Ligas de Alumínio: Metalurgia Física, Propriedades Mecânicas e

Aplicações na Engenharia

Prof. Orestes Alarcon

Daphiny Pottmaier, posdoc

Mar-Jun, 2012/01

Ementa• Introdução

– Aplicações– Propriedades– Ligas

• Ligas de Aluminio• Metalurgia Física

– Classificação– Microestrutura– Deformação Plástica– Endurecimento por precipitação– Recuperação, Rescristalização e

Crescimento de Grão– Tratamentos Térmicos

• Mecânica da Fratura– Tenacidade a Fratura– Fadiga– Corrosão

• Estudo Dirigido– Apresentação de artigos

correlatos ao tema com aplicações na área Naval e Aeronáutica

Contexto Histórico

Desenvolvimento

Al, ZnProduzidosem Excesso

Elementos necessários para o desenvolvimento, maioria são importados (exceção Al, Zn).

Contexto EconômicoFl

utu

ação

e Fl

uxo

do

Pre

çod

as C

om

od

ites

Natural resources are the building blocks of the world, essential to progress and prosperity.

Aplicações

• Transporte– Automotivo, Aeronáutico e Naval

• Embalagem– Farmacêuticos– Alimentícia

• Construção Civil– Esquadrias, – Revestimentos,– Coberturas

• Indústria Elétrica– Fios e cabos

• Outros– Bicicletas– Panelas

Transportes, 26

Embalagem, 29

Civil, 12

Elétrica, 10

Consumíveis,9 Outros, 10

Maquinas, 4

Abal, 2008.

Embalagem

alimentos e bebidas,medicamentose cosméticos.

Carro

Mercedes E & S classBMW 5 & 7 seriesPeugot 307 & 607Renault Laguna

VW Lupo Eco versionCitroën C5

Volvo V70 & S60 & S80Landrover Discover

Audi A8

Corpo : Extrusão e Fundido

- 45 % redução em peso

CorpoPainel

Trocadores de CalorBloco do Motor

PistõesAbsorvedores de Choque

RodasSuspensão

Interior

AviãoFuselagem

Cabine de ComandoPropulsores

AsasEslotes

Leme de DireçãoElevador

Ligas 2xxx e 7xxx

Airbus A320 Boeing 747 (19% p Al)

Bombardier CS100 (24% p Al-Li)Embraer E195

A indústria da aviação comercial

moderna nunca teria conseguido sem Al.

Bauxita

Mineral

http://americanresources.org/

0

50

100

Reservas Mundo

57

33

10

Tropical Mediterrâneo Subtropical

2 -3 toneladas de bauxita são necessárias para produzir 1 tonelada de alumina e

2 toneladas de alumina são necessárias para produzir 1 tonelada de alumínio.

Alumínio Brasil

Mineral

2009 2010

Empregos diretos 62 223 69 208

Faturamento (US$ bilhões) 12.7 14.7

Participação no PIB (%) 0.8 0.7

Participação no PIB industrial (%) 3.6 3.1

Investimentos (US$ bilhões) 1.9 1.4

Produção de Al primário (1 000 t) 1 535 1 536

Consumo Doméstico de Al (1 000 t) 1 004 1 300

Consumo per capita (Kg/hab./ano) 5.2 6.7

Exportação (1 000 t) (peso Al) 925 756

Importação (1 000 t) (peso Al) 160 263

Balança Comercial (US$ milhões)ExportaçõesImportaçõesSaldo

3.2586562 602

3 9301 1762 754

Participação do Al nas Exportações (%) 2.1 1.9

http://www.abal.org.br

Produção

http://www.abal.org.br

Mineração da Bauxita

Refinamento da Alumina

http://www.world-aluminium.org

Fundição do Al

Processamento

• Laminação

• Estampagem

• Extrusão

• Forjamento

• Fundição

• Soldagem

• Usinagem

Processamento

Chapas e lâminas

39%

Fundidos e forjados

18%

Extrudados14%

Fios e cabos13%

Folhas8%

Pós, usos destrutivos e

outros8%

Produtos Transformados de Al

Abal, 2008

Reciclagem

http://www.youtube.com/watch?v=AOpGhAdQFEY

Al

1326.982 g.mol-1

[Ne] 3s23p1

CFC

Alumínio Puro

AlCl3 + 3K Al + 3KCl (Oersted, 1825)

