel 400, (66% Ni, 33%Cu), liga base da srie, pode ser magntica dependendo da composio. - Monel R-405, contm adies controladas de enxofre (0,025 a 0,06%) para melhorar a usinabilidade. - Monel K-500, contm adies de alumnio e titnio para envelhecimento, muito utilizado em vlvulas e bombas Estas ligas apresentam excelente resistncia a corroso quando exposta ao meio ambiente e gua salgada, possuem alta ductilidade. Esta srie de ligas so muito utilizadas em indstrias de fabricao de grampos e fechos. O Sistema Ni-Cu apresenta um diagrama de fases de solubilidade total, isto , ocorre a dissoluo do cobre no nquel para qualquer teor, como mostra a figura 11.2.1:Fig. 11.2.1 Diagrama Binrio Ni-Cu.

Estas ligas apresentam excelente resistncia a corroso quando exposta ao meio ambiente e gua salgada, possuem alta ductilidade. 11.2.5 - Ligas de Ni-Cr e Ni-Cr-Fe -Liga 600 (76Ni-15Cr-8Fe), liga base do sistema Ni-Cr-Fe. Contm alto nquel para melhorar a resistncia a corroso. -Liga 601, liga com baixo teor de nquel (61%), contm adies de alumnio e silcio para melhorar a resistncia a oxidao. -Liga X750, adies de alumnio e titnio para envelhecimento. -Liga 625, contm 9 % de molibdnio e 3% de nibio, ambos para serem utilizados em altas temperaturas e para aumentar a resistncia a corroso por pit e por frestas. O sistema Ni-Cr forma uma soluo slida para teores de cromo at 35% como pode ser observado na figura 11.2.2:

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A microestrutura alfa equiaxial s pode ser produzida por recristalizao do material. Em titnio no ligado, no possvel reter a estrutura beta em baixas temperaturas, porm com adies de elementos estabilizadores de beta, como o ferro, isto pode ser conseguido. 11.3.2 - Ligas de Titnio Ligas alfa Estas ligas possuem elementos estabilizadores de alfa, inibindo a transformao de fase ou aumentando a temperatura de transformao. O principal elemento estabilizador de o alumnio, outros elementos como glio, germnio, carbono, oxignio e nitrognio tambm estabilizam esta fase. As ligas alfa no sofrem tratamento trmico e so endurecidas por trs mecanismos: -Trabalho frio (encruamento). -Deformao seguida de recozimento para controle do tamanho de gro. -Soluo slida. A liga Ti-5Al-2,5Sn um exemplo de liga . Ligas quase-alfa So ligas que contm pequenas adies de elementos estabilizadores da fase beta, como : molibdnio, vandio, tntalo, mangans, nibio, cromo, etc. Estas ligas apresentam pequena quantidade de beta retida e so forjadas e tratadas termicamente no campo + ou no campo. Exemplos de ligas quase-alfa: Ti11Sn-2,25Al-5Zr-1Mo-0,2Si; Ti-8Al-1Mo1V; Ti-6Al-2Nb-Ta-0,8Mo; etc. Ligas alfa + beta Contem elementos estabilizadores de alfa e 4-6% de elementos estabilizadores de beta. Estas ligas podem reter de 10 a 50% de beta aps tratamento trmico de tmpera a partir de temperaturas nos campos + e .122

Fig. 11.2.1 - Diagrama Binrio Ni-Cr.

11.2.6 - Aplicaes Gerais -turbinas de aeronaves: cmaras de combusto, parafusos, lminas, etc. -Aplicaes mdicas: prteses, usos odontolgicos, etc. -Indstrias qumicas e petroqumicas: bombas, vlvulas, ventiladores de ar, parafusos, etc. -Tratamento de metais: ferramentas e matrizes para trabalho a quente, etc. 11.3 - TITNIO E SUAS LIGAS 11.3.1 - Caractersticas Gerais O titnio um metal de baixa densidade (4,51 g/cm3), pertencente portanto a famlia de ligas leves. A temperatura de fuso do titnio puro bastante elevada (1667C). A excelente relao/resistncia peso associada com a resistncia a corroso tornam o titnio de grande utilizao para diversas aplicaes crticas. A resistncia a corroso do titnio deve-se a formao de um filme estvel de TiO2. A estrutura cristalina do titnio em temperatura ambiente hexagonal compacta (alfa). A 885C ocorre a transformao para estrutura cbica de corpo centrado(beta). A microestrutura do titnio no ligado recozido alfa acicular, a presena desta microestrutura indica que o material foi aquecido a temperatura acima de beta.

