Cobre e Alumínio

Rodrigo Lacerda e Thuanny Lima

Setembro/2009

Índice

Introdução.........................................................................................................................3

Cobre.................................................................................................................................4

  1. História..................................................................................................................4

  2. O que é?................................................................................................................5

  3. Características, propriedades físicas e mecânicas............................................6

    1. Eleição do tipo de cobre e dureza.....................................................................7

    2. Dilatação térmica...............................................................................................8

  4. Atributos e características para o uso comercial e suas aplicações................10

    1. Principais atributos............................................................................................10

    2. Características e atributos complementares....................................................11

  1. Forma de obtenção e tratamento.......................................................................12

  2. Ligas de cobre......................................................................................................13

Alumínio...........................................................................................................................16

  1. Forma de obtenção..............................................................................................16

  2. Propriedades........................................................................................................20

  3. Consumo de energia elétrica..............................................................................21

  4. Percentual de reciclagem....................................................................................21

  5. Aplicação e uso comercial...................................................................................22

    1. Transporte.........................................................................................................24

    2. Construção civil................................................................................................24

    3. Fios e cabos.......................................................................................................24

    4. Maquinas e equipamentos...............................................................................24

    5. Descartáveis e embalagens..............................................................................25

  1. Processos de tratamento térmico......................................................................25

    1. Designação das têmperas.................................................................................28

  2. Ligas de alumínio e principais aplicações........................................................31

Conclusão........................................................................................................................34

Bibliografia.....................................................................................................................35

Introdução

Este trabalho se trata de um conjunto de pesquisas técnicas sobre os materiais Alumínio e Cobre. Nele serão descritas suas propriedades, uso comercial, aplicações, formas de obtenção, tratamentos, ligas e outros pontos importantes destes materiais.

Mas porque estudá-los?

Bem, o cobre é um material metálico que vem sendo utilizado desde os primórdios da humanidade, na utilização de ferramentas, recipientes, armas e muitos outros, ganhando uma era toda com o seu nome e outra com o nome de uma liga composta por este. O cobre faz parte da vida de todos, pois, é material indispensável para fiação elétrica, já que é um excelente condutor e tem resistência à corrosão. É bastante utilizado na construção civil. É reciclável.

Já o alumínio vem progressivamente substituindo outros metais não metálicos como insumo de diversos ramos industriais. Enfatizamos que o alumínio primário, ganha espaço na indústria de materiais de transporte, na construção civil e na indústria de embalagens, na qual há tempos é o insumo primordial. De fato, dados para 1995 sobre a composição do consumo mundial de alumínio indicam que 71% do consumo estão concentrados nesses três segmentos.

Trata-se, portanto, de problema de pesquisa que encerra inegável justificativa em sua compreensão.

Primeiro, porque a indústria de materiais de transporte, na qual se inserem as montadoras automobilísticas e os hangares aeroespaciais, representa parcela expressiva do PIB industrial mundial e do comércio internacional.

Segundo, porque a construção civil traduz a expansão do estoque de capital de qualquer economia, trata-se, então, de investimento.

Terceiro, porque a indústria de embalagens é termômetro preciso do nível de atividades de qualquer economia.

COBRE

1.História

Este metal possui excepcional importância na vida moderna, pela sua condutibilidade, que o torna indispensável em toda aplicação elétrica, mas sua importância não foi menor nos albores da civilização. Nos tempos antiqüíssimos, realmente, foi o primeiro metal empregado pelo homem na fabricação de utensílios, e sua história milenária tem acompanhado o nosso progresso técnico. Como o ouro, que provavelmente foi conhecido e trabalhado antes do cobre, não se pode obter senão objetos ornamentais; foi, portanto, o cobre que substituiu a pedra na fabricação de objetos úteis. Na produção de utensílios e na procura de material adequado, distinguem-se as grandes idades da pedra, do cobre, do bronze e do ferro. O cobre caracteriza uma época que pode ser considerada como intermediária entre a da pedra e a do bronze. Na Mesopotâmia e no Egito, ele procedeu outros metais e, talvez, mesmo, em alguma zona de Baixa Mesopotâmia, nasceu a metalurgia do cobre, ou seja, a técnica do seu preparo. A princípio, usou-se o metal encontrado em estado livre, embora ele fosse escasso em natureza; foi trabalhado a frio ou a fogo, com martelo, reduzindo-se a pouco e pouco à forma desejada. Mais tarde, ele foi extraído da calcopirita. Um grande progresso no preparo foi obtido quando se conseguiu reduzir o cobre ao estado líquido. Ele funde-se a 1083 graus. Um fogo ao ar livre não atinge nunca essa temperatura, e a fusão do cobre torna-se possível somente com a invenção das fornalhas a tiragem forçada, a qual pode produzir 1200 graus de calor. Neste modo, o cobre podia ser coado em moldes diferentes e misturado a outros metais, obtendo-se ligas. Assim nasceu o bronze. Os numerosos objetos de cobre encontrados nas escavações demonstram, amplamente, a grande habilidade dos povos antigos nos métodos de preparação. Armas, facas, recipientes, utensílios de toda sorte foram encontrados nos palácios, em Nínive e nos túmulos egípcios.

Os arqueólogos encontraram traços de antigas minais, escórias de cobre, moldes para fusão, cadinhos de terracota e os restos de um alto-forno, dotado de aberturas para a tiragem do fogo e situado de modo a explorar os ventos constantes que sopram na direção norte-sul, provenientes do deserto do Uadi El Araba. O antigo alto-forno não é muito diferente, na constituição, dos modernos, que empregam ar comprido, ao invés do vento.

No campo industrial, a exigência de cobre ficou limitada, talvez, até 1799, quando Alexandre Volta construirá sua maravilhosa pilha e, daquele modesto aparelho, no qual o cobre também teve sua parte, nasceu a mais importante revolução industrial da história, determinada pela energia elétrica. O cobre puro é, entre os metais, um dos melhores condutores de eletricidade (somente a prata o suplanta) e, portanto, seu consumo aumentou extraordinariamente, com o desenvolvimento da indústria elétrica. As instalações telefônicas e telegráficas, as centrais hidrelétricas, os motores, os dínamos, os transformadores, os aparelhos de rádio, os cabos, os fios absorvem, hoje, uma quantidade enorme de cobre puro, que não pode ser substituído na maior parte dos casos, por nenhum outro metal. E como as aplicações elétricas se multiplicam, os pedidos de cobre se tornam sempre mais prementes.

2. O que é?

Elemento metálico de cor vermelho-pardo, brilhante, maleável e dúctil, mais pesado que o níquel e mais duro que o ouro e a prata.Símbolo químico: CuPonto de fusão: 1.083º CDensidade: 8,94

Possui estrutura cristalina, cúbica de face centrada.

É muito bom condutor de eletricidade e calor, apresenta alto grau de dureza e é resistente à corrosão.

O cobre é um elemento metálico que veio das profundezas da Terra há milhões de anos, impulsionado pelos processos geológicos que esculpiram nosso planeta. Ao chegar perto da superfície deu origem a diversos tipos de jazidas.

