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  1. 1. 1)MELHOR COMPORTAMENTO A BAIXAS TEMPERATURASMENOR RESISTÊNCIA À FLUÊNCIAPIOR RESISTÊNCIA MECÂNICAMELHOR RESISTÊNCIA À CORROSÃODE UM MODO GERAL, AS LIGAS NÃO FERROSAS, APRESAR DAFACILIDADE DE PRODUÇÃO E BAIXO CUSTO, APRESENTAMLIMITAÇÕES COMO: ALTA DENSIDADE E BAIXA CONDUTIVIDADEELÉTRICA.2)O sistema Bayer permite, por meio do refino da bauxita, que se obtenha ohidróxido de alumínio e/ou alumina.O processo começa com a preparação das matérias-primas e pode ser divididoem três grandes etapas:mineração, refinaria e redução.3)ANTES DA MOAGEM...Inicialmente, o minério é destinado a um processo de homogeneização,chamado blendagem - tornar a matéria-prima proveniente de várias jazidasdiferentes, a mais adequada e homogênea possível ao processo de digestão.Com essa medida, pretende-se assegurar que o minério que entrará no processoBayer apresente, em média, 45% de alumina disponível e aproximadamente 4%de sílica reativa (caulinita).4)Inicialmente, o minério passa por um moinho de martelos e em seguida por umde barras. A segunda etapa dessa fase é realizada a úmido, com o uso de licor(NaOH), utilizado anteriormente no processo.Por fim, a pasta moída e com a granulometria ideal para início da digestão éestocada em tanques específicos, nos quais permanecem em homogeneizaçãopela ação de bombas recirculantes e pás rotativas.
  2. 2. 5) O principal objetivo dessa etapa é dissolver o hidróxido de alumínio nabauxita e reduzir o teor de sílica, para garantir pureza adequada aos produtosfinais.6) O objetivo da clarificação no processo Bayer é a remoção de resíduos sólidospresentes no licor, após a digestão da bauxita, para garantir a qualidade dohidrato na precipitação.A clarificação do licor é realizada em duas etapas: espessamento e filtração.7) A precipitação constitui uma das etapas mais importantes do processoporque a qualidade obtida pelo hidrato resultará, posteriormente, nasqualidades finais da alumina.8)9) O alumínio é produzido através de um processo de redução eletrolítico, ou seja, aremoção do oxigênio da alumina por meio de passagem de uma corrente elétrica pelasolução de alumina.(10) A fusão a necessária porque os compostos de alumínio eletrolisados em soluçãoaquosa não depositam alumínio, mas liberam hidrogênio (da agua) no polo negativo.Como o ponto de fusão da alumina a muito alto (próximo a 2.000°C), ela é misturada aum fundente para permitir a eletrolise a uma temperatura mais baixa.
  3. 3. O problema é resolvido fazendo-se a eletrólise da alumina dissolvida num mineralchamado criolita (fluoreto duplo de alumínio e sódio, 3NaF. AIF3); essa mistura sefunde perto de 1.000°C.(11)O processo consiste em submeter a umaeletrolise a alumina fundida (eletrolise ígnea).(12) Mesmo com a utilização da criolita não há liberação de flúor do polo positivoalém do oxigênio porque nessa eletrolise usa-se uma tensão (voltagem) que permite adescarga dos íons Al3+e O2-,mas não a dos íons Na+e F-. Afinal, cada tipo de íon exigeuma voltagem adequada aplicada aos eletrodos para que possa se descarregar.Variando a voltagem aplicada, é possível selecionar os íons que efetivamente sedescarregam durante a eletrolise dessa mistura. Aqueles que não se descarregam,como, neste caso, os íons Na+e F-, ficam vagando na solução.(13) A densidade do alumínio é alterada pela introdução de outros metais, aumentandocom a adição de ferro, manganês, cromo, cobre, níquel, titânio e zinco ou diminuindocom a adição de magnésio, silício e lítio.(14) O alumínio puro é um bom condutor de energia elétrica atingindo a 60 % deeficiência de quando comparado com o cobre o que permite a sua aplicação em cabosde alta tensão e fabricação de rotores.A condutividade elétrica também e fortemente afetada pela adição de elementos de liga: o ferro e zinco pouco afetam a condutividade; cobre e magnésio, afetam
  4. 4. moderadamente; silício, zircônio, titânio, manganês, vanádio e cromo afetamsignificativamente.(15)(16) A contração do alumínio puro é de cerca de 6,0 % ocorrendo em três fasesdistintas:a) Contração líquida:quanto maior a temperatura do alumínio, menor sua densidade ocupando maiorvolume. Durante o resfriamento, até a temperatura de inicio de solidificação, tem seaumento da densidade e consequentemente, redução no volume de metal;b) Contração de solidificação:quando o alumínio atinge a temperatura de solidificação (próximo de 660,5°C), estainicia-se junto às paredes do recipiente progredindo para o centro. É neste estágio queocorre a formação de chupagens(depressão visível) e rechupes (defeito interno).c) Contração sólida:é a contração do alumínio a partir da temperatura de solidificação até a temperaturaambiente;17)AlumínioLigasTrabalhadasTratáveisTermicamenteNão TratáveisTermicamenteLigas FundidasTratáveisTermicamenteNão TratáveisTermicamenteTemperatura °C 25 660 700 750 800 850 900Densidade g/cm³ 2,69 2,37 2,37 2,35 2,33 2,31 2,3Volume específicocm³/g0,3716 0,4219 0,4255 0,4273 0,4291 0,4329 0,4347
