Atps Resistência Dos Materiais

Estudo de Estruturas Cristalinas. Imperfeições em Sólidos.................................5

Classificações Básicas dos Materiais......................................................................5

Definição do Material metálico utilizado no Vasilhame e suas Características..7

Por que escolhemos o Alumínio?.............................................................................7

Sobre o Alumínio........................................................................................................7

Características principais..........................................................................................8

Justificativa do Material escolhido juntamente com a bebida que será armazenada.....8

A embalagem muda o gosto da bebida?..................................................................8

Vantagens na utilização de alumínio......................................................................10

Aplicações.................................................................................................................11

Outros usos do alumínio são:.................................................................................12

Obtenção e Aspectos Gerais...................................................................................12

Fundição....................................................................................................................14

Alumínio e suas ligas...............................................................................................17

Propriedades físicas e mecânicas..........................................................................18

Classificação das ligas de alumínio.......................................................................19

Sobre os elementos de liga.....................................................................................20

Nomenclatura alluminum association (aa) e astm para ligas trabalhadas.........20

Alumínio não ligado.................................................................................................21

Nomenclatura alluminum association (aa) e astm para ligas de fundição.....................21

Nomenclatura abnt para ligas de alumínio............................................................22

Tratamentos térmicos..............................................................................................22

Sistema al-cu............................................................................................................23

Nomenclatura e simbologia das transformações Estruturais .............................24

Simbologia para ligas tratáveis termicamente......................................................25

Ligas trabalháveis....................................................................................................26

Ligas tratáveis termicamente..................................................................................27

Alclads.......................................................................................................................28

Outros elementos de liga.........................................................................................31

Principais agentes agressivos................................................................................33

Bibliográfia................................................................................................................36

SUMÁRIO DE TABELAS E FIGURAS

TABELA 1: Características das estruturas cristalinas de sistema cubico...........6

FIGURA 1: Tetraedro do Alumínio..........................................................................10

FIGURA 2: Fluxograma de produção do alumínio primária.................................13

TABELA 2: Gráfico de densidade dos materiais...................................................18

FIGURA 3: Ligas de Alumínio..................................................................................20

FIGURA 4: Solubilização..........................................................................................24

FIGURA 5: Aplicações na indústria aeronáutica...................................................28

ETAPA I: Estudo de Estruturas Cristalinas. Imperfeições em Sólidos.

PASSO I: Classificações Básicas dos Materiais:

Os materiais sólidos podem ser agrupados em: metais, cerâmicos e polímeros.

• Metais

Normalmente combinações de elementos metálicos (ligas).

Excelente condução elétrica e de calor e tem aparência lustrosa.

São fortes, porém deformáveis.

São extensivamente usados em aplicações estruturais.

• Cerâmicos

Compostos que contem elementos metálicos e não metálicos (MgO)

Fracos condutores de eletricidade e calor.

Duros e frágeis.

Mais resistentes a altas temperaturas e ambientes agressivos do que os metais e polímeros.

• Polímeros

Em geral, compostos orgânicos que são plásticos ou borrachas (teflon, polietileno).

Feitos de carbono, hidrogénio e outros elementos não metálicos.

Em geral, moléculas grandes.

Baixa densidade e muito flexíveis.

.

TABELA 1: Características das estruturas cristalinas de sistema cubico

PASSO II:

1 - Definição do Material metálico utilizado no Vasilhame e suas Características.

Material: Alumínio.

Por que escolhemos o Alumínio?

A lata de alumínio é one-way e 100% e infinitamente reciclável, o que diminui os danos ao meio ambiente. Para os catadores, o alumínio é o material que apresenta mais valor na sua venda. Além do mais o alumínio é obtido da bauxita, minério do qual o Brasil tem grandes reservas. A bauxita consiste em 40 a 60% de óxido de alumínio, a partir do qual se produz o alumínio metálico. A utilização comercial do alumínio geralmente requer propriedades mecânicas que o material não possui. A formação de liga com alguns elementos como manganês, magnésio, silício e cromo, entre outros, melhora sua consistência mecânica, sem comprometer a resistência a corrosão. As características que favorecem a utilização do alumínio como material de embalagens são:

• Leveza;

• Flexibilidade;

• Facilidade de manipulação nos processos de corte e bobinamento;

• Alta condutividade térmica;

• Boa resistência à oxidação atmosférica;

• Boa resistência à sulfuração;

• Inocuidade;

• Material inerte;

• Fácil reciclabilidade;

• Aparência brilhante e atrativa;

• Possibilidade de uso para tampas com alça de fácil abertura.

Sobre o Alumínio

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 (treze prótons e treze elétrons) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário.

Características principais

O alumínio é um metal leve, macio e resistente. Possui um aspecto cinza prateado e fosco, devido à fina camada de óxidos que se forma rapidamente quando exposto ao ar. O alumínio não é tóxico como metal, não magnético, e não cria faíscas quando exposto a atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascais (Mpa) e 400 Mpa se inserido dentro de uma liga. Sua densidade é aproximadamente de um terço do aço ou cobre. É muito maleável, muito dúctil, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável, sendo o primeiro o ouro, e o sexto mais dúctil. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

2 – Justificativa do Material escolhido juntamente com a bebida que será armazenada.

