Alumínio e suas ligas

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SELEÇÃO DOS MATERIAIS
Alumínio e Suas Ligas
Universidade Federal Fluminense (EEIMVR) - 2009
Professor: Carlos Sergio da Costa Viana
Alunos: Sérgio Ricardo C. de Mello, Camila Oliveira
de Souza, Natalie Lacerda Citeli

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ALUMÍNIO E SUAS LIGAS
INTRODUÇÃO
O alumínio metálico é obtido pela redução eletrolítica da alumina (Al2O3)
dissolvida em criolita líquida. O processo, chamado de Hall-Herolut foi
desenvolvido em 1886 de maneira independente por Charles Hall (Estados
Unidos) e Paul Heroult (França). As primeiras aplicações do alumínio foram
objetos de decoração como molduras de espelhos, travessas e utensílios
domésticos. Com o tempo, cresceu a diversidade das aplicações do alumínio,
de maneira que, praticamente, todos os aspectos da vida moderna são
afetados diretamente ou indiretamente pelo seu uso. Recentemente, verificou-
se que os maiores mercados para as ligas de alumínio são:
 Embalagens para alimentos e medicamentos - 34%;
 Indústria automobilística e de transportes - 21%;
 Construção civil (fachadas, pontes, tanques de estocagem) - 17%;
 Cabos e componentes elétricos - 9%;
 Bens duráveis - 8%;
 Indústria de equipamentos e maquinaria - 7% e
 Outros - 4%.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO ALUMÍNIO METAL
 Baixo peso. O alumínio apresenta densidade de 2,7 g/cm3,
aproximadamente 1/3 da densidade do aço.
 Excelente condutividades elétrica e térmica (de 50 a 60% da
condutividade do cobre), sendo vantajoso seu emprego em trocadores de calor,
evaporadores, aquecedores, cilindros e radiadores automotivos.
 Resistente à corrosão atmosférica, à corrosão em meio aquoso
(inclusive água salgada), à óleos e diversos produtos solventes.
 Ductilidade elevada (estrutura CFC) permitindo conformação de
componentes com elevados valores de deformação.
 Não é ferromagnético (característica importante para aplicações eletro-
eletrônicas);
 Não é tóxico e, portanto, é largamente empregado em embalagens;
 A resistência mecânica do alumínio puro é baixa (~90MPa), entretanto,
nele, podem ser empregados os seguintes mecanismos de endurecimento:
o Endurecimento por solução sólida (ligas não tratáveis);
o Endurecimento por dispersão de partículas (ligas não tratáveis);
o Encruamento (ligas não tratáveis);
o Endurecimento por dispersão de partículas coerentes ou sub-
microscópicas (ligas tratáveis termicamente).
 A principal limitação do alumínio é a sua baixa temperatura de fusão
(660 °C), o que limita a temperatura de trabalho de suas ligas.

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TIPOS DE LIGAS
Os principais elementos de liga das ligas de alumínio incluem
combinações dos seguintes elementos:
 Cobre (Cu);
 Magnésio (Mg);
 Silício (Si);
 Manganês (Mn) e
 Zinco (Zn).
De acordo com o produto a ser feito, as ligas de alumínio podem ser
divididas em dois grupos:
 LIGAS PARA TRABALHO E CONFORMAÇÃO (wrought alloys) – ligas
destinadas à fabricação de produtos semi-acabados, como laminados
planos (placas, chapas e folhas), laminados não planos (tarugos, barras
e arames) perfis extrudados e componentes forjados. .
 LIGAS PARA FUNDIÇÃO (cast alloys) – ligas destinadas a fabricação
de componentes fundidos.
Somando-se as ligas conformáveis e as ligas para fundição, existem mais
de 600 ligas reconhecidas industrialmente.
Estes dois grupos se subdividem em:
 LIGAS NÃO-TRATÁVEIS - Não são endurecíveis por meio de
tratamento térmico;
 LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE – São endurecidas por meio de
tratamentos térmicos.
É importante destacar que o termo “tratamento térmico” é, no seu
sentido mais amplo, qualquer operação de aquecimento ou resfriamento
controlado realizada para modificar as propriedades mecânicas, estrutura
metalúrgica ou estado te tensões internas de um produto metálico. Nas ligas de
alumínio, o tratamento térmico é restrito a operações específicas utilizadas
para aumentar a resistência e a dureza de ligas endurecíveis por precipitação
(conformáveis ou fundidas).
O diagrama a seguir ilustra a relação entre os elementos de liga e a
classificação das ligas de alumínio.

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PRODUÇÃO DO ALUMÍNIO:
Redução:
O óxido de alumínio é extraído da bauxita através do processo Bayer.
O processo Bayer refina o grão e calcina a bauxita com o tratamento
térmico de hidróxido de sódio que converte a alumina em minério de sódio
conforme a reação:
Al2O3 +2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (160 – 170ºC)
Após a separação do resíduo insolúvel, constituído principalmente de
óxido de ferro e sílica, a solução de alumínio é resfriada lentamente até 25 –
35ºC, para precipitação do hidróxido de alumínio [Al(OH)3], de acordo com a
reação:
NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)3 + NaOH
O Al(OH)3 é então refinado, lavado e calcinado à 1100ºC para produção
de óxido de alumínio, Al2O3.
O óxido de alumínio é dissolvido em um banho de criolita fundida
(Na3AlF6) e eletrolizado em células eletrolíticas de carbono, usando como
ânodo e cátodo eletrodos de carbono. No processo de eletrólise (processo
Hall), o alumínio fundido é depositado no estado líquido no cátodo de carbono,
revestindo a parte inferior da soleira do lote eletrolítico, sendo que tem maior
densidade. Durante a eletrólise, o oxigênio é liberado pelo ânodo, quando este

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ataca o carbono, e forma CO e CO2. O alumínio fundido é periodicamente
liberado pelas células e tratado no estado fundido, o que promove a remoção
do excesso de óxido e de outros gases. A célula de liberação do alumínio
geralmente contém 99,5 a 99,9% de alumínio, tendo, como impurezas,
principalmente, ferro e silício.
A Figura abaixo mostra a célula eletrolítica usada para a produção de
alumínio.
TRATAMENTO TÉRMICO
As ligas de alumínio que são classificadas em “tratáveis termicamente”,
respondem ao tratamento de dissolução. Os principais tipos de tratamento
térmico são:
 Homogeneização;
 Solubilização/Envelhecimento;
 Recozimento Pleno;
 Recozimento Parcial;
 Estabilização.
HOMOGENEIZAÇÃO
É realizado em temperaturas ao redor de 500ºC – dependendo da liga – e
tem a função de remover ou reduzir as segregações, produzir estruturas
estáveis e controlar certas características metalúrgicas, como propriedades
mecânicas, tamanho de grão, estampabilidade, entre outras. Na laminação a
quente, este tratamento pode ser executado concomitantemente ao
aquecimento das placas.
A Figura abaixo mostra esquematicamente o efeito da homogeneização
na microestrutura de uma liga de alumínio com precipitados de uma fase nos
contornos de grão.

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SOLUBILIZAÇÃO / ENVELHECIMENTO
Esse tratamento dá às ligas que respondem a ele uma maior resistência
mecânica.
O processo é o seguinte:
 O metal é aquecido uniformemente até cerca de 500°C. A temperatura
exata depende de cada liga. O aquecimento ocasiona a dissolução dos
elementos de liga na solução sólida (tratamento de solução);
 Segue-se um resfriamento rápido, geralmente em água, que previne
temporariamente a precipitação dos elementos da liga (a difusão é muito lenta
na TA), formando uma solução saturada. Esta condição é instável.
Gradualmente, as fases constituintes precipitam-se de uma maneira
extremamente fina (sobre lacunas e discordâncias, somente visível por
potentes microscópios), alcançando o máximo efeito de endurecimento
(envelhecimento). Em algumas ligas isto ocorre espontaneamente, depois de
alguns dias na TA (envelhecimento natural). Em outras, requer-se um
reaquecimento por algumas horas a cerca de 175°C (tratamento artificial de
precipitação acelerada).
As chapas são normalmente tratadas num banho de sal fundido, que
possui alta taxa de transmissão de calor e fornece suporte ao metal,
prevenindo possíveis deformações em altas temperaturas. Fornos com
circulação de ar forçado são geralmente utilizados para perfis extrudados,
tubos, forjados e peças fundidas.
Entre os efeitos de um tratamento térmico completo, estão um aumento
substancial nos limites de escoamento e de resistência à tração e uma redução
da ductilidade. Normalmente, o tratamento térmico é precedido de uma
operação de conformação severa, se for necessária. A maior parte das
conformações pode ser feita antes do tratamento de solução, com um acerto

