(Microsoft Word - Smith_cap5_Alum\355nio)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECNICA FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 5
PROFESSOR: ORESTES ALARCON
Alumnio e Suas Ligas Estrutura e Propriedades
Texto traduzido e adaptado de: SMITH, Willian F. Structure and
Properties of Enginnering Alloys, 2nd ed.: Capther 5: Aluminium
Alloys. New York: McGraw-Hill, Inc, s.d.
1Autores:
Carlos Alberto B. Martins Claudio A. Treml Junior Fabiano
Franquini Lindomeilo Jos de Souza Michel Marino Kchler
Florianpolis SC Abril 2003
CAPTULO 5 LIGAS DE ALUMNIO
O alumnio aparece em segundo lugar no ranking atrs apenas do
ferro e do ao no mercado dos metais. Em 1989 os Estados Unidos
produziram 4,03 milhes de toneladas, com recipientes e embalagens
abrangendo 26,6% do mercado e 19,1% para outros fins (Tabela 5.1).
A Figura 5.1 mostra como a produo de alumnio nos Estados Unidos
cresceu rapidamente a partir dos anos 70.O rpido crescimento da
indstria do alumnio est atribudo unicamente a combinao das
propriedades que fazem deste o mais verstil de engenharia e
materiais de construo. O alumnio tem peso leve, porm algumas de
suas ligas tm resistncia to alta quanto o ao estrutural. Tm boa
condutibilidade eltrica e trmica e alta refletividade a luz e ao
calor. Tm alta resistncia corroso sob as mais altas condies de
trabalho e no-txico. O alumnio pode ser fundido e trabalhado em
quase todas as formas e pode-se obter grande variedade de formas.
Com todas estas propriedades apresentadas, no surpresa que as ligas
de alumnio vm sendo de primordial importncia para engenharia de
materiais.
5-1 PRODUO DE ALUMNIO
Reduo
O alumnio um dos elementos metlicos mais abundantes na crosta
terrestre, mas sempre ocorre no estado combinado com outros
elementos como o Fe, Si e O. A bauxita, hidrxido de alumnio
hidratado, o principal minrio utilizado para a produo do alumnio.
Sendo o xido de alumnio puro extrado da bauxita atravs do processo
Bayer.
TABELA 5-1 - Consumo de alumnio recente por categoria de
mercado* 19891988
% mudana
de libramercadode libramercadoEdifcio e
construo2,85816,42,90117,2-1.5Transporte3,34119,13,38620,1-1.3Bens
de consumo
durveis1,2227,01,2967,7-5.7Eltricos1,4978,61,4798,81.2Maquinaria e
equipamentos9765,69595,71.8Recipientes e
embalagens4,63826,64,48926,73.3Outros5853,45933,5-1.3Domsticos em
geral15,11786,715,10389,70.1Exportao2,33613,41,73410,334.7Remessa
lquida ajustada17.453100.016.837100.03.7Categoria de
mercadoMilhes
% de
Milhes
% de
1988 - 1989
Ajustamento estatstico-1,027-413Remessa lquida
total16,42616,424
* Fonte 1989 Annual Statistical Review, The Aluminiun
Association, Inc., Washington, D.C., 1990.
FIGURA 5-1Histrico da produo da indstria de alumnio nos Estados
Unidos e Canad.
FIGURA 5-2Clula eletroltica usada para produo de alumnio.
(Cortesia de Aluminiun Company of Amrica)
O processo Bayer refina o gro e calcina a bauxita com o
tratamento trmico de hidrxido de sdio que converte o alumnio em
minrio de sdio conforme a reao:
Al2O3 +2NaOH 2NaAlO2 + H2O(160 170C)
Aps a separao do resduo insolvel, constitudo principalmente de
xido de ferro e slica, a soluo de alumnio resfriada lentamente a 25
35C para precipitao do hidrxido de alumnio [Al(OH)3] de acordo com
a reao
NaAlO2 + 2H2O Al(OH)3 + NaOH
O Al(OH)3 ento refinado, lavado e calcinado 1100C para produo de
xido de alumnio, Al2O3.O xido de alumnio dissolvido em um banho de
criolita fundida (Na3AlF6) e eletrolizado em clulas eletrolticas de
carbono, usando como nodo e ctodo o carbono. No processo de
eletrlise (processo Hall) o alumnio fundido depositado no estado
lquido no ctodo de carbono, revestindo a parte inferior da soleira
do lote eletroltico, sendo que tenha maior densidade. Durante a
eletrlise, o oxignio liberado pelo nodo, quando este ataca o
carbono e forma CO e CO2. O alumnio fundido periodicamente liberado
pelas clulas e tratado no estado fundido, o que promove a remoo do
excesso de xido e de outros gases . A clula de liberao do alumnio
geralmente contm 99,5 a 99,9% de alumnio tendo, como impurezas,
principalmente, ferro e silcio.
Fabricao primria
REFUSO E FUNDIO. O passo inicial para o processamento do alumnio
a operao de refuso. Primeiro, as fornalhas so carregadas com
alumnio liquido vindo das clulas de reduo ou com lingotes que so
refundidos. Elementos de liga, lingotes de liga mestre e sucatas so
adicionados conforme necessidade. O metal fundido, refundido na
fornalha limpo com a retirada da escria da superfcie. No metal
liquido retira-se tambm o fundente por escorificao ou com gs a base
de cloro para remover o gs de hidrognio dissolvido. Quando o gs a
base de cloro forma bolha no metal lquido, o gs hidrognio
dissolvido removido por aes qumico- mecnicas.Aps o metal estar
limpo e desgaseificado , ento, separado e vazado. A forma do
lingote como lminas ou tarugos extrudados so usualmente fundidos em
mtodos de fundio direta em coquilha. Neste processo o metal fundido
liberado em um molde e solidificado, o fundo do molde enfraquecido
para que o metal possa ser continuamente fundido em lingotes de
aproximadamente 14 ps de comprimento. O lingote possui sees de,
aproximadamente, 18 por 64 polegadas.
TARUGOS. No caso de lminas de lingote, quase metade do metal
removido da superfcie do lingote por estar em contato com rolos da
conformao a quente. Este acabamento assegura a limpeza, polindo a
superfcie para a fabricao de chapas finas.
PR-AQUECIMENTO OU HOMOGENEIZAO. Os lingotes de liga laminados so
aquecidos de 10 a 24h permitindo a difuso atmica para homogeneizar
a estrutura vazada. Muitos constituintes tambm so adicionadas na
soluo slida, assim como a liga 3003 rica em mangans. A
temperatura de pr-aquecimento deve ser mantida abaixo do ponto
de fuso dos constituintes com menor ponto de fuso.
LAMINAO A QUENTE. Os lingotes pr-aquecidos so reaquecidos
temperatura de laminao a quente e so laminados em quatro rolos de
laminao reversos. As placas neste laminador so deformadas com
espessura de 3 polegadas, ento, so reaquecidas e mais adiante
reduzidas de de 1 polegada em uma laminao intermediria. A reduo
usualmente conduzida fora do processo de laminao a quente para
produzir metal com 0,1 polegada de espessura.
LAMINAO A FRIO. Depois do recozimento intermedirio, o metal
laminado a frio at a espessura desejada. Tratamentos de recozimento
intermedirio podem ser requeridos. A quantidade mxima de reduo que
pode ser adquirida no simples passe atravs do laminador depende da
liga e do tratamento da placa sendo laminada. A reduo percentual
pode variar entre 30 - 65%. O recozimento final das chapas finas
pode ser necessrio. Quando se deseja uma camada de xido muito
pequena, utiliza-se fornos especiais de atmosfera inerte.
5-2 CLASSIFICAO E DESIGNAO DOS TRATAMENTOS DAS LIGAS DE
ALUMNIO
Classificao
ALUMNIO E LIGAS DE ALUMNIO TRABALHADOS. O sistema de quatro
dgitos numricos usado para identificar alumnio e ligas de alumnio
trabalhados. O primeiro dgito indica o grupo da liga. O penltimo
dgito identifica a liga de alumnio ou a pureza do alumnio. O
segundo dgito indica a modificao da liga original ou limites de
impureza. A tabela 5.2 lista os grupos de ligas de alumnio
trabalhadas.
A 1xxxlumnio,99.00mnimoTABELA 5.2 - Grupos de ligas de alumnio
trabalhadas
Grupos de ligas de alumnio por maior elemento de
ligaCobre2xxxMangans3xxxSilcio4xxxMagnsio5xxxMagnsio e
silcio6xxxZinco7xxxOutros elementos8xxxSries no usuais9xxx
LIGAS FUNDIDAS. O sistema de designao de quatro dgitos numricos
usado para identificar o alumnio e suas ligas na forma fundida e
lingotes fundidos. O primeiro dgito indica o grupo da liga. Os dois
seguintes dgitos identificam a liga de alumnio ou indicam a pureza
do alumnio. O ltimo dgito, que separado dos outros por um ponto
decimal, indica a forma do produto, isto , fundidos ou em forma de
lingote. A modificao da liga original ou dos limites de impureza
indicado por uma letra antes da designao numrica. A letra x usada
por ligas experimentais.Entretanto, as ligas de alumnio fundidas so
identificadas mais freqentemente por trs dgitos. A tabela 5.3 lista
os grupos de ligas de alumnio fundidas.
TABELA 5-3 - Grupos de ligas de alumnio fundido
Alumnio, 99.00% mnimo1xx.x Grupos de ligas de alumnio por
elemento de ligaCobre2xx.xSilcio, com adio de cobre e/ou
magnsio3xx.x Silcio4xx.x
Magnsio5xx.xZinco7xx.xTitnio8xx.xOutros elementos9xx.xSries no
usuais6xx.x
Designao de Tratamento
A designao de tratamento segue a designao de ligas e so
separadas por um hfen. As subdivises bsicas do recozimento so
representadas pela adio de um ou mais dgitos (Ex.: 3003-H14).