  5. 5. (18) Segundo a “The Aluminum Association” as ligas de Al são designadas, conforme oelemento de liga principal em sua composição química, através de um sistema dequatro dígitos, como a seguir:(19) Quanto à composição - Ligas Trabalhadas:São designadas por quatro dígitos da seguinte forma:Alumínio puro: Na série 1XXX, a designação 10XX é usada para indicar composiçõesnão ligadas, contendo impurezas naturais dentro de limites. Os dois últimos dígitosindicam o teor mínimo em % de Al (com aproximação ± 0,01%). Quando o segundodígito é diferente de zero, indica controle específico de uma um mais impurezasindividuais.20)Designação da SérieEndurecível portratamento térmicoPrincipal elemento deadição1XXX NÃO 99,00% de Al no mínimo2XXX SIM Cobre3XXX NÃO Manganês4XXX NÃO Silício5XXX NÃO Magnésio6XXX SIM Magnésio e Silício7XXX SIM Zinco8XXX --- Outros elementos
  6. 6. 9XXX --- Série não usadaQuanto à composição - Ligas FundidasSão designadas por quatro dígitos comportando um ponto decimal, da seguinte forma:Para as ligas das séries de 2XX.X a 8XX.X a série é determinada pelo elemento de ligapresente em maior porcentagem média.21)(22) As ligas de Al podem ter sua resistência aumentada por mecanismos de soluçãosólida, por refinamento de grão, por encruamento e por precipitação.Os mecanismos de precipitação são os que encontram maior aplicação prática pordarem os melhores resultados, isto é, conferem o maior aumento de resistência.23) Ligas tratáveis termicamente.Os grupos de ligas que podem ser endurecidas por precipitação são as das séries 2XXX,6XXX e 7XXX.24) O grau de encruamento (impropriamente as vezes denominado de têmpera),obtido através de tratamento termomecânico, é indicado imediatamente após oscaracteres de designação da liga, por meio de caracteres alfanuméricos. Por exemplo:liga 7075-T6.
  7. 7. Os caracteres empregados são F, O, H, W e T, com os seguintes significados:F - Como fabricado, O – Recozido, H – Encruado, W – Solubilizado e T – Tratadotermicamente. 25) F - Como fabricado: aplica-se a produtos fabricados por trabalho a frio,trabalho a quente ou fundido sobre os quais nenhum controle de tratamentotérmico ou de encruamento foi realizado. As propriedades mecânicas não sãoespecificadas. O - Recozido: aplica-se a produtos trabalhados que são recozidos para seatingir a condição de menor dureza e, aos produtos fundidos recozidos para seobter maior ductilidade e maior estabilidade dimensional H - Encruado: indica produtos trabalhados que foram endurecidos portratamento mecânico de deformação plástica com ou sem tratamento térmicoposterior para controle do grau de dureza. Pode ser seguido por um ou maisdígitos que indicam o grau de dureza. W - Solubilizado: trata-se de um tratamento térmico de solubilização,produzindo um condição estrutural instável, aplicável somente a ligas quepodem sofrer mudanças na dureza devido ao envelhecimento natural ao longodo tempo na temperatura ambiente. T – Tratado termicamente: aplica-se a produtos cuja resistência, obtida portratamento térmico de solubilização e envelhecimento, é estável dentro de umespaço de tempo de algumas semanas que se seguem ao tratamento, com ou setratamento mecânico. É sempre seguido de um ou mais dígitos.26) O endurecimento por precipitação é obtido através de procedimentos práticos queincluem recozimentos para solubilização, uma têmpera e posterior recozimento paraenvelhecimento.O objetivo desses procedimentos é a dispersão densa de finas partículas durasprecipitadas em uma matriz dúctil. Estas partículas de segunda fase agem comoobstáculos à movimentação de discordâncias e, por consequência, elevam a resistênciamecânica da liga tratada.28) Não, pois As ligas de alumínio não tratáveis termicamente são aquelas que não podemter sua resistência aumentada por precipitação, ou a precipitação não produz efeitoscomercialmente interessantes.29) São empregadas para fundição em moldes de areia, em coquilha e fundição sob pressão.Elas foram desenvolvidas visando características tais como: fluidez e habilidade parapreenchimento do molde, além das propriedades de resistência mecânica, ductilidade eresistência à corrosão. Também são classificadas em tratáveis e não tratáveis termicamente.