A liga + mais utilizada atualmente a liga Ti-6Al-4V. Na figura 11.3.1 encontra-se a representao do diagrama bidimensional do sistema Ti-AL-V. A linha tracejada indica o comportamento no resfriamento da liga Ti6Al-4V.

11.3.3 - Metalografia do titnio e suas ligas As amostras de titnio devem ser lixadas com constante lubrificao at granulometria 600. O polimento deve ser feito com abrasivo de diamante 1-4m em disco de politriz apropriado. O ataque qumico mais comum realizado com uma soluo contendo 2ml de cido fluordrico, 8ml de cido ntrico e 90ml de gua destilada. 11.3.4 - Aplicaes Gerais do titnio e suas ligas Como foi mencionado anteriormente o titnio, devido a sua excelente relao resistncia peso, possui diversas aplicaes: - Industria aeroespacial : compressores, turbinas, etc. - Indstria aeronutica : palhetas de turbina, vasos de presso, etc. - Biomaterial : prteses ortopdicas. - Aplicaes restritas : plantas nucleares, plantas de processamento de alimentos, trocadores de calor em refinarias, etc. 11.4 - ALUMNIO E SUAS LIGAS 11.4.1 - Caractersticas Gerais O alumnio um metal de pequena resistncia mecnica. A resistncia trao do Al puro de apenas 6kg/mm2 em mdia, j o alumnio comercial tem resistncia trao em torno de 9 a 14kg/mm2. As impurezas metlicas presentes no alumnio comercial aumentam sua resistncia trao em at 50 %. No estado recozido esta resistncia, de um tero do cobre recozido e um quinto do ao doce. O mdulo de elasticidade do alumnio bastante baixo (7000 Kg/mm2) comparado com o cobre e o ao. 11.4.2 - Designao do Alumnio e suas ligas As tabelas 11.4.1 e 11.4.2 mostram como as ligas de alumnio so designadas:

Fig. 11.3.1 Diagrama bidimensional das ligas Ti-Al-V.

Ligas beta Possuem quantidade suficiente de elementos que estabilizam beta, permitindo a reteno desta fase em temperatura ambiente. Estas ligas possuem excelente endurecibilidade, um tratamento usual nestas liga envolve solubilizao com posterior envelhecimento a temperaturas de 450 a 650C. A estrutura resultante deste tratamento composta de beta retida com finas partculas de alfa. Em comparao com as ligas alfa + beta a liga beta possui desvantagens, pois tem alta densidade e menor resistncia fluncia. As ligas Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-15V3Cr-3Al-3Sn e Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr so exemplos de ligas beta.

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Tabela 11.4.1 - Ligas de Alumnio Trabalhadas. Designao da Srie Elemento de Adio 1XXX 99% de Al (mnimo) 2XXX Cobre 3XXX Mangans 4XXX Silcio 5XXX Magnsio 6XXX Magnsio e Silcio 7XXX Zinco 8XXX Outros elementos 9XXX Srie no usada

Tabela 11.4.2 - Ligas de Alumnio Fundido. Designao da Elemento de Adio Srie 1XX.X 99% de Al (mnimo) 2XX.X Cobre 3XX.X Slicio com cobre e/ou magnsio 4XX.X Silcio 5XX.X Magnsio 6XX.X Srie no usada 7XX.X Zinco 8XX.X Estanho 9XX.X Outros elementos Para as ligas trabalhadas na srie 1XXX a designao 10XX utilizada para indicar composies no ligadas, os dois dgitos finais indicam o teor mnimo em % de alumnio. Ex: liga1089, contm 99,89% de Al. Nas sries de 2XXX a 9XXX o segundo dgito indica uma modificao na liga, os dois dgitos restantes indicam apenas diferentes ligas na srie. Quando as ligas so fundidas, o primeiro dgito indica a srie da liga. Os dois nmeros subsequentes indicam para a srie 1XXX a impureza especfica da liga. Para as outras sries indica composies especficas. O dgito separado por um ponto indica se fundido (zero) ou se um lingote (um).