DESIGNAO BSICA DE TRATAMENTO
F. Como fabricado. Sem controle sobre a quantidade de
endurecimento por deformao; no limita as propriedades
mecnicas.O.Recozimento e recristalizao. Tratamento com menor
resistncia e maior ductilidade.H.Endurecimento por deformao (abaixo
segue as subdivises).T.Tratamento trmico para obter estruturas
estveis alm de F ou O (abaixo segue as subdivises).
SUBDIVISES DO ENDURECIMENTO POR DEFORMAO
H1 Apenas endurecido por deformao. O grau de encruamento
indicado pelo segundo dgito e varia de 1/4 de dureza (H12) at a
dureza total (H18), que produzida com a reduo de 75% de rea.H2
Endurecimento por deformao e recozimento parcial. Percorrendo de
H12 at H18 obtidos por recozimento parcial de materiais trabalhados
a frio com resistncia inicialmente mais alta que a desejada. A
denominao das ligas H22, H24, H26 e H28.H3 Endurecido por deformao
e estabilizado. Tratadas por um superenvelhecimento, as ligas de
alumnio-magnsio que so, encruadas e ento aquecidas a baixa
temperatura, aumentam a ductilidade e estabilizam as propriedades
mecnicas. A denominao das ligas H32, H34, H36 e H38.
SUBDIVISES DE TRATAMENTO TRMICO
WTratamento de solubilizaoTEndurecido por envelhecimentoT1 -
resfriamento a partir da temperatura de fabricao e naturalmente
envelhecidoT2 - resfriamento a partir da temperatura de fabricao,
deformao a frio e naturalmente envelhecidoT3 tratamento de
solubilizao, deformao a frio e envelhecimento natural T4 tratamento
de solubilizao e envelhecimento naturalT5 - resfriamento na
temperatura de fabricao e envelhecimento artificial T6 solubilizao
e envelhecimento artificialT7 solubilizao e estabilizado por
superenvelhecimentoT8 solubilizao, deformao a frio e envelhecimento
artificial T9 solubilizao, envelhecimento artificial e deformao a
frioT10 - resfriado a partir da temperatura de fabricao, deformao a
frio e envelhecimento artificial
TABELA 5-4 - Composies qumicas e aplicaes de ligas de alumnio
puras comerciais.
Ligas% de pureza% de Silcio% de Ferro% de CobreAplicaes
105099.500.250.400.05Tubo bobinado, extrudado
106099.600.250.350.05Equipamento qumico, tanques
de carros ferrovirios
110099.001.0 Si + Fe0.12 nom.Chapa fina de metal trabalhada
114599.450.55 Si + Fe0.05Lminas para capacitores
117599.750.15 Si +Fe0.10Chapas finas refletoras
120099.001.0 Si + Fe0.05Tubo bobinado, extrudado;chapa de metal
trabalhada
123099.300.7 Si + Fe0.10Revestimento de chapas fina e
chapas grossas123599.350.65 Si + Fe0.05Lminas para
capacitores;
tubos
134599.450.300.400.10
135099.500.100.400.05Condutores eltricos
5.3 ALUMNIO COMERCIALMENTE PURO
Composio Qumica e Aplicaes Tpicas
A pureza do alumnio comercial varia de 99,3% 99,7% de Al. O
alumnio de alta pureza utilizado para aplicaes como ligas
condutoras eltricas e placas refletoras. O metal de baixa
pureza, adicionado de ferro e cobre, se necessrio, utilizado
para produzir ligas da srie 1100, a qual, no modelo comercial, a
liga base de alumnio puro. Ela relativamente tenaz e dctil, com
excelente trabalhabilidade e soldabilidade. O alumnio comercial
puro responde bem a finalidades decorativas e apresenta excelente
resistncia a corroso. A Tabela 5.4 lista a composio qumica e
aplicao para os vrios tipos de alumnio puro comercial.
EstruturaA estrutura do alumnio puro (srie 1xxx) caracterizada
por uma matriz relativamente pura de alumnio. Os constituintes
insolveis no alumnio comercial puro so principalmente ferro e
silcio, como apresentados nas figuras 5.3 e 5.4. A quantidade de
constituintes uma funo da pureza da liga e distribuio deles (dos
constituintes) funo do tipo e da extenso de fabricao da liga. Uma
vez que todas as ligas comercial de alumnio contm ferro e silcio
como impurezas, a insolubilidade dos constituintes ferro e silcio
so comuns nas ligas, variando na concentrao.
FIGURA 5-3Lmina metlica 1100-H18, laminada a frio. Apresenta uma
estrutura metlica fluida ao redor de partculas insolveis de FeAl3
(escuro. Partculas remanescentes de constituintes do lingote so
fragmentadas devido ao trabalho. Ataque: 0,5 HFhidratado. (After
Metals Handbook, 8a ed., vol. 7,American Society for Metals, 1972,
pg. 242).
Propriedades Mecnicas
FIGURA 5-4Lmina metlica da liga 1100-0, laminada a frio e
recozida. Recristralizada, gros equiaxiais e partculas insolveis de
FeAl3 (preto). Tamanho e distribuio de FeAl3 na estrutura
trabalhada no so afetados pelo recozimento. (0.5% cido fluordrico
hidratado; 500X). (After Metals Handbook, 8 ed., vol. 7 Americam
Society for Metals, 1972, p. 242.)
19
As propriedades mecnicas para o alumnio comercial puro esto
listados na Tabela 5.5. O limite de resistncia a trao para 99,99%
Al recozido de, aproximadamente, 6,5 Ksi, com um limite elstico de
1,5 Ksi e uma elongao de 50%. Este alumnio super puro no retm a
dureza por deformao a temperatura ambiente, e provavelmente
recristalizar. Conforme o nvel de impureza aumentado, a resistncia
do alumnio comercial puro aumenta tambm, alcanando um mximo da srie
1xxx, na liga 1100. A liga 1100 com dureza mxima tem um limite de
escoamento de aproximadamente 24 Ksi, com um limite elstico de 22
Ksi e uma elongao de apenas 5%.
TABELA 5.5 - Propriedades mecnicas tpicas do alumnio puro
comercial
LigaRecozimento
limite de resistncia trao, psi
limite de resistncia elstica, psi
Elongao,%
Dureza, Bhn
tenso de cisalhamento, psi
resistncia fadiga, psi
1199O6.5001.50050
H1817.000160.0005
1180O9.0003.00045
H1818.00017.0005
O10.0004.00043197.0003.000
1060H1414.00013.00012269.0005.000
H1819.00018.00063511.0006.500
O12.0004.000238.000
ECH1416.00014.00010.000
H1927.00024.0002,5
1145O11.0005.000408.000
H1821.00017.000512.000
1100O13.0005.00035239.0005.000
H1418.00017.00093211.0007.000
H1824.00022.00054413.0009.000
5-4. LIGA DE ALUMNIO MANGANS
Composio Qumica e Aplicaes Tpicas
A adio de 1,2% Mn no alumnio comercial puro (0,6% Fe e 0,2% Si)
produz uma moderada resistncia a liga de alumnio no tratada
termicamente. A adio de mangans aumenta a resistncia da liga por
soluo slida e pela fina disperso de precipitados. Esta resistncia
pode ser aumentada pela adio de aproximadamente 1% de magnsio.
Estas ligas so geralmente utilizadas quando moderada resistncia e
boa trabalhabilidade so necessrias. A Tabela 5.6 lista a composio
qumica e aplicaes para as ligas de alumnio-mangans- magnsio.
FIGURA 5-5Liga recozida 3003 (1,2% Mn); a estrutura consiste em
uma fina disperso de (Mn, Fe)Al6 e (Al-Fe-Mn-Si) precipitados.
(0.5% cido fluordrico hidratado; 500x.) (After F. Keller in
Physical Metallurgy of Aluminum Alloys, American Society of Metals,
1949, pg. 106.)
Tabela 5.6 - Composio qumica e aplicaes da liga
alumnio-mangans
Ligas% Mn% Mg % Cu Aplicaes
presso, folhas serradas, ferramentas para
construo30041,21,0Folhas serradas, tanques de estocagem, cilindros
de presso30051,20,4Produtos de construo civil,
calhas31050,50,5Produtos de construo civil,
calhas30031,20,12Utenslios de cozinha, equipamentos qumicos,
cilindros de
FIGURA 5.6Liga 3003 (1,2% Mn) pr aquecida a 540oC, laminada a
frio (80%), recozido a 343oC por 250 segundos. A estrutura mostra
constituintesprecipitados ricos em mangans nas discordncias durante
o recozimento. A recristalizao da liga inibida pelo acmulo das
discordncias nos precipitados.
EstruturaA microestrutura de chapas da liga 3003 (1,2% Mn) na
condio recozida mostrada na figura 5.5. Embora esta liga seja
aquecida a uma alta temperatura (homogeneizao), com tratamento por
volta de 600o C para dissolver muitos constituintes contendo
mangans, depois ela
6 trabalhada a frio e posteriormente recozida a 340oC, formando
uma fina disperso de (Mn, Fe)Ale (Al-Fe-Mn-Si) constituintes (Fig.
5.5).A microestrutura desta liga aps o pr-aquecimento a 593oC,
trabalhada a frio (80%), e recozida a 343oC foi estudada por Morris
usando microscpio eletrnico de transmisso. Ele demonstrou que
aqueles precipitados ricos em mangans nucleiam preferencialmente no
trabalho a frio deslocando as estruturas durante o recozimento
(Fig. 5.6). Estes precipitados inibem omovimento das discordncias
e, conseqentemente, formao de contorno de gro de baixo ngulo
(poligonizados). Os precipitados por esse motivo inibem a
recristalizao e elevam a temperatura de recristalizao da liga.
Propriedades Mecnicas
A tabela 5.7 lista as propriedades mecnicas das ligas de
alumnio-mangans-magnsio. A resistncia da liga 3003 de
aproximadamente 3 a 4 Ksi maior que da liga 1100 (isto , 3003-O tem
um limite de resistncia a trao de 16 Ksi comparado a 13 Ksi do
1100-O). A liga 3004 reforada pelo efeito do magnsio no
endurecimento por soluo slida, ento, este, na condio recozida, tem
um limite de resistncia a trao de 26 Ksi. Diversas ligas de baixa
resistncia, como 3005 e 3105, foram introduzidas em 1953 e 1960,
respectivamente. Estas ligas tm desejveis combinaes de resistncia,
plasticidade e resistncia a corroso para aplicaes na construo de
produtos especiais.