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posterior para corrigir distorções não previstas que possam ocorrer durante o
resfriamento. Porém, preferencialmente, a conformação deve ser feita
imediatamente após o tratamento de solução, antes do envelhecimento.
Quando esta conciliação for difícil, é possível retardar o envelhecimento
mantendo os componentes resfriados. Essa técnica é freqüentemente aplicada
em rebites para a indústria de aviação.
Tratamento de solubilização e envelhecimento, com precipitação da fase 
numa matriz da fase .
CURVAS DE ENVELHECIMENTO
A Figura abaixo apresenta o aspecto típico das curvas de envelhecimento.
Note-se que quanto maior a temperatura de envelhecimento, mais rapidamente
ocorre o ponto de resistência máxima, porém com um valor de resistência
menor. Isto se deve ao fato de o coalescimento dos precipitados depender da
difusão das espécies químicas e da concentração de lacunas e, como se sabe,
ambas crescem com o aumento da temperatura (processo termicamente
ativado).
O crescimento das partículas se dá umas às custas das outras, ou seja, várias
partículas pequenas “coalescem” formando uma maior. Como o volume da fase
precipitada é aproximadamente constante, maiores partículas significa menor
número delas e maior distância entre elas. Com isso, há menor travamento das
discordâncias e, consequentemente, menor resistência mecânica.
Sabe-se: AP =
m
C
onde C = 0 +  e onde  

bG.
Aqui, m = fator de Schmid, C = tensão cisalhante crítica, b = vetor de Burger e
 é o espaçamento entre as partículas. Logo, maior , menor AP.

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SUPERENVELHECIMENTO
O superenvelhecimento é caracterizado pela redução relativa da resistência
mecânica, após um longo tempo de envelhecimento. Quando o tempo de
envelhecimento é superior ao do ponto de resistência máxima, os precipitados
coerentes da fase θ aumentam de tamanho às custas uns dos outros

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(coalescimento) e tornam-se incoerentes, diminuindo a resistência mecânica.
Isto está mostrado esquematicamente na Figura abaixo.
Tratamento de solubilização e envelhecimento excessivo de uma liga de Al.
Fotomicrografia de MET mostrando precipitados incoerentes da fase  numa
liga Al – Cu. (  Al2Cu).

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RECOZIMENTO PLENO
O recozimento pleno é um tratamento térmico em que se obtém as condições
de plasticidade máxima do metal (têmpera O), correspondendo a uma
recristalização total do material. O processo é o seguinte:
 O metal deformado a frio é aquecido, geralmente na faixa de
350°C, suficientemente para permitir o seu rearranjo numa nova
configuração cristalina não deformada;
 Este processo de recristalização remove o efeito do trabalho a frio e
deixa o metal numa condição dúctil. O recozimento bem sucedido
caracteriza-se somente pela recristalização primária;
 Deve-se evitar superaquecimentos que causam coalescência e o
crescimento exagerado dos grãos, também chamada de
recristalização secundária, com a conseqüente tendência de ser
desenvolvido o defeito "casca de laranja" nos trabalhos
subseqüentes de estampagem.
Granulação em função do encruamento e da recristalização
RECOZIMENTO PARCIAL
Este tipo de tratamento térmico corresponde a uma recristalização parcial
do material, permitindo a obtenção de têmperas com alongamentos maiores.
Esse processo favorece, em alguns casos, o processo de estampagem,
conferindo ao produto final uma maior resistência mecânica. Pode ser realizado
entre as temperaturas de 200°C a 280°C, dependendo da porcentagem de
redução aplicada na laminação a frio.
ESTABILIZAÇÃO
Nas ligas Al-Mg (série 5XXX), após alguns dias à temperatura ambiente,
ocorre uma perda de propriedades mecânicas do material deformado a frio.
Trata-se de um processo de recuperação. Para contornar esse inconveniente,
aquece-se o material em temperaturas ao redor de 150ºC para acelerar a

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recuperação (têmperas H3X). Este tratamento alivia a tensão residual dos
materiais encruados e aumenta a resistência à corrosão das ligas de AlMg.
NOMENCLATURA
As ligas de alumínio, segundo a Aluminum Association (AA), são
divididas nas nove classes a seguir:
1xxx: Série do alumínio puro (99,9%) ou comercial. Destacado pela resistência
a corrosão, altas condutividades térmica e elétrica. Porém, apresenta baixa
resistência mecânica. Os dois últimos dígitos indicam a % de Al acima de 99%.
exemplos:
 liga 1050 - 99,50% de Al
 liga 1060 - 99,60% de Al
O segundo dígito indica modificações no limite de impurezas ou a adição
de algum elemento de liga. Se o 2o dígito for 0 (zero), indica que o Al não foi
ligado e apresenta o limite de impurezas convencional. Os números entre 1 e 9
indicam controle especial sobre uma ou mais impurezas ou a adição de
elementos de liga.
2xxx: O cobre é o principal elemento de liga. Se receberem tratamentos tais
como solubilização e envelhecimento, ter-se-ão grandes aplicações na
indústria aeronáutica, devido à alta resistência mecânica. Os dois últimos
dígitos não possuem significado numérico, apenas identificam diferentes ligas
do mesmo grupo (número seqüencial) O segundo dígito indica modificações no
limite de impurezas ou a adição de elementos de liga.
Ligas experimentais também utilizam este sistema de classificação,
porém, são indicadas pelo prefixo X.
3xxx: O manganês é o principal elemento de liga. Não são ligas tratáveis
termicamente, tendo como principal aplicação os produtos estampados.
4xxx: O silício é o principal elemento de liga. Apresentam baixos pontos de
fusão e impossibilidade de tratamento térmico. São utilizadas também como
material de adição para solda.
5xxx: O magnésio é o principal elemento de liga. Sua aplicação é similar à da
série 3xxx.
6xxx: Ligas de Al-Mg-Si, tendo como resultado a fase Mg2Si o que tornará
possível o tratamento térmico de solubilização e envelhecimento. Não são tão
resistentes quanto as das classes 2xxx e 7xxx, porém são utilizadas na
fabricação de bicicletas, pois podem ser soldadas.
7xxx: Ligas de Al-Zn. Dos tratamentos térmicos, resultam os mais altos índices
de resistência mecânica e tenacidade. Ampla aplicação no setor aeronáutico.
8xxx: O principal elemento de liga é o lítio. São tratáveis termicamente e
apresentam alta resistência mecânica específica. Os dois últimos dígitos não

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possuem significado numérico, apenas identificam diferentes ligas do mesmo
grupo (número seqüencial) O segundo dígito indica modificações no limite de
impurezas ou a adição de elementos de liga.
Ligas experimentais também utilizam este sistema de classificação,
porém, são indicadas pelo prefixo X.
9xxx: Outras ligas que não foram especificadas anteriormente.
NOMENCLATURA DOS ESTADOS DE ENDURECIMENTO DAS LIGAS
DE ALUMÍNIO
 F - fabricado - Refere-se a condição resultante após qualquer tipo de
processamento (laminação a frio, laminação a quente, fundição e etc.)
em que não foram realizados controles sobre a velocidade de
resfriamento ou quantidade de encruamento empregados.
 O (oh)) - recozido - Nos produtos conformados, refere-se a produtos
que sofreram recozimento visando a redução do limite de resistência e
aumento de ductilidade. Nos produtos fundidos, indica um recozimento
para alívio de tensões e estabilidade dimensional.
 H - endurecido por encruamento - Refere-se a produtos endurecidos por
encruamento, podendo ou não apresentar tratamentos térmicos. O
sufixo H é seguido por dois pi mais dígitos:
o H1- produtos conformados que apresentam encruamento e não
sofreram nenhum tratamento suplementar.
o H2- produtos encruados e parcialmente recozidos para um
determinado valor de dureza. Os dígitos seguintes a H2 indicam a
quantidade de encruamento residual após o produto ser
parcialmente recozido.
o H3 – produtos encruados e envelhecidos naturalmente para um
determinado valor de dureza.
 T - tratado termicamente - refere-se aos produtos que sofreram
tratamentos térmicos visando aumento de resistência. O sulfixo T é
seguido por dois pi mais dígitos:
o T1 – produtos resfriados a partir da temperatura de conformação
mecânica a quente e envelhecidos naturalmente para uma
condição de propriedades mecânicas estáveis.
mecânica a quente, encruados e envelhecidos naturalmente para
uma condição de propriedades mecânicas estáveis.
o T3 – produtos solubilizados, encruados e envelhecidos
naturalmente para uma condição de propriedades mecânicas
estáveis.
o T4 – produtos solubilizados e envelhecidos naturalmente para
uma condição de propriedades mecânicas estáveis.
o T5 - produtos resfriados a partir da temperatura de conformação
mecânica a quente e envelhecidos artificialmente.