Nosso grupo decidiu fazer o vasilhame com o material de alumínio vamos armazenar refrigerante, a ideia é trocar as garrafas de vidro para garrafas de alumínio, pois o alumínio é atóxico, resistente e maleável. É, por tais características, o material ideal para acondicionar alimentos, produtos de higiene e beleza e, ainda, medicamentos sensíveis à luz, à água e ao calor. Por serem inquebráveis são bastante seguras para o consumidor, além de gerarem economia de eletricidade por gelarem muito rápido. Além disso, o alumínio é muito mais leve que o vidro, não enferruja e mantém o sabor da bebida inalterado.

Nosso produto vem alterar/trocar as embalagens de refrigerantes Pets por embalagens de Alumínio, hoje no Brasil, 91,5% das latas de alumínio é reciclado enquanto o Pet só 54,8%.

A embalagem muda o gosto da bebida?

Se você tem a sensação de que seu refrigerante favorito é melhor na garrafa de vidro do que na de plástico, fique tranquilo: não é frescura, mas um palpite cientificamente correto. Apesar de o líquido que entra pelo gargalo ser o mesmo, o sabor é alterado por inconvenientes de cada recipiente: polímeros da embalagem PET escapam para o líquido, e a latinha acelera a saída do gás, entre outros exemplos (ver abaixo o texto O Sabor do Saber).

Vai uma rodada de psicologia? Pois saiba que o posto da garrafa de vidro como a favorita é, também, coisa da nossa cabeça. Pelo menos é o que acredita a engenheira de alimentos Rosires Deliza, para quem o componente emocional desce tão redondo quanto o químico: "Aprendemos que o certo é tomar vinho em taça, não em copo plástico. Isso influi no paladar". Vale também para as cervejas e os refrigerantes: o apelo do material vai favorecer à beça sua degustação.

Veja como cada embalagem pode alterar o sabor das bebidas. E entenda qual é a vantagem da lata de alumínio sobre as outras embalagens?

LATINHA:

Feita de alumínio, tem a vantagem de gelar mais fácil. Esse tiro, porém, pode sair pela culatra. Quando a temperatura se eleva, as substâncias voláteis na bebida se agitam mais. Saldo: o gás carbônico - responsável pelo "tschiiii" da latinha - escapa mais rapidamente.

PET:

Há componentes "fujões", que escapolem da embalagem para o líquido. Quais seriam eles? Os polímeros, micropartículas do plástico que se desprendem da garrafa e se misturam com o líquido. Daí o sabor "contaminado" de sua Coca 2 litros.

VIDRO:

Há motivos para a preferência: é um material impermeável e de grande inércia química, ou seja, demora anos para interagir quimicamente com o conteúdo. Por ter um índice de porosidade inferior ao do alumínio e do PET, é bem mais eficiente na hora de reter o CO2.

MÁQUINA:

Tem vezes que desce bem, tem vezes que desce bem mal. Isso ocorre porque o refrigerante de máquina tem gás carbônico e xarope vindos de fábrica, mas a água, fundamental no sabor da bebida, é filtrada no próprio estabelecimento. Se o encanamento não estiver 100%...

PASSO III:

FIGURA 1: Tetraedro do Alumínio

Vantagens na utilização de alumínio

• Leveza- Característica essencial na indústria de transportes, pois representa menor consumo de combustível, menor desgaste, mais eficiência e capacidade de carga. Para o setor de alimentos, traz funcionalidade e praticidade às embalagens por seu peso reduzido em relação a outros materiais.

• Condutibilidade elétrica e térmica- O alumínio é um excelente meio de transmissão de energia, seja elétrica ou térmica. O metal também oferece um bom ambiente de aquecimento e resfriamento. Para as embalagens e utensílios domésticos, essa característica confere ao alumínio a condição de melhor condutor térmico, o que na cozinha é extremamente importante.

•Impermeabilidade e opacidade- Característica fundamental para embalagens de alumínio para alimentos e medicamentos. O alumínio não permite a passagem de umidade, oxigênio e luz. Essa propriedade faz com que o metal evite a deterioração de alimentos, remédios e outros produtos consumíveis.

•Alta relação resistência/peso- confere um desempenho excepcional a qualquer parte de equipamento de transporte que consuma energia para se movimentar. Aos utensílios domésticos oferece uma maior durabilidade e manuseio seguro, com facilidade de conservação.

•Moldagem e soldabilidade- A alta maleabilidade e ductilidade do alumínio permite à indústria utilizá-lo de diversas formas. Suas propriedades mecânicas facilitam sua conformação e possibilitam a construção de formas adequadas aos mais variados projetos.

•Resistência à corrosão- O alumínio tem uma autoproteção natural que só é destruída por uma condição agressiva ou por determinada substância que dissipe sua película de óxido de proteção. Essa propriedade facilita a conservação e a manutenção das obras. Nas embalagens, é fator decisivo quanto à higienização e barreira à contaminação.