5-5. LIGA DE ALUMNIO MAGNSIO:
Composio Qumica e Aplicaes Tpicas
As ligas binrias de alumnio-magnsio servem de base para a srie
5xxx das ligas de alumnio no tratadas termicamente. Todavia o
magnsio produz substancial solubilidade no alumnio e uma grande
diminuio da solubilidade do slido (14,9% em peso a 451oC) com a
diminuio da temperatura (figura 5.7), as ligas de alumnio-magnsio
no apresentam sensvel endurecimento por precipitao com concentraes
abaixo de 7% Mg. Entretanto, uma substancialresistncia do alumnio
ocorre por endurecimento por soluo slida e causando encruamento.A
tabela 5.8 lista composio qumica e aplicaes das ligas de
alumnio-magnsio. Para propsitos gerais e estruturais, as ligas de
Al-Mg contm de 1 a pouco mais de 5% Mg e muito difundida na
indstria. Estas so apenas poucas ligas binrias de alumnio-magnsio
trabalhveis, como as sries 5005 e 5050. Para aumentar esta
resistncia, a maioria das ligas de alumnio- magnsio contm um pouco
de mangans (0,1 a 1,0%) e/ou cromo (0,1 a 0,2%). Exemplos de ligas
Al-Mg com adio de cromo so 5052 e 5154. Enquanto que a liga 5056 um
exemplo que contm mangans e cromo.Muitas ligas de alumnio-magnsio
tm sido desenvolvidas para acabamentos e decoraes. Na reduo da
quantidade de ferro, silcio e outras impurezas, uma srie de ligas
decorativas1 foram criadas. Como exemplos temos 5053 e 5252 e as
ligas 5x57 como 5357, 5457 e 5657.As ligas alumnio-magnsio tm uma
ampla faixa de resistncia, boa plasticidade e soldabilidade e alta
resistncia a corroso. Uma propriedade proeminente das ligas de
alumnio- magnsio a boa soldabilidade quando, no processo, o arco de
solda protegido por uma atmosfera de argnio, formando uma liga de
alta resistncia.
TABELA 5.7 - Propriedades mecnicas tpicas de ligas de
alumnio-mangans e alumnio- mangans-magnsio sem tratamento
trmico
trao psi
Limite de
Liga Tmpera Resistncia resistncia
elongaoDurezacisalhamentoresistnciaelstica psi
% em 2 in
Bhn
tenso de
psi
fadiga psi
3003O16.0006.000302811.0007.000H1422.00021.00084014.0009.000H1829.00027.00045516.00010.0003004O26.00010.000204516.00014.000H3435.00029.00096318.00016.000H3841.00036.00057721.00018.0003005O19.0008.0002512.000H1835.00033.000418.0003105H2526.00024.000816.000
1 Impurezas como ferro e silcio so especialmente requeridas para
promover o brilho caracterestico das ligas de alumnio para
acabamento.
FIGURA 5-7Diagrama de fases alumnio- magnsio. [After K. R. Van
Horn (ed.), Aluminum, vol. 1 , American Society for Metals, 1967,
pg. 375.]
TABELA 5.8 - Composio qumica e aplicaes da liga
alumnio-magnsio
Liga% ComposioAplicaes
50050,8 MgPeas, utenslios, enfeites arquitetnicos, condutores
eltricos
50501,4 MgFerramentas para construo, enfeites de refrigeradores,
tubos
em espiral
50522,5 Mg, 0,25 CrChapas serradas, tubos hidrulicos, peas
50560,12 Mn, 5,1 Mg, 0,12 CrCabos revestidos, rebites para
magnsio, telas metlicas
50830,7 Mn, 4,45 Mg, 0,15
CrImprprioparacilindrodepresso;utilizaomarinha,
50860,45 Mn, 4,0 Mg, 0,15 Crautomotiva, partes de aeronaves,
criognica, torre de TV,
aparelhos de perfurao, componentes de msseis, capas para
couraas
51543,5 Mg, 0,25 CrEstruturas soldadas, tanques para
armazenamento, cilindros de
presso, servios em gua salgada
52522,5 MgAutomobilstico e peas de enfeite
52543,5 Mg, 0,25 CrPerxido de hidrognio e tanques de estoque
qumico
53560,12 Mn, 5,0 Mg, 0,12 CrEletrodo de solda, arame e
eletrodos
54540,8 Mn, 2,7 Mg, 0,12 CrEstruturas soldadas, cilindros de
presso, servios marinhos,
tubos
54560,8 Mn, 5,1 Mg, 0,12 CrEstruturas soldadas de alta
resistncia, tanques de estocagem,
cilindros de presso, servios marinhos
54570,3 Mn, 1,0 MgPeas de enfeite (boa plasticidade em
recozimento)
56522,5 Mg, 0,25 CrPerxido de hidrognio e tanques de estocagem
qumica
56570,8 MgPeas de enfeite (bom brilho)
EstruturaO magnsio, na maioria das ligas alumnio-magnsio est
presente em soluo slida. Entretanto, quando a concentrao de magnsio
nas ligas de Al-Mg excede, aproximadamente, 3,5%, Mg2Al3 pode
precipitar a temperaturas baixas no tratamento trmico ou no
resfriamento lento a partir de elevadas temperaturas. Como exemplo,
temos a liga 5086, que contm 4% Mg trabalhada a frio e aquecida em
torno de 120 a 180oC. Nesta liga uma contnua rede de Mg Al2 3pode
precipitar nos contornos de gro (Fig. 5.8). Esta estrutura
indesejvel uma vez que pode tornar a liga susceptvel a trinca por
corroso sob tenso em condies adversas. ento mais
desejado, neste tipo de liga, um alvio de tenses em altas
temperaturas (i.e. 245oC) e com processo cuidadoso origina uma
disperso de precipitados finos de Mg2Al3 na matriz da liga,
mostrado na Fig. 5-9.Partculas de Mg2Si podem tambm estar presentes
nas ligas Al-Mg comerciais proporcional a quantidade de silcio na
liga, devido a baixa solubilidade do Mg2Si na presena de excesso de
magnsio. No caso das ligas de Al-Mg contendo cromo e mangans,
outras fases tambm so presentes, devido ao alto teor de ferro
presente em todas as ligas comerciais de alumnio puro.
FIGURA 5-8.Liga 5086-H43, laminada a frio e estabilizada de 120
a 177oC. Partculas indesejveis de Mg2Al3 formam uma rede de
precipitados nos contornos de gro; partculas grandes so fases
insolveis. Este tipo de estrutura indesejvel por ser susceptvel, em
algumascondies, a trincas de corroso sob tenso. (After Metals
Handbook, 8a ed., vol. 7, American Society for Metals, 1972, pg.
244.)
FIGURA 5-9Liga 5456, laminada a frio e com alivio de tenses a
246C. O Mg2Al3 neste caso finamente distribudo sobre a matriz, e no
sendo contnuos pela rede de precipitados nos contornos de gro. Este
tipo de estrutura mais desejvel e menos susceptvel a corroso.
Grandes partculas so insolveis na fase como Mg2Si (escuro) e (Fe,
Mn)Al6 (cinza). (After Metals Handbook, 8a ed., vol. 7, American
Society for Metals, 1972, pg. 244.)
Propriedades Mecnicas
As propriedades mecnicas das ligas de alumnio-magnsio
trabalhadas e no tratveis termicamente esto listadas na tabela 5.9.
O limite de resistncia trao das ligas comerciais alumnio-magnsio,
recozidas, varia de 18 ksi, para liga 5005-O, e 45 ksi, para liga
5456-O. As ligas 5083-O e 5086-O tm uma leve reduo na resistncia
(42 e 38 ksi, respectivamente) quando comparado a 5456-O. Produtos
conformados da liga alumnio-magnsio esto sempre disponveis no
tratamento de recozimento do tipo O, e usualmente no tratamento H3.
O tratamento H3 geralmente usado em produtos endurecidos por
deformao, uma vez que o tratamento H1 usualmente no estvel a
temperatura ambiente. O tratamento H3 produz propriedades estveis
com altos nveis de elongao e melhores caractersticas
plsticas.Embora as ligas de alumnio-magnsio sejam classificadas em
no tratveis termicamente, a quantidade de magnsio solvel nas
temperaturas de recozimento para as ligas Al-Mg, com mais que 4% Mg
(como a 5083, 5086, 5056 e 5456), maior que a retida em soluo-slida
na temperatura ambiente. Como resultado, se estas ligas so
severamente encruadas e mantidas por um longo tempo a temperatura
ambiente, ocorrer a precipitao de Mg2Al3 ao longo de bandas de
deslizamento. Tambm, se estas ligas so expostas a altas
temperaturas em condies de recozimento, a precipitao ocorrer ao
longo de contornos de gros. Esta precipitao torna essas ligas
susceptveis a corroso intergranular em ambiente corrosivo. Por esta
razo, o tratamento H3xx tem sido desenvolvido para eliminar ou
minimizar esta instabilidade, ento essas ligas possuem alta
resistncia.