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o T6 – produtos solubilizados e envelhecidos artificialmente.
o T7 - produtos solubilizados e superenvelhecidos ou estabilizados.
o T8 – produtos solubilizados, encruados e envelhecidos
artificialmente.
o T9 – produtos solubilizados, envelhecidos artificialmente e
encruados.
mecânica a quente, encruados e artificialmente.
APLICAÇÕES DAS LIGAS DE ALUMÍNIO
SÉRIE 1XXX
Alumínio comercialmente puro, não ligado, com pureza igual ou superior à 99%
de Al. Fe e Si são as principais impurezas. As ligas da série 1000 são
caracterizadas pela excelente resistência à corrosão, alta condutibilidade
térmica e elétrica, baixa resistência mecânica e elevada ductilidade.
Um aumento moderado na resistência mecânica pode ser obtido por meio de
encruamento.
Aplicações:
 Equipamentos de industria química;
 Refletores;
 Trocadores de calor;
 Condutores elétricos e capacitores;
 Embalagens (papel alumínio) e
 Painéis decorativos para uso na construção civil.
SÉRIE 2XXX
O COBRE é o elemento de liga principal e, na maioria das ligas, o Mg é
o elemento de liga secundário. São ligas tratáveis termicamente, podendo,
após os tratamentos, atingir-se a resistência de aço baixo carbono (450 MPa).
A resistência à corrosão das ligas da série 2xxx é inferior a de outras ligas de
alumínio. Sob certas condições estas pode apresentar corrosão intergranular.
As ligas desta série apresentam boa usinabilidade e características de
soldagem limitadas (exceto a liga 2219).
O primeiro trabalho desenvolvido em liga binária Alumínio-Cobre foi nos
Estados Unidos sobre a liga 2025, a qual contém aproximadamente 5,5% de
Cu. Entretanto a liga 2025, introduzida em 1926, está limitada ao uso para
materiais forjados. A liga 2219, que contém 6,3% Cu e foi desenvolvida em
1954, tem substituído em muitos casos a liga 2025. A liga 2219 apresenta
maior e mais alto campo de resistência, assim como uma boa soldabilidade,
superior resistência a tensão de corrosão e melhores propriedades a elevadas
temperaturas.
Veja abaixo o diagrama de fases Al-Cu com fases e composições:

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Aplicações:
 Componentes com elevada relação resistência/peso, sujeitos a
temperaturas inferiores à 130ºC;
 Rodas forjadas para a indústria aeronáutica e de caminhões ;
 Fuselagem e componentes estruturais de aeronaves (vide figura);
 Componentes de suspensão de automóveis.

Abaixo estão apresentadas algumas aplicações da série 2XXX e da
série 8XXX em aeronave comercial e em aeronave militar.

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ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO DA LIGA ALUMÍNIO-COBRE
TRATADA TERMICAMANTE.
Para alcançar o máximo efeito de endurecimento por precipitação (sem
deformação a frio), a liga alumínio-cobre precisa ser:
1. Solubilizada no campo da fase da solução sólida-α (aprox. 5150
C);
2. Resfriada rapidamente até temperatura ambiente ou abaixo desta;

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3. Envelhecida artificialmente entre as temperatura de 130 à 1900
C (em estufa).
EVOLUÇÃO DA MICROESTRUTURA
-tempo de envelhecimento

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As ligas alumínio-cobre trabalháveis mais importantes, em uso atualmente, são
as ligas 2025, 2219 e 2011.

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A liga 2219, introduzida em 1954, contém 6,3% Cu, 0,3% Mn, 0,25% Zr,
0,1% V e 0,06% Ti. Esta liga tem um grande alcance de resistência (25 a 69
ksi), boa soldabilidade, boa resistência a corrosão sob tensão e excelentes
propriedades a elevadas temperaturas para uma liga de alumínio. A estrutura
da liga 2219 nas condições de endurecimento por envelhecimento é mostrada
na figura abaixo e consiste essencialmente de precipitados.
O excesso de CuAl2, θ, que não é dissolvido durante o tratamento
térmico de solução (máxima solubilidade do Cu no Al é 5,65%) se mantém
essencialmente, sem mudanças durante o aquecimento e resfriamento e é
esperado um aumento na resistência da liga.
Pelo tratamento termomecânico apropriado, o limite de resistência à
tração da liga 2219 pode ser aumentada para 69 ksi. O aumento da
precipitação na liga pode ser produzido por endurecimento por deformação
depois do tratamento térmico e antes do envelhecimento artificial. O aumento
da densidade de precipitado causado por endurecimento por deformação é
refletido no aumento de resistência obtida no tratamento T8 da liga 2219.
A presença de Mn, Zr, V e Ti na liga 2219 elevam a temperatura de
recristalização que atribuirá maior resistência a elevadas temperaturas.
Uma modificação base de alta pureza da liga 2219, que a liga 2419 foi
introduzido em 1972. A liga 2419, com mais baixos níveis de ferro (0,18 % no
máximo) e silício (0,15% no máximo.), tem maior tenacidade à fratura para
aplicações estruturais de aeronaves.
A liga trabalhada alumínio-cobre 2011 com 6.5% Cu, 0,04% Bi e 0,04%
Pb têm sido a liga básica de alumínio para tornos, desde que foi introduzida em
1934. Ela tem boas características de corte e produtos de boa qualidade,
cavacos facilmente quebradiços durante a usinagem. O chumbo e o bismuto,
entretanto, diminuem a resistência à corrosão na liga Al-Cu para algumas
extensões.
LIGAS DE ALUMÍNIO-COBRE-MAGNÉSIO:
As ligas alumínio – cobre – magnésio endurecidas por precipitação foram
as primeiras a serem descobertas. A tabela apresentada abaixo lista as

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composições químicas e aplicações típicas para as mais importantes ligas de
Al-Cu-Mg.
A adição de Mg para as ligas de Al-Cu acelera e intensifica o
endurecimento por precipitação na liga de Al-Cu. Apesar de ter sido uma das
primeiras ligas a ser descoberta, os detalhes dos processos de precipitação
das ligas Al-Cu-Mg não são completamente entendidos. A seqüência de
precipitação geral para essas ligas acredita-se ser:
Solução sólida supersaturada → zonas GP → S` (Al2CuMg) → S (Al2CuMg)
Acredita-se que as zonas GP são formadas em estágios anteriores ao
envelhecimento a baixas temperaturas, porém sua forma e tamanho não são
firmemente estabelecidos.A aceleração do processo de envelhecimento natural
nas ligas de Al-Cu, pela adição de Mg, pode ser feito em parte com um
acréscimo na taxa de difusão feito possivelmente pela compensação dos
maiores átomos de Mg em relação aos menores átomos de Cu. Os átomos de
Mg também poderiam aliviar algumas tensões associadas com os átomos de
Cu no Al. O efeito dos átomos de Mg, entretanto, podem ser acelerados nas
zonas de crescimento.

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As propriedades mecânicas das ligas Al-Cu-Mg trabalhadas mais
comuns são listadas na tabela seguinte.