•Beleza- O aspecto externo do alumínio, além de conferir um bom acabamento apenas com sua aplicação pura, confere modernidade a qualquer aplicação por ser um material nobre, limpo e que não se deteriora com o passar do tempo.

•Durabilidade- O alumínio oferece uma excepcional resistência a agentes externos, intempéries, raios ultravioleta, abrasão e riscos, proporcionando elevada durabilidade, inclusive quando usado na orla marítima e em ambientes agressivos.

•Possibilidade de muitos acabamentos – Seja pela anodização ou pela pintura, o alumínio assume a aparência adequada para aplicações em construção civil, por exemplo, com acabamentos que reforçam ainda mais a resistência natural do material à corrosão.

• Reciclabilidade- Uma das principais características do alumínio é sua alta reciclabilidade. Além disso, o meio ambiente é beneficiado pela redução de resíduos e economia de matérias-primas propiciadas pela reciclagem.

Aplicações

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é mais dúctil em relação ao aço , porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha, sendo o processo mais utilizado para a fabricação de refletores automotivos , por exemplo. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.

Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ânodo de sacrifício e em processos de alumino termia para a obtenção de metais.

Outros usos do alumínio são:

• Meios de Transporte: Como elementos estruturais em aviões, barcos, automóveis, bicicletas, tanques, blindagens e outros; na Europa têm sido utilizados com frequência para formar caixas de trens.

• Embalagens: Papel de alumínio, latas, embalagens Tetra Pak e outras.

• Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.

• Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.

• Transmissão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pelo seu menor custo e densidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão.

• Como recipientes criogênicos até -200 °C e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras.

• Observação: As ligas de alumínio assumem diversas formas como o Duralumínio.

• Descobriu-se recentemente que ligas de gálio-alumínio em contato com água produzem uma reação química dando como resultado hidrogênio, por impedir a formação de camada protetora (passivadora) de óxido de alumínio e fazendo o alumínio se comportar similarmente a um metal alcalino como o sódio ou o potássio.[1] [2] Tal propriedade é pesquisada como fonte de hidrogênio para motores, em substituição aos derivados de petróleo e outros combustíveis de motores de combustão interna.

Obtenção e Aspectos Gerais

O setor de produção de alumínio, que é um dos mais versáteis metais utilizados pelo homem, é hoje a segunda indústria metalúrgica do mundo, superada apenas pela siderurgia. O alumínio é um metal que apresenta vasta gama de aplicação, pois apresenta elevada resistência mecânica e à corrosão, possuindo excelente aspecto estético.

Extraído da bauxita, o alumínio é um metal formado a partir da decomposição de rochas alcalinas dada pela infiltração de água. O processo de produção do alumínio dá-se por uma série de reações químicas. A bauxita encontra-se próxima a superfície (em média 4,5 metros de profundidade) sendo minerada e transportada para a fábrica com impurezas que necessitam ser eliminadas. É moída e misturada a uma solução de soda cáustica que a transforma em uma pasta que sob pressão se dissolve passando por processo de sedimentação e filtragem que eliminam todas as impurezas, a fim de que possa ser extraída a alumina.

A alumina é um pó branco e refinado semelhante ao açúcar. Primeiramente, a alumina obtida tem bastante quantidade de água e recebe a denominação de alumina hidratada. Por meio de diferentes processos, a alumina hidratada pode resultar em alumina calcinada, alumina tabular ou cimento de aluminato de cálcio, com diferentes aplicações. Na definição técnica esta produção dá-se por um processo de redução eletrolítica que separa oxigênio presente na alumina. O metal adquire a consistência líquida e quente, sendo transportado para fornos onde é misturado a outros metais para adquirir propriedades específicas de acordo com o tipo de utilização a que se destina. São nestes fornos que ocorre a purificação do metal com a retirada de impurezas.

Ainda em estado líquido, o alumínio é colocado em moldes e resfriado até se solidificar em lingotes. Já solidificados e resfriados, os lingotes de alumínio estão prontos para ser transformada em diversos produtos, por meio de processos como a extrusão, a laminação, a fundição ou a trefilarão.

FIGURA 2: Fluxograma de produção do alumínio primária.

Fundição

A fundição consiste basicamente no aquecimento do metal sólido até seu ponto de fusão, vazamento em formas previamente preparadas e solidificação, obtendo-se assim a forma desejada. Este é um dos mais importantes processos de transformação do alumínio.

O processo de fusão do alumínio inicia-se com o recebimento do alumínio primário em lingotes e a preparação de ligas de fundição adequadas a cada produto, de acordo com a sua futura utilização.

A preparação das ligas, em geral, é feita em centrais de fusão compostas por fornos elétricos. A partir destes fornos o alumínio passará, dependendo das características desejadas, por três processos de fundição. Um de injeção sob alta pressão e dois por gravidade: coquilha e areia.

Todas as peças fundidas pelos processos de injeção sob pressão ou por gravidade podem ser fornecidas já usinadas com todos os faceamentos, roscas, furos, frezamentos ou rebaixos necessários a sua utilização nas linhas de montagem ou fabricação a que se destinam.