TABELA 5.9 - Propriedades Mecnicas das ligas de alumnio-magnsio
trabalhadas e no tratveis termicamente
LigaTrat. trmico
limite de resistncia trao,
limite de resistnci elstica,
elongao
psipsi5005O18.0006.000303011.000H1423.00022.00064114.000H3423.00020.00084114.000H1829.00028.00045116.000H3829.00027.00055116.0005050O21.0008.000243615.00012.000H3428.00024.00085318.00013.000H3832.00029.00066320.00014.0005052O28.00013.000254718.00016.000H3438.00031.000106821.00018.000%
em 2 polegadas
Dureza, Bhn
tenso de cisalhamento, psi
resistncia fadiga, psi
H3842.00037.00077724.00020.000
5056O42.00022.000356526.00020.000
H1863.00059.0001010534.00022.000
H3860.00050.0001510032.00022.000
5082H1957.00054.0004
5083O42.00021.000226725.00022.000
H11243.00023.000207025.00022.000
H32146.00033.000168228.00022.000
H32347.00036.000108427.000
H34352.00041.00089230.000
5086O38.00017.000226023.00021.000
H3242.00030.00012
H3447.00037.000108228.00023.000
H11239.00019.000146423.00021.000
5154O35.00017.000275822.00017.000
H3442.00033.000137324.00019.000
H3848.00039.000108028.00021.000
H11235.00017.000256322.00017.000
5454O36.00017.000226023.00019.000
H3444.00035.000108126.00021.000
H11236.00018.000186223.000
H31138.00026.000147023.000
5456O45.00023.000247027.00022.000
H2454.00041.0001231.000
H11245.00024.000227027.000
H31147.00033.000187527.00024.000
H32151.00037.000169030.00023.000
H32351.00038.000109030.000
H34356.00043.00089433.000
5.6- LIGAS COBRE-ALUMNIO
Composies Qumicas e Aplicaes
O primeiro trabalho desenvolvido em liga binria Alumnio-Cobre
foi nos Estados Unidos sobre a liga 2025, a qual contm
aproximadamente 5,5% de Cu. Entretanto a liga 2025, introduzida em
1926, est limitada ao uso para materiais forjados. A liga 2219, que
contm 6,3% Cu e foi desenvolvida em 1954, tem substitudo em muitos
casos a liga 2025. A liga 2219 apresenta maior e mais alto campo de
resistncia, assim como uma boa soldabilidade, superior resistncia a
tenso de corroso e melhores propriedades a elevadas temperaturas.A
liga 2011 com 5,5% Cu, 0,4% Bi e 0,4% de Pb usada quando boas
caractersticas de corte e de cavacos so necessrias para produo em
altas velocidades nas mquinas de torno. Esta liga a liga bsica de
alumnio para mquinas de tornos e usada como referncia padro para a
usinabilidade destas ligas de alumnio. A tabela 5.10 lista a
composio qumica de ligas cobre-alumnio trabalhadas e suas
aplicaes.
Ligas Binrias Alumnio-Cobre
DIAGRAMA DE FASE. O Cobre um dos mais importantes elementos de
liga do alumnio e produz considervel resistncia em soluo slida e
com apropriado tratamento trmico podeformar um grande aumento da
resistncia pela formao de precipitados. A mxima solubilidade do
cobre no alumnio ocorre com 5,65% Cu temperatura euttica de 548oC
(Fig. 5.10). A solubilidade do cobre no alumnio diminui rapidamente
com a diminuio da temperatura de 5,65% Cu para menos de 0,1% Cu
temperatura ambiente.
TABELA 5.10 - Composies qumicas e aplicaes das ligas
alumnio-cobre*
Liga% Cu% Mn% OutrosAplicaes
20115,50,4 Bi;0,4 PbProdutos torneados
20254,50,80,8 Si0,06 Ti;0,10 V;Forjados e produtos
aeroespaciaisUso em estruturas em 660oF, alta resistncia a
22196,30,30,18 Zrsoldagem para aplicaes criognicas e para
0,06 Ti; 0,10 V; 0,18 Zrpartes de aeronavesUso em estruturas em
660oF, alta resistncia a
2419**6,30,3soldagem para aplicaes criognicas e para
partes de aeronaves e alta tenacidade fratura
*Depois ASTM Databook,publicado em Met. Prog., vol.116, no. 1,
mid-June 1979.**Liga 2419 tem menor nvel de ferro e silcio do que a
liga 2219.
ENDURECIMENTOPORPRECIPITAODALIGAALUMNIO-COBRETRATADATERMICAMENTE.
Para alcanar o mximo efeito de endurecimento por precipitao (sem
deformao a frio), a liga alumnio-cobre precisa ser:
1. Soluo tratada termicamente no campo da fase da soluo
slida-(aprox. 515oC)2. Temperada at temperatura ambiente ou abaixo
desta3. Envelhecida artificialmente entre as temperatura de 130
190oC Considere o endurecimento por precipitao da liga Al-4% Cu:1.
Tratamento trmico da soluo. A liga Al-4%Cu deve ser primeiramente
aquecida at aproximadamente 515oC para permitir que os tomos de
cobre e de alumnio difundam-se aleatoriamente em uma soluo slida
uniforme. A liga neste estgio consiste em uma soluo slida . Esta
primeira fase do tratamento trmico para endurecimento por
precipitao algumas vezes chamada de solubilizao.
2. Tmpera. Depois de a soluo estar tratada termicamente a liga
temperada (resfriamento rpido) em gua para a temperatura ambiente.
Este tratamento produz uma soluo slida supersaturada de cobre no
alumnio. A liga Al-4%Cu, nestas condies, no estvel e tende a formar
fases metaestveis de mais baixa energia do sistema. A fora motriz
para a precipitao da fase metaestvel o estado de alta energia da
soluo slida supersaturada instvel do cobre no alumnio.
3. Envelhecimento. Se uma precipitao substancial da fase
metaestvel ocorrer temperatura ambiente, chamado envelhecimento
natural. Entretanto, algumas ligas sero endurecidas por
envelhecimento natural com uma resistncia satisfatria a temperatura
ambiente, enquanto a maioria das ligas devem ser endurecidas por
envelhecimento a elevadas temperaturas, tambmchamado de
envelhecimento artificial. No caso da liga Al-4%Cu a temperatura
para endurecimento por envelhecimento artificial est geralmente
entre 130 e 190oC.
FIGURA 5.10Diagrama de fase Al-Cu com final rico em alumnio.
[After K. R. Van Horn (ed.), Aluminium,vol. 1, Americam Societ for
Metals, 1967, p. 372.]
ESTRUTURA FORMADA DURANTE O ENVELHECIMENTO DAS LIGAS
ALUMNIO-COBRE. Noendurecimento por precipitao das ligas
alumnio-cobre, cinco seqncias de estruturas podem ser
identificadas: (1) soluo slidas supersaturada, (2) Zona GP1, (3)
zona GP2, tambm chamada de fase , (4) fase ' e (5) fase , CuAl2.
Nem todas estas fases ocorrem em todas as temperaturas de
envelhecimento. As zonas GP1 e GP2 no existem logo acima de suas
temperaturas solvus, e as fases e requerem uma temperatura de
envelhecimento suficientemente alta para sua formao.
Zona GP1. A Zona GP1 formada a mais baixas temperaturas
(i.e.,abaixo de 130oC) e so criadas pela segregao de tomos de cobre
em soluo slida supersaturada na liga Al-Cu. A Zona GP1 consiste em
discos de uns poucos tomos finos (4 a 6 de espessura) e com
aproximadamente 80 a 100 de dimetro, formando planos cbicos {100}
na matriz. At o
momento no se sabe sobre a estrutura verdadeira da zona GP1, mas
anlises recentes de Dalgren indicam que a zona GP1 contm baixo
percentual em cobre.Uma vez que o cobre tem o dimetro,
aproximadamente 11% menor do que os tomos de alumnio, o parmetro de
rede cbica da zona menor do que da matriz, havendo ento uma
estrutura tetragonalmente tensionada. A zona GP1 pode ser detectada
por microscopia eletrnica por causa da associao entre os campos
tensionados, como mostra a figura 5.11a. Estas zonas impedem o
movimento das discordncias, gerando aumento da dureza e diminuio da
ductilidade da liga Al-4%Cu, como indicado na figura 5.12.
Zona GP2 (). Como no caso da zona GP1, a zona GP2 tem uma
estrutura tetragonal e so coerentes com os planos da matriz {100}
na liga Al-4%Cu ou tipos similares. Nos primeiros estgios de sua
formao, acredita-se que as zonas GP2 contm baixo percentual de
cobre (menos que 17% Cu). Com o aumento do tempo de envelhecimento
na temperatura de 130C, o contedo de cobre aumenta, assim como seu
tamanho. O tamanho do campo da zona GP2 est entre 10 e 40 de
espessura e entre 100 e 1000 de dimetro. A figura 5.11b mostra as
zonas GP2 coerentes na liga Al-4%Cu. O parmetro de rede c nos
primeiros estgios de envelhecimento 8,08 e diminui para 7,65 a
medida em que as zonas vo crescendo em estgios posteriores de
envelhecimento. Dahlgren acredita que ocorrem estas mudanas porque
as zonas tornam-se ricas em cobre. A zona GP2 adiciona um aumento
na dureza da liga Al-4%Cu quando envelhecida em temperaturas entre
130C e 190C, como mostrado na figura 5.12.
Fase '. O superenvelhecimento da liga Al-4%Cu ocorre quando
forma-se uma fase completamente incoerente e metaestvel em
significantes quantidades, fase . Esta fase nucleia
heterogeneamente, especialmente nas discordncias. O tamanho da fase
depende do tempo e da temperatura de envelhecimento e alcana um
tamanho entre 100 a 6000 ou mais no dimetro e com espessura de 100
a 150 . Esta fase tem estrutura tetragonal, mas com uma reduo do
parmetro c para 5,80 . A figura 5.11c mostra os precipitados na
liga Al-4%Cu depois de trs dias de envelhecimento a 200C. Quando
esta fase aparece sozinha, a liga est em condies de
superenvelhecimento, como indicado na figura 5.12.
Fase . Envelhecendo em temperaturas de aproximadamente 190C ou
acima desta, por longos perodos, produzir uma fase incoerente em
equilbrio, CuAl2. Esta fase tem uma estrutura tetragonal de corpo
centrado, TCC, com a = 6,07 e c = 4.87 . A fase pode formar-se da
fase ou diretamente da matriz. A fase forma-se no excesso da fase e
est presente quando a liga est em condies extremas de
superevelhecimento, como indicado na figura 5.12.A seqncia geral da
precipitao da liga binria Al-Cu pode ser representada por:
22
Soluo slida supersaturada zona GP1 zona GP2 (fase ) (CuAl2)
FIGURA 5.11Liga Al-4%Cu com microestrutura envelhecida. (a)
Al-4%Cu, aquecida em 540C, resfriada em gua e envelhecida 16 hs a
130C. As zonas GP tm se formado como planos paralelos no plano
{100} numa matriz cbica de face centrada e sendo neste estgio tomos
finos de aproximadamente100 de dimetro. Somente planos dispostos
horizontalmente em uma orientao cristalogrfica so visveis.
