Resumo

Para se obter as propriedades de um material alumínio, depende-se de sua composição química, do seu estado de fornecimento (tiras, chapas, perfis extrudados, etc.) e do revenimento.

Processos técnicos para determinação das propriedades do material ao lado da adição de elementos de liga são reforçados pela deformação a frio e vários processos de tratamentos térmicos ou uma combinação desses, respectivamente.

Ligas não tratáveis termicamente

A resistência, em ligas não tratáveis termicamente é obtida principalmente por meio do reforço da solução sólida, do reforço dos constituintes da segunda fase e do endurecimento, bem como por meio do recozimento o qual reduz a resistência. 

A dureza, a resistência a tração e o limite de escoamento (limite elástico) são aumentados principalmente por meio da adição de átomos estrangeiros de elementos de liga no reticulado cristalino. 

Fe, Ni, Ti, Mn e Cr e suas combinações formam predominantemente constituintes da segunda fase, com solubilidade sólida relativamente baixa.  A fração de volume cada vez maior dessas fases de compostos intermetálicos aumenta também, a resistência e dureza.

O endurecimento ocorre devido á formação de deslocamentos, ou seja, um aumento na densidade das discordâncias que aumentam a resistência a deformação e, portanto, a resistência ou dureza, respectivamente.

É de ser mencionado que o refino de grãos com precipitados dispersos também leva a um aumento na resistência. Precipitações de fases complexas no estado sólido formadas, por Mn e /ou acréscimos de Cr retardam ou inibem a recristalização e o crescimento de grãos em liga de alumínio forjado durante aquecimentos e ajudam no refino de grãos durante a laminação.

O Recozimento é realizado com o objetivo de reduzir total ou parcialmente a resistência do material. No primeiro caso, o material é recozido á revenido através de uma recristalização total, no outro caso, obtêm-se uma redução parcial da resistência por meio de uma recristalização parcial ou também por recobrimento. Por meio do recozimento parcial obtêm-se um comportamento de deformação ligeiramente melhor e com igual resistência a tração.

Além disso, em determinados materiais a estabilização do recozimento é realizado levando a um temperamento menos passível de corrosão intercristalina.

Um material alumínio é completamente determinado pela designação da liga e do revenimento, a última letra designa a liga e são separados por um traço.

Ligas tratáveis termicamente

Em ligas tratáveis termicamente, as propriedades são determinadas, principalmente, pelos tratamentos térmicos “solução de recozimento – têmpera – envelhecimento”.

A solução de recozimento serve para enriquecer a solução sólida com os componentes de ligação próprios para o endurecimento. Por meio de um resfriamento suficientemente rápido de solução sólida enriquecida, os elementos de liga são transformados no estado supersaturado.

Figura 3: Princípio do processo de tratamento térmico endurecimento por precipitação no sistema Al-Al2Cu.

Haverá precipitação a partir da solução sólida supersaturada durante o subsequente envelhecimento realizado tanto em temperatura ambiente como em temperaturas elevadas.

Figura 4: Tipos de precipitações

Com a precipitação coerente, tanto a estrutura cristalina da matriz quanto a de fase são coerentes. As diferenças nas distâncias intra-atômicas levam a chamada coerência salienta. Desse modo, a coerência entre as estruturas cristalinas e as precipitações parcialmente coerente é restrita.  Precipitações incoerente tem sempre uma estrutura de treliça distintamente diferente da matriz.

Ambos os átomos dissolvidos e os tipos de precipitação diferentes servem como obstáculo para o movimento de deslocação, levando assim ao aumento da resistência. A influência sobre os valores da resistência mecânica é dada pelo sistema de liga.

O sistema Al-Cu

No sistema Al-Cu os seguintes tipos de precipitações ocorrem em função da concentração de cobre, da velocidade de resfriamento e das condições de envelhecimento:

1. As zonas IGP (em homenagem a seus inventores Guinier e Preston) são discos, como acumulações de átomos de Cu nas camadas monoatômicas. Estas são precipitações coerentes.

2. As Zonas GP II é uma sequência alternada de sobreposição de alumínio monoatômicos e camadas de cobre levando a uma distorção tetragonal da rede. Essas precipitações também são coerentes com a matriz de ligas de alumínio.

Zonas GPI e zonas GPII são finamente distribuídas e obstrui de uma forma muito eficaz a circulação de deslocamentos. Portanto elas conduzem a um aumento relativamente significativo de resistência. Nesse caso, as zonas IGP são mais eficazes do que as zonas GPII.

3. A fase θ é uma placa, com fase não equilibrada e com uma estrutura tetragonal do composto intermetálico Al2Cu, formando precipitações parcialmente coerentes.  A sua distribuição na matriz de liga é ligeiramente mais grossa e não há nenhuma coerência de tensão para a matriz de solução sólida.

4.  A fase θ é a fase Al2Cu de equilíbrio tetragonal estável.

 Numa liga de alumínio contendo aproximadamente 4% de Cu, as zonas GPI são formadas dentro de alguns minutos, estando já pronta para resfriar a temperatura ambiente. O Recozimento em temperaturas mais altas leva a formação de ambas às fases descritas acima.

A fim de permitir o processo de precipitação descrito, uma alta concentração de vazios é necessária, de modo que a difusão de átomos possa ser realizada a temperaturas relativamente baixas. Esse pré-requisito foi criado pelo fato de a concentração de vazios existentes na temperatura de solubilização ser congelada por meio de um resfriamento rápido.  Com o aumento no tempo de envelhecimento, tanto o tamanho quanto a distância média entre cada um dos tipos de precipitação crescem, de modo que o mecanismo, pelo qual os deslocamentos superam esses obstáculos muda. Desse modo, os deslocamentos podem atravessar ou contornar as precipitações, a barriga, ou seja, entre as precipitações.

Enquanto a resistência aumenta com a passagem do tempo de envelhecimento e com o tamanho das partículas, a resistência do ventre é reduzida com o tempo de envelhecimento e com a distância das partículas.  Cada novo aumento no tempo de envelhecimento leva a uma redução da resistência.  Esse processo é chamado de envelhecimento.

Além disso, uma combinação de tratamentos térmicos que serve para proteger o material contra as deformações a quente e a frio é de grande importância prática com as ligas tratáveis termicamente. Por meio desses tratamentos termomecânicos a resistência pode ser aumentada, o comportamento de envelhecimento pode ser influenciado e tensões internas podem ser reduzidas ou uma precisão dimensional pode ser melhorada.

Abaixo estão listadas as temperaturas de tratamento térmico das ligas:

T1 Resfriado a partir do processo de modelagem em elevada temperatura e, naturalmente envelhecido.

T2 Resfriado a partir do processo de modelagem em elevada temperatura, trabalhado a frio e envelhecido naturalmente.

T3 solução tratada termicamente, trabalhada a frio e envelhecido naturalmente.

T4 solução tratada termicamente e envelhecida naturalmente.

T5 Resfriado a partir do processo de modelagem de elevada temperatura e envelhecido artificialmente.

T6 Solução tratada termicamente e envelhecida artificialmente.

T7 Solução tratada termicamente e estabilizada.

T8 Solução tratada termicamente, trabalhada frio e envelhecido artificialmente.

T9 solução tratada termicamente, envelhecida artificialmente e trabalhada a frio.

Tx51 Aliviado por alongamento na temperatura Tx.

Tx52 Aliviado por compressão na temperatura Tx. W solução tratada termicamente (temperamento instável).

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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