Outro processo de produção de peças de alumínio é a extrusão, sendo muito utilizado na produção de perfis estruturais com variadas seções transversais. Na extrusão, o metal pastoso passa por um orifício chamado de matriz atingindo a forma alongada de perfis, através de diferentes passos e cuidados.

Este processo exige que os tarugos de alumínio sejam primeiramente submetidos a um tratamento térmico. Levados, em fornos, a uma temperatura de 600 °C, os tarugos se dilatam e os cristais que os compõem ficam dispersos em toda a sua extensão, facilitando a extrusão e impedindo que a matriz, a ser utilizada, se danifique. Depois dessa homogenização os tarugos são serrados e novamente aquecidos antes de serem levados até a prensa de extrusão. Após passar pela prensa de extrusão os perfis são ainda esticados e serrados nas medidas padrões de comercialização.

Os lingotes de alumínio primário também podem passar pelo processo de laminação de peças. Este processo inicia-se com a refusão dos lingotes em quatro fornos. Já fundido, o metal passa por uma análise de sua composição química e pelo processo de eliminação de impurezas e gases provenientes da fusão, desta forma o alumínio está pronto para ser transformado em lâminas, geralmente chapas com variadas aplicações, destacando-se a utilização em telhas e a fabricação de perfis formados a frio.

As chapas pintadas ou envernizadas, empregadas para a fabricação de telhas, ou elementos de forros, passam ainda por um banho químico eliminando graxas e óleos antes da aplicação da tinta. Depois de pintada a chapa é levada a uma estufa onde a tinta adquire elevada resistência, o que permite que a chapa seja trabalhada a frio sem que a tinta se rompa ou sofra algum dano.

O processo de laminação pode ser novamente aplicado para a obtenção de folhas de alumínio com espessuras menores que 0,3 mm, chegando à espessura de 0,02 mm

O processo de trefilação é utilizado basicamente na produção de cabos e fios de alumínio para a transmissão de energia elétrica, que envolve também o processo de encordoamento e isolamento destes.

O Brasil é o sexto maior produtor mundial de alumínio primário e detentor da terceira maior reserva de bauxita. Em 1994 produziu 1.185.000 toneladas de alumínio primário, sendo também exportador de lingotes, chapas, entrudados, fundidos, fios e cabos, alinhando-se com os maiores produtores mundiais. Segundo a publicação da revista “Veja” (05/01/2000) a fábrica de alumínio da ALBRAS teve a maior produtividade mundial com 342.000 toneladas de lingotes de alumínio em Bacarema, Pará. Com relação ao panorama do mercado mundial, os seis maiores produtores de alumínio primário detêm aproximadamente 50% deste mercado, sendo eles ALCOA (USA), ALCAN (Canadá), KAYSER (Alemanha), REYNOLDS, ALUISSUISSE (Suíça) e PECHINEY.

O custo energético da produção de alumínio é fator dominante no processo de produção do metal. Este fato determina a fixação das indústrias produtoras em países do terceiro mundo, onde é possível obter-se redução nestes custos se comparados com os obtidos em países mais desenvolvidos. Os patamares de US$1.000 a US$1.200 para o custo da tonelada de alumínio primário é tido por alguns analistas como uma tendência, deteriorando, de certa forma, a lucratividade dos produtores. METALURGIA & MATERIAIS de julho de 1995 e MASCARIN & DIFFENBACH (1993) afirmam que um estudo econômico concluiu atualmente, que o aço é economicamente mais competitivo para as produções em grande escala, enquanto que para produções em médias e pequenas escalas o alumínio já é mais competitivo. Entretanto os estudos desenvolvidos no Brasil, na área de estruturas metálicas, têm-se limitado às estruturas de aço, deixando a um segundo plano o alumínio enquanto material estrutural. A literatura nacional sobre o assunto restringe-se basicamente a catálogos e manuais das usinas produtoras. A ausência de normalização que regulamente o assunto implica na utilização de normas estrangeiras, muitas vezes de maneira aleatória.

O campo de aplicação das estruturas de alumínio é praticamente o mesmo das estruturas de aço, sendo a utilização de estruturas de alumínio principalmente pesquisada em função da redução de peso (a densidade do alumínio corresponde a um terço da densidade do aço) ou de condições ambientais agressivas.

O alumínio também tem grande aplicabilidade em estruturas sujeitas a ações dinâmicas, em estruturas móveis e naquelas estruturas onde o seu peso próprio corresponde a grande parte do carregamento total. Merecem destaques as estruturas espaciais, que fazem do alumínio juntamente com a concepção estrutural e arquitetônica, um conjunto extremamente viável. Segundo ABDO (1993), as estruturas de alumínio, em comparação com as estruturas de aço, apresentam reduções no peso de 40% a 70%. Desta forma, admitindo-se estruturas mais leves e com custos de manutenção mais baixos, as estruturas de alumínio podem, em certos casos, apresentar custos globais inferiores aos das estruturas de aço correspondentes. Estes fatores não estão sendo adequadamente considerados em muitas decisões sobre a escolha do material estrutural a ser empregado, o que pode determinar, aliado a escassez de informações técnicas, as poucas aplicações das estruturas em alumínio no país.