(Micrografia eletrnica de 1.000.000 X.) (b) Al-4% Cu, soluo tratada
termicamente a 540C, resfriada em gua e envelhecida por um dia a
130C. Nesta micrografia de finas lminas de metal mostram-se campos
de deformao impostos pela zona GP2, coerente. As regies escuras que
circundam as zonas mais claras so causadas por(a)
camposdedeformao.(MicrografiaEletrnica de 800.000 X.) (c) Soluo da
liga Al-4% Cu tratada termicamente em 540C, resfriada em gua e
envelhecida por trs dias a 200C. Esta micrografia da fina lmina de
metal mostra a fase , incoerente e meta-
(b)(c)
estvel, a qual se forma por nucleao heterognea e crescente.
(Micrografia eletrnica com 25.000 X.)(After J. Nutting and R. G.
Baker, The Microestruture of Metals Institute of Metals, 1965, pp.
695 e 67.)
FIGURA 5.12Correlao estrutura e dureza da liga Al-4% Cu
envelhecida em 130oC e 190oC. [After J.M. Silcock, T. J. Heal, e H.
K. Hary, J. Inst.Met. 82 (1953-54):239, como apresentado em K. R.
Van Horn (ed.), Aluminium, vol. 1, American society for Metals,
1967, p. 123.]
FIGURA 5.13Micrografia por transmisso eletrnica da liga 2219 em
soluo tratada termicamente e em condies de envelhecimento
artificial. A estrutura mostra precipitados relativamente
grosseiros. (Cortesia da Aluminium Company of Amrica Resech
Laboratries)
Liga Comercial Alumnio-Cobre Trabalhvel
Importantes ligas trabalhveis alumnio-cobre, em uso atualmente,
so as ligas 2025, 2219 e 2011. A primeira liga binria alumnio-cobre
trabalhvel desenvolvida foi a liga 2025 nos Estados Unidos, que
contm 4,5% Cu, 0,7% Mn e 0,8% Si. A liga 2025 est sendo usada
ativamente at hoje para uma extenso limitada de forjados, mas tem
sido substituda em muitas aplicaes pela liga 2219.A liga 2219,
introduzida em 1954, contm 6,3% Cu, 0,3% Mn, 0,25% Zr, 0,1% V e
0,06% Ti. Esta liga tem um grande alcance de resistncia (25 a 69
ksi), boa soldabilidade, boa resistncia a corroso sob tenso e
excelentes propriedades a elevadas temperaturas para uma liga de
alumnio. A estrutura da liga 2219 nas condies de endurecimento por
envelhecimento
mostrada na figura 5.13 e consiste essencialmente de
precipitados . O excesso de CuAl2, , que no dissolvido durante o
tratamento trmico de soluo (mxima solubilidade do Cu no Al 5,65%)
se mantm essencialmente, sem mudanas durante o aquecimento e
resfriamento e esperado um aumento na resistncia da liga.As
propriedades mecnicas das ligas 2025 e 2219 so listadas na tabela
5.11. Pelo tratamento termomecnico apropriado, o limite de
resistncia a trao da liga 2219 pode ser aumentada para 69 ksi. O
aumento da precipitao na liga pode ser produzido por endurecimento
por deformao depois do tratamento trmico e antes do envelhecimento
artificial. O aumento da densidade de precipitado causado por
endurecimento por deformao refletido no aumento de resistncia
obtida no tratamento T8 da liga 2219.
TABELA 5.11 - Propriedades Mecnicas tpicas da liga alumnio-cobre
tratada termicamente
Resistncia Resistncia ao
Elongao
Tenso de
Limite de
Liga Tratamento
trao,
Escoamento
% em 2
Dureza, Cisalhamento,
Fadiga,
psi
sob trao*
polegadas
Bhn**
psi
psi***
2011T355.00043.000159532.00018.000
T657.00039.000179734.00018.000
T859.00045.0001210035.00018.000
2025T658.000370.0001911035.00018.000
2219O25.00010.00020
T31, T35154.00036.0001710033.000
T3757.00046.0001111737.000
T6260.00042.0001011537.00015.000
T81, T85166.00051.0001013041.00015.000
T8769.00057.0001013041.00015.000
1 ksi = 6,89 Mpa*rendimento de deformao equivalente a 2%**500-Kg
de carga, 10mm dimetro***Base de 500 milhes de ciclos usando mquina
com eixo de rotao tipo R. R. Moore.
A presena de Mn, Zr, V e Ti na liga 2219 elevam a temperatura de
recristalizao que atribuir maior resistncia a elevadas
temperaturas. A figura 5.14 mostra o comportamento da tenso de
ruptura da liga 2219 depois de 100 e 1000 horas em 200 e 315C. Uma
modificao base de alta pureza da liga 2219, que a liga 2419 foi
introduzido em 1972. A liga 2419, com mais baixos nveis de ferro
(0,18 % no mximo) e silcio (0,15% no mximo.), tem maior tenacidade
fratura para aplicaes estruturais de aeronaves.A liga trabalhada
alumnio-cobre 2011 com 6.5% Cu, 0,04% Bi e 0,04% Pb tm sido a liga
bsica de alumnio para tornos, desde que foi introduzida em 1934.
Ela tem boas caractersticas de corte e produtos de boa qualidade,
cavacos facilmente quebradios durante a usinagem. O chumbo e o
bismuto, entretanto, diminuem a resistncia corroso na liga Al-Cu
para algumas extenses.
5-7 LIGAS DE ALUMNIO COBRE MAGNSIO
Composies qumicas e aplicaes tpicas
FIGURA 5.14Comportamento da tenso de ruptura da liga trabalhada
de alumnio a 400oF (204oC) e 600oF (315oC). (After W. A.Anderson in
Precipitation from Solid Solution, American Society for Metals,
1959, p. 199)
As ligas de alumnio cobre magnsio endurecidas por precipitao
foram as primeiras a serem descobertas. A primeira liga endurecida
por precipitao foi uma modificao da liga 2017, a qual possui agora
composio 4,0% Cu, 0,6% Mg e 0,7% Mn. A liga 2014 com 4,4% Cu, 0,5%
Mg, 0,8% Mn e 0,8% Si, foi desenvolvida mais tarde para ser mais
sensvel ao envelhecimento artificial que a liga 2017, e esta liga a
mais empregada atualmente. A liga 2024, com 4,5% Cu, 1,5% Mg e 0,6%
Mn, foi originalmente desenvolvida como uma liga envelhecida
naturalmente, com alta resistncia, usada em estruturas de aeronaves
substituindo a liga 2017. O aumento da resistncia foi obtido pelo
acrscimo de Mg contendo de 0,5 a 1,5% desta liga. As tabela 5.12
lista as composies qumicas e aplicaes tpicas para as mais
importantes ligas de Al-Cu-Mg.
TABELA 5-12 - Composio Qumica e aplicaes da liga de alumnio-
cobre- magnsio
Liga%Cu%Mg%Mn%Si%Ni% outrosaplicaes
20144,40,50,80,8Carenagem de caminhes,
Estruturas aeronuticas
20174,00,60,70,5Produtos torneados, acessrios
20184,00,72,0Cabeas e pistes de cilindros de
mecanismos de aeronaves
20244,41,50,6Roda de caminho, produtos
torneados, estruturas aeronuticas
22184,01,52,0Anis de compressores, rotor de
motor a jato, Cabeas e pistes de
cilindros de mecanismos de
26182,31,60,18 Si - 1,0Ni- 1,1Fe - 0,07Ti
aeronavesMecanismos de aeronaves, temperaturas a 238C
EstruturaA adio de Mg para as ligas de Al-Cu acelera e
intensifica o endurecimento por precipitao na liga de Al-Cu. Apesar
de ter sido uma das primeiras ligas a ser descoberta, os detalhes
dos processos de precipitao das ligas Al-Cu-Mg no so completamente
entendidos. A seqncia de precipitao geral para essas ligas
acredita-se ser:
Soluo slida supersaturada zonas GP S` (Al2CuMg) S (Al2CuMg)
(b)(a)
(C)FIGURA 5-15Micrografia eletrnica de transmisso da liga 2024.
(50.000 X). (a) liga 2024-T6 foi solubilizada, temperada e
envelhecida por 12 horas a 190C. A estrutura consiste de zonas GP e
placas grosseiras de S. (b) a liga 2024-T81 foi solubilizada,
temperada, deformada 1,5% e envelhecida durante 12 horas a 190C. A
estrutura consiste de zonas GP e placas S na qual so menores e mais
numerosas que em a. (c) a liga 2024-T86 foi solubilizada,
resfriada, laminada a frio 6%, envelhecida por 12 horas a 190C. A
estrutura consiste de zonas GP e pequenas placas de S. As placas so
mais finas e numerosas que em b {After H. Y. Hunsicker in K. R. Van
Horn (ed.), aluminium, vol.1, American Society for Metals, 1967,
p.150}
Acredita-se que as zonas GP so formadas em estgios anteriores ao
envelhecimento a baixas temperaturas, porm sua forma e tamanho no
so firmemente estabelecidos. As zonas consistem de tomos de Cu e Mg
coletados nos planos {110}Al . A acelerao do processo de
envelhecimento natural nas ligas de Al-Cu, pela adio de Mg, pode
ser feito em parte com um acrscimo na taxa de difuso feito
possivelmente pela compensao dos maiores tomos de Mg em relao aos
menores tomos de Cu. Os tomos de Mg tambm poderiam aliviar algumas
tenses associadas com os tomos de Cu no Al (fig. 5.11). O efeito
dos tomos de Mg, entretanto, podem ser acelerados nas zonas de
crescimento.O mecanismo da precipitao de S` firmemente
estabelecido, uma vez que, a fase metaestvel S` incoerente e pode
ser facilmente detectada por microscopia eletrnica. Wilson e
Partridge tem mostrado que S nucleado heterogeneamente nas
discordncias e cresce como ripas nos planos {210}Al na direo . O
precipitado S`, formado por tratamento trmico de solubilizao de uma
chapa da liga 2024 a 493C resfriada em gua a temperatura ambiente,
envelhecida durante 12 horas a 190C como mostra a figura 5.15a. Uma
vez que a fase S` nucleada heterogeneamente nas discordncias,
aumentando o nmero de discordncias pelo trabalho a frio,
conseqentemente, aumentar a densidade das ripas S. Pela introduo de
1,5% de trabalho a frio, aps tratamento de solubilizao e antes do
envelhecimento a 190C, a densidade de precipitados S neste caso foi
acrescida (fig. 5.15b) . Com maior trabalho a frio (6%) entre
tratamento de solubilizao e envelhecimento a 190C, o precipitado S`
mais refinado e a densidade aumenta (fig. 5.15c) .
