Alguns metais não ferrosos I-10

MSPC - Informações Técnicas

Alguns metais não ferrosos I-10

Alumínio - Generalidades

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Tem como matéria-prima a bauxita, mineral com cerca de 60% de óxido de alumínio (Al₂O₃). Na produção, o óxido de alumínio é separado quimicamente e disposto em cubas onde ocorre a redução ao alumínio por eletrólise. A metalurgia do alumínio é consumidora intensiva de energia elétrica. Algumas informações sobre o alumínio elementar podem ser vistas na página Alumínio da Tabela Periódica deste site.

A produção mundial de alumínio a partir do minério (média de 2000 a 2005) está na faixa de 21,8 10⁶ toneladas. Cerca de 7 10⁶ toneladas são produzidas a partir da reciclagem.

Seguem comentários sobre algumas propriedades.

• Condutividade elétrica: embora de menor que a do cobre (cerca de 62%), é compensada pela menor massa específica. Para o mesmo peso, um cabo de alumínio pode conduzir cerca do dobro da eletricidade que um de cobre conduz.

• Condutividade térmica: é alta, cerca de 3 vezes a do aço. Por isso, é usado em dissipadores e calor e em utensílios de cozinha (para esta última aplicação, também contribui o fato de não ser tóxico).

• Massa específica: o alumínio é um dos mais leves metais comercialmente disponíveis. A massa específica é cerca de 1/3 da do aço e do cobre. O resultado é uma elevada relação resistência mecânica / peso, o que faz do alumínio o metal padrão para estruturas de aviões.

• Resistência à corrosão: no contato com o ar, é logo formada uma fina camada de óxido que impede a corrosão. Razoavelmente resistente a ácidos e pouco resistente a álcalis. A boa resistência à corrosão atmosférica é motivo para importantes aplicações na construção civil (telhas, perfis, etc).

• Resistência mecânica: no estado puro, não é das maiores. Mas pode ser incrementada com a adição de alguns elementos de liga. É adequado para baixas temperaturas, não se torna quebradiço.

• Reflexão: a superfície polida é boa refletora, da radiação infravermelha até a ultravioleta. Por isso, usado em luminárias, proteções térmicas e similares.

Elementos de liga mais comuns são cobre, zinco, magnésio, silício, manganês e lítio. Pequenas quantidades de ferro estão sempre presentes e ainda pode receber pequenas proporções de cromo, titânio, zircônio, chumbo, bismuto ou níquel. A tabela abaixo dá alguns exemplos de ligas comercialmente disponíveis.

Composição / Ref comercial	Observações	Resistência à tração MPa	Resistência ao cisalhamento MPa	Alongamento %	Dureza Vickers
Al 99,5 / 1050A	Trabalhado a frio, baixa deformação	100	60	12	30
Al 5,5Cu 0,4Bi 0,4Pb / 2011	Tratado p/ solubilização, trabalhado a frio, envelhecido naturalmente	365	220	15	100
Al 1,2Mn / 3103	Trabalhado a frio, deformação média	155	90	9	46
Al 2Si 1Mn FeCuMgZn / 4015	Recozido	110-150	-	20	30-40
Al 4,5Mg 0,7MnCr / 5083	Trabalhado a frio, estabilizado em baixa temperatura, baixa deformação	330	185	17	95
Al 2,0Mg 0,3Mn / 5251	Trabalhado a frio, parcialmente recozido, baixa deformação	210	125	14	65
Al 3,1MgMnCr / 5754	Trabalhado a frio, parcialmente recozido, média deformação	245	150	15	75
Al 0,7Mg 0,4Si / 6063	Recozido	100	70	27	85
Al 0,9Mg 1,0Si 0,7Mn / 6082	Recozido	130	85	27	35
Al 1,0Mg 0,6Si Pb / 6262	Tratado p/ solubilização, envelhecido artificialmente	290	-	8	-
Al 5,6Zn 2,5Mg 1,6Cu / 7075	Recozido	225-275	150	9	65

Obs: o primeiro algarismo da referência indica o principal elemento de liga:

1xxx: > 99% Al

2xxx: Cu

3xxx: Mn

4xxx: Si

5xxx: Mg

6xxx: Mg + Si

7xxx: Zn + Mg

8xxx: Outros

O alumínio pode ser facilmente fundido e trabalhado a frio (laminação, extrusão, prensagem, etc) para fabricar tubos, arames, chapas, perfilados, etc. A facilidade de usinagem depende da composição. No estado puro apresenta mais dificuldades devido à consistência muito macia dos cavacos. Alguns tratamentos térmicos são possíveis, dependendo da composição da liga. A soldagem é possível com o uso de substâncias que removem a camada de óxido. Acabamentos superficiais mais comuns são pintura e anodização.

Tratamentos de solubilização e envelhecimento

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Esses tratamentos são comuns para ligas de alumínio e por isso aqui são comentados. Mas são usados também com outras ligas metálicas, inclusive alguns tipos de aços.

A Figura 01 representa um diagrama de equilíbrio para uma liga metálica hipotética de dois metais M₁ e M₂.

A linha vertical C representa uma liga com C% de M₁.

Supõe-se que essa liga é aquecida até uma temperatura T₁. Nessa condição, ela só pode conter a fase α.

Na temperatura T₂, a situação normal seria α + β, mas, se a liga é temperada, isto é, rapidamente resfriada até uma temperatura T₂, a difusão é bloqueada e o resultado é uma solução sólida supersaturada.

Um posterior aquecimento e manutenção por algum tempo a uma temperatura T₂ leva à precipitação da fase β até que sua concentração se torne a permitida pela linha de equilíbrio que cruza a vertical C'.

Fig 01

Em termos de temperatura versus tempo, a Figura 02 mostra um diagrama aproximado.

A etapa de precipitação é também denominada envelhecimento, que pode ser natural se ela ocorre na temperatura ambiente ou artificial se há necessidade de aquecimento.

Em geral, o material é dúctil e macio logo após a solubilização. Com a precipitação, dureza e resistência à tração aumentam.

Curva solubilização, têmpera, precipitação

Fig 02

Algumas ligas usadas em rebites precipitam na temperatura ambiente. Se mantidas a 0ºC ou menos, a precipitação é praticamente bloqueada. Assim, os rebites podem ser mantidos sob refrigeração para uma maior facilidade de aplicação porque estão mais dúcteis. Após a aplicação, o envelhecimento natural aumenta a resistência.