Al2O3 xH2O + 2OH_

2 Al(OH)_

4

2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O(Bayer, 1887)

2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2

(Hall-Heroult, 1886)

660oC

alumen (Latin, bitter salt)

Propriedades Al

Calor Específico 940 J.kg-1.oC-1

Densidade (Baixa) 2 700 Kg.m-3

Módulo de Elasticidade 70 103 Mpa

Dureza 420 MPa

Condutividade Térmica (Alta ) 222 W.m-1.oC-1

Coefeciente de Expansão Linear 236 10-6. oC-1

Resistividade Elétrica 28.2 10-9.Ω.m

Refletividade, Polido (Alta ) 71, 97 %

Processabilidade, Beleza, Durabilidade, etc.

Propriedades dos Metais MÓDULO DE ELASTICIDADE [E]

GPa 106 Psi

Magnésio 45 6.5

AlumÍnio 69 10

Latão 97 14

Titânio 107 15.5

Cobre 110 16

Níquel 207 30

Aço 207 30

Tungstênio 407 59

Al

1326.982 g.mol-1

[Ne] 3s23p1

CFC

Alumínio Puro

AlCl3 + 3K Al + 3KCl (Oersted, 1825)

Al2O3 xH2O + 2OH_

2 Al(OH)_

4

2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O(Bayer, 1887)

2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2

(Hall-Heroult, 1886)

660oC

alumen (Latin, bitter salt)

Ligas

• Fundidas (Cast)

• Trabalhadas (Wrought)

1 0 0 0

5 0 0 0

4 0 0 0

3 0 0 0

8 0 0 0

6 0 0 0

7 0 0 0

2 0 0 0

Mg

Cu

Mn

Li

Mg,Si

Zn

Si

F H O T W

Al

Nao tratadatermicamente

tratadatermicamente

Mn

Si

Fe

Mg

Zn

Cu

Ligas Especiais

AlFm-3m (Grupo Espacial: 225)

a: 4.0495 Ab: 4.0495 Ac: 4.0495 Aα: 90.000°β: 90.000°γ: 90.000°

Estrutura CristalinaCuFm-3m (225)

a: 3.615 Aα: 90.000°

MnI-43m (217)

a: 8.912 Aα: 90.000°

SiFd-3m (227)

a: 5.431 Aα: 90.000°Zn

P63/mmc (194)a: 2.665 Aα: 90.000°γ: 120.000°

LiIm-3m (229)

a: 3.51 Aα: 90.000°

MgP63/mmc (194)

a: 3.201 Aα: 90.000°γ: 120.000°

Diagramas de Fases

LIQUIDBCC_A2FCC_A1ALCU_ETAALCU_EPSILONALCU_THETAGAMMA_D83GAMMA_HAL2CU3(ST)AL9CU11(ST)

2 0 0 0

Diagramas de Fases

LIQUIDBCC_A2CBCC_A12CUB_A13FCC_A1HCP_A3AL8MN5_D810AL11MN4(ST)AL12MN(ST)AL4MN(ST)AL6MN(ST)

3 0 0 0

Diagramas de Fases

LIQUID

FCC_A1

Si(S)

4 0 0 0

Diagramas de Fases

LIQUIDFCC_A1HCP_A3ALMG_GAMMAAL140MG89(ST)AL30MG23(ST)

5 0 0 0

Diagramas de Fases

LIQUID

FCC_A1

HCP_ZN

7 0 0 0

Diagramas de Fases8 0 0 0

LIQUID

FCC_A1

BCC_A2

ALLI

AL2LI3(ST)

AL4LI9(ST)