CAPTULO 3 TRATAMENTOS TRMICOS EM LIGAS DE ALUMNIO

Os tratamentos trmicos tm como finalidade causar modificaes nas

propriedades dos materiais pela alterao do tipo e proporo das fases

presentes, pela variao da morfologia dos microconstituintes ou pela variao

da concentrao e distribuio de defeitos cristalinos. Segundo Pieske (1988), uma grande variedade de ligas suscetvel de ter suas propriedades

aprimoradas por meio de tratamentos trmicos.

3.1 DESIGNAES DOS TRATAMENTOS TRMICOS DE LIGAS DE ALUMNIO

A tmpera uma condio aplicada ao material ou liga atravs de

deformao plstica a frio ou de tratamento trmico, propiciando estrutura e

propriedades mecnicas caractersticas (CALLISTER, 2002). Ainda que a resistncia original possa ser aumentada agregando-se

certos elementos, as propriedades mecnicas das ligas, com exceo de

algumas ligas para fundio, no dependem apenas da sua composio

qumica. Semelhante a outros metais, o alumnio e suas ligas endurecem e

aumentam sua resistncia quando trabalhados a frio. Alm disso, algumas ligas

de alumnio possuem a valiosa caracterstica de responder ao tratamento

trmico, adquirindo resistncias maiores do que as que podem ser obtidas

apenas atravs do trabalho a frio (ABAL, 2004). Assim, as ligas de alumnio so divididas em dois grupos: aquelas que so tratadas termicamente,

proporcionando-lhes maior resistncia, e as que no so tratadas

termicamente, cuja resistncia s pode ser aumentada atravs do trabalho a frio.

De acordo com a ABAL (2004), as ligas tratveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer tratamento trmico para o

aumento da resistncia mecnica. As ligas no-tratveis termicamente podem

ser submetidas a outros tratamentos trmicos como o de estabilizao e

recozimentos plenos ou parciais. As tmperas so classificadas conforme a

NBR 6835 e de acordo com os processos aos quais so submetidas, como

apresenta a tabela 3.1.

Tabela 3.1 Designao das Ligas de Alumnio.

F Como fabricada: Aplica-se aos produtos obtidos atravs de processos de conformao em que no se emprega qualquer controle especial sobre as condies trmicas ou de encruamento.

O Recozida: Aplica-se aos produtos acabados, no estado em que apresentam o menor valor de resistncia mecnica.

H

Encruada: Aplica-se aos produtos em que a resistncia mecnica foi aumentada por deformao plstica a frio e, que podem ou no, ser submetidos a um recozimento complementar para produzir amolecimento parcial ou a um processo de estabilizao. utilizado para as ligas no-tratveis termicamente. A letra H dever sempre ser seguida de dois ou mais dgitos.

T Tratada termicamente: Aplica-se aos produtos que sofrem tratamento trmico com ou sem deformao plstica complementar. A letra T deve ser seguida de dgitos que indicam a seqncia dos processos bsicos realizados: tratamentos trmicos ou deformaes plsticas.

Fonte: ABAL (2004).

Como vimos, as designaes H e T so seguidas de nmeros que

indicam mais detalhes sobre o tratamento que a liga recebeu. Para as ligas

fundidas, tratadas termicamente tem-se, como mostra a tabela 3.2:

Tabela 3.2 Designao dos Tratamentos trmicos das Ligas Fundidas.

T2 Liga recozida (aplicada somente para ligas fundidas). T4 Liga solubilizada e precipitada temperatura ambiente (envelhecida

naturalmente). T5 Precipitada artificialmente sem prvia solubilizao. T6 Solubilizada e precipitada artificialmente. T7 Solubilizada e estabilizada (por tratamentos de superenvelhecimento).

Fonte: CALLISTER (2002).

Estes smbolos (T2 a T7) designam um conjunto definido de tratamentos trmicos para se obter propriedades mecnicas especificadas. Os smbolos

no definem a temperatura e o tempo de tratamento trmico, e esses podem

ser mudados conforme a convenincia, desde que as propriedades mecnicas

finais obedeam s especificaes correspondentes (CALLISTER, 2002).

3.2 TRATAMENTOS TRMICOS

A maioria das ligas de alumnio fundidas podem ter suas propriedades

mecnicas, estabilidade dimensional ou resistncia corroso, melhoradas por

meio de tratamentos trmicos, que tm por objetivo remover ou reduzir as segregaes e controlar certas caractersticas metalrgicas. O tipo de

tratamento trmico a ser realizado depende, muitas vezes, das propriedades

desejadas na pea fundida (VERRAN, 2005). freqente em ligas de alumnio a aplicao de uma seqncia de dois

tratamentos trmicos: solubilizao e precipitao (BRADASHIA, 1988). Segundo Coutinho (1980), a solubilizao um tratamento trmico, cclico, preliminar que visa dissolver totalmente as fases microscpicas,

simples ou intermedirias, presentes na matriz de uma liga pelo aquecimento a

temperaturas elevadas e em seguida, resfriadas to rapidamente para que se

mantenha uma estrutura monofsica supersaturada, metaestvel. Esse

tratamento tpico para ligas que sero endurecidas por precipitao (tambm chamado de envelhecimento).