A chave para entender o uso intensivo do cobre por parte da humanidade está em suas propriedades básicas: é um metal maleável, com grande resistência à corrosão, de uma cor atrativa, com alta condutibilidade térmica e elétrica, ideal para a transmissão de dados, não é magnético e é totalmente reciclável.

Estas propriedades são transmitidas às ligas que utilizam cobre. Uma é o bronze, um material de grande resistência,  resultado da combinação do cobre com o estanho. A outra é o latão, união do cobre com o zinco, fácil de manipular e resistente à corrosão

Outra liga é a de cobre-níquel, muito usada em aplicações marítimas devido a sua excelente resistência à corrosão e às incrustações.

O cobre puro é, entre os metais, um dos melhores condutores de eletricidade (somente a prata o suplanta) e, portanto, seu consumo aumentou extraordinariamente, com o desenvolvimento da indústria elétrica. As instalações telefônicas e telegráficas, as centrais hidrelétricas, os motores, os dínamos, os transformadores, os aparelhos de rádio, os cabos, os fios absorvem, hoje, uma quantidade enorme de cobre puro, que não pode ser substituído na maior parte dos casos, por nenhum outro metal. E como as aplicações elétricas se multiplicam, os pedidos de cobre se tornam sempre mais prementes. Em proporções mais modestas, ele é usado puro ou em liga, nas indústrias mecânicas (automóveis, locomotivas), nas bélicas e nas construções, e, além disso, sob forma de compostos (sulfuretos e óxidos), nas indústrias químicas. Naturalmente, em seguida à secular exploração e a intensificada extração dos últimos decênios, as jazidas vão sempre mais se empobrecendo, e a descoberta de novas é assaz problemática. A produção de cobre exige uma série de operações algo longas e complicadas, e o mineral extraído é, muito pobre de metal. Enquanto um minério de ferro, para que seja explorado, deve conter 30 ou 40 por cento do metal, para o cobre é necessário muito menos, ou seja, de 3 e também de 1 por cento.

3. Características, propriedades físicas e mecânicas

O cobre é um metal com número atômico 29 e peso atômico 63,57. Seu símbolo na química é Cu, e suas valências são +1 e +2. Não é magnético e pode ser utilizado puro ou em ligas com outros metais que lhe conferem excelentes propriedades químicas e físicas.

A tabela que se segue retrata suas principais características, propriedades físicas e mecânicas.

Outras características e propriedades que se fazem presentes, conforme tabela complementar a seguir, que mostra a boa resistência do cobre juntamente com sua excelente maleabilidade, importante para os processos de dobra, engate (encaixe) e formas várias a que se submetem as chapas ou bandas (faixas) para dar conformidade às coberturas e telhados com esse metal.

Devido a essas características e propriedades e face ao uso a que se destina, o cobre pode ser definido/ e ou eleito segundo os pormenores técnicos que se seguem.

3.1. Eleição do tipo de cobre e dureza

O cobre para coberturas é fornecido sob a forma de chapas ou bandas (faixas) com determinadas dimensões em função do tamanho (comprimento) das dobradeiras existentes no mercado e/ ou obra; e em bobinas de grande comprimento, cuja espessura é variável para ambos os casos. No mercado brasileiro, é geralmente fornecido em tiras e chapas provenientes das bobinas.

Podem ser do tipo cobre eletrolítico ou cobre desoxidado com fósforo, pois são próprios para os trabalhos vinculados ás coberturas. No entanto, quando surgir a necessidade de soldagem, recomenda-se tecnicamente utilizar o cobre desoxidado com fósforo.

Tanto as chapas como as bandas (faixas) de cobre apresentam diferentes graus de dureza segundo o tratamento térmico natural que tenham sofrido e/ ou se submetido durante ou depois de sua laminação.

Dentre os estados resistentes, o “1/4 duro” corresponde a uma aspereza média, própria para as coberturas, tanto é que são utilizadas em chapas e também em bandas.

Dentre as várias espessuras existentes, para aquelas superiores a 0,6 mm, é melhor adotar o estado resistente “1/8 duro”, caracterizado por ser ligeiramente áspero, o que permite uma execução mais fácil das juntas longitudinais, se tornando mais conveniente para trabalhos que requerem muita conformação. Contrariamente, todas as partes da cobertura que queiram proporcionar uma forma rígida juntamente com resistência mecânica recomendam-se usar cobre “1/2 duro”, também muito apropriado para calhas elevadas, cornijas molduradas, descidas, faixas de recobrimento (rufo), cumeeiras, cobrejuntas, rincões, etc.

Como essas peças são executadas diretamente nas oficinas com todo o cuidado necessário, o perigo de ruptura ao ser fixado é mínimo. No entanto, para a fabricação das calhas utiliza-se o cobre recozido ou o “1/4 duro”, posto que os movimentos, devido às variações de temperatura, podem produzir rupturas nas fixações executadas nas chapas, as quais são difíceis de executar com metal frágil.

3.2. Dilatações térmica

O cobre, como todo material, devido às variações da temperatura se dilata ou se contrai de maneira sensível. Nas coberturas de cobre isso é imperceptível, no entanto, as chapas ou bandas que as compõem devem apresentar detalhes construtivos compatíveis com a necessária estanqueidade e impermeabilidade.

Para tanto, a colocação das chapas deverá ser feita possibilitando a movimentação livre em todos os sentidos em função do seu sistema de apoio. Portanto, não se recomenda fixá-los diretamente à trama estrutural da cobertura ou ao suporte base por meio de pregos, parafusos ou outros sistemas, sob pena de provocar empenamento, rupturas, e como conseqüência, a degradação da cobertura.

Admite-se que as chapas de cobre podem alcançar uma temperatura máxima no verão de 60 ºC, para uma temperatura do ar ambiente de 30 ºC, sendo que no inverno a temperatura das chapas pode chegar de -20 ºC a -30 ºC em determinadas regiões.

Considerando-se uma temperatura máxima de 80 ºC a 90 ºC, obtém-se uma variação dimensional máxima de aproximadamente 15mm em uma chapa de 10m de comprimento. No transcorrer de um mesmo dia de verão, a variação da temperatura do metal é muito grande, e como resultado, estará submetido a movimentos alternativos; pela necessidade absoluta, se conclui que se deve deixar o metal livre para movimentação e também proteção. Para isso, é necessário interpor papel especial tipo Kraft alcatroado ou feltro asfalto para evitar danos ao metal e criar uma barreira de vapor. Sobre o papel alcatroado ou feltro asfalto também pode se colocar papel alumínio, o qual evita a aderência de dessas barreiras de vapor com as chapas de cobre, em face de possíveis derretimentos dessas pelo excesso de aumento de temperatura.

O coeficiente de dilatação do cobre é 1,65mm/ m para cada 100 ºC (3) de incremento de temperatura. É menor do que o do Zinco (2,9), do Chumbo (2,9) e do Alumínio (2,3).

Dilatação térmica com outros materiais

Quando se colocam em contato dois metais diferentes em presença de um eletrólito, como a água ligeiramente ácida, se produz entre eles um par galvânico, que por sua vez resulta na destruição daquele mais eletronegativo. Esse fato se concluiu experimentalmente por uma classificação eletroquímica dos metais mais usuais.