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As propriedades das ligas Al-Cu-Mg trabalhadas e tratadas
termicamente são grandemente afetadas pela temperatura de solubilização,
como ilustrado pelas propriedades de resistência de endurecimento por
precipitação da liga 2014 no tratamento T4 e T6, conforme figura abaixo.
Se a temperatura de solubilização é baixa, as fases de endurecimento
não são completamente dissolvidas antes do resfriamento e, entretanto, mais
baixas tensões de resistência serão obtidas, uma vez que a densidade de
precipitados será mais baixa. Se a temperatura de solubilização é muito alta, a
fusão de algumas das fases com baixas temperaturas de fusão irá ocorrer,
resultando no decréscimo de resistência e ductilidade. Para as ligas Al-Cu-Mg,

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o tratamento térmico normalmente praticado a nível comercial é solubilização a
uma temperatura 5°C mais baixo que o menor ponto de fusão eutético.
A taxa e quantidade de endurecimento por precipitação podem ser
significantemente acrescidas em algumas ligas pelo trabalho a frio depois de
resfriado, ao passo que, em algumas outras ligas pouco ou nenhum
endurecimento é notado.O efeito do trabalho a frio entre resfriamento e
envelhecimento das propriedades de resistência sob tensão da liga 2024 é
mostrado abaixo. A liga 2024-T6 tem tensão de escoamento de 57 ksi, mas
com 6% de trabalho a frio introduzido entre resfriamento e envelhecimento a
tensão de escoamento será elevada a 71 ksi.
SÉRIE 3XXX
O MANGANÊS é o elemento de liga principal. As ligas desta série não
são tratáveis termicamente, entretanto, apresentam resistência 20% superior
que ligas da série 1xxx. Devido a baixa solubilidade de Mn no Al (de até 1,8%)
existem poucas da série 3xxx. Entretanto três delas são largamente
empregadas na indústria: 3003, 3004 e 3105.

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Aplicações:
 Componentes de resistência mecânica baixa que exijam elevada
ductilidade;
 Latas de bebidas;
 Utensílios de cozinha;
 Trocadores de calor;
 Tanques de armazenamento;
 Sinalização rodoviária e
 Painéis decorativos e telhados para uso na construção civil.
Veja abaixo o diagrama de fases Al-Mn:

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A adição de 1,2% Mn no alumínio comercial puro (0,6% Fe e 0,2% Si)
produz uma moderada resistência a liga de alumínio não tratada termicamente.
A adição de manganês aumenta a resistência da liga por solução sólida e pela
fina dispersão de precipitados. Esta resistência pode ser aumentada pela
adição de aproximadamente 1% de magnésio. Estas ligas são geralmente
utilizadas quando moderada resistência e boa trabalhabilidade são
necessárias. A Tabela a seguir lista a composição química e aplicações para
as ligas de alumínio-manganês-magnésio.
A microestrutura de chapas da liga 3003 (1,2% Mn) na condição
recozida é mostrada na figura.
Embora esta liga seja aquecida a uma alta temperatura
(homogeneização), com tratamento por volta de 6000
C para dissolver muitos
constituintes contendo manganês, depois ela é trabalhada a frio e
posteriormente recozida a 3400
C, formando uma fina dispersão de (Mn, Fe)Al6
e α(Al-Fe-Mn-Si) constituintes.

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A resistência da liga 3003 é de aproximadamente 3 a 4 Ksi maior que da
liga 1100 (isto é, 3003-O tem um limite de resistência a tração de 16 Ksi
comparado a 13 Ksi do 1100-O). A liga 3004 é reforçada pelo efeito do
magnésio no endurecimento por solução sólida, então, este, na condição
recozida, tem um limite de resistência a tração de 26 Ksi.
SÉRIE 4XXX
O SILÍCIO é o elemento de liga principal. A maior parte das ligas desta
série não são tratáveis termicamente. O Si pode ser adicionado para abaixar a
temperatura de fusão sem provocar fragilidade excessiva, assim, ligas Al-Si
são utilizadas em arames de solda ou como ligas para brazagem de Al
(soldagem de Al). A liga 4032 é empregada na fabricação de pistões forjados
devido ao baixo coeficiente de expansão e sua alta resistência ao desgaste
Ligas contendo entre 4 e 7% de Si apresentam cores que variam do cinza ao
negro após serem submetidas a anodização e assim são utilizadas em painéis
decorativos na construção civil.
Aplicações:
 Uso em arquitetura e construção civil;
 Fios, arames e pós para brazagem.
Veja abaixo o diagrama de fases Al-Si com fases e composições:

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SÉRIE 5XXX
O MAGNÉSIO é o elemento de liga principal. O Mg é um dos elementos
mais efetivos no endurecimento do Al. Quando utilizado como elemento
principal ou em conjunto com o Mn, o resultado são ligas não tratáveis com
resistência moderada à elevada. O Mg é considerado mais efetivo que o Mn
como endurecedor, (0,8% de Mg tem o mesmo efeito sobre a resistência que
1,25% de Mn) e ainda, pode ser adicionado em quantidades elevadas (~15%).

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Ligas desta série possuem boas características de soldagem e resistência à
corrosão em atmosfera marinha.
Aplicações:
 Uso em arquitetura e decoração;
 Embalagens (tampas de latas de Al);
 Suportes para iluminação pública;
 Peças de barcos e navios;
 Tanques para criogenia e
 Componentes de guindastes e automotores.
Abaixo segue o diagrama de fases Al-Mg, seguido de uma tabela com fases e
composições:

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O magnésio produz substancial solubilidade no alumínio e uma grande
diminuição da solubilidade do sólido (14,9% em peso a 451oC) com a
diminuição da temperatura, as ligas de alumínio-magnésio não apresentam
sensível endurecimento por precipitação com concentrações abaixo de 7% Mg.
Entretanto, uma substancial resistência do alumínio ocorre por endurecimento
por solução sólida e causando encruamento.
A tabela abaixo lista composição química e aplicações das ligas de
alumínio-magnésio.
Para propósitos gerais e estruturais, as ligas de Al-Mg contém de 1 a
pouco mais de 5% Mg e é muito difundida na indústria. Estas são apenas
poucas ligas binárias de alumínio-magnésio trabalháveis, como as séries 5005
e 5050. Para aumentar esta resistência, a maioria das ligas de alumínio-

29
magnésio contém um pouco de manganês (0,1 a 1,0%) e/ou cromo (0,1 a 0,2%).
Exemplos de ligas Al-Mg com adição de cromo são 5052 e 5154. Enquanto que
a liga 5056 é um exemplo que contém manganês e cromo.
Muitas ligas de alumínio-magnésio têm sido desenvolvidas para
acabamentos e decorações. Na redução da quantidade de ferro, silício e outras
impurezas, uma série de ligas decorativas foram criadas. Como exemplos
temos 5053 e 5252 e as ligas 5x57 como 5357, 5457 e 5657.
As ligas alumínio-magnésio têm uma ampla faixa de resistência, boa
plasticidade e
soldabilidade e alta resistência a corrosão. Uma propriedade proeminente das
ligas de alumínio-magnésio é a boa soldabilidade quando, no processo, o arco
de solda é protegido por uma atmosfera de argônio, formando uma liga de alta
resistência.
O magnésio, na maioria das ligas alumínio-magnésio está presente em
solução sólida. Entretanto, quando a concentração de magnésio nas ligas de
Al-Mg excede, aproximadamente, 3,5%, Mg2Al3 pode precipitar a temperaturas
baixas no tratamento térmico ou no resfriamento lento a partir de elevadas
temperaturas. Como exemplo, temos a liga 5086, que contém 4% de Mg e é
trabalhada a frio e aquecida em torno de 120 a 1800
C. Nesta liga uma contínua
rede de Mg2Al3 pode precipitar nos contornos de grão (Figura abaixo).
Esta estrutura é indesejável uma vez que pode tornar a liga susceptível
à trinca por corrosão sob tensão em condições adversas. É então mais
desejado neste tipo de liga, um alívio de tensões em altas temperaturas
(2450
C) e com processo cuidadoso origina uma dispersão de precipitados finos
de Mg2Al3 na matriz da liga, como mostrado na figura abaixo.

