UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Michael Kulczynskyj

LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS – O ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

CURITIBA

2011

Michael Kulczynskyj

LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS – O ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

Trabalho de Pesquisa apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia da Universidade Tuiuti do Paraná como requisito avaliativo para o 2° bimestre da Disciplina de Comunicação e Expressão III. Orientador: Professora Angela Helena Zatti

CURITIBA

2011

RESUMO

O presente trabalho visa entender alguns pontos do alumínio e suas ligas que pertencem a família de metais não ferrosos. O alumínio pode ser aplicado em diferentes situações, sendo necessário um entendimento sobre ele para que seja utilizado corretamente. Desta forma se busca compreender as propriedades, classificação, tratamentos e possíveis aplicações deste metal não ferroso e suas ligas. Foi realizado um levantamento teórico sobre o assunto para se obter as informações necessárias. O resultado desta pesquisa permite esclarecer as mudanças nas propriedades do alumínio que os diferentes tratamentos térmicos geram de tal maneira a auxiliar na escolha do tratamento para uma determinada aplicação desejada e compreender a nomenclatura utilizada para as suas ligas. Palavras-Chave: Alumínio. Metal não ferroso. Tratamento térmico.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – CURVA DE ENVELHECIMENTO ......................................................... 11

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHADAS .................................................. 8 TABELA 2 – LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDO ............................................................ 8 TABELA 3 – ESTADOS OU TÊMPERAS DAS LIGAS ................................................ 9

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6 2 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS ..................................................................................... 7 2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS .............................................................................. 7 2.2 CLASSIFICAÇÃO .................................................................................................. 7 2.3 LIGAS TRABALHÁVEIS NÃO TRATÁVEIS .......................................................... 8 2.4 LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE ................................................................. 8 2.5 TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................................... 9 2.5.1 Solubilização ...................................................................................................... 9 2.5.2 Recozimento para recristalização e homogeneização ..................................... 10 2.5.3 Teoria do endurecimento por precipitação ....................................................... 10 2.5.4 Superenvelhecimento ....................................................................................... 11 2.6 APLICAÇÕES ..................................................................................................... 11 3 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 12 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 13 GLOSSÁRIO ............................................................................................................. 14 ÍNDICE ANALÍTICO .................................................................................................. 15

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1 INTRODUÇÃO

O presente trabalho visa apresentar alguns aspectos do alumínio e suas

ligas. O alumínio pode ser utilizado em diversas aplicações, mas é necessário

entender as suas características para que esta liga metálica não ferrosa possa ser

aplicada de maneira correta.

O objetivo deste trabalho é, através de um levantamento teórico, fornecer

informações sobre o alumínio e suas ligas esclarecendo questões que envolvam a

nomenclatura, tratamentos e aplicações. Espera-se que este documento auxilie na

tomada de decisão da utilização deste metal não ferroso em futuros projetos.

O texto sobre o alumínio e suas ligas está dividido da seguinte forma no seu

desenvolvimento: propriedades, classificação, ligas trabalháveis não tratáveis, ligas

tratáveis termicamente, tratamentos térmicos e aplicações.

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2 ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS

O alumínio é um metal branco brilhante que sofre pouca influência do ar, ou

seja, possui excelente resistência a corrosão. É um dos metais mais abundantes da

crosta terrestre. O seu processamento é caro, mas é um metal de fácil reciclagem.

Pode atingir resistência mecânica similar a alguns aços na forma de ligas

(HIROUCHI, 2010).

Outras características são a baixa densidade, boa condução e reflexão do

calor, bom condutor de eletricidade e muita ductilidade (FIGUEIRÓ; GIUGLIANI,

2010).

A resistência mecânica do alumínio é baixa, tendo uma resistência de tração

de apenas 6kg/mm2 quando puro. A presença de impurezas metálicas no alumínio

comercial aumentam a sua resistência a tração em até 50% (UNISINOS, 2011).

2.2 CLASSIFICAÇÃO

As ligas de alumínio podem ser classificadas como trabalhadas ou fundidas,

conforme mostram as tabelas 1 e 2 a seguir.

Observando a tabela 1 as ligas trabalhadas da série 1XXX com designação

10XX indicam composições não ligadas. Os dois últimos dígitos indicam o teor

mínimo em porcentagem de alumínio. Como exemplo uma liga 1089 contém 99,89%

de alumínio na sua composição. Para as outras séries de 2XXX até 9XXX o segundo

dígito indica uma modificação na liga e os dois últimos dígitos indicam diferentes

ligas da série.

Em relação as ligas de alumínio fundidas da tabela 2, o primeiro dígito indica

a série da liga. A impureza específica da liga na série 1XXX é indica pelos dois

números subseqüentes. O último dígito separado por um ponto dos demais indica se

é fundido (zero) ou se é um lingote (um).