Assim sendo, na escala de valores (índices) crescentes, temos:

(1) Alumínio;

(2) Zinco;

(3) Ferro;

(4) Níquel;

(5) Estanho;

(6) Chumbo;

(7) Cobre (valor alto);

Quando dois metais dessa lista estão em contato, na presença de uma solução salina ou ar úmido, o metal com índice mais baixo corrói. Essa corrosão é tão mais rápida quanto mais distantes se encontrem os metais na escala eletroquímica; inclusive é muito rápida se os metais são contíguos na série, e sobretudo se o eletrólito for a água da chuva (que não contém sais em dissolução).

Portanto, se deve evitar sempre o contato direto do cobre com o ferro, com o zinco e com o alumínio, pois são os metais mais usuais nas coberturas, e assim podem ser corroídos pelo cobre.

Quando não se pode evitar o contato do cobre com outros metais, é necessário colocar entre eles um elemento isolante, que pode ser, em determinados casos, uma chapa de chumbo, uma camada de feltro asfalto, uma pintura betuminosa, etc. No entanto, esses isolantes perdem sua função quando a água da chuva se faz presente nas chapas de cobre, passando para o outro metal; o resultado é que esse último se corroerá rapidamente (salvo o chumbo).

Assim, nas coberturas de cobre, se deve evitar o uso de calhas, condutores e outros acessórios de zinco, alumínio, ferro galvanizado e fundido. Outro pormenor a ser considerado diz respeito à ação da umidade atmosférica e da água sobre o cobre, pois formam sais de cobre que, parcialmente levados pela água da chuva, podem entrar em contato com o metal das calhas e dos condutores que não sejam de cobre, formando pares galvânicos resultando em um processo de corrosão. Ao contrário, no caso de uma cobertura de alumínio e/ ou zinco, as calhas podem ser de cobre, contanto que se evite o contato direto entre os diferentes metais.

4. Atributos e características para o uso comercial e suas apilcações

4.1Principais atributos

  • Durabilidade

É um material com vida útil longa por sua extraordinária resistência à corrosão, inclusive às atmosferas agressivas das grandes concentrações urbanas. É durável, e em condições normais de uso, pode durar por mais de cem anos;

  • Versatilidade e Trabalhabilidade

Pela sua versatilidade de desenho, combina e se adapta às varias soluções e desafios pela arquitetura e engenharia civil, dando forma e condições para atender ao bom desempenho técnico das coberturas, dos revestimentos nos sistemas de vedos e pormenores decorativos.

Detalhes extremamente complexos podem ser executados em cobre devido a sua ductilidade, podendo inclusive ser trabalhado em baixas temperaturas. A rapidez de seu manejo, colocação e união de chapas permitem amplo agenciamento de formas por parte dos arquitetos, além de reduzir o custo de mão-de-obra;

  • Aspecto estético e imagem distinta

A significativa e ampla gama de coloração do cobre combina e se harmoniza com outros matérias de construção. Sua pátina, formada ao longo do tempo, lhe dá um aspecto singular, cuja imagem distinta se faz presente durante toda sua vida útil.

Esteticamente, suas cores obtidas pro processos naturais ou artificiais, aliadas às possibilidades de composição de suas dobraduras, lhe dão alto valor estético. Os edifícios que utilizam cobre apresentam diferenciação e caráter de obra de arte;

  • Econômico

O cobre se torna uma boa opção de uso econômico, pois não necessita de manutenção ou limpeza. Seus custos iniciais e finais são minimizados pela utilização racional de seus perfis e acessórios, principalmente nas coberturas dos edifícios, apresentando ótimo desempenho com um custo x benefício compatível e acessível, pois oferece melhores condições de competitividade frente a outros metais;

  • Reciclável

Apresenta características significativas pela sua reciclagem sem a perda de suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e outras. Isso o recomenda como solução definitiva na arquitetura, em um estreito vínculo com o patrimônio histórico e cultural das cidades.

4.2 Características e atributos complementares

  • Coloração distinta

As superfícies de recobrimento de cobre adquirem determinadas cores que vão desde o dourado (natural) ao verde pálido (maturado), passando por vários tons de café. Permite-se selecionar a cor e a tonalidade adequada a cada edifício por meio de aplicação de pátinas artificiais e das lacas para mantê-las. As tonalidades se formam naturalmente com o passar do tempo e com a qualidade atmosférica de cada localidade. No entanto, em ambientes agressivos, contaminados e sem proteção, resultarão em uma cor negra em pouco tempo;

  • Resistência à corrosão

Se fundamenta na formação das pátinas, o que permite durações de uso que superam cem anos, até em ambientes marinhos. Com o passar do tempo as lâminas de cobre adquirem superficialmente uma película que protege o restante do metal da corrosão, ou seja, uma auto-defesa, liberando o usuário da manutenção;

  • Resistência mecânica

Resiste aos esforços no processo de dobragem, encaixes e manipulação por parte dos operários. Por outro lado, se as lâminas forem reforçadas por meio de dobraduras, obtém-se resistências entre os dois pontos de apoio para cargas de até 450 kg/m2 ;

  • Resistência aos agentes biológicos

As pesquisas e experiências sobre o cobre no uso e aplicações no campo da edificação industrial contaminante, juntamente com o aço inoxidável, têm revelado que são os materiais mais resistentes à ação dos ácidos e detergentes fortes;

  • Resistência ao fogo

Pela sua alta temperatura de fusão (1.083 ºC), é resistente ao fogo, apresentando um retardamento significativo na sua propagação frente a outros materiais.

  • Resistência à trocas de temperatura

As causas mais comuns do surgimento de patologias nos sistemas de coberturas em geral são as contínuas variações de temperatura e a deterioração dos materiais, obrigando os usuários a freqüentes e onerosas reparações. Essas falhas não se apresentam nas coberturas em cobre, pois ele se expande e se contrai consideravelmente menos do que os outros materiais; quantitativamente, se movimenta em cerca de 40% a menos que o chumbo e o zinco.

5. Forma de Obtenção

O cobre no seu estado natural é encontrado sob a forma de “sulfuro” com uma pureza que varia em torno de 1 a 5%. São encontrados em minas a céu aberto e subterrâneo, cuja extração se realiza por meio de processos específicos. Das minas se extrai o minério, contendo de 1 a 2% de cobre, que posteriormente é britado e moído, passando por células de flotação, que por sua vez o separam e o convertem num concentrado, cujo teor médio de cobre é de 30%.

Posteriormente é submetido ao processo de ustulação onde é fundido e se constitui num produto líquido intermediário chamado matte, com 60% de cobre. Após passar por um conversor, é transformado em cobre blister, com 98,5% de cobre, que ao passar pelo refino se molda, chegando ao ânodo com 99,5% de pureza. Após, por meio de eletrólise, constitui o cátodo, cuja pureza chega a 99,99%. Esse cátodo é moldado sob diferentes formas e submetido a processos de transformação, resultando em diversos produtos sob a forma de vergalhões, fios, barras e perfis, chapas, tiras, tubos e outros.

