ALUMNIO E SUAS LIGAS- PROPRIEDADES FSICAS E MECNICAS!

" Ponto de Fuso: " Sistema cristalino: "Densidade Al= 2,7 g/cm3 Cu= 8.9 g/cm3 Ao= 7.9 g/cm3

660 C CFC

!

!

PROPRIEDADES FSICAS E MECNICASA GRANDE VANTAGEM DO ALUMNIO O BAIXO PESO ESPECFICO "RESISTNCIA MECNICA O Al puro (99,99%) tem baixa resistncia mecnica Resistncia trao: ! Al puro= 6 kg/mm2 ! Al comercial= 9-14 kg/mm2!

ELEMENTOS DE LIGA, TRABALHO A FRIO E TRATAMENTO TRMICO, AUMENTAM A RESISTNCIA TRAO (60 kg/mm2)

Tungstnio (W) Estanho (Sn) Cobre (Cu) Niquel (Ni) Ferro (Fe) Zinco (Zn) Titnio (Ti) Alumnio (Al) Berlio (Be) Magnsio (Mg) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Densidade (ton/m^3)

PROPRIEDADES FSICAS E MECNICAS!"DUCTILIDADE Tem alta Ductilidade = HB: 17-20!

"MDULO DE ELASTICIDADE Possui mdulo de elasticidade baixo Al= 7000 Kg/mm2 Cu= 11.500 Kg/mm2 Ao= 21.000 Kg/mm2

!

"CONDUTIVIDADE ELTRICA - A condutividade eltrica do Al 61-65% da do Cu - A condutividade eltrica afetada pela presena de impurezas

PROPRIEDADES FSICAS E MECNICAS"condutividade trmica Tem elevada condutividade trmica "calor latente de fuso Tem elevado calor latente de fusoEm geral as ligas de Al tm baixo limite de elasticidade, baixa resistncia fadiga e sua resistncia baixa muito acima de 150C

ALUMNIO E SUAS LIGASPRINCIPAIS IMPUREZAS Ferro " reduz a trabalhabilidade (AlFe3) ! Silcio " aumenta a resistncia trao ! Cobre " aumenta a resistncia trao

ALUMNIO E SUAS LIGASPRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn e outros

ALUMNIO E SUAS LIGAS- PRINCIPAIS APLICAES Elevada Plasticidade" laminados de pouca espessura (resguardos de bombons, etc...) Elevada condutividade eltrica (65% do Cu) " emprego no setor eltrico (cabos, fios, etc...). A vantagem do Al a leveza. Elevada resistncia corroso" artigos domsticos, embalagens, etc... Baixa densidade" material para construo mecnica (carros, aeronaves,etc...).

ALUMNIO E SUAS LIGAS- PRINCIPAIS APLICAES-

VEJA DOCUMENTOS QUE ILUSTRAM AS DIVERSAS APLICAES DO ALUMNIO E SUAS LIGAS

ALUMNIO E SUAS LIGASCLASSIFICAO DAS LIGAS DE ALUMNIO LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECNICO LIGAS PARA FUNDIO

LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECNICO

! Passam

por processos de laminao, extruso, forjamento, estiramento.

LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECNICOSub-diviso: A- LIGAS TRABALHADAS TRATVEIS TERMICAMENTE timas propriedades mecnicas so obtidas por tratamento trmico

B- LIGAS TRABALHADAS NO-TRATVEIS OU LIGAS ENCRUVEIS No respondem ao tratamento trmico. As propriedades mecnicas so determinadas pelo grau de trabalho a frio e encruamento.

LIGAS DE ALUMNIOLigas de trabalho mecnico Ligas de fundio

Endurecveis por tratamento trmico Al-Cu Al-Cu-Si Al-Mg-Si Al-Zn-Cu Al-Li

No endurecveis por trat. trmico Al-Mg Al-Mn Al-Si

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15% Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases so muito idnticos???? Aumento de resist. por soluo slida adicionar Mg, Fe, Mn Aumento de usinabilidade Cu Aumento de resist. corroso Si Aumento fluidez de fundio Mn, Si

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS LIGAS DE ALUMNIO# No h um padro reconhecido internacionalmente. # Geralmente o simbolismo para ligas trabalhadas distinto daqueles de fundio NORMAS: Alcan, ASTM, DIN, ABNT, AA