  8. 8. 30) O alumínio fundido dissolve outros metais e substâncias metalóides como o silício(que atua como metal). Quando o alumínio se resfria e se solidifica, alguns dosconstituintes da liga podem ser retidos em solução sólida. Isto faz com que a estruturaatômica do metal se torne mais rígida. Os átomos podem ser visualizados como sendoarranjados em uma rede cristalina regular formando moléculas de tamanhos diferentesdaqueles do elemento de liga principal. A principal função das ligas de alumínio éaumentar a resistência mecânica sem prejudicar as outras propriedades. Assim, novasligas têm sido desenvolvidas combinando as propriedades adequadas a aplicaçõesespecíficas.31) O silício é empregado como elemento formador de eutético para propiciaradequada fluidez do metal líquido (habilidade de preenchimento do molde). Isso ébastante importante na fundição de grandes volumes de alumínio e em projetos depeças complexas com grandes variações de espessura. O teor de silício varia de 4%até a composição de eutético de 12%.34) Se o resfriamento da liga ocorrer em taxa lenta, a força motriz para a precipitaçãoé pequena e a taxa de nucleação é baixa.Para acomodar a quantidade de θ em equilíbrio, os poucos núcleos devem crescerbastante, formando grandes precipitados largamente separados um dos outros.35) Se o resfriamento da liga for rápido, não haverá tempo para a precipitação deCuAl2 e nenhum precipitado será formado.A estrutura obtida na temperatura ambiente será uma solução sólida supersaturada.Um grande aumento de a resistência ser produzirá se a liga temperada for recozidapara envelhecimento.36) O sistema Al-Cu permite um aumento notável de dureza, exatamente pela suapropriedade de permitir a formação dos precipitados intermediários θ” coerentes coma matriz, além da fina dispersão de precipitados na zona GP.No início do envelhecimento a liga é endurecida por solução sólida. A solubilidade doCu na fase α é de somente 0,1% em peso, na temperatura ambiente. Após a têmpera, asolução supersaturada é obrigada a solubilizar 4% de Cu, o que é aproximadamente 40vezes mais que a sua capacidade normal. A medida que o processo de precipitação seinicia, a maior parte do Cu é removida da solução e o efeito de endurecimento porsolução sólida eventualmente desaparece.
  9. 9. 37)38) Zonas GP → θ” + θ’ + θO início do processo de envelhecimento se dá pela formação das chamadas Zonas GP,assim designadas por terem sido descobertas pelos pesquisadores A. Guinier e G. D.Preston.As Zonas GP são nucleadas homogeneamente a partir da solução sólida supersaturadacom uma fina distribuição por toda a matriz cristalina. São completamente coerentescom a matriz.As Zonas GP crescem para dar lugar as partículas do precipitado intermediário θ” quetambém é coerente com a matriz. A dureza máxima da liga envelhecida é obtida comaprecipitação de θ” ou uma mistura de θ” + Zona GP.39) Os sistemas binários Al-Mg e Al-Si, embora apresentem possibilidade deenvelhecimento, o tratamento não resulta em aumento de propriedades de interessecomercial, já que nestes sistemas binários os precipitados intermediários não seformam facilmente.Se no sistema binário Al-Cu a fase θ aparece em equilíbrio com o composto CuAl2, aadição de Mg permite a formação de um número maior de compostos intermediários.

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