6. Ligas de Cobre

As ligas de cobre podem ser caracterizadas como:

· COBRE PURO:

A característica técnica mais importante para o cobre puro é a sua condutividade elétrica. A presença de impurezas, especialmente fósforo, ferro e cobalto deterioram a condutividade devido ao impedimento do movimento dos elétrons causado por estes elementos. O cobre pode conter elementos como prata, arsênio, cromo, zircônio, cádmio, ferro ou fósforo. Estes elementos aumentam as propriedades mecânicas, especialmente a resistência à tração. Cobre é utilizado para aplicações especiais tais como molas, contatos, eletrodos de solda, materiais condutores, projetos elétricos, etc.

· LIGAS DE COBRE/ZINCO (LATÕES):

Latões podem conter até 45% de zinco. Os elementos Al, Sn, Si, Fe, Mn, Ni, As, P e

Pb são usuais neste tipo de liga. O alumínio aumenta a consistência e a resistência à corrosão. Adições de estanho e silício garantem melhores propriedades de deformação. Arsênico e fósforo ajudam em relação à resistência à corrosão, sendo que o fósforo, adicionalmente, aumenta também a fluidez do metal. Ferro e manganês são adicionados para refinar o grão. O níquel possui com ponto positivo, a melhora da resistência à corrosão e uma melhora na resistência mecânica a altas temperaturas. Ligas de latão podem conter até 3,0% de chumbo, pois este elemento favorece a operação de corte do metal. Latões são utilizados em um grande campo de aplicação, com destaques em peças de uso naval, mancais, cartuchos, parafusos, etc.

·

LIGAS DE COBRE/ESTANHO (BRONZES Pb/Sn):

Ligas de cobre estanho são boas para fundições, sendo sua maior utilização na confecção de mancais e engrenagens especiais. Estas ligas, as quais contêm chumbo na faixa de 5,0% até 18% e adições de Sb, Zn, Fe e Ni, são especialmente utilizadas para mancais. Tais mancais possuem uma vida útil longa e permitem uma boa resistência a pressões.

· LIGAS DE COBRE/ALUMÍNIO (BRONZE ALUMÍNIO):

Estas ligas conhecidas como bronze alumínio, contêm até 14% de alumínio. A concentração

do alumínio favore a resistência contra corrosão, ácido sulfúrico e salmoura. Além do alumínio, estas ligas podem conter ferro, manganês, níquel, silício e arsênico. As propriedades mecânicas destas ligas, tais como boa dutibilidade e resiliência, são similares àquelas obtidas com aços baixa-liga.

Estas ligas obtiveram grande importância tecnológica, especialmente, por exemplo, em componentes navais, bombas, trocadores de calor, etc. Por fim, estas ligas possuem boas características de soldabilidade e de usinagem.

· LIGAS DE COBRE/ZINCO/NÍQUEL (NIQUEL PRATA):

Estas ligas podem ser classificadas como latões onde a concentração de níquel varia de 11% a 28%. Estes materiais possuem alta resistência à corrosão. Além do níquel, estas ligas contêm concentrações de manganês até 0,4%, ferro entre 0,1 a 5,0%, alumínio entre 0,5 e 2,0% e algumas vezes, chumbo até 3,0%. A adição de chumbo influencia positivamente as propriedades de corte. Típicas aplicações para estas ligas é a utilização em joalheria, cutelaria, resistores elétricos, etc.

· LIGAS DE COBRE/NÍQUEL (CUPRO-NIQUEL):

Estas ligas podem conter até 45% de níquel. São resistentes à corrosão e apresentam propriedades de resistência a altas temperaturas as quais são similares àquelas obtidas com aços inoxidáveis. Adições de 2% de manganês e 1,5% de ferro aumentam a resistência à corrosão. Ligas cupro-níquel são tipicamente utilizadas para tubos, resistências ou fabricação de moedas.

· GUN METAL:

Gun metal contém estanho entre 3 a 11% e zinco entre 2 e 7%. A influência do zinco reduz a sensibilidade à absorção de oxigênio pelo metal durante o processo de fundição. Para o refino de grão, adiciona-se aproximadamente, 1% de níquel. Adições de 1 a 6% de chumbo favorecem as propriedades de corte. Típicas aplicações para estas ligas são fixadores, acessórios, caixas de mancais, etc.

Devido ao cobre e suas ligas serem definidos em função de suas composições químicas, é necessária uma avaliação das propriedades destes materiais. Desta forma, métodos de investigação permitem avaliar a adequação do produto ao seu uso.

Alumínio

O Alumínio é o terceiro elemento em abundância na natureza, sendo o Oxigênio o primeiro e o Silício o segundo. Como elemento metálico, perde somente para o metal Silício.

Em temperatura ambiente ele está no estado sólido, ou seja, tem volume e forma definido.

 

7. Forma de obtenção

A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical.

A produção mundial de bauxita em 2004 foi de 157,4 milhões de toneladas, sendo os principais países produtores Austrália, Brasil, Guiné e Jamaica. Ocupando a 2ª posição no ranking mundial, em 2004, o Brasil produziu 21 milhões de toneladas de bauxita. Possui também a terceira maior reserva mundial de bauxita, cujo potencial é da ordem de 2,5 bilhões de toneladas, concentrada principalmente na região Norte do país (estado do Pará), as quais têm como principal concessionária a empresa Mineração Rio do Norte S.A. - MRN. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. O processo de obtenção de alumínio primário divide-se em três etapas: mineração, refinaria e redução, conforme a imagem abaixo: Mineração

O alumínio não é encontrado diretamente em estado metálico na crosta terrestre. Sua obtenção depende de etapas de processamento até chegar ao estado em que o vemos normalmente. O processo da mineração da bauxita, que origina o alumínio, pode ser exemplificado da seguinte maneira:

1)

Reação planejada da vegetação e do solo orgânico;

2)

Retirada das camadas superficiais do solo (argilas e lateritas);

3)

Beneficiamento:  3.1 Inicia-se na britagem, para redução de tamanho;  3.2 Lavagem do minério com água para reduzir (quando          necessário) o teor de sílica contida na parcela mais fina;   3.3 Secagem

Refinaria

A refinaria é a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada. O procedimento mais utilizado é o Bayer. Esta é primeira etapa até se chegar ao alumínio metálico.

1)

Dissolução da alumina em soda cáustica;

2)

Filtração da alumina para separar o material sólido;

3)

O filtrado é concentrado para a cristalização da alumina;

4)

Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água;

5)

O pó branco de alumina pura é enviado à redução;

6)

Na redução, ocorre o processo conhecido como Hall-Héroult, por meio da eletrólise, para obtenção do alumínio.

As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do produto final são: moagem, digestão, filtração/evaporação, precipitação e calcinação. As operações de alumina têm um fluxograma de certa complexidade, que pode ser resumido em um circuito básico simples, conforme figura à seguir. Além da bauxita e de combustíveis energéticos, a produção de uma tonelada de alumina requer outros insumos, cujo consumo depende da qualidade do minério.