TABELA 5-13 - Propriedades mecnicas tpicas das ligas
alumnio-cobre-magnsio trabalhadas tratveis termicamente
a tenso, psi
Tenso de
LigaTratamentoResistnciaescoamento,
Elongao,Dureza,cisalhamento,Limite depsi%
Bhn
Tenso de
psi
fadiga, psi
2014O27,00014,000184518,00013,000T4,
T45162,00042,0002010538,00020,000T6,
T65170,00060,0001313542,00018,0002017O26,00010,000224518,00013,000T4,
T45162,00040,0002210538,00018,0002024O27,00011,000204718,00013,000T370,00050,0001812041,00020,000T3672,00057,0001313042,00018,000T4,
T35168,00047,0002012041,00020,000T669,00057,0001012541,00018,000T81,
T85170,00065,000612843,00018,000T8675,00071,000613545,00018,0002117T443,00024,000277028,00014,000
Propriedades mecnicasAs propriedades mecnicas das ligas Al-Cu-Mg
trabalhadas mais comuns so listadas na tabela 5.13. A tenso de
resistncia da liga 2014 varia de 27 ksi, na condio recozida, 70 ksi
no
tratamento T6. A liga 2024 pode ser endurecida por
envelhecimento para 75 ksi se um endurecimento por deformao for
introduzido entre o tratamento de solubilizao e o envelhecimento.As
propriedades das ligas Al-Cu-Mg trabalhadas e tratadas termicamente
so grandemente afetadas pela temperatura de solubilizao, como
ilustrado pelas propriedades de resistncia de endurecimento por
precipitao da liga 2014 no tratamento T4 e T6, conforme figura
5.16. Se a temperatura de solubilizao baixa, as fases de
endurecimento no so completamente dissolvidas antes do resfriamento
e, entretanto, mais baixas tenses de resistncia sero obtidas, uma
vez que a densidade de precipitados ser mais baixa. Se a
temperatura de solubilizao muito alta, a fuso de algumas das fases
com baixas temperaturas de fuso ir ocorrer, resultando no decrscimo
de resistncia e ductilidade. Para as ligas Al-Cu-Mg, o tratamento
trmico normalmente praticado a nvel comercial solubilizao a uma
temperatura 5C mais baixo que o menor ponto de fuso euttico.
FIGURA 5.16Efeitos da temperatura de solubilizao das
propriedades de resistncia sob tenso de uma chapa das ligas 2014-T4
e 2014-T6. (After W. A. Anderson in Precipitation from Solid
Solution, American Society for Metals, 1959, p. 166.)
FIGURA 5-17Caractersticas de envelhecimento de uma chapa de
alumnio de liga 2014. Dados do eixo horizontal: Tempo de
envelhecimento em horas. Todos tm a mesma escala. {After H. Y.
Hunsicker in K. R. Van Horn (ed.), aluminium, vol.1, American
Society for Metals, 1967, p.147}
2024 no trabalhada a frio
Resistncia Trao 1000 psiaps tmpera2024-T3 1 a 2% encruada
2024-T36 5 a 6%
Resistncia ao escoamento 1000 psiencruada
Alongamento% em 2 pol.Tempo de envelhecimento, hFIGURA
5-18Caractersticas de envelhecimento a temperaturas elevadas de uma
chapa de liga 2024. {After H. Y. Hunsicker in K. R. Van Horn (ed.),
aluminium, vol.1, American Society for Metals, 1967, p.149}
O efeito do envelhecimento na temperatura 120 a 205C, nas
propriedades de resistncia sob tenso da liga 2014 solubilizada e
resfriada, so mostradas na figura 5.17. Percebe-se que para cada
temperatura o endurecimento por precipitao muito rpido, e a
temperaturas acima de 120C ocorrer rapidamente um
superenvelhecimento. O timo desempenho para envelhecimento
industrial da liga 2014 alcanado entre 8 e 12 horas a 170C.A taxa e
quantidade de endurecimento por precipitao pode ser
significantemente acrescido em algumas ligas pelo trabalho a frio
aps resfriado, ao passo que, em algumas outras ligas pouco ou
nenhum endurecimento notado. A liga 2024 particularmente sensvel ao
trabalho a frio entre o resfriamento e o envelhecimento, como
mostrado pelo acrscimo da densidade de precipitao da fase S`,
conforme figura 5.15. O efeito do trabalho a frio entre
resfriamento e envelhecimento das propriedades de resistncia sob
tenso da liga 2024 mostrado na figura 5.18. A liga 2024-T6 tem
tenso de escoamento de 57 ksi, mas com 6% de trabalho a frio
introduzido entre resfriamento e envelhecimento a tenso de
escoamento ser elevada a 71 ksi.
5-8 LIGAS DE ALUMNIO MAGNSIO E SILCIO
Composies qumicas e aplicaes tpicas
A combinao de Mg (0,6 a 1,2%) e Si (0,4 a 1,3%) no Al forma as
bases para as sries 6xxx das ligas trabalhadas e endurecidas por
precipitao de Al-Mg-Si. Na maioria dos casos o Mg e Si esto
presentes nas ligas em quantidades combinadas para formar fases
metaestveis de compostos intermetlicos de Mg2Si, mas o excesso de
Si maior que o requerido para Mg2Si pode tambm ser usado. Mn ou Cr
so adicionados na maioria das ligas da srie 6xxx para aumentar a
resistncia e o controle do tamanho de gro. Cobre tambm aumenta a
resistncia dessas ligas, mas se presente em quantidades acima de
0,5% reduz sua resistncia a corroso. A tabela 5.14 lista a composio
qumica e aplicaes de algumas das mais importantes ligas Al-Mg-Si
trabalhadas.
TABELA 5.14 - Composio qumica e aplicaes das ligas
alumnio-magnsio-silcio
Liga%Mg%Si%Mn%Cr%Cu% outrosAplicaes
60031,20,7Recobrimento de lminas e chapas
60050,50,8Estruturas martimas
60090,60,80,50,38Corpos de lminas metlicas
60100,81,00,50,38Corpos de lminas metlicas
60531,30,70,25Arames para rebites
60611,00,60,20,27Estruturas de dutos onde a
resistncia a corroso necessria
60630,70,4Canos, mveis
60661,11,30,80,9Forjamento e extruso para
estruturas soldadas
60700,81,40,70,3Estruturas soldadas de dutos,
tubulaes
61010,60,5Condutores de alta resistncia
61510,60,90,25Moderada resistncia de forjamentos
para mquinas automotivas
61620,90,6Estruturas que necessitam moderada
resistncia
62010,80,7Condutores eltricos de alta tenso
62531,20,70,252,0 ZnComponentes de arames e barras
revestidas
62621,00,60,090,270,55 Pb; 0,55Produtos torneados (melhor
Biresistncia a corroso que 2021)
64630,70,4Baixo FeArquiteturas e extruses
(0,15mx.)
A primeira liga de Al com constituintes de Mg2Si balanceados,
foi a 6053, a qual foi desenvolvida na dcada de 30 e contm 2% Mg2Si
e 0,25% Cr. Esta liga foi seguida pela 6061 a qual tambm uma liga
com contedo balanceado de 1,5% Mg2Si e 0,25% de Cr, e 0,27% de Cu.
A liga 6061 uma liga estrutural com resistncia intermediria. Usada
em grande parte hoje, uma das mais importantes ligas de alumnio. As
ligas de Al-Mg-Si de alta resistncia tal como a 6066 e a 6070 com
mais alto contedo de Si foram introduzidas em 1960.Para facilitar a
extrudabilidade de vrios formatos, a liga 6066 com mais baixa
resistncia, foi desenvolvida, a qual contm em torno de 1% de Mg2Si.
Esta liga pode ser resfriada durante ou depois da operao de
extruso, evitando assim, a expanso do tratamento de solubilizao. As
variaes da liga 6063 tal como 6463 tem sido desenvolvidas para
melhores caractersticas de acabamento. Na liga 6463 o nvel de Fe
mantido to baixo que o brilho do Al ser melhorado aps a
anodizao.
EstruturaO sistema de endurecimento por precipitao na liga de
Al-Mg-Si possvel pelo decrscimo na solubilidade slida dos compostos
intermetlicos Mg2Si conforme a temperatura diminui. A figura 5.19
mostra uma seo vertical binria do sistema ternrio Al-Mg-Si na
composio Mg2Si. Como visto na figura 5.19, uma liga ternria
pseudobinria euttica formada entre a soluo slida de Al e Mg2Si. A
solubilidade de Mg2Si no Al decresce de 1,85% a temperatura euttica
para, aproximadamente, 0,1% a temperatura ambiente. As ligas que
contm aproximadamente 0,6% ou mais de Mg2Si mostram um acentuado
endurecimento por precipitao.