11.4.3 - Ligas Trabalhveis No Tratveis Estas ligas apresentam encruamento em proporo com o grau de trabalho sofrido. Uma dada condio, estado ou tmpera da liga, indicado pelo smbolo convencional que d idia relativa do grau de encruamento existente. Denomina-se de "F" as ligas que no sofreram tratamento trmico algum. As ligas que sofreram tratamento trmico de recozimento para eliminar o encruamento so designadas pela letra "O". O encruamento indicado pela letra "H" em graduaes diversas. 11.4.4 - Ligas Tratveis Termicamente So ligas em que as propriedades mecnicas podem ser melhoradas com tratamento trmico. Em comparao s ligas no tratadas termicamente estas alcanam maior resistncia com pouca perda de ductilidade. Nestas ligas as letras "F" e "O" so empregadas com o mesmo significado que as ligas no tratveis. A letra "T" indica que a liga foi temperada, sendo o algarismo subsequente o indicador das operaes de tratamento trmico (possivelmente mecnico tambm) que so especificados para liga. O estado ou tmpera "W" de uma liga de envelhecimento natural uma condio instvel obtida somente pelo tratamento de solubilizao, isto , pelo resfriamento brusco da liga aquecida. A tabela 11.4.3 a seguir mostra os vrios estados ou tmperas das ligas tratadas termicamente:

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Tabela 11.4.3 Estados ou tmperas das ligas tratadas termicamente.SMBOLO T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 INTERPRETAO Trabalhada a quente seguida de envelhecimento natural Trabalhada a quente seguida de trabalho a frio e envelhecimento natural Solubilizada, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente Solubilizada e envelhecida naturalmente Trabalhada a quente e envelhecida artificialmente Solubilizada e envelhecida artificialmente Solubilizada e superenvelhecida Solubilizada, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente Solubilizada, artificialmente envelhecida e trabalhada a frio Trabalhada a quente, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente

Recozimento para Recristalizao e Homogeneizao Este tratamento realizado geralmente em temperaturas entre 300 e 400C, Havendo uma recristalizao quase instantnea. O resfriamento subsequente realizado em forno com velocidade de 30C por hora at 250C e posterior resfriamento ao ar, obtendo maior ductilidade. Em ligas trabalhadas , deve-se empregar faixa de temperaturas menores, quando o grau de encruamento for menor. O aquecimento de muitas ligas deve ser abaixo das temperaturas euttica e perittica (50 - 100C), em razo do zoneamento estrutural, de segregao interdendrtica e dos eutticos e peritticos, concentradas nas reas intergranulares, caso contrrio haveria uma fuso parcial, podendo haver oxidao, o que tornaria a liga "queimada" Teoria do Endurecimento por Precipitao Ser utilizado como exemplo a liga Al 6463, esta liga tem como elementos Al.Si.Mg e a precipitao ocorre na forma Mg2Si, atravs de um processo de nucleao e crescimento. Inicialmente, necessrio que existam zonas ricas em soluto formando regies de possvel nucleao. Aps a nucleao, as partculas , no caso de Mg2Si, crescem a partir dos elementos Mg e Si presentes na liga. Nenhuma precipitao pode ocorrer at que se inicie a nucleao, mas uma vez iniciada, a soluo slida pode perder seus tomos de Mg e Si de duas formas: pelo crescimento das partculas j formadas e pela formao de ncleos adicionais. A velocidade de precipitao varia com a temperatura. Onde as temperaturas so baixas, necessrio longos perodos de tempo para completar a precipitao, pois a velocidade de difuso muito pequena. Neste caso a velocidade controlada pela difuso dos tomos. Quando as temperaturas so altas, a velocidade de difuso alta, porm o grau de supersaturao menor, havendo portan125