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS# XXXX X1" elemento majoritrio da liga X2" zero se liga normal 1, 2 e 3 indica uma variante especfica da liga normal (como teor mnimo e mximo de um determinado elemento) X3 e X4" so para diferenciar as vrias ligas do grupo. So arbitrrios

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADASAlumnio >99% de pureza Cobre Mangans Silcio Magnsio Magnsio e Silcio Zinco Outros elementos " 1XXX " 2XXX " 3XXX " 4XXX " 5XXX " 6XXX " 7XXX " 8XXX

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADASAlumnio no ligado " 1000 O segundo algarismo indica modificaes nos limites de impurezas Os dois ltimos algarismos representam os centsimos do teor de alumnio Ex: 1065 " Al com 65% de pureza

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS DE FUNDIO# XXX.X X1" elemento majoritrio da liga X2 e X3" teor mnimo de alumnio X4" zero indica composio das peas fundidas 1 e 2 indica composio dos lingotesAS LIGAS DE FUNDIO TAMBM PODEM SE SUB-DIVIDIR EM LIGAS TRAT. TERMICAMENTE E NO TRATVEIS TERMICAMENTE

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS DE FUNDIOAlumnio >99% de pureza Cobre Silcio c/ adio de Cu e/ou Mg Silcio Magnsio Zinco Estanho " 1XX.X " 2XX.X " 3XX.X " 4XX.X " 5XX.X " 7XX.X " 8XX.X

NOMENCLATURA ABNT PARA LIGAS DE ALUMNIO# XXXXX X1" elemento majoritrio da liga X2 " % mdia do elemento de liga X3" refere-se ao segundo elemento de liga (1: Fe; 2:Cu; 3:Mn; 4:Si, 5:Ni; 6:Ti; 7:B; 8:Cr, 9:outro) X4" refere-se ao teor do elemento de liga X5" usado para designar variantes

TRATAMENTOS TRMICOS! Alvio

de tenses ! Recozimento para recristalizao e homogeneizao ! Solubilizao ! Precipitao ou envelhecimento

TRATAMENTOS TRMICOS Alvio de tenses

! T=

130-150C ! Tempo depende da espessura da pea

TRATAMENTOS TRMICOS recozimento para recristalizao e homogeneizao! T=

300-400C ! recristalizao: para ligas laminadas, extrudadas ! homogeneizao: peas fundidas (para difundir os microconstituintes)

TRATAMENTOS TRMICOS solubilizao! Dissolve

as fases microscpicas. ! Temperatura= depende da ligaVeja a tabela dada em aula para conhecer as ligas de Al tratveis termicamente

TRATAMENTOS TRMICOS precipitao ou envelhecimento! Consiste

na precipitao de outra fase, na forma de partculas extremamente pequenas e uniformemente distribudas. ! Esta nova fase enrijece a liga. ! Aps o envelhecimento o material ter adquirido mxima dureza e resistncia. ! O envelhecimento pode ser natural ou artificial.

Sistema Al-Cu

Solubilizao5,65%

A fase endurecedora das ligas Al-Cu CuAl2 ()

Tratamento trmico de solubilizao seguido de envelhecimentoSolubilizaoResfriamento em gua

Precipitao

Chamado de envelhecimento que pode ser natural ou artificialA ppt se d A ppt se d a acima da T T ambiente ambiente por reaqueci-

Ligas binrias Al-CuEnvelhecidas Naturalmente Envelhecidas Artificialmente

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAES ESTRUTURAISTMPERA OU ESTADO! Condio

ou estado produzido por tratamento mecnico ou trmico. ! Produz propriedades mecnicas e estrutura caractersticas.

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAES ESTRUTURAIS - LIGAS TRABALHADAS!

F COMO FABRICADO, NO SOFREU TRATAMENTO NENHUM O SOFREU RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAO PARA ELIMINAR O ENCRUAMENTO H LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECNICO PARA ENCRUAMENTO T LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO TRMICO

!

!

!

!

W SOLUBILIZADA E ESTOCADA

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAES ESTRUTURAIS - LIGAS TRABALHADAS-

!

H LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECNICO PARA ENCRUAMENTO

! !

HXX X1= 1, 2, 3 " refere-se as operaes sofridas X2= 2,4,6,8 " d o grau de encruamento

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAES ESTRUTURAIS - LIGAS TRABALHVEIS! !! ! ! ! ! ! !