30
Partículas de Mg2Si podem também estar presentes nas ligas Al-Mg
comerciais proporcional à quantidade de silício na liga, devido a baixa
solubilidade do Mg2Si na presença de excesso de magnésio. No caso das ligas
de Al-Mg contendo cromo e manganês, outras fases também são presentes,
devido ao alto teor de ferro presente em todas as ligas comerciais de alumínio
puro.
As propriedades mecânicas das ligas de alumínio-magnésio trabalhadas
e não tratáveis termicamente estão listadas na tabela a seguir.
O limite de resistência à tração das ligas comerciais alumínio-magnésio,
recozidas, varia de 18 ksi, para liga 5005-O, e 45 ksi, para liga 5456-O. As ligas
5083-O e 5086-O têm uma leve redução na resistência (42 e 38 ksi,
respectivamente) quando comparado a 5456-O. Produtos conformados da liga
alumínio-magnésio estão sempre disponíveis no tratamento de recozimento do
tipo O, e usualmente no tratamento H3. O tratamento H3 é geralmente usado
em produtos endurecidos por deformação, uma vez que o tratamento H1
usualmente não é estável a temperatura ambiente. O tratamento H3 produz
propriedades estáveis com altos níveis de elongação e melhores
características plásticas.
Embora as ligas de alumínio-magnésio sejam classificadas em não
tratáveis termicamente, a quantidade de magnésio solúvel nas temperaturas de
recozimento para as ligas Al-Mg, com mais que 4% Mg (como a 5083, 5086,

31
5056 e 5456), é maior que a retida em solução-sólida na temperatura ambiente.
Como resultado, se estas ligas são severamente encruadas e mantidas por um
longo tempo a temperatura ambiente, ocorrerá a precipitação de Mg2Al3 ao
longo de bandas de deslizamento. Também, se estas ligas são expostas a
altas temperaturas em condições de recozimento, a precipitação ocorrerá ao
longo de contornos de grãos. Esta precipitação torna essas ligas susceptíveis a
corrosão intergranular em ambiente corrosivo. Por esta razão, o tratamento
H3xx tem sido desenvolvido para eliminar ou minimizar esta instabilidade,
então essas ligas possuem alta resistência.
SÉRIE 6XXX
O MAGNÉSIO e o SILÍCIO são os elementos de liga principais. A
proporção de Mg e Si visa a formação da fase Mg2Si, formando ligas tratáveis
termicamente. As ligas da série 6xxx apresentam boa ductilidade, boas
características de soldagem e de usinagem e boa resistência à corrosão.
O magnésio e o silício são os elementos de liga principais.
A proporção de Mg e Si visa a formação da fase Mg2Si, formando ligas
tratáveis termicamente. As ligas da série 6xxx apresentam boa ductilidade,
boas características de soldagem e de usinagem e boa resistência à corrosão.
Aplicações:
 Uso em arquitetura e decoração;
 Quadros de bicicletas;
 Estruturas soldadas.
A combinação de Mg (0,6 a 1,2%) e Si (0,4 a 1,3%) no Al forma as bases
para as séries 6xxx das ligas trabalhadas e endurecidas por precipitação de Al-
Mg-Si. Na maioria dos casos o Mg e Si estão presentes nas ligas em
quantidades combinadas para formar fases metaestáveis de compostos
intermetálicos de Mg2Si, mas o excesso de Si maior que o requerido para
Mg2Si pode também ser usado. Mn ou Cr são adicionados na maioria das ligas
da série 6xxx para aumentar a resistência e o controle do tamanho de grão.
Cobre também aumenta a resistência dessas ligas, mas se presente em
quantidades acima de 0,5% reduz sua resistência a corrosão. A tabela seguinte
lista a composição química e aplicações de algumas das mais importantes ligas
Al-Mg-Si trabalhadas.

32
A primeira liga de Al com constituintes de Mg2Si balanceados, foi a 6053,
a qual foi desenvolvida na década de 30 e contém 2% Mg2Si e 0,25% Cr. Esta
liga foi seguida pela 6061 a qual é também uma liga com conteúdo balanceado
de 1,5% Mg2Si e 0,25% de Cr, e 0,27% de Cu. A liga 6061 é uma liga estrutural
com resistência intermediária. Usada em grande parte hoje, é uma das mais
importantes ligas de alumínio. As ligas de Al-Mg-Si de alta resistência tal como
a 6066 e a 6070 com mais alto conteúdo de Si foram introduzidas em 1960.
Para facilitar a extrudabilidade de vários formatos, a liga 6066 com mais
baixa resistência, foi desenvolvida, a qual contém em torno de 1% de Mg2Si.
Esta liga pode ser resfriada durante ou depois da operação de extrusão,
evitando assim, a expansão do tratamento de solubilização. As variações da
liga 6063 tal como 6463 tem sido desenvolvidas para melhores características
de acabamento. Na liga 6463 o nível de Fe é mantido tão baixo que o brilho do
Al será melhorado após a anodização.
O sistema de endurecimento por precipitação na liga de Al-Mg-Si é
possível pelo decréscimo na solubilidade sólida dos compostos intermetálicos
Mg2Si conforme a temperatura diminui. A figura abaixo mostra uma seção
vertical binária do sistema ternário Al-Mg-Si na composição Mg2Si.

33
Como visto na figura acima, uma liga ternária pseudobinária eutética é
formada entre a solução sólida de Al e Mg2Si. A solubilidade de Mg2Si no Al
decresce de 1,85% a temperatura eutética para, aproximadamente, 0,1% a
temperatura ambiente. As ligas que contém aproximadamente 0,6% ou mais de
Mg2Si mostram um acentuado endurecimento por precipitação.
Se uma liga de Al-Mg-Si contendo 1,3% em peso de Mg2Si é solubilizada a
565°C, resfriada em água, envelhecido a 160°C, formam as zona GP que
possuem formato acicular que são orientadas nas direções <001> da matriz.
Quando o máximo de resistência é alcançado durante o envelhecimento a
160°C por 24 horas, uma alta densidade de precipitado ß’ é formado, com
algumas agulhas curtas sendo observada na figura abaixo.
Reaquecendo a liga endurecida ao máximo de Al-Mg-Si por 15 min a
275°C, é observado um crescimento das agulhas ß’, como é observado na
figura seguinte.

34
A seqüência geral de precipitação no sistema Al-Mg-Si é representada
por:
Solução sólida supersaturada → zona GP (agulhas?) → ß’ (Mg2Si) → ß (Mg2Si)
Uma vez que uma coerência na deformação não é observada nas zonas
GP ou nos estágios de precipitação da transição ß’, têm sido constatado que o
acréscimo na resistência da liga Al-Mg-Si é atribuída ao aumento da energia
requerida para as discordâncias quebrarem as ligações Si-Mg quando elas
passam através dos precipitados.
As propriedades mecânicas das selecionadas ligas Al-Mg-Si tratadas
termicamente estão listadas na tabela.

35
As ligas Al-Mg-Si são somente de resistência intermediária (45 a 57 ksi
no tratamento T6) uma vez que somente pequenas quantidades de Mg2Si (1 a
2% em peso) podem estar inclusas na liga por endurecimento por precipitação.
As ligas de mais alta resistência dessa classe são a 6066 e a 6070, no qual
tem um excesso de Si próximo do necessário para formar de 1 a 2% de Mg2Si.
A liga 6061 tem uma resistência sob tensão de 45 ksi no tratamento T6 e
contém 1,6% de Mg2Si. Pela redução da quantidade de Mg2Si para 1,1%, a
resistência da liga 6063 é reduzida para 35 ksi no tratamento T6. A resistência
mais baixa da liga 6063 é necessária para uma fácil extrudabilidade.
As ligas de Al-Mg-Si são usualmente solubilizadas em torno de 520°C.
Uma vez que esta temperatura está bem abaixo da temperatura eutética de
fusão destas ligas, existe uma pequena chance de fusão pelo leve
superaquecimento. A liga 6061 pode ser solubilizada a temperaturas mais altas
que 520°C com algum acréscimo na resistência sendo obtido, uma vez que,
nem todo o Mg2Si presente é solúvel nesta temperatura. Como no caso das
ligas Al-Cu-Mg, um resfriamento rápido é requerido para obter resistência
máxima. As características no envelhecimento artificial da liga 6061 são
mostradas na figura seguinte. Deve ser notado que as mais altas resistências
são obtidas nas temperaturas mais baixas por longos períodos (135°C por 500
horas). Industrialmente com propósitos econômicos esta liga é envelhecida de
16 a 20 horas a 160°C.
As mais altas resistências das ligas de Al-Mg-Si são obtidas quando o
envelhecimento artificial é iniciado imediatamente após resfriamento. Perdas de
3 a 4 ksi na resistência ocorre se estas ligas são envelhecidas a temperatura
ambiente de 1 a 7 dias. Contudo existe alguma recuperação da resistência com
um mês ou mais de envelhecimento a temperatura ambiente, a resistência
máxima nunca alcança aquela obtida pelo envelhecimento imediatamente após
resfriamento.
As ligas de Al-Mg-Si têm excelente resistência a corrosão em toda a
atmosfera natural e na maioria das artificiais. A resistência à corrosão dessas
ligas é melhor nos materiais o qual são rapidamente resfriados e artificialmente
envelhecidos para o resfriamento desejado.
SÉRIE 7XXX
O ZINCO é o elemento de liga principal, adicionado em quantidades
entre 1 e 8%. Adições em conjunto com Mg resultam em ligas tratáveis
termicamente com resistência mecânica elevada. Normalmente, Cu e Cr
também são adicionados em pequenas quantidades.