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TABELA 1 – LIGAS DE ALUMÍNIO TRABALHADAS.

Designação da Série Elemento de Adição

1XXX 99% de Al (mínimo) 2XXX Cobre 3XXX Manganês 4XXX Silício 5XXX Magnésio 6XXX Magnésio e Silício 7XXX Zinco 8XXX Outros elementos 9XXX Série não usada

FONTE: UNISINOS, 2011.

TABELA 2 – LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDO.

Designação da Série Elemento de Adição

1XX.X 99% de Al (mínimo) 2XX.X Cobre 3XX.X Silício com cobre e/ou magnésio 4XX.X Silício 5XX.X Magnésio 6XX.X Série não usada 7XX.X Zinco 8XX.X Estanho 9XX.X Outros elementos

FONTE: UNISINOS, 2011.

2.3 LIGAS TRABALHÁVEIS NÃO TRATÁVEIS

As ligas de alumínio apresentam encruamento proporcional ao grau de

trabalho sofrido. Uma determinada têmpera, condição ou estado da liga que informa

o grau de encruamento existente é fornecido por um símbolo convencional. As ligas

que não sofreram algum tratamento térmico são denominadas de “F”. Utiliza-se a

letra “O” para as ligas que sofreram tratamento térmico de recozimento e a letra “H”

para o encruamento em graduações diversas (UNISINOS, 2011).

2.4 LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

As ligas quando submetidas a um tratamento térmico possibilitam que suas

propriedades mecânicas sejam melhoradas. Desta forma as ligas alcançam maior

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resistência com pouca perda de ductibilidade quando comparadas a ligas não

tratadas termicamente (UNISINOS, 2011).

As letras “F” e “O” são utilizadas para as ligas tratadas termicamente com o

mesmo significado supracitado para as ligas não tratáveis. Nas ligas que sofrem um

tratamento térmico utiliza-se também a letra “T” e “W”. A letra “T” indica que a liga foi

temperada, onde o dígito subseqüente é o indicador das operações de tratamento

térmico que são especificados para liga.

A têmpera ou estado de uma liga de envelhecimento natural, designada pela

letra “W”, indica uma condição instável obtida pelo tratamento de solubilização, ou

seja, resfriando-se bruscamente a liga aquecida.

As têmperas e outros estados das ligas tratadas termicamente são

mostrados na tabela 3 a seguir.

TABELA 3 – ESTADOS OU TÊMPERAS DAS LIGAS.

SÍMBOLO INTERPRETAÇÃO

T1 Trabalhada a quente seguida de envelhecimento natural

T2 Trabalhada a quente seguida de trabalho a frio e envelhecimento natural

T3 Solubilizada, trabalhada a frio e envelhecida artificialmente

T4 Solubilizada e envelhecida naturalmente T5 Trabalhada a quente e envelhecida artificialmente T6 Solubilizada e envelhecida artificialmente T7 Solubilizada e superenvelhecida T8 Solubilizada, trabalhada a frio e envelhecida

artificialmente T9 Solubilizada, artificialmente envelhecida e

trabalhada a frio

FONTE: UNISINOS, 2011.

2.5 TRATAMENTOS TÉRMICOS

2.5.1 Solubilização

Solubilização é um tratamento térmico que tem como objetivo dissolver as

fases microscópicas simples ou intermediárias, encontradas na matriz de uma liga,

através do aquecimento ao campo monofásico inerente. A liga é mantida sob esta

temperatura até que se obtenha uma solução sólida homogênea (UNISINOS, 2011).

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Na sequencia, através de resfriamento rápido, mantêm-se o estado

monofásico na temperatura ambiente. Solubilização é uma etapa que prepara a liga

para um tratamento de endurecimento por precipitação. Em conseqüência do

resfriamento brusco para temperar, produz uma solução supersaturada, estado

instável a temperatura ambiente.

2.5.2 Recozimento para rescristalização e homogeneização

No geral este tratamento é realizado em temperaturas entre 300°C e 400°C,

ocorrendo uma recristalização quase instantânea. Na sequencia é feito o resfriamento

em um forno com velocidade de 30°C por hora até 250°C e posteriormente um

resfriamento ao ar ambiente, obtendo-se maior ductibilidade (UNISINOS, 2011).

No caso de ligas trabalhadas, aplicam-se temperaturas menores quando o

grau de encruamento for menor.

2.5.3 Teoria do endurecimento por precipitação

Neste tratamento será utilizada a liga de alumínio 6463 como exemplo que tem

na sua composição o alumínio, o silício e o magnésio e, a precipitação ocorre na forma

Mg2Si, obtido de um processo de nucleação e crescimento.