2 " 1/4 duro 4 " 1/2 duro

6" 3/4 duro 8 " duro

H12 1/4 duro (somente encruamento) H14 1/2 duro (somente encruamento) H16 3/4 duro (somente encruamento)

duro (somente encruamento) H19 extra-duro (somente encruamento) H22, H24 encruado e depois recozido parcialmente H32, H34 encruado e ento estabilizadoH18

SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE!

! ! ! !

T1" Esfriada de uma temperatura elevada de um processo de conformao mecnica e envelhecida naturalmente. T2" Recozida (ligas de fundio) T3"Tratada termicamente para solubilizao e ento trabalhada a frio. T4" Tratada termicamente para solubilizao e ento envelhecida a temperatura ambiente. T5" Envelhecida artificialmente (sem TT). Apenas esfriado do estado de fabricao.

SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE! ! ! ! !

T6"Tratado por solubilizao e ento envelhecido artificialmente T7" Tratado por solubilizao e ento estabilizado. T8" Tratado por solubilizao, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente T9" Tratado por solubilizao envelhecido artificialmente e encruado por trabalhado a frio. T10"Envelhecido artificialmente (sem tratamento prvio) e trabalhado a frio.

LIGAS TRABALHVEIS- GRUPO DO ALUMNIO PURO (1XXX)! Fcil

de conformar ! Dctil ! Resistncia Mecnica relativamente baixa ! Boa condutividade eltrica ! Bom acabamento ! Fcil de soldar

LIGAS TRABALHVEIS- GRUPO ALUMNIO - MANGANS (3XXX)-

! Apresenta

melhores propriedades mecnicas que o Al puro ! A ductilidade ligeiramente diminuda pelo Mn ! Boa resistncia corroso ! tratvel termicamente

LIGAS TRABALHVEIS- GRUPO ALUMNIO - SILCIO (4XXX)-

! Apresenta

baixo ponto de fuso ! Boa fluidez ! Tonalidade cinza agradvel quando anodizada ! aplicaes arquitetnicas

LIGAS TRABALHVEIS- GRUPO ALUMNIO - MAGNSIO (5XXX)-

Apresenta a mais favorvel combinao de: ! resistncia mecnica ! resistncia `a corroso ! ductilidade tratvel termicamente

LIGAS TRABALHVEIS! Grfico

de resistncia `a trao x alongamento

LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE- GRUPO ALUMNIO - COBRE (2XXX)! Com

quantidades de Mg, Mn ou Si ! Apresentam alta resistncia mecnica ! Apresentam resistncia corroso limitada ! Conformabilidade limitada, exceto no estado recozido ! Soldagem por resistncia

LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE- DURALUMNIOALUMNIO (2017)! Com

4% de Cu, 0,5% de Mg e 0,7% de Mn ! Aplicaes na indstria aeronutica ! Resistncia trao no estado recozido= 18 kgf/mm2 ! Resistncia trao depois de envelhecida= 43 kgf/mm2 ! Alongamento= 28 kgf/mm2

LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE4,4% Cu e 1,5% Mg ! Aplicaes na indstria aeronutica (substituiu a 2017) ! Resistncia trao no estado recozido= 19 kgf/mm2 ! Resistncia trao depois de envelhecida= 49 kgf/mm2 ! Alongamento= 35 kgf/mm2- DURALUMNIO (2024)-

ALCLADS! Foi

desenvolvida para melhorar a resistncia corroso dos duralumnios ! So chapas de duraalumnio revestidas em ambas as faces com alumnio puro ! Promovem uma diminuio de cerca de 10% da resistncia trao ! O revestimento compreende cerca de 10% da seo transversal

LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE- GRUPO ALUMNIO - SILCIO- MAGNSIO (6XXX)! Fceis

aos processos de fabricao ! Boa combinao de resistncia mecnica e a corroso ! Fcil de estampar ! Bom acabamento ! Aplicaes tambm na aeronutica, entre outras

LIGAS TRATVEIS TERMICAMENTE- GRUPO ALUMNIO - ZINCO- MAGNSIO (7XXX)! Com

ou sem Cu ! So as mais tenazes de todas as ligas de Al ! Relao resistncia /peso superior a de muitos aos de alta resistncia ! So difceis aos processos de fabricao

LIGAS DE Al-Lipara indstria aeroespacial Propriedades comparadas s ligas de Al usuais, porm com: ! 6-10% da densidade ! 15-20% mais rgido ! Boa resistncia fadiga e propagao de trincasTem menor resit. corroso, menor ductilidade e menor tenacidade

