O documento discute ligas de alumínio, abordando suas propriedades, aplicações, metalurgia física e mecânica da fratura. Apresenta informações sobre a produção de alumínio no Brasil e no mundo, além de diagramas de fases comuns em ligas de alumínio.

1. Ligas de Alumínio: Metalurgia
Física, Propriedades Mecânicas e
Aplicações na Engenharia
Prof. Orestes Alarcon
Daphiny Pottmaier, posdoc
Mar-Jun, 2012/01

2. Ementa
• Introdução
– Aplicações
– Propriedades
– Ligas
• Ligas de Aluminio
• Metalurgia Física
– Classificação
– Microestrutura
– Deformação Plástica
– Endurecimento por precipitação
– Recuperação, Rescristalização e
Crescimento de Grão
– Tratamentos Térmicos
• Mecânica da Fratura • Estudo Dirigido
– Tenacidade a Fratura – Apresentação de artigos
correlatos ao tema com
– Fadiga aplicações na área Naval e
– Corrosão Aeronáutica

3. Contexto Histórico

4. Desenvolvimento
Elementos necessários para o desenvolvimento, maioria são importados (exceção Al, Zn).
Al, Zn
Produzidos
em Excesso

5. Contexto Econômico
Flutuação e Fluxo do Preço das Comodites
Natural resources are the building blocks of the world, essential to progress
and prosperity.

6. Aplicações
• Transporte
– Automotivo, Aeronáutico e Naval
• Embalagem
– Farmacêuticos
– Alimentícia
• Construção Civil Consumíveis,
Maquinas, 4
– Esquadrias, 9 Outros, 10 Transportes,
26
– Revestimentos,
Elétrica, 10
– Coberturas
• Indústria Elétrica Civil, 12 Embalagem,
29
– Fios e cabos
• Outros
Abal, 2008.
– Bicicletas
– Panelas

7. Embalagem
alimentos e
bebidas,
medicamentos
e cosméticos.

8. Carro
Corpo
Painel
Trocadores de Calor
Bloco do Motor
Pistões
Absorvedores de Choque
Rodas
Suspensão
Interior
Corpo : Extrusão e Fundido
- 45 % redução em peso
Mercedes E & S class
BMW 5 & 7 series
Peugot 307 & 607
Renault Laguna
VW Lupo Eco version
Citroën C5
Volvo V70 & S60 & S80
Landrover Discover
Audi A8

9. Avião
Fuselagem
Cabine de Comando
Propulsores
Asas
Eslotes
Leme de Direção
Elevador
A indústria da
aviação comercial
moderna nunca teria
conseguido sem Al.
 Airbus A320
Boeing 747 (19% p Al)
Bombardier CS100 (24% p Al-Li)
Embraer E195
Ligas 2xxx e 7xxx

10. Bauxita
10
100 33
50 57 Mineral
0
Reservas Mundo
Tropical Mediterrâneo Subtropical
http://americanresources.org/
2 -3 toneladas de bauxita são necessárias
para produzir 1 tonelada de alumina e
2 toneladas de alumina são necessárias
para produzir 1 tonelada de alumínio.

11. Alumínio Brasil
2009 2010
Empregos diretos 62 223 69 208
Faturamento (US$ bilhões) 12.7 14.7
Mineral
Participação no PIB (%) 0.8 0.7
Participação no PIB industrial (%) 3.6 3.1
Investimentos (US$ bilhões) 1.9 1.4
Produção de Al primário (1 000 t) 1 535 1 536
Consumo Doméstico de Al (1 000 t) 1 004 1 300
Consumo per capita (Kg/hab./ano) 5.2 6.7
Exportação (1 000 t) (peso Al) 925 756
Importação (1 000 t) (peso Al) 160 263
Balança Comercial (US$ milhões)
Exportações 3.258 3 930
Importações 656 1 176
Saldo 2 602 2 754
Participação do Al nas Exportações (%) 2.1 1.9
http://www.abal.org.br

