1. A influência dos elementos de liga

Elemento cobre (Cu)

Em ligas de alumínio-cobre, a solubilidade máxima do cobre no alumínio é de 5,651 % a 548 °C, diminuindo para 0,451 % a 302 °C. O cobre é um elemento de liga significativo, contribuindo para o fortalecimento por solução sólida. Além disso, a precipitação de CuAl₂ durante o envelhecimento exibe efeitos perceptíveis de endurecimento por envelhecimento.

Normalmente, o teor de cobre nas ligas de alumínio varia entre 2,51% e 5,1%, observando-se o reforço mais eficaz com teores de cobre entre 4,1% e 6,81%. Por isso, o teor de cobre na maioria das ligas de alumínio de alta resistência situa-se dentro desse intervalo.

Ligas de silício (Si)

No liga de alumínio-silício Nessa série, a solubilidade máxima do silício na fase rica em alumínio é de 1,651% na temperatura eutética de 577 °C. Embora a solubilidade diminua com a redução da temperatura, essas ligas geralmente não podem ser submetidas a tratamento térmico para reforço. As ligas de alumínio-silício apresentam excelentes propriedades de fundição e resistência à corrosão.

As ligas de alumínio-magnésio-silício são produzidas pela combinação de magnésio e silício com o alumínio. A fase de reforço nessas ligas é o MgSi. A proporção entre magnésio e silício nessa fase é de 1,73 para 1.

Ao projetar ligas de Al-Mg-Si, os engenheiros ajustam os teores de magnésio e silício de acordo com essa proporção. Algumas ligas de Al-Mg-Si recebem uma quantidade adequada de cobre para aumentar a resistência, juntamente com cromo para neutralizar os efeitos adversos do cobre sobre a resistência à corrosão.

Nas ligas de Al-Mg₂Si, a quantidade máxima de Mg₂Si que pode se dissolver no alumínio é de 1,851% na fase rica em alumínio. Essa quantidade diminui à medida que a temperatura aumenta. Nas ligas de alumínio deformáveis, o silício é adicionado isoladamente ao alumínio apenas em materiais para soldagem, onde também contribui, em certa medida, para o reforço.

Elemento magnésio (Mg)

No liga de alumínio-magnésio Nessa série, a solubilidade do magnésio no alumínio diminui com o aumento da temperatura. No entanto, na maioria das ligas de alumínio deformáveis utilizadas na indústria, o teor de magnésio é inferior a 6%, e o teor de silício também é baixo. Essas ligas não podem ser submetidas a tratamento térmico para reforço, mas apresentam boa soldabilidade, resistência à corrosão e resistência moderada.

O magnésio reforça significativamente o alumínio, com um aumento de aproximadamente 34 MPa na resistência à tração por cada adição de 1% de magnésio. A adição de menos de 1% de manganês pode proporcionar um reforço adicional. Assim, a adição de manganês pode reduzir o teor de magnésio, diminuir a tendência à fissuração a quente e melhorar a resistência à corrosão e a soldabilidade. Além disso, o manganês pode facilitar a precipitação uniforme de Mg5Al8, melhorando a resistência à corrosão e a soldabilidade.

Elemento manganês (Mn)

Na série de ligas Al-Mn, a 658 °C, a quantidade máxima de manganês que pode se dissolver na solução sólida é de 1,821 % em peso. A resistência da liga aumenta continuamente com o aumento da solubilidade, atingindo o alongamento máximo com um teor de manganês de 0,81 % em peso. As ligas Al-Mn são ligas de endurecimento não tratáveis termicamente, o que significa que não podem ser reforçadas por meio de tratamento térmico.

O manganês pode inibir o processo de recristalização das ligas de alumínio, elevar a temperatura de recristalização e refinar significativamente os grãos recristalizados. O refinamento dos grãos recristalizados é alcançado principalmente por meio da dispersão de partículas do composto MnAl₆, que impedem o crescimento dos grãos recristalizados. Outra função do MnAl6 é dissolver o ferro impuro, formando (Fe, Mn)Al6, reduzindo assim os efeitos nocivos do ferro.

O manganês é um elemento importante nas ligas de alumínio e pode ser adicionado isoladamente para formar ligas binárias de Al-Mn ou em conjunto com outros elementos de liga. Por isso, a maioria das ligas de alumínio contém manganês.