! Atrativo

LIGAS DE FUNDIO

! Ligas

binrias ! Ligas ternrias ou com mais elementos

LIGAS DE FUNDIO PROCESSOS DE FABRICAO! Fundio

em areia ! Fundio sob presso ! Fundio em molde permanente

LIGAS DE FUNDIO- GRUPO ALUMNIO - COBRE (2XX.X)!O

Cu o principal constituinte endurecedor ! Aumenta a resistncia trao ! At 5,65% de Cu tratvel termicamente ! O Cu diminui a contrao ! O Cu melhora a usinabilidade ! Essas ligas tem baixa resit. corroso ! A introduo de Si melhora a fundibilidade

LIGAS DE FUNDIO- GRUPO ALUMNIO - SILCIO (3XX.X e 4XXX.X) So largamente utilizadas O Si aumenta a fluidez, reduz a contrao e melhora a soldabilidade - A altos teores o Si dificultam a usinagem

As ligas: Apresentam excelente resistncia corroso Apresentam boa resistncia trao Apresentam excelente ductilidade

LIGAS DE FUNDIO- GRUPO ALUMNIO - MAGNSIO (5XX.X) Boas propriedades mecnicas Apresentam a maio resistncia trao de todas

as ligas fundidas Usinabilidade Boa resistncia corroso So as mais leves A soldabilidade no boa Tem alta tendncia a se oxidar durante a fuso

LIGAS DE FUNDIO- GRUPO ALUMNIO - ESTANHO (8XX.X) Usada na fabricao de buchas e mancais Apresenta grande resistncia fadiga e

corroso

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA TITNIO (0,05-0,2%) Atua como refinador de gro Aumenta a resistncia trao e a

ductilidade Diminui a condutividade trmica

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA BORO (AT 0,1%) Torna mais duradouro o efeito do titnio em refuses Atua como refinador de gro Aumenta a resistncia trao e a ductilidade Diminui a condutividade trmica

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA FERRO ( 0,15-1,2%) Reduz a contrao Atua como refinador de gro (exceto nas ligas de Silcio) Diminui a adeso matriz em fundio sob presso

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA MANGANS Reduz a contrao Atua como refinador de gro Nas ligas de Al-Cu e Al-Si melhora a resistncia trao altas temperaturas Na presena de ferro pode ter efeito contrrio

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA CROMO Atua como refinador de gro Usado junto com Titnio Melhora a resistncia em temperaturas elevadas Nas ligas de Al-Zn-Mg reduz a corroso sob tenso

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA NQUEL (0,5-3%) Melhora a estabilidade dimensional Melhora a resistncia em temperaturas

elevadas 5% de Ni produz alta contrao

LIGAS DE FUNDIO- OUTROS ELEMENTOS DE LIGA ZINCO (0,5-3%) Em combinao com o Mg produz alta resistncia ao impacto, alta resistncia trao e excelente ductilidade Pequenos teores de Zn nas ligas Al-Cu melhora a usinabilidade A altos teores produz alta contrao e fragilidade a quente

Resist. corroso

Soldabil.

Maquin.

Propriedades mecnicas

AA1100

UNSA91100

Composio

Condio

Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicaes/CaractersticasAlimentos, produtos qumicos, permutadores de calor, reflectores de luz Utenslios culinrios, reservatrios de presso e tubagens, latas de bebidas Tubagens de leo e combustvel em aeronaves, tanques de combustvel, rebites, arame Estruturas aeronauticas, rebites, jantes de camio, parafusos Camies, canoas, automveis, mobilirio, tubagens Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento Volantes, jantes de camies e avies, carters Caixas de transmisso, blocos de motor Estruturas aeronauticas e de tanques criognicos Estruturas aeronauticas e outras de elevado carregamento

A

C-D

A

LIGAS DE TRABALHO MECNICO - NO TRATVEIS 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45

3003

A

C-D

A

A93003

0.12Cu, 1.2Mn,0.1Zn

Recozido(O)

110

40

30-40

5052

A

C-D

A

A95052 2.5Mg, 0.25Cr Def. Frio (H32)