36
Aplicações:
 Componentes da indústria aeronáutica como estruturas, peças móveis e
componentes de alta resistência.

Abaixo segue o diagrama de fases Al-Zn, seguido de uma tabela com fases e
composições:

37
Combinações de 4 a 8% de Zn e 1 a 3% de Mg no alumínio são usados
para produzir a série 7xxx das ligas alumínio-cobre trabalhadas tratáveis
termicamente. Algumas dessas ligas desenvolvem propriedades de mais alta
resistência que qualquer liga a base de alumínio comercial.
Zinco e magnésio têm alta solubilidade no alumínio e desenvolve, não
usualmente, características de precipitação de dureza. Adição de cobre de 1 a
2% aumenta as propriedades de resistência da liga Al-Zn-Mg dando alta
resistência à liga de alumínio para aeronaves.
Depois de extensivas pesquisas, ligas 7075 foram introduzidas em 1943.
O sucesso do desenvolvimento do membro proeminente da série 7xxx era
possivelmente feito através do benefício do efeito do cromo, ele acrescentou
grande melhora na resistência a corrosão sob tensão da lâmina feita dessa
liga. Liga 7075 contém 5,6% Zn, 2,5% Mg, 1,6% Cu e 0,30% Cr. A modificação
da mais alta resistência da 7075 foi desenvolvida a liga 7178 em 1951 e
contém mais altos níveis de Zn, Mg e Cu. A mais alta resistência da liga na
produção comercial, 7001, era introduzida em 1960 e contém 7,4% Zn, 3,0%
Mg e 2,1% Cu.
Ligas Alumínio-zinco-magnésio, sem cobre (menos que 0,1%), têm sido
desenvolvidas com resistência intermediária e são soldáveis. Ligas como 7004
e 7005 são usados em estruturas de caminhões, carro reboque, pontes
portáteis e carros ferroviários. A tabela abaixo lista as composições químicas e
aplicações típicas das ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu.

38
LIGAS Al-Zn-Mg. Ligas Al-Zn-Mg trabalhadas são reforçadas por reações de
precipitação durante o envelhecimento depois do tratamento térmico e
resfriamento. A seqüência de precipitação no envelhecimento da solução sólida
supersaturada é geralmente reconhecido por ser:
Solução sólida supersaturada → zona GP → η’ (MgZn2) → η (MgZn2)
As zonas GP são incoerentes com a matriz e têm forma esférica. A
energia interfacial da zona GP no sistema Al-Zn-Mg é tão baixa que uma alta
densidade de pequenas zonas (~30 Å) pode ser produzido a baixas
temperaturas (20 a 1200
C). A fase intermediária metaestável semicoerente η’
tem sido descrita como célula unitária monocíclica, enquanto que a fase de
equilíbrio incoerente, MgZn2, η’, é hexagonal.
A mais alta resistência obtida da liga Al - 5% Zn - 2% Mg é encontrada por
estar associada com alta densidade de pequenas zonas GP, como é produzida
por envelhecimento duplex primeiro por 5 dias a 200
C e então por 48 h a mais
alta temperatura de 1200
C. A estrutura da matriformada por este tratamento
consiste na mais alta densidade de pequenas zonas GP e não mostra
evidências de precipitados da fase semicoerente intermediária (Figura(a)). O
primeiro estágio do envelhecimento duplex cria uma alta densidade das
pequenas zonas GP estáveis com pequenadistribuição de tamanho. O
envelhecimento a altas temperaturas do segundo estágio dissolve algumas das
pequenas zonas, mas muitos outros crescem largamente da mais extensa a
menor zona (Ostwald ripening). Neste caminho, a mais alta densidade da
pequena zona GP é formada a altas temperaturas.
Por envelhecimento duplex a liga Al – 5% Zn – 2% Mg a altas
temperaturas (16h a 800
C mais 24 h a 1500
C), uma estrutura de precipitados
grosseiros é produzida, como pode ser vista no tamanho do precipitado no
contorno de grão na figura (b) abaixo. Único estágio de envelhecimento desta
liga por 24h a 1500
C produz uma fina dispersão dos precipitados intermediários
η’ com largas zonas livre de precipitados (Figura (c)). A liga nesta condição tem
uma baixa resistência de 40 ksi quando comparado a 51 ksi de 200
C mais
1200
C do material envelhecido por envelhecimento duplex. O aumento da
resistência dessas ligas com maior densidade das zonas GP é atribuído ao
acréscimo da resistência ao movimento das discordâncias aumentado pela alta
força de ligações atômicas existentes nestas zonas. O movimento das
discordâncias é mais fácil através dos espaçamentos entre os precipitados
semicoerentes intermediários, η’.

39
LIGAS Al-Zn-Mg-Cu. A adição acima de 2% de Cu para as ligas Al-Zn-Mg não
parecem mudar seus mecanismos de precipitação. Durante a formação da
zona, o cobre nas ligas Al-Zn-Mg-Cuaparecem uniformemente distribuídos.
Cobre na zona GP, entretanto, aumenta sua estabilidade, assim como fazendo
com que estas zonas existam a altas temperaturas quando comparadas a liga
Al-Zn-Mg. O cobre reforça a liga Al-Zn-Mg primariamente por solução sólida,
mas também fazendo algumas contribuições no reforço por precipitação.
Microestruturas das ligas 7075 (uma das mais importantes da série 7xxx)
completamente endurecidas e em condições de superenvelhecimento são
mostrados na figura seguinte. Nas condições de completo endurecimento por
envelhecimento (T651), as zonas GP são menores ou iguais a 75 Å com alguns
η’ (~150 Å) também presentes (Fig. (a)). As partículas mais escuras são
precipitados ricos em cromo que são encontrados em muitas ligas Al-Zn-Mg-
Cu. Depois do superenvelhecimento do material T651 a 1700
C por 9 h para
produzir o T7351, a microestrutura consiste em η’ (100 a 300 Å) e η (400 a 800
Å) (Fig. (b)).
Como no caso da liga Al-Zn-Mg, superenvelhecimento e precipitados
grosseiros resultam em mais baixa resistência. Por exemplo, o material 7075-
T651 tem tensão de resistência resultando a 76,7 ksi e escoamento (0,2%) de
66,4 ksi, enquanto o 7075-T7351 possui precipitados η + η’ resulta em tensão
de 63,7 ksi e uma resistência ao escoamento 54,3 ksi.

40
As propriedades mecânicas das ligas Al-Zn-Mg e Al-Zn-Mg-Cu
trabalhadas tratadas termicamente são listadas na tabela a seguir.

41
A maior resistência à temperatura ambiente de todas as ligas de
alumínio são desenvolvidas nas ligas Al-Zn-Cu-Mg.
Liga 7001, com 7,4% Zn, 3,0% Mg e 2,1% Cu, resulta em uma
resistência sob tensão de 98 ksi com uma elongação de 9% quando é tratado
termicamente para o T651. Esta é uma liga da série 7xxx de alta resistência.
Liga 7075, como é uma das mais comumente usadas na série 7xxx, tem mais
baixos níveis de zinco, magnésio e cobre (5,6% Zn, 2,5% Mg e 1,6% Cu) e tem
tensão de resistência máxima de 83 ksi com 11% de elongação quando tratado
termicamente para o T651.
Essas altas resistências são atribuídas a altas densidades da zona GP e
precipitados η’ que podem ser desenvolvidos nestas ligas por tratamentos de
envelhecimento duplex.
As características de envelhecimento artificial das lâminas de 7075 são
mostradas na figura abaixo.
Para a redução do tempo de forno do envelhecimento artificial, tem sido
desenvolvido tratamento de envelhecimento duplex por tempo mais curto. Em
um envelhecimento prático, lâmina 7075 é envelhecida por 4 h a 1000
C mais 8
h a 1570
C, enquanto outros são usados em 3 horas a 1200
C mais 3 horas a
1750
C. Nesse tratamento de envelhecimento, uma alta densidade das
pequenas zonas GP são nucleadas e crescem tanto que em uma alta
temperatura de envelhecimento, a densidade aumenta ao ponto de ficar retida.
Em contraste com a liga Al-Cu-Mg, trabalhadas a frio, as ligas Al-Zn-Mg
e Al-Zn-Mg-Cu entre resfriamento e envelhecimento não tem significativo
endurecimento. A liga da série 7xxx não responde favoravelmente a
tratamentos de trabalho a frio e envelhecimento desde que elas sejam
endurecidas quase exclusivamente por formação de zonas e precipitados que
nucleiam das zonas.
Assim, introduzindo grande quantidade de novas discordâncias por
trabalho a frio depois de tratamento térmico de solubilização e resfriamento,
não são grandemente aceleradas na precipitação da fase metaestável
intermediária como é o caso das ligas Al-Cu-Mg.