Parâmetros de consumo da alumina

Bauxita (t/t)

1,85 a 3,4

Cal (kg/t)

10 a 50

Soda cáustica (kg/t)

40 a 140

Vapor (t/t)

1,5 a 4,0

Óleo combustível - calcinação (kg/t)

80 a 130

Floculante sintético (g/t)

100 a 1000

Energia elétrica (kwh/t)

150 a 400

Produtividade (Hh/t)

0,5 a 3,0

Água m³/t

0,5 a 2,0

Redução Redução é o processo de transformação da alumina em alumínio metálico:

1)

A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio;

2)

O oxigênio se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono, e em alumínio líquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica;

3)

O metal líquido (já alumínio primário) é transferido para a refusão através de cadinhos;

4)

São produzidos os lingotes, as placas e os tarugos (alumínio primário).

A voltagem de cada uma das cubas, ligadas em série, varia de 4 V a 5 V, dos quais apenas 1,6 V são necessários para a eletrólise propriamente dita. A diferença de voltagem é necessária para vencer resistências do circuito e gerar calor para manter o eletrólito em fusão.

Basicamente, são necessárias cerca de 5 t de bauxita para produzir 2 t de alumina e 2 t de alumina para produzir 1 t de alumínio pelo processo de Redução.

Diagrama de uma célula de redução

8. Propriedades

É um metal leve, macio, resistente, condutor de eletricidade, tem uma coloração cinza prateado (isso devido a sua fina camada de proteção superficial natural), resiste muito bem à corrosão (oxidação) e possui baixo ponto de fusão (660 ºC), se comprado ao ferro (PF 1.535 ºC) e ao cobre (PF 1.083 ºC), por exemplo.

 

Além disso, não é tóxico, não é magnético e não gera faíscas quando atritado. É o segundo metal mais maleável perdendo somente para o ouro (PF 1.064 ºC), é o sexto metal mais dúctil e é um bom condutor de calor, sendo utilizado inclusive, em muitas aplicações industriais, como dissipador de calor. 

  O metal alumínio é um metal relativamente novo para a humanidade, pois ainda não completou sequer 200 anos de seu descobrimento.

Hoje, utiliza-se cada vez mais o metal alumínio em aplicações industriais, pois ele enquadra-se bem quando ligado com outros elementos. Em aplicações tais como aeronáutica e automobilística a sua participação é cada vez maior, pois nestes ramos a busca contínua por redução de peso, sem o detrimento da resistência, é constante e o metal alumínio enquadra-se muito bem. A redução de peso nestes ramos proporciona economia de combustível e um aumento na autonomia dos veículos. A cada 100 Kg de peso que se retira de um automóvel, aproximadamente pode-se ganhar 1 Km, na média, de consumo, ou seja, se um automóvel rende 10Km/litro ao se retirar 100 Kg de peso da estrutura deste automóvel, ele renderá 11 Km/litro, conseguindo com isso, uma economia de aproximadamente 10%, redução de emissões poluidoras e proteção ao meio ambiente. É neste ponto que o metal alumínio se enquadra muito bem, pois vem substituindo o ferro (aços) em muitas peças, inclusive no motor e chaparia de carros.

O alumínio vem substituindo sistematicamente a madeira na construção civil, pois é mais leve que a madeira, não apodrece, não deforma, não apresenta cheiro (mofo), aceita pintura, anodização e polimento, não prolifera fungos, bolores e insetos, oferecendo muitas possibilidades estéticas aos técnicos e projetistas.

9. Consumo de energia elétrica

  

O consumo de energia elétrica para se produzir alumínio primário, em 2007, foi de 15.2 MWh/tonelada produzida. Pode-se perceber o esforço das empresas produtoras em manter constantemente este consumo abaixo da média mundial, que foi de 15.4 no mesmo ano. No Brasil as empresas produtoras de alumínio primário, operam com 33% de energia elétrica própria para a sua produção.

  Esta desvantagem econômica e energética está sendo minimizada com a reciclagem do alumínio, pois o mesmo está sendo reciclado cada vez  mais, no Brasil e no mundo. Esta reciclagem serve para muitas aplicações industriais e domésticas. O alumínio e infinitamente reciclável, sem perder suas propriedades, e isso acontece com muito menos necessidade de energia na transformação.

10. Percentual de reciclagem

  

O Brasil detém um índice percentual elogiável na reciclagem de latas de alumínio (latinhas). Este índice chegou, em 2007, na incrível marca de quase 97% de todas as latas de alumínio consumidas, em um ano. O país que mais se aproxima é o Japão (93%). A média dos países europeus é de apenas 62% e dos Estados Unidos da América é de 54% (dados 2007).

11. Aplicação e uso comercial

Aplicações hoje é que não faltam para o metal alumínio, pois das além já existentes o homem está aumentando cada vez mais a sua participação em nosso cotidiano. Este metal está amplamente sendo estudado para substituir outros metais, isso se deve a inúmeros motivos, desde a redução a redução de peso para a Indústria Automobilística (Carros, Caminhões, Ônibus e Motos), por exemplo, até a utilização na Indústria da Alimentação, desenvolvendo embalagens recicláveis.

 

A ABAL – Associação Brasileira do Alumínio identifica os produtos feitos com Alumínio, e que foram exportados do Brasil, em grupos que abaixo apresentamos. No ano de 2004 as exportações de alumínio foram de 1.038.690,4 ton. (mais de um bilhão de quilos), divididas da seguinte forma (página seguinte):  

Exportações de Produtos de Alumínio (2004)

Lingote

56%

582,9

Ligas

23%

235,4

Sucata

0%

0,7

Chapas

8%

81,0

Folhas

2%

23,7

Extrusados

1%

15,4

Cabos

6%

57,5

Pós

0%

1,5

Domésticos

1%

6,2

Outros

1%

7,5

Peças

3%

26,5

Totais

100,0%

1.038,3

(2004 - em X 1000 ton.)

 

Dividindo os produtos feitos com o metal Alumínio em Indústrias, ou em Mercados de Transformados, que são: Construção Civil, Transportes, Eletricidade, Bens de Consumo, Embalagens, Máquinas e Equipamentos e Outros, também para o ano de 2004, em %, encontra-se:

 

Consumo Nacional por Setor (2004)

Const. Civil

12,8%

94,7

Transporte

25,3%

187,5

Eletricidade

9,2%

68,1

Bens Consumo

9,3%

69,2

Embalagens

28,8%

213,5

Máquinas

4,2%

31,1

Outros

10,4%

77,1

Totais

100,0%

741,2

(2004 - em X 1000 ton.)

 

Do ano de 2000 a até o ano de 2004 (cinco anos) a participação percentual da Indústria de Construção Civil no consumo nacional por setor, caiu de 16,9% para 12,8%, uma queda de 24,26%. Para o setor de Transporte houve um aumento de 24,6%, pois em 2000 sua participação era de 20,3% e em 2004 foi de 25,3%. Para os setores de Eletricidade, Bens de Consumo e Embalagens, praticamente não houve alteração percentual significativa. Cabe salientar que do ano de 2000 ao ano de 2004, houve um aumento de 11,24% no volume total no consumo doméstico, sendo em 2000, um consumo de 666,3 e em 2004 um consumo de 741,2. (tudo isso x1000 toneladas). Abaixo serão apresentados a Produção Mundial e o Consumo Mundial de alumínio primário, ano de 2004, continente a continente, sendo África, América, Ásia, Europa e Oceania.