230

195

12-18

2024 6061 7075

C B C

B-C B-C C-D B-D A D

295.0 356.0

2090 8090

LIGAS DE TRABALHO MECNICO - TRATVEIS TERMICAMENTE A92024 4,4Cu, 1.5Mg, Tratado 470 325 20 0.6Mn termic. (T4) A96061 1.0Mg, 0.6Si, Tratado 240 145 22-25 0.3Cu termic. (T4) A97075 5.6Zn,2.5Mg, Tratado 570 505 11 1.6Cu,0.23Cr termic. (T6) LIGAS DE FUNDIO - TRATVEIS TERMICAMENTE A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado 221 110 8,5 termic. (T4) A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado 228 164 3,5 termic. (T6) LIGAS DE LTIO --2.7Cu,0.25Mg Trat. termic. e 455 455 5 2.25Li,0.12Zr def. frio (T83) --1.3Cu,0.95Mg Trat. termic. e 465 360 --2.0Li,0.1Zr def. frio (T651)

PROPRIEDADES QUMICAS DO Al - CORROSO!

!

O Al sofre pouca corroso quando exposto ao ar, devido ao xido (Al2O3) que se forma espontaneamente na superfcie. A adio de elementos de liga geralmente retarda a formao do xido, no melhorando a resistncia corroso.

PROPRIEDADES DA ALUMINA (AL2O3)# # # #

estvel transparente inerte protege o Al dos meios agressivos

" A proteo do Al pode ser melhorada por anodizao.

PRODUTOS DA CORROSO$ So incolores e no-txicos

$Aliados alta resistncia corroso torna-se largamente usado na indstria qumica e alimentcia (embalagens) $Geralmente, o Al puro tem maior resistncia corroso que suas ligas

SOLVENTES DO XIDO E DO METAL# #

# #

Compostos Mercuriais cidos fortes - HCl, HF (menos HAC, HNO3, H2SO4) Solues aquosas que contm Hg e Cu NaOH

PRINCIPAIS AGENTES AGRESSIVOS

COMPORTAMENTO DO ALUMNIO E SUAS LIGAS COM OUTROS METAIS - CORROSO GALVNICA!O

QUE ACONTECE QUANDO COLOCADOS 2 METAIS JUNTOS NUM EQUIPAMENTO QUMICO OU AMBIENTE AGRESSIVO QUE CONSTITUA UM ELETRLITO (EX: GUA SALGADA)?

COMPORTAMENTO DO ALUMNIO E SUAS LIGAS COM OUTROS METAIS - CORROSO GALVNICA! Tem-se

que analisar a srie galvnica

! Quanto

mais separados na srie, maior a ao eletroqumica quando estiverem juntos.

SERIE GALVNICA

PREVENO DA CORROSO GALVNICA- evitar contato metal-metal" coloca-se entre os mesmos um material nocondutor (isolante) - Usar Inibidores"Usa-se principalmente quando o Al usado em equipamentos qumicos onde haja lquido agressivo.

COMPORTAMENTO DO ALUMNIO E SUAS LIGAS QUANTO CORROSO$Ligas de Al-Cu e Al-Cu-Zn so as de menor resistncia corroso

$ Depois vem Al-Si.

$ As ligas Al-Mg tem a mais altaresistncia corroso.

ANODIZAO! Consiste

em reforar a camada de oxidao por processo eletroltico (4100 mcrons) ! A pea de Al tratar o nodo (onde ocorre a oxidao) ! O on oxidante que se libera sobre a pea pode ser impregnado atravs de corantes.

PR-TRATAMENTO PARA ANODIZAO! Desengraxamento ! Fosqueamento ! Neutralizao

SELAGEM - ANODIZAO! Fechamento

dos poros da camada andica atravs da hidratao do xido de alumnio

PRINCIPAIS BANHOS PARA ANODIZAO! Alumilite

(H2SO4) ! Bengough (H2CrO4) ! Eloxal (H2C2O4.2H2O)

TRATAMENTO QUMICO POR IMERSO EM BANHOS QUENTES!

!

Uma outra maneira de reforar a camada de xido por imerso da pea em banhos de sais fundidos. No entanto, a camada depositada (1-3 MCRONS) no homognea e h uma maior dificuldade de se controlar a espessura da mesma. Portanto, a qualidade da camada depositada por este processo inferior produzida por anodizao.

PRINCIPAIS BANHOS PARA TRATAMENTO QUMICO! MBV

(Bauer Vogel modificado) ! EW (Erfrwerk) ! ALROK ! ALODINE