A economia associada ao custo de manutenção para a qual o alumínio apresenta vantagens em função de sua grande resistência à corrosão faz deste um material adequado para ambientes corrosivos. A camada superficial do metal ao oxidar-se passa a apresentar propriedades oclusivas dando proteção às camadas mais internas do metal. Esta característica reduz a necessidade de tratamento das superfícies através de pintura e diminui sensivelmente os custos com manutenção. Em alguns ambientes industriais a oxidação superficial das estruturas em alumínio pode apresentar a cor cinza opaca, entretanto o produto de sua corrosão é atóxico, podendo ser utilizado mesmo em indústrias químicas e de alimentos.

O alumínio apresenta baixo módulo de elasticidade, se comparado com o aço, correspondendo a um terço do valor do aço. Este fator faz com que as estruturas em alumínio apresentem uma satisfatória resposta sob o efeito de tensões oriundas de impactos, deformações e ajustes. Em contrapartida, o baixo módulo de elasticidade determina a necessidade de uma cuidadosa avaliação da rigidez dos elementos e da estrutura globalmente. O coeficiente de dilatação térmica do alumínio corresponde ao dobro do valor para o aço, entretanto em função do baixo módulo de elasticidade, as tensões provenientes das variações de temperatura em geral não alcançam valores significativos. A alta condutividade térmica do alumínio pode ainda melhorar esta condição em elementos sujeitos a pontos de chamas concentrados. Em baixas temperaturas, as estruturas em alumínio não estão sujeitas a ruptura frágil, por outro lado o alumínio pode ser usado em temperaturas de até 250 °C, merecendo modificações no projeto as estruturas sujeitas a uma temperatura maior que 100 °C, segundo MARSH (1983).

Outra vantagem fundamental dos elementos estruturais em alumínio está no processo de fabricação de perfis através do processo de extrusão. Este processo permite a fabricação de perfis com diversas seções transversais, oferecendo facilidade de montagem, maior eficiência estrutural pela melhor distribuição de massa e melhorias de aparência estética. Para o projetista, este processo de fabricação de perfis permite maior liberdade para o dimensionamento, com a utilização de um maior número possível de seções transversais. O alumínio pode ser ainda forjado, usinado, cortado, estampado, furado, e soldado, conferindo-lhe maior trabalhabilidade. Em determinadas ligas, é um material soldável e para a viabilidade econômica das estruturas soldadas em alumínio faz-se necessário o aumento das velocidades de soldagem, bem menores se comparadas com as correspondentes em estruturas de aço. O preparo das superfícies de alumínio também encarece o processo. Com relação aos processos de acabamento o alumínio está sujeito a vários tipos de tratamento, cuja principal finalidade é estética, como pinturas, texturas mecânicas, esmaltação, tratamento químico.

Alumínio e suas ligas

Propriedades físicas e mecânicas:

Ponto de Fusão: 660 °C;

Sistema cristalino: CFC;

Densidade:

Al= 2,7 g/cm3

Cu= 8.9 g/cm3

Aço= 7.9 g/cm3

Logo a grande vantagem do Alumínio é o baixo peso especifico.

O Al puro (99,99%) tem baixa resistência mecânica;

Resistência à tração:

Al puro= 6 kg/mm2

Al comercial= 9-14 kg/mm2

Elementos de liga, Trabalho a frio e tratamento térmico, aumentam a resistência à tração (60 kg/mm2).

TABELA 2: Gráfico de densidade dos materiais

Propriedades físicas e mecânicas

DUCTILIDADE

Tem alta Ductilidade = HB: 17-20

MÓDULO DE ELASTICIDADE

Possui módulo de elasticidade baixo

Al= 7000 Kg/mm2

Cu= 11.500 Kg/mm2

Aço= 21.000 Kg/mm2

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

A condutividade elétrica do Al é 61-65% da do Cu

A condutividade elétrica é afetada pela presença de impurezas

Condutividade térmica, tem elevada condutividade térmica

Calor latente de fusão, tem elevado calor latente de fusão

Em geral as ligas de Al têm baixo limite de elasticidade, baixa resistência à fadiga e sua resistência baixa muito acima de 150°C.

PRINCIPAIS IMPUREZAS

Ferro - reduz a trabalhabilidade (AlFe3)

Silício - aumenta a resistência à tração

Cobre - aumenta a resistência à tração

PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA

Cu, Mg, Si, Zn, Ni, Ti, Cr, Co, Pb, Sn e outros.

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Elevada Plasticidade - laminados de pouca espessura (resguardos de bombons, etc...).

Elevada condutividade elétrica (65% do Cu) - emprego no setor elétrico (cabos, fios, etc...). A vantagem do Al é a leveza.

Elevada resistência à corrosão – artigos domésticos, embalagens, etc...

Baixa densidade - material para construção mecânica (carros, aeronaves, etc...).

CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

LIGAS TRABALHADAS OU PARA TRATAMENTO MECÂNICO;

LIGAS PARA FUNDIÇÃO;

LIGAS TRABALHADAS OU PARATRATAMENTO MECÂNICO.