Elemento zinco (Zn)

Na série de ligas de alumínio-zinco, a 275 °C, a solubilidade do zinco no alumínio é de 31,61 TP3T, diminuindo para 5,61 TP3T a 125 °C. Quando o zinco é adicionado isoladamente ao alumínio, proporciona uma melhoria limitada da resistência em condições de deformação e tende a causar trincas por corrosão sob tensão, limitando sua aplicação.

A adição simultânea de zinco e magnésio ao alumínio para formar a fase de reforço Mg/Zn₂ fortalece significativamente a liga. O aumento do teor de Mg/Zn2 de 0,5% para 12% melhora notavelmente as resistências à tração e ao escoamento. Em ligas de alumínio super-duras, nas quais o teor de magnésio excede o necessário para a formação da fase Mg/Zn2, a proporção de zinco para magnésio é controlada em torno de 2,7 para maximizar a resistência à corrosão sob tensão.

A adição de cobre às ligas à base de Al-Zn-Mg para formar as ligas da série Al-Zn-Mg-Cu proporciona o maior efeito de reforço entre todas as ligas de alumínio, tornando-as um material essencial nas indústrias aeroespacial, de aviação e de energia.

2. A influência dos oligoelementos

Elementos ferro e silício (Fe-Si)

O ferro é adicionado como elemento de liga nas ligas de alumínio para forjamento da série Al-Cu-Mg-Ni-Fe, enquanto o silício é adicionado nas ligas de alumínio para forjamento da série Al-Mg-S e nas varetas de soldagem da série Al-Si, bem como nas ligas de alumínio-silício para fundição. O ferro e o silício são elementos de impureza comuns em outras ligas de alumínio, afetando significativamente as propriedades da liga. Eles existem principalmente na forma de FeCl₃ e silício livre.

Quando o silício excede o ferro, forma-se a fase B-FeSiAl₃ (ou Fe₂S₂Al₉), enquanto que, quando o ferro excede o silício, forma-se a fase α-Fe₂SiAl₈ (ou Fe₃Si₂Al₁₂). Proporções inadequadas de ferro e silício podem causar rachaduras nas peças fundidas, e o excesso de ferro no alumínio fundido pode induzir fragilidade.

Elementos titânio e boro (Ti-B)

O titânio é um aditivo comumente utilizado em ligas de alumínio, adicionado na forma de ligas-mãe Al-Ti ou Al-Ti-B. O titânio forma TiAl₂ com o alumínio, atuando como um núcleo de nucleação não espontânea durante a cristalização, refinando tanto as estruturas de fundição quanto as de soldagem. Nas ligas da série Al-Ti, o teor crítico de titânio para a reação exotérmica é de aproximadamente 0,15%, o que diminui para 0,01% na presença de boro.

Elemento cromo (Cr)

O cromo é um aditivo comum nas ligas das séries Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn e Al-Mg. A 600 °C, a solubilidade do cromo no alumínio é de 0,81%, sendo praticamente insolúvel à temperatura ambiente.

O cromo forma compostos intermetálicos como (CFe)Al₇ e (CrMn)Al₁₂, impedindo os processos de nucleação e crescimento durante a recristalização, conferindo um certo grau de endurecimento à liga, melhorando a tenacidade e reduzindo a suscetibilidade à corrosão sob tensão. No entanto, ele pode aumentar a sensibilidade ao resfriamento rápido, resultando em uma película de óxido anodizado de cor amarelada. O teor de cromo em ligas de alumínio geralmente não excede 0,351% e diminui com o aumento do teor de elementos de transição.

Elemento estrôncio (Sr)

O estrôncio é um elemento com atividade superficial que altera o comportamento das fases intermetálicas na metalurgia. Portanto, o uso do estrôncio em tratamentos de modificação melhora a plasticidade da liga e a qualidade do produto final.

Devido ao seu longo tempo de modificação efetivo, aos excelentes resultados e à sua reprodutibilidade, o estrôncio substituiu o sódio nos últimos anos nas ligas de alumínio-silício para fundição. A adição de 0,0151% a 0,031% de estrôncio às ligas de alumínio para extrusão transforma a fase β-AlFesi em α-AlFesi, reduzindo o tempo de homogeneização

Compreender a complexa influência dos diversos elementos nas ligas de alumínio é fundamental para otimizar as propriedades do material e melhorar o desempenho em diversos setores. Seja você da indústria aeroespacial, automotiva, da construção civil ou de qualquer outro setor que utilize ligas de alumínio, aproveitar esse conhecimento pode levar a inovações e avanços no projeto de produtos, nos processos de fabricação e na qualidade do produto final. Entre em contato conosco agora mesmo: https://eli-tec.com/die-casting/