11.4.5 - Tratamentos Trmicos Solubilizao Tratamento trmico que visa dissolver as fases microscpicas simples ou intermedirias, presentes na matriz de uma liga, pelo aquecimento ao campo monofsico inerente. A liga mantida nessa temperatura at a obteno de uma soluo slida homognea. Logo aps, pelo resfriamento rpido, mantemos o estado monofsico temperatura ambiente. A solubilizao uma etapa preparatria para o futuro tratamento de endurecimento por precipitao. Com o resfriamento brusco para tmperar, produz uma soluo supersaturada, estado instvel a temperatura ambiente. De maneira geral, todas as ligas, cujos sistemas apresentam solues slidas terminais com razovel diferena nos limites de solubilidade entre a temperatura ambiente e o mximo de solubilidade nas isotermas.

to uma temperatura tima, na qual a velocidade de precipitao mxima. O efeito mais importante da precipitao da segunda fase um endurecimento da estrutura devido a deformao do retculo cristalino. Na figura 11.4.1 temos uma representao grfica mostrando que a curva de envelhecimento possui um ponto mximo, se as amostras forem mantidas por um longo tempo ocorrer uma diminuio da dureza, este efeito denominado de superenvelhecimento.

Superenvelhecimento A continuao do processo de segregao, por longos perodos de tempo, ocasiona uma precipitao real, ocorre o amolecimento do metal e diz-se ento que foi superenvelhecido. Como o crescimento da segunda fase implica em reas relativamente grandes, que no conseguem resistir ao escorregamento, observa-se um amolecimento significativo. Ou seja, o endurecimento inicial seguido por um amolecimento do qual resulta uma aglomerao do precipitado. Podem ser observados dois efeitos da temperatura de envelhecimento: -precipitao, o endurecimento comea mais rapidamente em temperaturas mais altas. -superenvelhecimento, o amolecimento ocorre tanto mais rpido quanto maior a temperatura. 11.4.6 - Diagrama Binrio AlumnioCobre Observando a figura 11.4.2 referente ao diagrama euttico Al-Cu, constatamos que o cobre solubiliza-se no alumnio formando uma soluo slida de reticulado cbico cristalino de faces centradas. O mximo de cobre solubilizado ocorre a 548C com 5,65%. A liga de composio euttica com 33,2% de cobre em peso apresenta-se com textura lamelar CuAl2, fase intermediria, em matriz de soluo slida rica em alumnio, com cobre residual. As ligas com menos de 0,3% de cobre a temperatura ambiente so consideradas alumnio puro. A liga mais importante deste sistema encontra-se com 4% de cobre em peso.

Fig. 11.4.1 Curva de envelhecimento.

A composio qumica tambm influencia a curva de envelhecimento. Para baixas concentraes de soluto o grau de supersaturao pequeno no final do tratamento de solubilizao, e a energia livre do sistema pouco maior do que a concentrao de equilbrio. Sob essas condies a nucleao da segunda fase difcil e o endurecimento ocorre lentamente em temperatura constante . Portanto a dureza mxima obtida ser pequena, porque a quantidade total de precipitados no grande, pois em geral, quanto menor for a quantidade de precipitados, menor ser a dureza mxima. Por outro lado, o aumento da concentrao total de soluto, aumenta a dureza mxima para uma dada temperatura de envelhecimento. Quanto maior a quantidade de solutos maior ser o nmero de precipitados, maior a dureza e maior a velocidade de crescimento em virtude da maior quantidade de soluto disponvel para formao dos precipitados pois maior o grau de supersaturao.

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Mg2Si, originando um sistema quase binrio bastante semelhante ao sistema Al-Cu. Porm, a fase Mg2Si tem efeito endurecedor maior que a fase CuAl2, no afetando tanto a resitncia corroso. Na figura 11.4.4 temos a representao do diagrama quase-binrio Al-Mg2Si:

Fig. 11.4.2 - Diagrama euttico binrio Al-Cu.

11.4.7 - Diagrama Binrio Alumnio Silcio As ligas mais importantes de Al-Si encontram-se entre 8 a 14% de silcio. Estas ligas podem ter suas propriedades melhoradas atravs do superesfriamento ou pela ao de agentes modificadores. A figura 11.4.3 mostra o diagrama binrio alumniosilcio:

Fig. 11.4.4 - Sistema quase-binrio Al-Mg2Si.