39
FIGURA 5.19Seo binria, diagrama de fase Al-Mg2Si. {After
Physical Metallurgy of Aluminium Alloys, Amerivan Society for
Metals, 1949, p. 78.}
FIGURA 5.20A liga de Al-1,3%Mg2Si solubilizada a 565C, resfriada
e envelhecida por 24 horas a 160C para produzir uma condio de
endurecimento por precipitao; a estrutura consiste de zonas GP e
precipitados . {After W. F. Smith, Metall. Trans. 4
(1973):2435.}
Se uma liga de Al-Mg-Si contendo 1,3% em peso de Mg2Si
solubilizada a 565C, resfriada em gua, envelhecido a 160C, formam
as zona GP que possuem formato acicular que so orientadas nas
direes da matriz. Quando o mximo de resistncia alcanado durante o
envelhecimento a 160C por 24 horas, uma alta densidade de
precipitado formado, com algumas agulhas curtas sendo observadas.
(figura 5.20). Reaquecendo a liga endurecida ao mximo de Al-Mg-Si
por 15 min a 275C, observado um crescimento das agulhas , como
observado na figura 5.21.
FIGURA 5.21A liga de Al-1,3% Mg2Si endurecida por precipitao
pelo envelhecimento a 24 horas a 160C. Reaquecida 15 minutos a
275C; estrutura mostra agulhas grosseiras dos precipitados . {After
W. F. Smith, Metall.Trans. 4 (1973):2435.}
A seqncia geral de precipitao no sistema Al-Mg-Si representada
por:
Soluo slida supersaturada zona GP (agulhas?) (Mg2Si) (Mg2Si)
Uma vez que uma coerncia na deformao no observada nas zonas GP
ou nos estgios de precipitao da transio , tm sido constatado que o
acrscimo na resistncia da liga Al-Mg-Si atribuda ao aumento da
energia requerida para as discordncias quebrarem as ligaes Si-Mg
quando elas passam atravs dos precipitados.
TABELA 5.15 - Propriedades mecnicas tpicas das ligas
alumnio-magnsio-silcio trabalhadas tratveis termicamente
LigaTratamentoResistncia
psipolegadaspsi6063O16,0008,000352611,0008,000T637,00032,000138023,00013,000O18,0008,000253012,0009,000T4,
T45135,00021,000226524,00013,0006061T6,
T65145,00040,000129530,00014,000T8155,00052,0001532,000T9159,00057,0001233,00014,000T91367,00066,0001035,000O22,00012,000184314,0006066T4,
T45152,00030,000189029,000T6,
T65157,00052,0001212034,00016,0006070O21,00010,000203514,0009,000T657,00052,0001212034,00014,000T632,00028,000157120,000T648,00043,0001710032,00012,000T8148,000615,000
trao, psi
Tenso de escoamento,
Elongao,% em 2
Dureza, Bhn
Tenso de cisalhamento,
Limite de fadiga, psi
T958,00055,0001012035,00013,000
T4, T45142,00027,000206022,00013,000
T6, T65149,00043,000139529,00013,000
O16,0006,000302811,000
T639,00033,000138226,000
Propriedades Mecnicas
As propriedades mecnicas das selecionadas ligas Al-Mg-Si
tratadas termicamente esto listadas na tabela 5.15. As ligas
Al-Mg-Si so somente de resistncia intermediria (45 a 57 ksi no
tratamento T6) uma vez que somente pequenas quantidades de Mg2Si (1
a 2% em peso) podem estar inclusas na liga por endurecimento por
precipitao. As ligas de mais alta resistncia dessa classe so a 6066
e a 6070, no qual tem um excesso de Si prximo do necessrio para
formar de 1 a 2% de Mg2Si. A liga 6061 tem uma resistncia sob tenso
de 45 ksi no tratamento T6 e contm 1,6% de Mg2Si. Pela reduo da
quantidade de Mg2Si para 1,1%, a resistncia da liga 6063 reduzida
para 35 ksi no tratamento T6. A resistncia mais baixa da liga 6063
necessria para uma fcil extrudabilidade.As ligas de Al-Mg-Si so
usualmente solubilizadas em torno de 520C. Uma vez que esta
temperatura est bem abaixo da temperatura euttica de fuso destas
ligas, existe uma pequena chance de fuso pelo leve
superaquecimento. A liga 6061 pode ser solubilizada a temperaturas
mais altas que 520C com algum acrscimo na resistncia sendo obtido,
uma vez que, nem todo o Mg2Si presente solvel nesta temperatura.
Como no caso das ligas Al-Cu-Mg, um resfriamento rpido requerido
para obter resistncia mxima. As caractersticas no envelhecimento
artificial da liga 6061 so mostradas na figura 5.22. Deve ser
notado que as mais altas resistncias so obtidas nas temperaturas
mais baixas por longos perodos (135C por 500 horas).
Industrialmente com propsitos econmicos esta liga envelhecida de 16
a 20 horas a 160C.As mais altas resistncias das ligas de Al-Mg-Si
so obtidas quando o envelhecimento artificial iniciado
imediatamente aps resfriamento. Perdas de 3 a 4 ksi na resistncia
ocorre se estas ligas so envelhecidas a temperatura ambiente de 1 a
7 dias. Contudo existe alguma recuperao da resistncia com um ms ou
mais de envelhecimento a temperatura ambiente, a resistncia mxima
nunca alcana aquela obtida pelo envelhecimento imediatamente aps
resfriamento.
( a)
FIGURA 5.22(b)Caractersticas de envelhecimento de uma chapa de
alumnio da liga 6061 {After H. Y. Hunsicker inK. R. Van Horn (ed.),
aluminium, vol.1, American Society for Metals, 1967, p.147}(c)
Resistncia corroso
As ligas de Al-Mg-Si tm excelente resistncia a corroso em toda a
atmosfera natural e na maioria das artificiais. A resistncia
corroso dessas ligas melhor nos materiais o qual so rapidamente
resfriados e artificialmente envelhecidos para o resfriamento
desejado.
5.9 LIGA ALUMNIO-ZINCO-MAGNSIO E ALUMNIO-ZINCO-MAGNSIO-COBRE
Composies qumicas e aplicaes tpicasCombinaes de 4 a 8% de Zn e 1
a 3% de Mg no alumnio so usados para produzir a srie 7xxx das ligas
alumnio-cobre trabalhadas tratveis termicamente. Algumas dessas
ligas desenvolvem propriedades de mais alta resistncia que qualquer
liga base de alumnio comercial.Zinco e magnsio tm alta solubilidade
no alumnio e desenvolve, no usualmente, caractersticas de
precipitao de dureza. Adio de cobre de 1 a 2% aumenta as
propriedades de resistncia da liga Al-Zn-Mg dando alta resistncia a
liga de alumnio para aeronaves.Depois de extensivas pesquisas,
ligas 7075 foram introduzidas em 1943. O sucesso do desenvolvimento
do membro proeminente da srie 7xxx era possivelmente feita atravs
do
benefcio do efeito do cromo, ele acrescentou grande melhora na
resistncia a corroso sob tenso da lmina feita dessa liga. Liga 7075
contm 5,6% Zn, 2,5% Mg, 1,6% Cu e 0,30% Cr. A modificao da mais
alta resistncia da 7075, foi desenvolvida a liga 7178 em 1951 e
contm mais altos nveis de Zn, Mg e Cu. A mais alta resistncia da
liga na produo comercial, 7001, era introduzida em 1960 e contm
7,4% Zn, 3,0% Mg e 2,1% Cu.Ligas Alumnio-zinco-magnsio, sem cobre
(menos que 0,1%), tm sido desenvolvidas com resistncia intermediria
e so soldveis. Ligas como 7004 e 7005 so usados em estruturas de
caminhes, carro reboque, pontes portteis e carros ferrovirios. A
tabela 5.16 lista as composies qumicas e aplicaes tpicas das ligas
Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu.
TABELA 5.16 - Composio qumica e aplicaes das ligas
alumnio-zinco-magnsio e alumnio-zinco-magnsio-cobre
Ligas alumnio-zinco-magnsioLiga% Zn%
Mg%Cr%Mn%ZrAplicaes70044,21,50,450,15Estrutura de caminhes e de
carro70054,51,40,130,400,14reboque; carros ferrovirios;produtos
extrudados.Ligas alumnio-zinco-magnsio-cobreLiga% Zn% Mg% Cu%
CrAplicaes70017,43,02,10,30Estruturas de
msseis70497,72,51,60,15Estruturas de aeronaves e outras,
adaptaeshidrulicas70755,62,51,60,30Estruturas de aeronaves e
outras, adaptaeshidrulicas7475Limites de mais baixa impureza
queEstruturas de aeronaves e outros (boa71786,82,72,00,30Estruturas
de aeronaves e outrasEstrutura7075resistncia a fratura)
LIGAS Al-Zn-Mg. Ligas Al-Zn-Mg trabalhadas so reforadas por
reaes de precipitao durante o envelhecimento depois do tratamento
trmico e resfriamento. A seqncia de precipitao no envelhecimento da
soluo slida supersaturada geralmente reconhecido por ser:
Soluo slida supersaturada zona GP (MgZn2) (MgZn2)
As zonas GP so incoerentes com a matriz e tm forma esfrica. A
energia interfacial da zona GP no sistema Al-Zn-Mg to baixa que uma
alta densidade de pequenas zonas (~30 ) pode ser produzido a baixas
temperaturas (e.g., 20 a 120oC). A fase intermediria metaestvel
semicoerente tem sido descrita como clula unitria monocclica,
enquanto que a fase deequilbrio incoerente, MgZn2, , hexagonal.