Passa por processos de laminação, extrusão, forjamento, estiramento.

LIGAS TRABALHADAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

Ótimas propriedades mecânicas são obtidas por tratamento térmico

LIGAS TRABALHADAS NÃO TRATÁVEIS OU LIGAS ENCRUÁVEIS

Não respondem ao tratamento térmico.

As propriedades mecânicas são determinadas pelo grau de trabalho a frio e encruamento.

FIGURA 3: Ligas de Alumínio

SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA

A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15%;

Independentemente dos elementos de liga, os diagramas de fases são

Muito idênticos;

Aumento de resistência por solução sólida;

– adicionar Mg, Fe, Mn

Aumento de usinabilidade – Cu;

Aumento de resistência. Corrosão – Si;

Aumento fluidez de fundição – Mn, Si.

NOMECLATURA E SIMBOLOGIA DAS LIGAS DE ALUMÍNIO

Não há um padrão reconhecido internacionalmente. Geralmente o simbolismo para ligas trabalhadas é distinto daqueles de fundição.

NORMAS: Alcan, ASTM, DIN, ABNT, AA

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS

XXXX

X1 - elemento majoritário da liga

X2 - zero se é liga normal, 1, 2 e 3 indica uma variante especificada liga normal (como teor mínimo e máximo de um determinado elemento)

X3 e X4 - são para diferenciar as várias ligas do grupo. São arbitrários

Alumínio >99% de pureza.....................................................................................1XXX

Cobre ....................................................................................................................2XXX

Manganês .............................................................................................................3XXX

Silício.....................................................................................................................4XXX

Magnésio...............................................................................................................5XXX

Magnésio e Silício.................................................................................................6XXX

Zinco.....................................................................................................................7XXX

Outros elementos.................................................................................................8XXX

Alumínio não ligado – 1000

O segundo algarismo indica modificações nos limites de impurezas.

Os dois últimos algarismos representam os centésimos do teor de alumínio

Ex: 1065 - Al com 65% de pureza

NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS DE FUNDIÇÃO

XXX.X

X1 - elemento majoritário da liga.

X2 e X3 - teor mínimo de alumínio.

X4 - zero indica composição das peças fundidas, 1 e 2 indica composição dos lingotes.

AS LIGAS DE FUNDIÇÃO TAMBÉM PODEM SE SUBDIVIDIR EM LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE E NÃO TRATAVEIS TERMICAMENTE.

Alumínio >99% de................................................................................................1XX.X

Cobre ...................................................................................................................2XX.X

Silício c/ adição de Cu e/ou Mg............................................................................3XX.X

Silício....................................................................................................................4XX.X

Magnésio..............................................................................................................5XX.X

Zinco....................................................................................................................7XX.X

Estanho................................................................................................................8XX.X

NOMENCLATURA ABNT PARA LIGAS DE ALUMÍNIO

XXXXX

X1 - elemento majoritário da liga.

X2 - % média 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 - é usado para designar variantes.

TRATAMENTOS TÉRMICOS

Alívio de tensões

Recozimento para recristalização e homogeneização

Solubilização

Precipitação ou envelhecimento

Alívio de tensões

T= 130-150°C

Tempo depende da espessura da peça

Recozimento para recristalização e homogeneização

T= 300-400°C

Recristalização: para ligas laminadas, extrudadas

Homogeneização: peças fundidas (para difundir os microconstituintes)

Solubilização

Dissolve as fases microscópicas.

Temperatura = depende da liga.

Precipitação ou envelhecimento

Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas.

Esta nova fase enrijece a liga.

Após o envelhecimento o material terá adquirido máxima dureza e resistência.

O envelhecimento pode ser natural ou artificial.

Sistema Al-Cu

FIGURA 4 - Solubilização

A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 (θ).

NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS

TÊMPERA OU ESTADO

Condição ou estado produzido por tratamento mecânico ou térmico.

Produz propriedades mecânicas e estrutura características.

LIGAS TRABALHADAS

“F” COMO FABRICADO, NÃO SOFREU TRATAMENTO NENHUM.

“O” SOFREU RECOZIMENTO PARA RECRISTALIZAÇÃO PARA ELIMINAR O ENCRUAMENTO.

“H” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECÂNICO PARA ENCRUAMENTO.

“T” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO TÉRMICO.

“W” SOLUBILIZADA E ESTOCADA.

HXX

X1 = 1, 2, 3 - refere-se as operações sofridas.

X2 = 2,4,6,8 - dá o grau de encruamento.

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).

“H18 duro (somente encruamento)".

“H19” extra duro (somente encruamento).

“H22, H24” encruado e depois recozido parcialmente.

“H32, H34” encruado e então estabilizado.

SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

T1 - Esfriada de uma temperatura elevada de um processo de conformação mecânica e envelhecida naturalmente.

T2 - Recozida (ligas de fundição)

T3 - Tratada termicamente para solubilização e então trabalhada a frio.

T4 - Tratada termicamente para solubilização e então envelhecida a temperatura ambiente.