O endurecimento por precipitao um tratamento trmico muito

importante das ligas no-ferrosas, sendo utilizado tanto em ligas trabalhadas

como em ligas fundidas. A condio necessria para que ocorra a precipitao

a existncia de uma soluo slida supersaturada que conseguida atravs

da solubilizao (VERRAN, 2005). Nos tratamentos de precipitao, a escolha das variveis temperatura e

tempo deve ser feita com cuidado, pois os ciclos devem permitir obter

combinaes desejadas de propriedades mecnicas, eltricas ou da resistncia corroso (PIESKE, 1988).

De um modo geral, o tratamento trmico de ligas de alumnio fundidas

(tratveis termicamente), consta ento de duas partes (BRADASCHIA, 1988): 1. Tratamento de Solubilizao: Aquecimento temperatura da ordem de

480oC a 540oC, seguido de resfriamento em gua.

2. Tratamento de Precipitao (ou envelhecimento artificial): A temperaturas variando de 150oC a 300oC.

De acordo com Callister (2002), no tratamento trmico de solubilizao, todos os tomos de soluto so dissolvidos para formar uma soluo slida

monofsica. Uma liga com composio C0 est apresentada na figura 3.1, a

solubilizao consiste em tratar a liga at uma temperatura dentro do campo de

fases , neste caso T0, e aguardar at que toda fase que possa ter estado presente seja completamente dissolvida. Neste ponto, a liga consiste em

apenas uma fase , cuja composio C0. Depois, realizado um resfriamento

rpido at a temperatura T1, indicada no diagrama. Para um grande nmero de

ligas a temperatura T1 a temperatura ambiente. Esse procedimento

efetuado a fim de que qualquer difuso e a conseqente formao de qualquer

frao da fase sejam evitadas. Assim, uma situao com ausncia de

equilbrio adquirida, onde somente a soluo slida , supersaturada com

tomos de B, est presente temperatura T1.

Figura 3.1 Diagrama de fases hipottico A-B. Fonte: CALLISTER (2002)

No sistema Al-Cu pode-se observar uma grande regio de solubilidade

slida (figura 3.2). O limite mximo de solubilidade slida de 5,65% de Cu em Al, o que propicia que as ligas desse sistema sejam tratadas termicamente atravs de solubilizao (VERRAN, 2005).

Figura 3.2 Diagrama de Equilbrio Al-Cu

Fonte: GEMELLI (2001).

Uma liga com 4% de cobre resfriada sob condies normais de equilbrio

vai tender a apresentar uma microestrutura com formao de precipitados de

Al2Cu em uma matriz de soluo slida Al . Dependendo das condies de

resfriamento, esses precipitados sero mais (ou menos) grosseiros; quanto mais lento o resfriamento mais grosseiros sero esses precipitados (VERRAN, 2005).

Submetendo essa liga a um ciclo de aquecimento durante um perodo

razovel de tempo dentro dessa regio de mxima solubilidade slida, sero

propiciados mecanismos de difuso que faro com que o cobre entre em

soluo slida dentro do reticulado cristalino do alumnio, eliminando assim,

todo e qualquer precipitado presente no material (CALLISTER, 2002; VERRAN, 2005).

Como resultado tem-se uma estrutura monofsica composta apenas por

gros de soluo slida . Em seguida realizado resfriamento rpido para

que essa condio se mantenha. Obtm-se assim, uma soluo slida

supersaturada, ou seja, uma condio que no estvel (metaestvel). Submetendo-se esse material a longos ciclos de aquecimento a temperaturas

mais baixas, ocorrer precipitao de Al2Cu extremamente finos e dispersos

dentro da matriz de soluo slida (CALLISTER, 2002; COUTINHO, 1980; VERRAN, 2005). A figura 3.3 apresenta a seqncia de tratamentos.

Figura 3.3 Tratamentos trmicos de solubilizao e envelhecimento. Fonte: VERRAN (2005).

3.3 CONSIDERAES

Como visto, as ligas de alumnio so submetidas a uma variedade de

tratamentos trmicos durante a sua produo. Esses tratamentos visam a

vrios fins, desde ao aquecimento necessrio na manufatura, como tambm ao

controle das propriedades. Deve-se, entretanto, salientar que alm das

propriedades mecnicas, h outras propriedades que podem igualmente ser

modificadas, como por exemplo, propriedades eltricas, magnticas e

resistncia corroso (PIESKE, 1988). Tendo em vista a diversidade de benefcios possveis de obter pelo

tratamento trmico, esta tcnica de grande valor na atividade industrial.