11.4.9 - Funo dos Elementos - Silcio : elemento mais utilizado nas ligas de alumnio fundidas, seu teor varia de 12 a 13%. Este elemento aumenta a fluidez, reduz a concentrao externa, melhora a estanqueidade ( menor porosidade) no produto fundido, reduz o coeficiente de expanso e melhora a soldabilidade. - Cobre : um dos principais elementos endurecedores em ligas de alumnio fundidas. Aumenta a resistncia nas ligas tratadas e no tratadas termicamente. A solubilidade do cobre no alumnio bastante elevada em altas temperaturas e apenas ligeiramente solvel a temperatura ambiente. Esta caracterstica torna a liga termicamente tratvel e melhora as propriedades mecnicas.

Fig. 11.4.3 - Diagrama binrio Alumnio Silcio.

11.4.8 - Sistema Alumnio-MagnsioSilcio O magnsio e o silcio ,em ligas de alumnio, quando combinados so capazes de formar um composto intermetlico

- Magnsio : De modo semelhante ao cobre, tem caractersticas de solubilidade slida que permite a liga ser tratada termicamente. O magnsio torna difcil a oxidao devido a tendncia de oxidao. De modo geral, adies de magnsio aumentam a resistncia mecnica e a ducti127

lidade. Tambm melhoram a resistncia a corroso e a usinabildade. - Titnio : Nas ligas de fundio utilizado como refinador de gro em teores variando de 0,05 a 0,20%.Tambm aumenta a resistncia trao e a ductilidade. - Ferro : Algumas vezes adicionado para diminuir a contrao. Agem como refinadores de gro, com exceo nas ligas fundidas em areia. Nas ligas fundidas sob presso diminui o agarramento ao molde. O teor de ferro deve ser controlado entre 0,15 e 1,2%. - Mangans : Atua como refinador de gro para reduzir a contrao. Em combinao com o ferro o mangans deve ser controlado, pois pode haver a formao de partculas do constituinte primrio, ocasionando reduo na resistncia. - Cromo : Primeiramente utilizado como refinador de gro. Em certas ligas como AlZn-Mg utilizado para diminuir trincas de tenso e corroso sob tenso. Pode ser utilizado para melhorar a resistncia em temperaturas elevadas. - Nquel : Melhora a estabilidade dimensional e aumenta a resistncia em altas temperaturas.: - Zinco : No deve ser utilizado em grandes quantidades, pois torna a liga frgil a quente e produz alta contrao. Quando combinado com o magnsio aumenta a resistncia ao impacto, melhora a resistncia trao e a ductilidade. Pequenas quantidades deste elemento melhoram a usinabilidade. 11.4.10 - Metalografia do alumnio e ligas - Macrografia : O lixamento realizado com gua destilada at granulometria 600. O ataque mais efetivo o de gua rgia fluorada principalmente em peas fundidas ou Reativo de Tucker : 45 HCl : 15HF : 15HNO3 : 25H2

- Micrografia : Quando efetuarmos o polimento mecnico deve-se levar em conta o pH, a suspenso de alumina que possui pH 9 deve ser neutralizada com cido brico para pH 7. Ao usar pastas de diamante 5-3-1 e1/2 m, o ataque deve ser realizado imediatamente para evitar passivao. Os reativos mais comuns para o ataque qumico so os seguintes: -cido fluordrico : 0,5% HF e gua destilada para completar 100ml. Deixa-se o reativo embebido em algodo sobre a pea por 15 s. Utilizado para verificar os constituintes de todas as ligas leves. -Nitrato frrico : 25% de nitrato frrico e 100 ml gua destilada. Feito com algodo pr 30 s. Permite visualizar-se o constituinte CuAl2. -cido sulfrico : 20% de cido sulfrico e 100ml de gua. A amostra deve ser imersa na soluo a 70C por 30 s. Permite a visualizao de ferro. 11.4.11 - Aplicaes do alumnio e suas ligas - Indstria aeronutica : peas da fuselagem dos avies, rebites, etc. - Indstria automobilstica : pea, estruturas, rebites, etc. - Indstria de alimentos : recipientes para bebidas e conservas, envlucro de uso domstico. - Equipamentos gerais: condutores eltricos, trocadores de calor, tanques para armazenamento de combustvel, utenslios domsticos, etc. - Construo civil : perfis de alumnio.

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