42
SÉRIE 8XXX
As ligas da série 8xxx envolvem um grande número de composições
com uma miscelânea de elementos de liga. As ligas conformadas contendo Li
(2,4% a 2,8%) foram desenvolvidas para uso aeroespacial e criogenia.
As ligas da série 8xxx envolvem um grande número de composições
com uma miscelânea de elementos de liga. As ligas conformadas contendo Li
(2,4% a 2,8%) foram desenvolvidas para uso aeroespacial e criogenia.
Ligas Fundidas de Alumínio:
As ligas fundidas de alumínio tem sido desenvolvidas visando a
qualidade de fundição, fluidez e molhabilidade, assim como, as propriedades
de resistência mecânica, corrosão e ductilidade. Assim, devido a diferença das
características requeridas, as ligas de alumínio para fundição vão ter
composições químicas diferentes das ligas trabalhadas.
Na tabela abaixo são listadas as composições químicas, bem como suas
aplicações.

43
Conforme pode ser observado na tabela, os três processamentos a partir
dos quais são obtidas as peças fundidas são: fundição em areia, em molde
permanente (coquilha) e sob-pressão (injeção).
As ligas são classificadas de acordo com o sistema numérico da
Aluminion Association, sendo os elementos principais da liga fundida, o que
determinam o primeiro algarismo.

44
Ligas de alumínio-silício o para fundição:
As ligas de alumínio para fundição que tem como elemento de liga mais
importante o silício, tem uma grande aplicação industrial devido às superiores
características de fundição. Estas ligas apresentam, comparativamente, alta
fluidez no estado líquido, excelente molhamento durante a solidificação, boa
resistência a fragilização à quente e, conseqüentemente, boa resistência à
formação de trincas a quente. O silício também tem a vantagem de não reduzir
a boa resistência à corrosão apresentada pelo alumínio, aumentando inclusive
a resistência à corrosão em ambientes mediamente ácidos.
As ligas de Al-Si não são consideradas como tratáveis termicamente
devido à baixa quantidade de silício que é solúvel em alumínio (no máximo
1,65% em peso) e, uma vez que o silício vai reprecipitar a partir da solução
sólida causando pequena dureza.
No diagrama de fases da liga Al-Si, apresentado na figura abaixo, pode-se
observar que a composição eutética forma-se com 12,6% Si.
As mais importantes ligas binárias de alumínio e silício para fundição são
a 443 (5,3% Si) e a 413 (12% Si). A primeira pode ser processada em fundição
em molde de areia ou em coquilha e a segunda por fundição sobre pressão.
Durante a solidificação da liga 443 (Al-5%Si) inicialmente formam-se as
dendritas, que são constituídas de alumínio quase puro. Os espaços entre
estas estruturas são então preenchidos com alumínio - silício eutético. Quando
ocorre o resfriamento ela se decompõe em alumínio quase puro e silício.
Quando a taxa de solidificação é aumentada as células dendríticas se tornarão
menor. Esta relação é ilustrada na figura seguinte, que mostra diferentes
regimes de solidificação para a liga 443. Na figura (a), a liga 443-F foi
produzida por fundição em areia com rápido resfriamento, o que resultou numa
estrutura com células dendríticas bastante extensas. A figura (b) a liga B443-F

45
foi produzida por fundição em coquilha, com mais rápido resfriamento, e
obteve-se um menor tamanho da célula dendrítica. Utilizando-se a mesma liga
e taxa de resfriamento ainda maior, em fundição sob-pressão, observa-se um
ainda menor tamanho da célula dendrítica como mostrado na figura (c).
Um recurso bastante utilizado para refinar a estrutura eutética da ligas
Al-Si fundidas em areia é a adição pequenas quantidades de Sódio (0,025%).
O sódio pode ser adicionado tanto na forma metálica como na forma salina
após a fundição, e aumenta consideravelmente a estrutura eutética como
demonstrado na figura abaixo (Al-7%Si).

46
A adição de 0,025% de sódio também promove na liga o aumento da
resistência a tração, formando irregularidades nas fibras de silício eutético,
conforme pode ser observado na figura abaixo.
Ligas de Alumínio Silício Magnésio para Fundição:
As propriedades de resistência da liga fundidas de Al-Si são melhoradas
pela adição de pequenas quantidades de Mg (em torno de 0,35%). A liga
fundida de Al mais importante desse tipo é 356, que contem 7% de Si, que
aumenta a capacidade de fundição, e 0,35% Mg para fazer o tratamento
térmico da liga. O endurecimento se dá por precipitação e é atribuído pela fase
metaestável Mg2Si o conteúdo de Mg2Si está entre 0.5% e 0.6%.
A microestrutura da liga 356 em condições severas de fundição e
tratamento térmico é mostrada na figura abaixo. A taxa lenta de solidificação
induz ao avanço das partículas de silício em fundição em areia nos espaços
interdendríticos na liga eutética Al-Si (figura (a)). Esta liga envelhecida

47
artificialmente em condições fundidas não mudam a microestrutura óptica, mas
produzem dispersões finas de precipitados metaestáveis que endurecem a liga.
Se a liga 356 é modificada pela adição de 0,025% Na no metal fundido,
a estrutura eutética fundida em areia é refinada e as partículas de silício no
eutético são menores e com ângulos menores. Este refinamento melhora as
propriedades mecânicas e solidificam vagarosamente a liga fundida em areia,
mas o principal benefício está em melhorar as características de molhabilidade
nos moldes em areia e permanentes. Estas pequenas partículas de silício
produzem baixa interferência no fluxo do metal líquido durante a solidificação.
Como resultado, a liga modificada por sódio produz um acabamento superior e
menos contração microestrutural entre as dendritas quando comparado aos
metais não modificados.
A figura (b) mostra a estrutura da liga 356 fundida em areia depois da
modificação. Quando a estrutura modificada é tratada termicamente, resfriada
e superenvelhecida no tratamento T7, partículas de silício aglomeram
produzindo maiores partículas esferoidizadas (figura (c)).
Sabe-se que desde 1920, as placas e as agulhas constituintes de Al-Fe-
Si reduzem a resistência de ligas alumínio-silício fundidas. Reduzindo o nível
de ferro da liga 356 para aproximadamente 0,10%, consideráveis aumentos na
resistência podem ser alcançados.

48
Ligas alumínio-cobre para fundição:
As ligas de alumínio e cobre de fundição têm sido quase totalmente
substituídas por ligas de Al-Si-Mg. As principais razões para esta substituição é
que estas ligas têm propriedades mecânicas pobres, menor resistência à
corrosão e densidade específica mais alta que as ligas de alumínio-silício.
As propriedades mecânicas de ligas de Al fundidas selecionadas são
listadas na tabela abaixo.

49
A resistência a tensão das ligas fundidas Al usualmente estão em torno
de 18 a 48 Ksi. Ligas de Al fundidas em areia, por causa de seu grande
tamanho relativo de célula dendrítica no que implica em taxas de solidificação
mais lenta, tem resistência a tensão mais baixa do que ligas de Al fundida em
molde permanente ou injeção sob pressão. Resistências maiores são obtidas
nos dois últimos métodos por uma taxa de solidificação alta e menor
porosidade de gás por utilizar moldes de metal. Na injeção sob pressão a
porosidade de gás é reduzida pela ação da pressão. Como exemplo a liga 356
tem uma tensão de resistência mínima de 30 Ksi. Quando fundido em areia e
envelhecido para o pico de resistência (tratamento T6), mas quando é fundido
em molde permanente, tem-se um pico de resistência de 33 Ksi.
Tratamentos Térmicos de Solubilização e
Envelhecimento das Ligas de Alumínio de uma Forma
Geral:
Os tratamentos térmicos têm por objetivo remover ou reduzir as
segregações, produzir estruturas estáveis e controlar certas características
metalúrgicas tais como: propriedades mecânicas, tamanho de grão,
estampabilidade, etc.