T5 - Envelhecida artificialmente (sem TT). Apenas esfriado do estado de fabricação.

T6 - Tratado por solubilização e então envelhecido artificialmente

T7 - Tratado por solubilização e então estabilizado.

T8 - Tratado por solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente

T9 - Tratado por solubilização envelhecido artificialmente e encruado por trabalhado a frio.

T10 - Envelhecido artificialmente (sem tratamento prévio) e trabalhado a frio.

LIGAS TRABALHÁVEIS

GRUPO DO ALUMÍNIO PURO (1XXX)

Fácil de conformar;

Dúctil;

Resistência Mecânica relativamente baixa;

Boa condutividade elétrica;

Bom acabamento;

Fácil de soldar.

GRUPO ALUMÍNIO - MANGANÊS (3XXX)

Apresenta melhores propriedades mecânicas que o Al puro;

A ductilidade é ligeiramente diminuída pelo Mn;

Boa resistência à corrosão;

É tratável termicamente.

GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (4XXX)

Apresenta baixo ponto de fusão;

Boa fluidez;

Tonalidade cinza agradável quando anodizada;

Aplicações arquitetônicas.

GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XXX)

Apresenta a mais favorável combinação de:

Resistência mecânica;

Resistência a corrosão;

Ductilidade;

É tratável termicamente;

Gráfico de resistência a tração x Alongamento.

LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE

GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XXX)

Com quantidades de Mg, Mn ou Si;

Apresentam alta resistência mecânica;

Apresentam resistência à corrosão limitada;

Conformabilidade limitada, exceto no estado recozido;

Soldagem por resistência.

DURALUMÍNIOALUMÍNIO (2017)

Com 4% de Cu, 0,5% de Mg e 0,7% de Mn;

Aplicações na indústria aeronáutica;

Resistência à tração no estado recozido= 18 kgf/mm2;

Resistência à tração depois de envelhecida= 43 kgf/mm2;

Alongamento= 28 kgf/mm2.

DURALUMÍNIO (2024)-4,4% Cu e 1,5% Mg

Aplicações na indústria aeronáutica (substituiu a 2017);

Resistência à tração no estado recozido= 19 kgf/mm2;

Resistência à tração depois de envelhecida= 49 kgf/mm2;

Alongamento= 35 kgf/mm2.

FIGURA 5: Aplicações na indústria aeronáutica

ALCLADS

Foi desenvolvida para melhorar a resistência à corrosão dos duralumínios;

São chapas de dura - alumínio revestido em ambas as faces com alumínio puro;

Promovem uma diminuição de cerca de 10% da resistência à tração;

O revestimento compreende cerca de 10% da seção transversal.

GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO- MAGNÉSIO (6XXX)

Fáceis aos processos de fabricação;

Boa combinação de resistência mecânica e a corrosão;

Fácil de estampar;

Bom acabamento;

Aplicações também na aeronáutica, entre outras.

GRUPO ALUMÍNIO - ZINCO- MAGNÉSIO (7XXX)

Com ou sem Cu;

São as mais tenazes de todas as ligas de Al;

Relação resistência /peso superior a de muitos aços de alta resistência;

São difíceis aos processos de fabricação.

LIGAS DE Al-Li

Atrativo para indústria aeroespacial;

Propriedades comparadas às ligas de Al usuais, porém com:

6-10% da densidade;

15-20% mais rígido;

Boa resistência à fadiga e à propagação de trincas;

Tem menor resistência à corrosão, menor ductilidade e menor tenacidade.

LIGAS DE FUNDIÇÃO

Ligas binárias;

Ligas ternárias ou com mais elementos.

LIGAS DE FUNDIÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

Fundição em areia;

Fundição sob pressão;

Fundição em molde permanente.

GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XX.X)

O Cu é o principal constituinte endurecedor;

Aumenta a resistência à tração;

Até 5,65% de Cu é tratável termicamente;

O Cu diminui a contração;

O Cu melhora a usinabilidade;

Essas ligas tem baixa resistência à corrosão;

A introdução de Si melhora a fundibilidade.

GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (3XX.X e 4XXX.X)

São largamente utilizadas;

O Si aumenta a fluidez, reduz a contração e melhora a soldabilidade;

Os altos teores o Si dificultam a usinagem;

As ligas:

Apresentam excelente resistência à corrosão;

Apresentam boa resistência à tração;

Apresentam excelente ductilidade.

GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XX.X)

Boas propriedades mecânicas;

Apresentam a maio resistência à tração de todas as ligas fundidas;

Usinabilidade;

Boa resistência à corrosão;

São os mais leves;

A soldabilidade não é boa;

Tem alta tendência a se oxidar durante a fusão.

GRUPO ALUMÍNIO - ESTANHO (8XX.X)

Usada na fabricação de buchas e mancais;

Apresenta grande resistência à fadiga e à corrosão.

OUTROS ELEMENTOS DE LIGA

TITÂNIO (0,05-0,2%)

Atua como refinador de grão;

Aumenta a resistência à tração e a ductilidade;

Diminui a condutividade térmica.

