O principal objetivo de ligas de alumínio

2.3. Ligas de alumínio

O principal objetivo das ligas de alumínio é aumentar a resistência mecânica, sem detrimento das outras propriedades, de forma que novas ligas têm sido desenvolvidas, cada uma com combinação apropriada de propriedades adequadas a uma aplicação específica.

• Princípio das ligas

O alumínio fundido dissolve outrosmetais e substâncias metalóides, como o silício, que atua neste aspecto como metal. Quando o alumínio se resfria e se solidifica, alguns dos constituintes da liga podem ser retidos em solução sólida. Isto faz com que a estrutura atômica do metal se torne mais rígida. Os átomos podem ser visualizados como sendo arranjados em uma rede cristalina regular, formando átomos de tamanhos diferentes daqueles do elemento de liga principal.

O metal quente pode manter uma grande quantidade de elementos de liga em solução sólida do que quando frio. Consequentemente, quando do seu resfriamento, ele tende a precipitar o excesso dos elementos de liga da solução. Este precipitado pode ser na forma de partículas duras, consistindo de compostos intermetálicos, tais

como: CuAl2 ou Mg2Si; estes agregados de átomos metálicos tornam a rede cristalina mais rígida ainda e, consequentemente, endurecem a liga.

O sucesso comercial no desenvolvimento de ligas de alumínio data do descobrimento do “envelhecimento”, em 1906. O subseqüente uso de ligas resistentes tratadas termicamente, contendo uma pequena porcentagem de cobre e magnésio, tornaram praticável a fabricação de aviões totalmente

em metal.

Investigações, durante a segunda década do Século 20, resultaram no primeiro de um outro grupo de ligas bem conhecido, que continha uma pequena adição de níquel. Este foi desenvolvido para componentes de motores, tais como, pistões que

necessitavam manter a resistência em temperaturas elevadas.

O envelhecimento também foi descoberto para as ligas que continham magnésio e silício, conduzindo ao desenvolvimento do que são, atualmente, as principais ligas

estruturais para aplicações gerais de engenharia.

Durante o mesmo período, trabalho pioneiro foi realizado no campo das ligas de alumínio-magnésio, amplamente utilizadas, atualmente, na indústria naval.

Outro importante emprego do alumínio, no período entre as duas guerras mundiais, incluiu o descobrimento do processo de anodização e a introdução de uma utilização particular das ligas de fundição, que permitiram um maior aproveitamento das sucatas de aviões.

• Elementos de liga

Um dos aspectos que tornam as ligas de alumínio tão atraentes como materiais de construção mecânica é o fato do alumínio poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia, chamados de elementos de liga, formando ligas e a partir dessa combinação ser possível obter características tecnológicas ajustadas de acordo com a aplicação do produto final. Naturalmente, uma só liga não pode combinar todas as propriedades ótimas para cada aplicação, sendo necessário conhecer-se as vantagens e limitações de cada uma delas para que se possa fazer a melhor seleção.

O grande alcance das ligas oferece à indústria uma grande variedade de combinações de resistência mecânica, resistência à corrosão e ao ataque de substâncias químicas, condutibilidade elétrica, usinabilidade, ductibilidade, formabilidade, etc.

Descrever a função de cada elemento de liga é difícil porque esta se altera, não só com a quantidade dos elementos presentes na liga, mas, também, pela sua interação com outros elementos. Em geral, podemos dividir os elementos entre aqueles que conferem à liga a sua característica principal (resistência mecânica, resistência à corrosão, fluidez no preenchimento de moldes, etc.), os que têm função acessória, como o controle de microestrutura e das impurezas e traços que prejudicam a fabricação ou a aplicação do produto, os quais devem ser controlados no seu teor máximo.

Dependendo do grupo de ligas, um determinado elemento químico tem

função como adição ou é indesejável como impureza. Um exemplo disso é o chumbo, que é adicionado às ligas de usinagem por seu efeito “quebra-cavacos”, mas por ser um metal pesado sofre fortes restrições em produtos que entram em contato com alimentos. Na preparação de ligas, a partir da refusão de sucata e de

retalhos de processo atenção especial deve ser dada à separação e à classificação da matéria-prima para que sejam controladas as contaminações do banho metálico.

As ligas com base em alumínio não-ligado contêm entre 99,0% e 99,5% de alumínio, sendo o restante, principalmente, ferro e silício. Pode-se obter metal com pureza maior do que 99,5% de alumínio, até 99,99%, a um custo muito mais elevado, que é usado quando se requer alta condutividade elétrica ou elevada resistência à corrosão.

• Composição química

A composição química do alumínio e suas ligas é expressa em percentagem, obedecendo à Norma ABNT NBR 6834, que abrange o sistema de classificação e a densidade nominal das ligas trabalháveis de alumínio e o sistema de classificação

das ligas de fundição e de alumínio primário em lingotes para refusão.

• Principais grupos de ligas trabalháveis

Uma liga muito utilizada (3003) contém 1,2% de manganês. Suas propriedades, principalmente a conformabilidade e a resistência à corrosão, são similares às do alumínio comercialmente puro, com propriedades mecânicas um pouco maiores, particularmente quando deformadas a frio. As mais resistentes são as ligas da série alumínio-magnésio, disponíveis em vários formatos como lâminas, chapas, perfis, tubos, arames, etc. Elas também possuem elevada resistência à corrosão e são facilmente produzidas e soldadas.

As ligas tratadas termicamente de média resistência, que contêm magnésio e silício, possuem elevada resistência à corrosão, mas perdem um pouco da sua trabalhabilidade - o que é irrelevante em seções estruturais retas, as quais são muito difundidas em aplicações estruturais.

As ligas tratadas termicamente de elevada resistência, que contêm cobre ou zinco como principais elementos de liga, são tão resistentes quanto o aço estrutural, mas necessitam de proteção superficial.