 

Produção Mundial Alumínio Primário (2004)

África

5,7%

1.712,9

América

24,9%

7.469,7

Ásia

32,5%

9.764,5

Europa

29,4%

8.835,9

Oceania

7,5%

2.239,8

Totais

100,0%

30.022,8

(2004 - em X 1000 ton.)

 

11.1. Transporte

Uma importante Indústria em nosso mundo moderno é a Indústria do Transporte, seja ela de pessoas ou de cargas. Hoje o metal Alumínio está muito presente nesta Indústria, principalmente contribuindo para a redução do peso do veículo, mas também melhorando o designer e proporcionando muito mais aplicações se comparado a madeira que era utilizada quando do início de seu surgimento. Encontra-se Alumínio em peças tais como portas, janelas, tubos pega mão, tubos tira fino (Extrusados), laterais, piso e teto (Chapas), motor e peças mecânicas (Fundidos e Injetados), dentre inúmeros outros pontos. 

 

11.2. Construção Civil

Observa-se uma ampla utilização de produtos em Alumínio na Indústria da Construção Civil, principalmente nos itens relacionados a aberturas. Antigamente a madeira dominava amplamente estes itens e gradativamente esta sendo substituída por outros materiais, sendo um deles, o Alumínio, pois além de ser leve aceita deformações, pinturas, paredes mais finas, não apodrecem como a madeira e dá um aspecto mais moderno as construções. Mas fora as aberturas podemos observar alumínio em corrimãos (Extrusão), Suportes (Fundição e Injeção), Telhas (Chapas), dentre inúmeras outras aplicações.

 

11.3. Fios e Cabos

Usam-se cada vez mais fios e cabos de Alumínio. Por ser mais barato e mais leve que o cobre o metal alumínio reduz consideravelmente o custo de obras e instalações elétricas.

 

11.4 Maquinas e Equipamentos

Por ser muito mais resistente do que o ferro quanto a corrosão, o metal alumínio vem aumentando a sua aplicação na fabricação de máquinas e equipamentos. Além disso, o peso em algumas situações é um fator fundamental e até determinante na fabricação de máquinas e equipamentos, o metal alumínio atende bem esta necessidade, pois possui uma densidade aproximadamente 1/3 da densidade do ferro, deixando as máquinas e equipamentos mais leves, principalmente quando está em jogo o deslocamento a longas distâncias e elevadas alturas (em cima de prédios, por exemplo).

11.5. Descartáveis e Embalagens 

Em nossa sociedade, devido a vida moderna, cada vez mais estamos utilizando o metal alumínio para embalar, envolver e proteger os alimentos e bebidas. O maior exemplo disso são as latinhas de alumínio recicláveis, condicionam perfeitamente as bebidas, isolando-as e protegendo-as até chegar ao consumidor final. Após a sua utilização, são destinadas a reutilização e reciclagem devido ao seu valor comercial, voltando inúmeras vezes ao ciclo de consumo e utilização, já que o metal alumínio pode ser reciclado inúmeras vezes sem perder as suas propriedades. Outro exemplo disso são os papéis alumínio e como esses dois, existem muitos outros. 

12. Processos de Tratamento Térmico

 

-Solubilização

O processo térmico de solubilização é o aquecimento do metal alumínio (peça, barra, tarugo, placa, etc.) a uma temperatura muito elevada, no entanto, ainda inferior a temperatura de fusão da liga, pois não se objetiva derretimento ou deformação do metal e sim colocar em solução sólida a maior quantidade possível de átomos de soluto.

  Numa linguagem mais coloquial, deseja-se dissolver ao máximo possível, todos os elementos presentes na liga de alumínio no próprio alumínio, sendo que este deve permanecer no estado sólido, onde a fusão ou o super aquecimento, mesmo que sejam parciais ou localizados, devem ser evitados.

  Essa dissolução dos elementos presentes na liga leva um determinado tempo, em temperatura, para ser concluída e esse tempo deve ser o suficiente para que também haja a total dissolução de todas as fases do metal.

  Testes experimentais e laboratoriais podem determinar qual é o tempo ideal para que ocorra a total dissolução de todos os elementos, isso depende da liga, da geometria da peça e das espessuras de parede da peça (no caso de haver mais de uma).

  Deve-se tomar o cuidado para não oxidar demasiadamente a superfície da peça (no caso de não haver atmosfera controlada), aumentar demasiada ou descontroladamente o tamanho de grão do material (o grão também aumenta em função do tempo em temperatura) e desperdiçar energia desnecessariamente na solubilização.

  O melhor método para uma correta definição do tempo, da velocidade de aquecimento e da temperatura ideal para cada liga e cada peça, tendo assim uma correta solubilização, é a metalografia em corpos de prova tratados, em tempos crescentes, em uma data temperatura a ser testada, para cada tipo diferente de liga de alumínio. Isso é muito útil em peças que possuem geometrias muito diferenciadas. O processo de solubilização é vital para um perfeito envelhecimento posterior e é um fator preponderante para atingir as características mecânicas desejadas.

  Logo após a solubilização, em correta temperatura e tempo, o material deve ser temperado, ou seja, resfriado rapidamente. Esta etapa do processo térmico de solubilização é de suma importância e requer máxima atenção, pois deseja-se que com esse resfriamento rápido, a solução sólida super-saturada, que anteriormente estava em alta temperatura, permaneça em temperatura ambiente. O meio usualmente utilizado para temperar (resfriar) o material é em água. O resfriamento ao ar permite a formação de precipitados descontroladamente, pois não proporciona ao metal o choque térmico necessário para uma melhor resposta. Isso é muito importante para o tratamento térmico posterior de envelhecimento.

 

-Envelhecimento

Logo após a solubilização e o resfriamento rápido (têmpera), inicia-se o processo de envelhecimento, seja ele natural (a temperatura ambiente e sem a influência de fornos) ou artificial (a uma temperatura mais elevada, controlada e com a influência de fornos).

O envelhecimento (seja artificial ou natural) é o processo térmico pelo qual passa o metal alumínio, após ser solubilizado e resfriado rapidamente. Proporciona uma correta difusão dos átomos de soluto (aquilo que foi dissolvido na solubilização) e permite a formação de finos precipitados endurecedores.

Estes finos precipitados endurecedores devem ter o tamanho e a quantidade suficiente para impedir a movimentação das discordâncias e por consequência endurecer a liga.

  Metaforicamente exemplificando, "imagine diminutas esferas de diamante, muito duras e pequenas, perfeitamente equidistantes em uma placa de isopor", onde as esferas de diamante, neste exemplo imaginário, são os precipitados e o isopor é o metal alumínio. Estas diminutas esferas de diamante estão exatamente a mesma distância umas das outras e são bem pequenas e refinadas, isto é o o tratamento térmico de envelhecimento, onde o fenômeno de endurecimento não é como nos aços, onde se aplica a Têmpera e o Revenido para endurecer o material, mas sim por precipitação controlada dos elementos químicos que compõem a liga.

  Se for a temperatura ambiente, trata-se do envelhecimento natural, se for em uma temperatura com tempo controlado trata-se de envelhecimento artificial. A temperatura para o envelhecimento da liga de alumínio ABNT 6063, por exemplo, é de 175º Celsius e o tempo em temperatura, pode chegar a 8 horas, sendo que isso pode mudar ligeiramente em função da geometria e da espessura da peça.