12. Produção
http://www.abal.org.br

13. Mineração da Bauxita

14. Refinamento da Alumina
http://www.world-aluminium.org

15. Fundição do Al

16. Processamento
• Laminação
• Estampagem
• Extrusão
• Forjamento
• Fundição
• Soldagem
• Usinagem

17. Processamento
Pós, usos
destrutivos e
outros
8%
Chapas e
Folhas
lâminas
8% Fios e cabos 39%
13%
Extrudados
14% Fundidos e
forjados
18%
Produtos Transformados de Al
Abal, 2008

18. Reciclagem
http://www.youtube.com/watch?v=AOpGhAdQFEY

19. Alumínio Puro
AlCl3 + 3K  Al + 3KCl
26.982 g.mol-1 (Oersted, 1825)
13
_ _
Al2O3 xH2O + 2OH  2 Al(OH) 4
2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O
[Ne] 3s23p1
Al (Bayer, 1887)
2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2
(Hall-Heroult, 1886)
660oC CFC
alumen (Latin, bitter salt)

20. Propriedades Al
Calor Específico 940 J.kg-1.oC-1
Densidade (Baixa ) 2 700 Kg.m-3
Módulo de Elasticidade 70 103 Mpa
Dureza 420 MPa
Condutividade Térmica (Alta ) 222 W.m-1.oC-1
Coefeciente de Expansão Linear 236 10-6. oC-1
Resistividade Elétrica 28.2 10-9.Ω.m
Refletividade, Polido (Alta ) 71, 97 %
Processabilidade, Beleza, Durabilidade, etc.

21. Propriedades dos Metais
MÓDULO DE ELASTICIDADE [E]
GPa 106 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59

22. Alumínio Puro
AlCl3 + 3K  Al + 3KCl
26.982 g.mol-1 (Oersted, 1825)
13
_ _
Al2O3 xH2O + 2OH  2 Al(OH) 4
2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O
[Ne] 3s23p1
Al (Bayer, 1887)
2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2
(Hall-Heroult, 1886)
660oC CFC
alumen (Latin, bitter salt)

23. F H O T W
Ligas
Fe
1000
5 0 0 0 Mg Nao tratada
Si
termicamente
4 0 0 0 Si
• Fundidas Mn
(Cast) 3 0 0 0 Mn
Al
Mg 8 0 0 0 Li Ligas Especiais
• Trabalhadas
(Wrought) Zn 6 0 0 0 Mg,Si
tratada
7 0 0 0 Zn termicamente
Cu
2 0 0 0 Cu

24. Estrutura Cristalina
Cu
Al Fm-3m (225)
Fm-3m a: 3.615 A
(Grupo Espacial: 225) α: 90.000°
a: 4.0495 A
b: 4.0495 A
c: 4.0495 A Mn
α: 90.000° I-43m (217)
β: 90.000° a: 8.912 A
γ: 90.000° α: 90.000°
Si
Fd-3m (227)
a: 5.431 A
Mg Zn α: 90.000°
P63/mmc (194) P63/mmc (194) Li
a: 3.201 A a: 2.665 A Im-3m (229)
α: 90.000° α: 90.000° a: 3.51 A
γ: 120.000° γ: 120.000° α: 90.000°

25. Diagramas de Fases
2000
LIQUID
BCC_A2
FCC_A1
ALCU_ETA
ALCU_EPSILON
ALCU_THETA
GAMMA_D83
GAMMA_H
AL2CU3(ST)
AL9CU11(ST)

26. Diagramas de Fases
3000
LIQUID
BCC_A2
CBCC_A12
CUB_A13
FCC_A1
HCP_A3
AL8MN5_D810
AL11MN4(ST)
AL12MN(ST)
AL4MN(ST)
AL6MN(ST)

27. Diagramas de Fases
4000
LIQUID
FCC_A1
Si(S)

28. Diagramas de Fases
5000
LIQUID
FCC_A1
HCP_A3
ALMG_GAMMA
AL140MG89(ST)
AL30MG23(ST)

29. Diagramas de Fases
7000
LIQUID
FCC_A1
HCP_ZN

30. Diagramas de Fases
8000
LIQUID
FCC_A1
BCC_A2
ALLI
AL2LI3(ST)
AL4LI9(ST)