BORO (ATÉ 0,1%)

Torna mais duradouro o efeito do titânio em refusões;

Atua como refinador de grão;

Aumenta a resistência à tração e aductilidade;

Diminui a condutividade térmica.

FERRO (0,15-1,2%)

Reduz a contração;

Atua como refinador de grão (exceto nas ligas de Silício);

Diminui a adesão à matriz em fundição sob pressão.

MANGANÊS

Reduz a contração;

Atua como refinador de grão;

Nas ligas de Al-Cu e Al-Si melhora a resistência à tração à altas temperaturas;

Na presença de ferro pode ter efeito contrário.

CROMO

Atua como refinador de grão;

Usado junto com Titânio;

Melhora a resistência em temperaturas elevadas;

Nas ligas de Al-Zn-Mg reduz a corrosão sobtensão.

NÍQUEL (0,5-3%)

Melhora a estabilidade dimensional;

Melhora a resistência em temperaturas elevadas;

5% de Ni produz alta contração.

ZINCO (0,5-3%)

Em combinação com o Mg produz alta resistência ao impacto, alta resistência à tração e excelente ductilidade;

Pequenos teores de Zn nas ligas Al-Cu melhoram a usinabilidade;

O alto teor produz alta contração e fragilidade a quente.

PROPRIEDADES QUÍMICAS DO Al - CORROSÃO-

O Al sofre pouca corrosão quando exposto ao ar, devido ao óxido (Al2O3) que se forma espontaneamente na superfície.

A adição de elementos de liga geralmente retarda a formação do óxido, não melhorando a resistência à corrosão.

PROPRIEDADES DA ALUMINA (AL2O3)

É estável;

Transparente;

Inerte;

Protege o Al dos meios agressivos. A proteção do Al pode ser melhorada por anodização.

PRODUTOS DA CORROSÃO

São incolores e não tóxicos;

Aliado à alta resistência à corrosão torna-se largamente usado na indústria química e alimentícia (embalagens);

Geralmente, o Al puro tem maior resistência à corrosão que suas ligas.

SOLVENTES DO ÓXIDO E DO METAL

Compostos Mercuriais;

Ácidos fortes - HCl, HF (menos HAC, HNO3, H2SO4);

Soluções aquosas que contém Hg e Cu;

NaOH.

PRINCIPAIS AGENTES AGRESSIVOS

COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS COM OUTROS METAIS

CORROSÃO GALVÂNICA

O QUE ACONTECE QUANDO COLOCADOS dois METAIS JUNTOS NUM EQUIPAMENTO QUÍMICO OU AMBIENTE AGRESSIVO QUE CONSTITUA UM ELETRÓLITO (EX: ÁGUA SALGADA)?

Tem-se que analisar a série galvânica;

Quanto mais separados na série, maior a ação eletroquímica quando estiverem juntos.

SERIE GALVÂNICA

PREVENÇÃO DA CORROSÃO GALVÂNICA

Evitar contato metal-metal - coloca-se entre os mesmos um material não – condutor (isolante);

Usar Inibidores “Usa-se principalmente quando o Al é usado em equipamentos químicos onde haja líquido agressivo".

COMPORTAMENTO DO ALUMÍNIOE SUAS LIGAS QUANTO À CORROSÃO

Ligas de Al-Cu e Al-Cu-Zn são as de menor resistência à corrosão;

Depois vem Al-Si.;

As ligas Al-Mg tem a mais alta resistência à corrosão.

ANODIZAÇÃO

Consiste em reforçar a camada de oxidação por processo eletrolítico (4- 100 mícrons);

A peça de Al a tratar é o ânodo (onde ocorre a oxidação);

O íon oxidante que se libera sobre a peça pode ser impregnado através de corantes.

PRÉ-TRATAMENTO PARA ANODIZAÇÃO

Desengraxamento;

Fosqueamento;

Neutralização.

SELAGEM - ANODIZAÇÃO

Fechamento dos poros da camada anódica através da hidratação do óxido de alumínio.

PRINCIPAIS BANHOS PARA ANODIZAÇÃO

Alumilite (H2SO4);

Bengough (H2CrO4);

Eloxal (H2C2O4.2H2O).

TRATAMENTO QUÍMICO POR IMERSÃO EM BANHOS QUENTES

Outra maneira de reforçar a camada de óxido é por imersão da peça em banhos de sais fundidos. No entanto, a camada depositada (1-3 MÍCRONS) não é homogênea e há uma maior dificuldade de se controlar a espessura da mesma.

Portanto, a qualidade da camada depositada por este processo é inferior à produzida por anodização.

PRINCIPAIS BANHOS PARA TRATAMENTO QUÍMICO

MBV (Bauer Vogel modificado);

EW (Erfrwerk);

ALROK;

ALODINE.

BIBLIOGRÁFIA

ASKELAND, Donald R.; PHULÉ, Pradeep P. The science and engineering of

materials. 4. ed. California: Brooks/Cole-Thomson Learning, 2003.

CALLISTER JR., William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais. 1. ed.

Rio de Janeiro: LTC, 2009.

VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais. 4. ed.

Rio de Janeiro: Campus, 2003.