  Este processo de envelhecimento é realizado em temperaturas bem inferiores e em tempos superiores, se comparado ao processo de solubilização. No processo de envelhecimento natural, além de não se controlar completamente a formação dos precipitados que endurecem o material, os tempos para a geração destes precipitados são mais longos, ou seja, a formação dos precipitados é lenta e demorada, se comparado ao envelhecimento artificial.

  Se o processo de envelhecimento (formação de precipitados) não for corretamente controlado pode não se formar a quantidade e a distribuição correta dos precipitados, não se atingindo a resistência mecânica desejada, ou também, pode se gerar um excesso no tamanho dos precipitados, fato que também não proporciona as melhores características mecânicas. Este segundo caso, é conhecido como super-envelhecimento.

 

-Homogeneização Trata-se do processo de aquecimento do metal para chegar na temperatura de trabalho. A homogeneização está diretamente relacionada a liga do metal, ao processo que será adotado e ao produto, conseguindo-se com isso, trabalhar melhor o metal, ou seja, aquece, amolece e trabalha.

  A estrutura metalúrgica original do metal, dependendo do aquecimento aplicado, pode ser alterada, pois quanto maior for este aquecimento, mais energia os átomos recebem e mais instáveis eles se tornam.

  Se houve algum tipo de tratamento térmico anterior a homogeneização, por exemplo a solubilização, melhor será atingida a homogeneização e menos alterações estruturais sofrerá o metal (isso é claro, levando-se sempre em consideração o tempo e a temperatura envolvidos).

  No caso de peças fundidas, se não houve nenhum tipo de tratamento térmico prévio na liga de uma peça, e necessita-se homogeneizar o metal para trabalhar, normalmente parte-se de uma estrutura "Bruta de Fusão", ou seja, como saiu da fundição. Esta estrutura bruta de fusão pode fragilizar uma peça, pois ela não é a melhor estrutura metalúrgica para se trabalhar, podendo gerar dificuldades de trabalho e com o tempo fragilização da peça. Essa é uma das razões do porque as peças simplesmente fundidas e não tratadas, são mais difíceis de serem trabalhadas, não apresentam constância e seus percentuais de refugo, rejeito ou necessidade de retrabalho, podem ser maiores.

  Uma estrutura bruta de fusão apresenta uma estrutura metalúrgica muito conhecida que se chama estrutura dentrítica. Esta estrutura forma-se no momento da solidificação do metal e tem o formato de uma "arvorezinha", onde em seu centro, inicia-se a solidificação do metal, e em suas bordas, a solidificação ocorre por último. Se uma liga de alumínio apresenta um teor muito elevado de contaminantes indesejados, ou for muito ligada, a distribuição destes elementos, pode ser diferente ao longo de sua estrutura, gerando e acumulando tensões.

 

-Recozimento

Muito comum existir a necessidade de realizar o recozimento do metal, entre operações de laminação a frio, pois sucessivas laminações podem endurecer o metal e este endurecimento pode fragilizar o mesmo. O endurecimento do metal após conformação a frio chama-se de encruamento.

  Coloquialmente exemplificando, é o processo que sofre um clips de papel quando o mesmo é dobrado sistematicamente e se rompe. O recozimento trata-se do aquecimento do metal após um eventual encruamento.

  Também está ligado diretamente a liga a ser trabalhada e ao processo prévio que sofreu este metal antes do recozimento. O processo de recozimento é realizado para aliviar tensões e garantir o dimensional em peças fundidas. O recozimento pode ser utilizado em todas as ligas de alumínio.

  

12.1 Designações das temperas

Conforme a Norma Técnica ABNT NBR 6835/1981, existem designações de têmpera para cada tipo de tratamento térmico aplicado ao metal, quando isso se faz necessário, padronizando os termos e facilitando a comunicação e trabalho dos técnicos. Veja abaixo quais são as designações básicas dos Tratamentos Térmicos do Alumínio.

 

Tipo F - Como Fabricado

Esta designação aplica-se aos produtos que sofreram conformação mecânica (como por exemplo, Laminação, Forjamento, Extrusão, dentre outros), onde não houve nenhum tipo de controle das características térmicas e de encruamento. Ou seja, como o processo produtivo liberar as peças, as mesmas seguem adiante sem alterações, pois não possuem especificações para controle dos limites mínimos e máximos de propriedades mecânicas.

 Tipo O - Recozido

Esta designação aplica-se aos produtos que devem apresentar os menores valores de resistência mecânica.

 Tipo H - Encruado

Aplica-se aos produtos nos quais a resistência mecânica aumentou devido a deformação plástica a frio sofrida no processo produtivo. O processo de laminação é um exemplo de onde ocorre encruamento. Desejando pode-se realizar o recozimento do material para torná-lo novamente trabalhável ou para estabilizar as características mecânicas do mesmo. Normalmente é utilizado para as ligas não tratáveis. O H é seguido de dois ou três números (dígitos).

 

Primeiro número:

H 1 - apenas encruado. Peças com deformação plástica a frio, sem recozimento complementar.

O segundo número indica o grau de encruamento.

H 2 - deformado plasticamente a frio e parciamente recozido.

O segundo número indica o grau de encruamento após recozimento.

H 3 - deformado plasticamente a frio e estabilizado.

O segundo número indica o grau de encruamento antes da estabilização.

 

Segundo número:

Indica o grau de encruamento em ordem crescente, sendo:

Grau 1 - 1/8 duro (12,5%)

Grau 2 - 1/4 duro (25,0%)

Grau 4 - 1/2 duro (50,0%)

Grau 6 - 3/4 duro (75,0%)

Grau 8 - duro (100,0%)

Grau 9 - extra duro

 

Terceiro número:

Indica uma variação de uma têmpera de dois dígitos.

Tipo W - Solubilizado

Aplica-se em ligas de alumínio que tem a propriedade de envelhecer naturalmente em temperatura ambiente, alterando as características mecânicas das peças produzidas, ou seja, sem a necessidade de algum processo térmico artificial para tal. Normalmente esta alteração das características mecânica mencionada dificulta o processo metal-mecânico ou térmico posterior, podendo prejudicar o mesmo. Um exemplo das ligas de alumínio que possuem esta característica de envelhecimento natural, são as ligas do grupo 2XXX (Alumínio-Cobre), tais como 2014 e 2011, por exemplo.

Tipo T - Tratadas Termicamente

Aplica-se as peças que sofreram algum tipo de tratamento térmico, no intuito de estabilizar o material e que não se enquadram nas designações anteriores.

T1 - Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada e envelhecida naturalmente até uma condição estável.

T2 - Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada, encruado e envelhecido naturalmente até uma condição estável.

T3 - Solubilizado, encruado e envelhecido naturalmente até uma condição estável.

T4 - Solubilizado e envelhecido naturalmente até uma condição estável.

T5 - Resfriado após conformação a uma temperatura elevada e depois envelhecido artificialmente.

T6 - Solubilizado e depois envelhecido artificialmente.

T7 - Solubilizado e sobre envelhecido.

T8 - Solubilizado, encruado e depois envelhecido artificialmente.

T9 - Solubilizado, envelhecido artificialmente e depois encruado.