50
Maior resistência mecânica é obtida nas ligas que respondem ao
tratamento térmico de solubilização/envelhecimento. Primeiramente o metal é
aquecido uniformemente até cerca de 500 0
C, sendo que a temperatura exata
depende da liga em particular. Isto ocasiona a dissolução dos elementos de liga na
solução (tratamento de solução). Então, segue-se um resfriamento rápido,
geralmente em água, que previne temporariamente que estes constituintes
precipitem. Esta condição é instável e, gradualmente, os constituintes
precipitam-se de maneira extremamente fina (somente visível através de
potentes microscópicos), alcançando, assim, o máximo efeito de
endurecimento (envelhecimento). Em algumas ligas isto ocorre,
espontaneamente, depois de alguns dias (envelhecimento natural), enquanto
que em outras ocorre através de reaquecimento por algumas horas a cerca de
175 0
C (tratamento de precipitação).
Tomaremos como exemplo, o resfriamento lento de uma liga do sistema
Al-Cu contendo 4,5% de Cu 0u 94,5% de Al.
Solubilização:
A solubilização tem como objetivo solubilizar a fase endurecedora,
mantendo a liga em uma condição metaestável.

51
Envelhecimento:
O envelhecimento tem como objetivo a precipitação controlada da fase
endurecedora na matriz previamente solubilizada. A temperatura e o tempo de
envelhecimento determinam a mobilidade dos átomos de Cu, que tendem a
formar a fase θ.
Nas ligas de alumínio tratáveis, o envelhecimento é realizado em
temperaturas de até 280ºC (dentro do campo α + θ) por um intervalo de tempo
precisamente determinado. A combinação temperatura e tempo de
envelhecimento determinam as características da dispersão da fase θ. Para

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uma determinada temperatura existe um tempo “ótimo” em que a dispersão de
precipitados é, na maior parte, coerente provocando o endurecimento máximo
da liga.
Curvas de Envelhecimento:
A figura abaixo apresenta o aspecto típico de curvas de envelhecimento.
Note que quanto maior a temperatura de envelhecimento, o ponto de
resistência máxima ocorre mais rápido, porém com um valor de resistência
menor.

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Superenvelhecimento:
O superenvelhecimento é caracterizado pela redução da resistência
mecânica com o tempo de envelhecimento. Quando o tempo de
envelhecimento é superior ao ponto de resistência máxima, os precipitados
coerentes de fase θ aumentam de tamanho e tornam-se incoerentes,
diminuindo a resistência mecânica.

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Solubilização/Envelhecimento e a Conformação Mecânica:
Os efeitos de um tratamento térmico completo incluem não somente um
aumento substancial no limite de resistência à tração, mas também na redução
da ductilidade. Conseqüentemente, é usual submeter-se o material a qualquer
operação de conformação severa, que seja necessária, antes do tratamento
térmico. A maior parte das conformações pode ser feita antes do tratamento de
solução, com um acerto posterior para corrigir quaisquer distorções não
previstas que possam ocorrer durante o resfriamento, porém,
preferencialmente a conformação deve ser feita imediatamente após o
tratamento de solução, antes do envelhecimento.
Quando for difícil essa conciliação, é possível retardar o envelhecimento
mantendo-se os componentes resfriados, uma técnica freqüentemente aplicada
em rebites para a indústria de aviação.
Outros Tratamentos Termomecânicos das Ligas de
Alumínio:
Homogeneização:
É um tratamento térmico realizado em temperaturas ao redor de 500 0
C,
dependendo da liga, que em por objetivo remover ou reduzir as segregações,
produzir estruturas estáveis e controlar certas propriedades metalúrgicas, tais
como: propriedades mecânicas, tamanho de grão, estampabilidade, etc.

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No caso da laminação a quente este tratamento pode ser executado
concomitantemente ao aquecimento das placas.
Recozimento Pleno:
O recozimento pleno é um tratamento térmico em que se consegue as
condições de plasticidade máxima do metal (têmpera O), correspondendo a
uma recristalização total do mesmo.
No processo de recozimento, o metal é aquecido, geralmente na faixa de
350 0
C, suficientemente para permitir o seu rearranjo numa nova configuração
cristalina não deformada. Este processo de recristalização remove o efeito do
trabalho a frio e deixa o metal numa condição dúctil. O recozimento bem
sucedido caracteriza-se somente pela recristalização primária. Deve-se evitar
superaquecimentos, já que isto causa coalescência e o crescimento exagerado
dos grãos, também chamada de recristalização secundária, com a
conseqüente tendência de ser desenvolvido o defeito “casca de laranja” nos
trabalhos subseqüentes, principalmente de estampagem.
Para materiais recozidos plenamente (totalmente recristalizado) é
aconselhável a obtenção de tamanhos de grão entre 20 e 100 micrômetros de
diâmetro (número 8,0 a 3,5), para que se obtenha peças de boa qualidade,
após estampagem, dobramento ou extrusão por impacto. Caso o tamanho de
grão esteja fora desta faixa pode ocorrer o rompimento da peça ou o
surgimento do defeito “casca de laranja”, o que pode exigir operação de
polimento adicional para restituir-lhe superfície lisa, às vezes com grandes
dificuldades.
Recozimento Parcial:
Este tipo de tratamento térmico corresponde a uma recristalização
parcial do material, permitindo a obtenção de têmperas com alongamentos
maiores, o que favorece, em alguns casos, o processo de estampagem,
conferindo ao produto final uma maior resistência mecânica. Pode ser realizado
entre as temperaturas de 200 0
C a 280 0
C, dependendo da porcentagem de
redução aplicada na laminação a frio.
Estabilização:
Nas ligas de AlMg (série 5XXX) ocorre uma perda de propriedades
mecânicas do material deformado a frio, após alguns dias em temperatura
ambiente.
Para controlar esse inconveniente, aplica-se uma porcentagem de
deformação mais alta do que a necessária para atingir-se determinado nível de
propriedades mecânicas (determinada com base em uma curva de
encruamento para material estabilizado) e, depois, aquece-se o material em
temperaturas ao redor de 150 0
C, para acelerar a recuperação (têmperas H3X).
Este tratamento serve para aliviar a tensão residual dos materiais encruados e
para aumentar a resistência à corrosão das ligas de AlMg.

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Conclusão:
Com este trabalho concluímos que o alumínio e suas ligas constituem
um dos materiais metálicos mais versáteis, econômicos e atrativos para uma
vasta série de aplicações e os tratamentos termomecânicos das ligas de
alumínio são de grande importante para a indústria moderna, pois possibilitam
a remoção ou a redução de segregações, a produção de estruturas estáveis
além de poderem propiciar o controle sobre algumas características
metalúrgicas.
Vimos que o alumínio é um dos metais mais consumidos anualmente,
sendo assim o mais importante dos metais não ferrosos e que a sua variedade
de usos está relacionada com suas características físico-químicas, com
destaque para seu baixo peso específico, resistência à corrosão e alta
condutibilidade elétrica/térmica.
Por fim o aumento espetacular no consumo de alumínio é devido
principalmente a facilidade com que esse metal pode ser transformado através
de todos os processos metalúrgicos normais, sendo assim viável à indústria
manufatureira em qualquer forma que seja requerida.
Referências Bibliográficas:
METALS Handbook Committee. Metals handbook Atlas of Microstructures of
Industrial Alloys, v. 1, 2, 7, 8a. ed. Aluminium Alloys. Ohio: American Society for
Metals, 1984.
ALUMINIUN Association. Aluminium: Properties and Physical Metallurgy. Ohio:
American Society for Metals, 1984.
ABAL. Fundamentos e Aplicações do Alumínio. São Paulo – Brasil
http://demec.ufpr.br/pesquisas/superficie/material%20didatico/Al_e_suas_ligas.pdf
www.cia-brasileira-aluminio.com.br/pt/glossario.php
www.abal.org.br/servicos/normas_publicadas.asp

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