Primeiramente devem haver zonas ricas em soluto formando regiões de

nucleação. A precipitação não ocorre sem uma nucleação, mas uma vez iniciada a

solução sólida pode perder os átomos de magnésio e silício através dos crescimentos

das partículas já formadas e pela formação de núcleos adicionais (UNISINOS, 2011).

A temperatura influencia na velocidade de precipitação. Para temperaturas

baixas o processo de precipitação é mais longo, devido a velocidade de difusão dos

átomos ser baixa. Para temperaturas altas a velocidade de difusão é alta, entretanto o

grau de supersaturação é menor, existindo uma temperatura ideal em que a velocidade

de precipitação é máxima.

O resultado obtido da precipitação da segunda fase é um endurecimento da

estrutura em decorrência da deformação do retículo cristalino.

Na ilustração a seguir temos uma representação gráfica da curva de

envelhecimento, onde pode-se observar que se as amostras permanecerem por um

longo período na precipitação ocorrerá uma redução da dureza, sendo esta situação

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denominada de superenvelhecimento.

FIGURA 1 – CURVA DE ENVELHECIMENTO

FONTE: UNISINOS, 2011.

2.5.4 Superenvelhecimento

Observando a ilustração supracitada, sobre a curva de envelhecimento, a

continuação do processo de segregação por longos períodos de tempo, acarreta numa

precipitação real, havendo o amolecimento do metal, denominando-se este tratamento

de superenvelhecimento (UNISINOS, 2011).

O superenvelhecimento é obtido de um endurecimento inicial que passa por

um amolecimento, resultando na aglomeração do precipitado. Quanto maior a

temperatura mais rápido irá ocorrer o amolecimento.

2.6 APLICAÇÕES

O alumínio e suas ligas podem ser utilizados em diferentes segmentos da

indústria e produtos, como por exemplo:

Indústria aeronáutica: peças da fuselagem dos aviões, rebites, outros;

Indústria automobilística: peças, estruturas, rebites, outros;

Indústria de alimentos: recipientes para bebidas e conservas,

invólucros de uso doméstico;

Equipamentos gerais: condutores elétricos, trocadores de calor, tanques

para armazenamento de combustível, utensílios domésticos, outros;

Construção civil: perfis de alumínio.

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3 CONCLUSÃO

Analisando as características do alumínio e suas ligas verificou-se que

existem tratamentos térmicos que podem alterar as suas propriedades de tal

maneira a possibilitar o uso deste metal em diferentes aplicações.

A classificação permite que o alumínio e suas ligas sejam identificadas

quanto a adição de outros elementos e os tratamentos térmicos aplicados a elas.

Desta forma o trabalho contribui para o entendimento do assunto quanto a

estes aspectos, sendo recomendado um detalhamento maior de cada um dos

tratamentos térmicos abordados.

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REFERÊNCIAS

FIGUEIRÓ, Glaucia;GIUGLIANI, Eduardo. Ciência dos Materiais – Ligas Não Ferrosas. PUCRS, 2010. HORIUCHI, Lucas Nao. Materiais Metálicos – Ligas Não Ferrosas. UNIFACS, 2010. UNISINOS. Capítulo 11- Metais Não Ferrosos. Disponível em: http://www.exatec.unisinos.br/~fortis/arquivos/Capitulo11-Metais_Nao_Ferrosos.pdf . Acesso em 04 jun. 2011.

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GLOSSÁRIO

Difusão = é um fenômeno de transporte de matéria onde um soluto é transportado,

devido aos movimentos das moléculas de um fluído, pelo movimento térmico de

todas as partículas a temperaturas acima do zero absoluto.

Ductibilidade = é a propriedade que representa o grau de deformação que um

material suporta até o momento de sua fratura.

Encruamento = é um fenômeno que modifica a estrutura dos metais, em que a

deformação plástica realizada abaixo da temperatura de recristalização causará o

endurecimento e aumento de resiliência do metal.

Nucleação = é o processo (natural ou artificial) da formação de cristais sólidos de

uma solução uniforme, ou seja, homogênea. Ela consiste de dois principais eventos,

a nucleação e o crescimento dos cristais ou crescimento molecular.

Recozimento = visa reduzir a dureza do metal, aumentar a usinabilidade, facilitar o

trabalho a frio ou atingir a microestrutura ou as propriedades desejadas.

Têmpera = refere-se a um resfriamento brusco.

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ÍNDICE ANALÍTICO

ALUMÍNIO E SUAS LIGAS - 7 APLICAÇÕES - 11 CARACTERÍSTICAS GERAIS - 7 CLASSIFICAÇÃO - 7 LIGAS TRABALHÁVEIS NÃO TRATÁVEIS - 8 LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE - 8 Recozimento para recristalização e homogeneização - 10 Solubilização - 9 Superenvelhecimento - 11 Teoria do endurecimento por precipitação - 10 TRATAMENTOS TÉRMICOS - 9