T10- Resfriado bruscamente após conformação a uma temperatura elevada, encruado e depois envelhecido artificialmente.

13. Ligas de Alumínio e Principais Aplicações

Elemento de liga

Percentagem Típica

Vantagem

Desvantagem

Cu

3 a 11%

  • confere alta resistência mecânica

  • facilita trabalho de usinagem

  • diminui resistência à corrosão salina

  • fragilidade a quente

Si

12 a 13%

  • aumenta fluidez na fundição

  • reduz coeficiente de dilatação

  • melhora a soldabilidade

  • diminui usinabilidade

MG

> 8%

  • confere alta soldabilidade

  • aumenta resistência a corrosão em meio salino

  • possibilita tratamento térmico de ligas de Al-Si

  • dificulta fundição devido a oxidação (borra) e absorção de impurezas (Fe e outros)

Zn

0,05 a 2,2%

  • sempre associado ao Mg

  • confere alta resistência mecânica

  • aumenta ductilidade

  • diminui resistência à corrosão salina

  • fragilidade a quente

  • alta contração em fundição

Mn

0,5 a 10,7%

  • como corretor

  • aumenta resistência mecânica a quente

  • pequena diminuição da ductilidade

Tabela 1 – Principais elementos de liga e seus efeitos.

Os elementos de liga mais comuns adicionados ao alumínio são, com as suas respectivas influências:

As ligas de alumínio podem ser divididas em dois grandes grupos:

a) Ligas tratáveis térmica ou mecanicamente:

  • ligas tratáveis termicamente: Al-Cu, Al-Zn-Mg, Al-Si-Mg;

  • ligas endurecidas por trabalho mecânico (encruáveis): Al-Mg, Al-Si

b) Ligas para fundição

A tabela 2 apresenta uma visão geral das séries de ligas de alumínio mais empregadas, juntamente com sua classificação pelo AA (Aluminum Association).

Tabela 2 – Principais ligas de alumínio.

Ligas Tratáveis

Designação AA

Características

Usos

Al > 99,0%

1XXX

  • Tratáveis Termicamente

  • Ótima resistência à corrosão

  • Ótima soldabilidade

  • Ótima conformabilidade

  • Condutores elétricos

  • Revestimento em Alclads

  • Equip. químicos e alimentares

  • Embalagens

  • Refletores

  • Utensílios domésticos

  • Aeronáutica (Alclad com liga 2024)

Al-Cu

2XXX

  • Tratáveis Termicamente

  • Boa resistência

  • Boa usinabilidade

  • Peças usinadas (ambiente não corrosivo)

  • Aviões

  • Automóveis

  • Estruturas

  • Relojoaria

Al-Mn

3XXX

  • Tratáveis Termicamente

  • Boa ductilidade

  • Média resistência

  • Excelente soldabilidade

  • Tubos soldados

  • Caldeiraria

  • Peças fabricadas por embutimento

Al-Si

4XXX

  • Tratáveis por Encruamento

  • Média soldabilidade

  • Boa resistência mecânica

  • Peças forjadas (pouco usadas)

Al-Mg

5XXX

  • Tratáveis por Encruamento

  • Ótima resistência à corrosão salina

  • Boa soldabilidade

  • Formas arquitetônicas e estruturais

  • Equip. químicos, alimentares, têxteis e de mineração

  • Depósitos de gás liquefeito

  • Navios

  • Ferragens

Al-Mg-Si

6XXX

  • Tratáveis Termicamente

  • Fácil fabricação

  • Boa resistência mecânica

  • Excelente conformabilidade

  • Boa resistência à corrosão

  • Formas aeronáuticas

  • Formas estruturais

  • Embalagens

  • Equip. químicos, alimentares

  • Indústria elétrica

Al-Zn-Mg

7XXX

  • Tratáveis Termicamente

  • Difícil produção (alto custo)

  • Excelente resistência mecânica

  • Boa conformabilidade

  • Alta soldabilidade

  • Melhor limite de

  • Boa usinabilidade

  • Boa resistência a ambiente industrial menos os salinos

  • Automóveis

  • Equipamentos têxteis e de mineração

  • Componentes de alta resistência

  • Aviões (concorre com aços de alta resistência devido ao baixo peso)

  • Industria bélica

Ligas para fundição

Designação AA

Características

Usos

Al > 99,0%

1XX.X

  • Tratáveis Termicamente

  • Ótima resistência à corrosão

  • Ótima soldabilidade

  • Ótima conformabilidade

  • Utensílios domésticos

  • Acessórios p/ ind. Química

  • Rotores p/ motores de indução

  • Ferragens elétricas

Al-Cu

2XX.X

  • Tratáveis Termicamente

  • Boa resistência mecânica

  • Boa usinabilidade

  • Fragilidade a quente

  • Peças fundidas e/ou usinadas sujeitas a esforços, operando em ambiente não corrosivo

Al-Si-Cu/MG

3XX.X

  • Tratáveis Termicamente

  • Fácil fabricação inclusive fundição sob pressão (FSP)

  • Boa resistência

  • Boa resistência à corrosão

  • Automóveis

  • Navios

  • Carcaças de ventiladores e bombas

  • Peças fundidas em geral sujeitas a solicitações de carga

Al-Si

4XX.X

  • Tratáveis por Encruamento

  • Excelente soldabilidade

  • Excelente fluidez na fundição

  • Baixa usinabilidade

  • Boa resistência à corrosão

  • Peças fundidas de paredes finas e intrincadas

  • Peças anodizadas p/ arquitetura

  • Utensílios domésticos

  • Peças p/ aparelhos industriais

Al-Mg

5XX.X

  • Não tratável termicamente, exceto a AA 520.2 (9,5%Mg)

  • Melhores combinações de usinabilidade, propriedades mecânicas, resistência a corrosão e acabamento

  • Peças fundidas que exigem a máxima resistência à corrosão

  • Navios

  • Peças ornamentais e anodizadas

Al-Sn e outros

8XX..X

  • Tratáveis Termicamente

  • Excelente resistência à corrosão a óleos lubrificantes

  • Boa resistência à fadiga

  • Mancais e buchas em eixos de caminhões e laminadores

Conclusão

Podemos concluir com esse trabalho que tanto o cobre quanto o alumínio são importantes para o mundo moderno e que vemos aplicações desses materiais por toda parte, sem ao menos percebermos.

Vimos que o cobre faz parte do nosso sistema elétrico e que por esse motivo é extraído cada vez mais. Mas suas jazidas são finitas, e é preciso atentar-se ao fato de que se continuar a extraí-lo e não começarmos a reciclá-lo em algum tempo será um metal raro e de difícil acesso.

O alumínio vem obtendo mais espaço a cada dia, pois, é um metal leve, macio, resistente, condutor de eletricidade, são características que não podemos dispensar. Além disso, não é tóxico, não é magnético e não gera faíscas quando atritado. São varias qualidades que podemos citar.

Enfim, aqui mostramos varias vantagens desse material. Mostramos como é adquirido, como trabalhar com esse metal, onde ele é mais usado. Colocamos a disposição todo conhecimento e todo processo, desde a obtenção até o mercado de trabalho.

Bibliografia

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