A mais alta resistncia obtida da liga Al - 5% Zn - 2% Mg
encontrada por estar associada com alta densidade de pequenas zonas
GP, como produzida por envelhecimento duplex primeiro por 5 dias a
20oC e ento por 48 h a mais alta temperatura de 120oC. A estrutura
da matriz formada por este tratamento consiste na mais alta
densidade de pequenas zonas GP e no mostra evidncias de
precipitados da fase semicoerente intermediria (Fig. 5.23a). O
primeiro estgio doenvelhecimento duplex cria uma alta densidade das
pequenas zonas GP estveis com pequena distribuio de tamanho. O
envelhecimento a altas temperaturas do segundo estgio dissolve
algumas das pequenas zonas, mas muitos outros crescem largamente da
mais extensa a menor zona (Ostwald ripening). Neste caminho, a mais
alta densidade da pequena zona GP formada a altas temperaturas.Por
envelhecimento duplex a liga Al 5% Zn 2% Mg a altas temperaturas
(16h a 80oCmais 24 h a 150oC), uma estrutura de precipitados
grosseiros produzida, como pode ser vista no tamanho do precipitado
no contorno de gro na Fig. 5.23b. nico estgio de envelhecimento
desta liga por 24h a 150oC produz uma fina disperso dos
precipitados intermedirios com largas zonas livre de precipitados
(Fig.23c). A liga nesta condio tem uma baixa resistncia de 40 ksi
quando comparado a 51 ksi de 20oC mais 120oC do material
envelhecido por envelhecimento duplex. O aumento da resistncia
dessas ligas com maior densidade das zonas GP atribudo ao acrscimo
da resistncia ao movimento das discordncias aumentado pela alta
fora de ligaes atmicas existentes nestas zonas. O movimento das
discordncias mais fcil atravs dosespaamentos entre os precipitados
semicoerentes intermedirios, .
LIGAS Al-Zn-Mg-Cu. A adio acima de 2% de Cu para as ligas
Al-Zn-Mg no parecem mudar seus mecanismos de precipitao. Durante a
formao da zona, o cobre nas ligas Al-Zn-Mg-Cu aparecem
uniformemente distribudos. Cobre na zona GP, entretanto, aumenta
sua estabilidade, assim como fazendo com que estas zonas existam a
altas temperaturas quando comparadas a liga Al-Zn-Mg. O cobre
refora a liga Al-Zn-Mg primariamente por soluo slida, mas tambm
fazendo algumas contribuies no reforo por
precipitao.Microestruturas das ligas 7075 (uma das mais importantes
da srie 7xxx) completamente endurecidas e em condies de
superenvelhecimento so mostrados na Fig. 5.24. Nas condies de
completo endurecimento por envelhecimento (T651), as zonas GP so
menores ou iguais a 75 com alguns (~150 ) tambm presentes (Fig.
5-24 a). As partculas mais escuras soprecipitados ricos em cromo
que so encontrados em muitas ligas Al-Zn-Mg-Cu. Depois do
superenvelhecimento do material T651 a 170oC por 9 h para produzir
o T7351, a microestrutura consiste em (100 a 300 ) e (400 a 800 )
(Fig. 5-24b).Como no caso da liga Al-Zn-Mg, superenvelhecimento e
precipitados grosseiros resultam em mais baixa resistncia. Por
exemplo, o material 7075-T651 tem tenso de resistncia
resultando a 76,7 ksi e escoamento (0,2%) de 66,4 ksi, enquanto
o 7075-T7351 possuiprecipitados + resulta em tenso de 63,7 ksi e
uma resistncia ao escoamento 54,3 ksi.
Propriedades Mecnicas
FIGURA 5.23Microestruturas das ligas Al 5% Zn 2% Mg envelhecidas
por diferentes tratamentos trmicos para produzir diferentes
estruturas de precipitados.(a) Liga envelhecida por 5 dias a 20oC
ksi mais 48 ha 120oC (UTS = 51 ksi). Estrutura consiste em apenas
zonas GP. (b) Liga envelhecida por 16 h a 80oC mais 24 h a 150oC
(UTS = 49 ksi). Estrutura consiste em zonas GP e possivelmente
algumas .(c) Liga envelhecida por 24 h a 150oC (UTS = 40ksi).
Estrutura consiste em . (micrografias de transmisso por eltron).
[After W. F. Smith and N.J. Grant, Metall. Trans. L
(1970):979.]
As propriedades mecnicas das ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu
trabalhadas tratadas termicamente so listadas na tabela 5.17. A
maior resistncia a temperatura ambiente de todas as ligas de
alumnio so desenvolvidas nas ligas Al-Zn-Cu-Mg.Liga 7001, com 7,4%
Zn, 3,0% Mg e 2,1% Cu, resulta em uma resistncia sob tenso de 98
ksi com uma elongao de 9% quando tratado termicamente para o T651.
Esta uma liga da
srie 7xxx de alta resistncia. Liga 7075, como uma das mais
comumente usadas na srie 7xxx, tem mais baixos nveis de zinco,
magnsio e cobre (5,6% Zn, 2,5% Mg e 1,6% Cu) e tem tenso de
resistncia mxima de 83 ksi com 11% de elongao quando tratado
termicamente para o T651. Essas altas resistncias so atribudas a
altas densidades da zona GP e precipitados que podem ser
desenvolvidos nestas ligas por tratamentos de envelhecimento
duplex.As caractersticas de envelhecimento artificial das lminas de
7075 so mostradas na Fig.5.25. Para a reduo do tempo de forno do
envelhecimento artificial, tem sido desenvolvido tratamento de
envelhecimento duplex por tempo mais curto. Em um envelhecimento
prtico, lmina 7075 envelhecida por 4 h a 100oC mais 8 h a 157oC,
enquanto outros so usados em 3 horas a120oC mais 3 horas a 175oC.
Nesse tratamento de envelhecimento, uma alta densidade daspequenas
zonas GP so nucleadas e crescem tanto que em uma alta temperatura
de envelhecimento, a densidade aumenta ao ponto de ficar retida.Em
contraste com a liga Al-Cu-Mg, trabalhadas a frio, as ligas
Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu entre resfriamento e envelhecimento no tem
significativo endurecimento. A liga da srie 7xxx no responde
favoravelmente a tratamentos de trabalho a frio e envelhecimento
desde que elas sejam endurecidas quase exclusivamente por formao de
zonas e precipitados que nucleiam das zonas. Assim, introduzindo
grande quantidade de novas discordncias por trabalho a frio depois
de tratamento trmico de solubilizao e resfriamento, no so
grandemente aceleradas na precipitao da fase metaestvel
intermediria como o caso das ligas Al-Cu-Mg.
FIGURA 5.24Microestruturas da liga 7075 em (a) a T651
completamente endurecida e (b) a T7351 em condies de
superenvelhecimento. (a) 7075 T651 em comdies de completo
envelhecimento a estrutura mostrada (menor 75 )e (~15 ) na matriz e
700 zona livre de precipitado no contornode gro; partculas maiores
so precipitados ricos em cromo. (b) 7075 T651 envelhecidas a 175oC
por 9 h para superenvelhecimento da tmpera T7351, com (100 a 300 )
e (400 a 800 ) na matrix e 900 zona livre de precipitado no
contorno de gro. (Micrografia por transmisso de eltrons). [ After
P.N. Adler et al., Metall Trans. 3(1972): 319.]
(b)
TABELA 5.17 - Propriedades mecnicas tpicas das ligas
alumnio-zinco-magnsio e alumnio-zinco-magnsio-cobre trabalhadas
tratveis termicamente.
trao, psi
Tenso de
LigaTratamentoResistncia escoamento*,Elongao,Dureza
**,cisalhamentlo,fadiga***,psi
% em 2 pol
Bhn
Tenso de
psi
Limite de
psi
7001O37,00022,0001460T698,00091,0009160..22,000T65198,00091,0009160...22,000T7584,00072,000127005O28,00012,00020W50,00030,00020T651,00042,00013...31,00022,0007075O33,00015,000176022,00017,000T65183,00073,0001115048,00023,000T
7373,00063,000137178O33,00015,000156022,000T688,00078,0001016052,00022,000T65188,00078,0001016052,00022,000
1 ksi = 6,89 Mpa* tenso de escoamento, 0,2%** carga 500 Kg,
dimetro10 mm*** baseado em 500 milhes de ciclos usando mquina de
rotao R.R. Moore
5.10 LIGAS FUNDIDAS DE ALUMNIO
FIGURA 5-25Envelhecimento de lmina fina da liga de alumnio a 120
a 150oC. [After J. A. Nock, Jr. In K. R Van Horn (ed.), Aluminiun,
vol 1, American Society for Metals, 1967, p. 153.]
49
As ligas fundidas de alumnio tem sido desenvolvidas visando a
qualidade de fundio, fluidez e molhabilidade, assim como, as
propriedades de resistncia mecnica, corroso e ductilidade. Assim,
devido a diferena das caractersticas requeridas, as ligas de
alumnio para fundio vo ter composies qumicas diferentes das ligas
trabalhadas.Na tabela 5.18 so listadas as composies qumicas, bem
como suas aplicaes. Conforme pode ser observado na tabela, os trs
processamentos a partir dos quais so obtidas as peas fundidas so:
fundio em areia, em molde permanente (coquilha) e sob-presso
(injeo). As ligas so classificadas de acordo com o sistema numrico
da Aluminion Association, sendo os elementos principais da liga
fundida, o que determinam o primeiro algarismo (tabela 5.2).
TABELA 5.18 - Composio qumica e aplicao de ligas de alumnio para
fundio
Fundio em Areia ou Coquilha
Ligas Al-Cu para Fundio
Liga%Cu%Si%Mg%outro
2084,03,0Componentes de uso geral produzidos por fundio em
areia,
tubos e vlvulas de distribuio
2137,02,0Agitadores em mquinas de lavar, cilindros
automotivos,
pequenas engrenagens
22210,00,25Pistes, cilindros de refrigeradores de ar
2424,02 NiCilindros de refrigeradores de ar, engrenagens de
alta
resistncia
2954,51,1Componentes fundidos com alta resistncia mecnica e
ao
impacto
B2954,52,5Componentes para indstria aeronutica
Ligas Al-Si-Cu para Fundio
%Si%Cu %Mg
3085,54,5Componentes de uso geral produzidos por fundio em
3196,33,50,25coquilhaComponentes de uso geral produzidos por
fundio em
3339,03,50,5coquilha, engrenagens e cilindros
automotivosComponentes de uso geral produzidos por fundio em
3549,01,8coquilha, engrenagens e construo civilComponentes para
indstria aeronutica e fundidos com alta
resistncia mecnica
Ligas Al-Si-Mg para Fundio
%Si%Cu%Mg%outro
F332
3359,5
5,03,0
1,21,0
0,5Pistes automotivos, componentes com resistncia mecnica a
altas temperaturasComponentes utilizados em altas presses, quando
exigida
C355
5,0
1,2
0,5
Fe
