01. Fatores que influem na seleção de Ligas Leves

1. Fatores que influem na seleção de Ligas Leves

O termo “Ligas Leves” é aplicado a algumas ligas metálicas, como as ligas de alumínio e magnésio por exemplo, e se tornou comum depois que essas foram amplamente utilizadas com o intuito de reduzir o peso de alguns componentes e estruturas. Além das ligas já citadas, por serem as mais amplamente utilizadas, outras ligas como as de titânio e de berílio também podem ser incluídas nessa categoria pois também podem ser empregadas com o mesmo intuito (POLMEAR et al., 2017).

Em meados da década de 1960, as ligas de alumínio eram principalmente associadas a aviação, militar e civil. O material mais utilizado na época para construção das superfícies das asas do corpo do avião eram ligas de alumínio, livres de tensões e tratadas termicamente. A procura por esses materiais é crescente, e o motivo mais geral é simples, o crescimento tecnológico, principalmente no ramo de transportes, depende cava vez mais de estruturas que sejam capazes de aguentar o esforço mecânico que as mesmas são submetidas em uso, porém, que sejam cada vez mais leves, minimizando o peso, e aumentado a eficiência do veículo de transporte (ALEXANDER, 1964; POLMEAR et al., 2017).

O transporte rodoviário representa hoje 16,4% de toda emissão global de CO2, e são responsáveis por 38% do consumo de petróleo, portanto, tem um importante papel na poluição global. Uma das maneiras mais populares para se diminuir a emissão desses poluentes consiste na redução de peso desses veículos, o que resulta em uma maior eficiência pois o consumo de energia para o transporte dessa forma é menor. O emprego de ligas leves em carros que foram concebidos para maximizar o uso de ligas de alumínio, que seriam 36% mais leves que um carro convencional, pode otimizar o consumo de combustível em mais de 20% e assim reduzir as emissões de gases poluentes. Em 2007, tínhamos uma média de uso de mais de 100Kg de ligas de alumínio por veiculo, e seu emprego em maior escala era freado principalmente pelo alto custo de obtenção do alumínio puro. Hoje, ainda devido ao preço de fabricação, e também devido a alguns requisitos específicos de resistência e rigidez, o uso de ligas leves é maior em carros de corrida, enquanto para ônibus e veículos comerciais, sua aplicação continua limitada (CÁCERES, 2007; CECCHEL et al., 2018).

Atualmente, as ligas de alumínio, já não estão associadas apenas às industrias de transporte, apesar dessa ainda ser a indústria que mais consome alumínio (35% de todo alumínio produzido no ano de 2013 por exemplo). Seu emprego, na maioria dos países, pode ser associado a cinco principais áreas, são elas, transporte, constção civil, containers e de embalagem, elétrica, e de maquinário (POLMEAR et al., 2017). Sua procura para as aplicações citadas está intimamente correlacionada às suas propriedades, em termos de aparência, superfícies de alumínio podem ser altamente refletivas. Com relação a peso, sua densidade de apenas 2,7 g/cm3 contra os 7,83 g/cm3 do aço ou 8,93 g/cm3 do cobre, são uma vantagem quando se pretende ganhar peso. Em termos de manufaturabilidade, seu ponto de fusão a 660°C contra os 1535°C do ferro, tornam o manuseio mais fácil, e inclusive, mais economicamente viável. Suas propriedades físicas como sua ductilidade e sua resistência à corrosão, quando comparado a outros materiais metálicos, tornam o alumínio uma ótima opção de escolha pois apresenta excelente resistência a ambientes corrosivos, como o aquático, e uma elevada ductilidade (NUNES et al., 1995; POLMEAR et al., 2017).

Quando não está na forma de liga, o alumínio puro, possui excelente ductilidade e baixa resistência a tração, sendo de pouca utilidade. Porém, a fim de atender os requisitos de rigidez para aplicações mais variadas, como de transportes e de construção civil, faz-se necessário uso de algumas rotas de fabricação. O alumínio pode ser facilmente manipulado, para isso são usados elementos de liga, combinados com rotas de processamento que envolvem tratamentos térmicos específicos e conformação mecânica para se atingir os níveis de resistência a tração e ductilidade desejados. Mesmo com sua densidade sendo um terço da do aço, através desses mecanismos de endurecimento, o alumínio pode atingir valores de resistência acima de 700MPa, que são comparáveis aos aços, e viabiliza sua aplicação, que por consequência acaba por diminuir o peso de uma peça quando esta era antes feita de um material mais denso como o aço. Ainda no tema da ductilidade das ligas de alumínio, outra vantagem em relação aos aços pode ser notada. Quando estas ligas substituem os aços em um automóvel de passeio, por exemplo, é possível garantir a uma maior segurança dos veículos. Isso ocorre pois ajudam a diminuir os danos de uma eventual colisão, primeiro pois diminuem a quantidade de energia cinética envolvida no acidente simplesmente pela redução da massa do veículo. Segundo pois, ligas leves no geral, superam as performances dos aços em termos de absorção de energia uma vez que aquelas se deformam mais plasticamente que estes.  (CÁCERES, 2009; EDWARDS; CROUCH, 2017; LAUGHLIN; HONO, 2014; NUNES et al., 1995).

Ainda há outras vantagens em se usar ligas de alumínio. Devido a uma alta maleabilidade do elemento e de suas ligas, são muito empregados no setor de embalagem, como latas de bebidas, e a segunda forma mais comum de produtos que podem ser encontrados de alumínio são os extrudados, usados muito nas contruções civis e também no ramo do transporte. Cabos de condução de energia, feitos de alumínio quase puro também podem ser encontrados facilmente, isto ocorre pois o alumínio é mais leve que o cobre, seu concorrente direto nesse campo, porém, possui alta condutividade elétrica e de calor, e alta resistência a corrosão, tendo alta durabilidade (HUO et al., 2011; NUNES et al., 1995).

Muito se foi discutido sobre a vantagem de se aplicar as ligas leves de alumínio em substituição aos aços nos veículos de transporte, porém, ainda é preciso discutir sobre a vantagem ambiental do emprego dessas ligas. Havia ficado claro anteriormente que, com a redução de peso devido a substituição, se teria uma vantagem econômica, e por consequência ambiental. O que não havia ficado claro, porém, é que para se produzir o alumínio, que é usado na fabricação das peças, são usados processos que consomem muito mais energia que nos processos empregados para fabricação dos aços. Na tabela 1 abaixo pode ser ver um comparativo entre os preços e a quantidade de CO2 emitida por quilo de liga produzido (CÁCERES, 2006, 2007, 2009).