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Alguns Dados Técnicos XII - Metais Não Ferrosos I

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Tópicos: Alumínio - Generalidades | Tratamentos de Solubilização e Envelhecimento |

1) 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 por eletrólise. A metalurgia do alumínio é consumidora intensiva de energia elétrica. A produção mundial 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 (≈ 62%), é compensada pela menor massa específica. Para o mesmo peso, um cabo de alumínio pode conduzir cerca do dobro da eletricidade em comparação com o cobre.

• 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, em princípio, 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 continuação da corrosão. Razoavelmente resistente a ácidos e pouco resistente a álcalis. A boa resistência à corrosão atmosférica é motivo para 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 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 comuns são pintura e anodização.


2) 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 2-I 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'.

Exemplo de tratamento por solubilização
Fig 2-I

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 2-II

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.
Referências
BOUCHÉ, Ch. LEITNER, A. SANS, F. Dubbel. Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Pesquisa na Internet em Jan/2007. Fontes não anotadas.

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