Apresentação - Metalurgia Física das Ligas Não Ferrosas, especificamente do metal alumínio e suas ligas, sejam estas tratáveis termicamente ou não, para fundição ou para conformação. Apresenta as características das ligas, suas propriedades, etc.

1. EET 428
Professor Luiz Henrique deAlmeida
Metalurgia Física das Ligas Não
Ferrosas
Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Escola Politécnica
COPPE/UFRJ

2. LIGAS DE ALUMÍNIO
I

3. Propriedades Físicas
 Ponto de Fusão: 660 C
 Sistema cristalino: CFC
 Densidade:
o Al= 2,7 g/cm3
o Cu= 8.9 g/cm3
o Aço (Fe) = 7.9 g/cm3
 Condutividade Elétrica:
o A condutividade elétrica doAl é 61-65% da do Cu
o A condutividade elétrica é afetada pela presença de impurezas
 CondutividadeTérmica:
o Tem elevada condutividade térmica
Maior vantagem do Al

4. Gráfico comparativo da densidade de alguns metais
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Magnésio (Mg)
Berílio (Be)
Alumínio (Al)
Titânio (Ti)
Zinco (Zn)
Ferro (Fe)
Niquel (Ni)
Cobre (Cu)
Estanho (Sn)
Tungsténio (W)
Densidade (ton/m^3)
Propriedades Físicas

5. RESISTÊNCIA MECÂNICA: O Al puro (99,99%) tem baixa resistência mecânica
Resistência à tração:
 Al puro= 59 MPa
 Al comercial= 88 – 138 Mpa
PARA AUMENTAR A RESISTÊNCIA ÀTRAÇÃO SÃO ADICIONADOS ELEMENTOS DE LIGA,É
REALIZADOTRABALHO A FRIO ETRATAMENTOTÉRMICO PARA ENDURECIMENTO POR
PRECIPITAÇÃO.
(Além de controle de tamanho de grão)
DUCTILIDADE: Tem alta Ductilidade
MÓDULO DE ELASTICIDADE: Possui módulo de elasticidade (E) baixo
Al = 70 GPa
Cu = 113 GPa
Aço = 210 GPa
Em geral as ligas de Al têm baixo limite de elasticidade, baixa resistência à fadiga
e baixíssima resistência mecânica acima de 150°C
Propriedades Mecânicas

6. Alumínio e suas Ligas
PRINCIPAIS IMPUREZAS (oriundas do minério)
 Ferro  reduz a trabalhabilidade (formação deAlFe3)
 Silício  aumenta a resistência à tração
 Cobre  aumenta a resistência à tração
PRINCIPAIS ELEMENTOS DE LIGA
 Principais (formadores de classes)
Cu, Mg, Si, Zn, Mn, Li
 Outros
Ni,Ti, Cr, Zr, Co, Sn

7.  LIGAS TRABALHADAS
 Tratáveis Termicamente (Endurecidas por precipitação)
 Não-Tratáveis ou Encruadas (endurecidas por
deformação)
 LIGAS PARA FUNDIÇÃO
Classificação das Ligas de Alumínio
Obs: As ligas Não-Tratáveis são endurecidas por refino de grão, solução sólida e
encruamento. Já as ligas Tratáveis Termicamente além desses métodos de endurecimento,
também são endurecida por precipitação.

8. LIGAS DE ALUMÍNIO
Ligas de trabalho mecânico
Não endurecíveis
por trat. térmico
Endurecíveis por
tratamento térmico
Ligas de fundição
Al-Cu (2000)
Al-Mg-Si (6000)
Al-Zn (7000)
Al-Li e outros
(8000)
Al comercialmente
puro (1000)
Al-Mn (3000)
Al-Si (4000)
Al-Mg (5000)
SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
• A % de elementos de liga raramente
ultrapassa 15%
• Endurecimento por solução sólida – adição
de Mg, Fe, Mn
• Aumento da usinabilidade – Cu
• Aumento de resistência a corrosão – Si
• Aumento da fluidez de fundição – Mn, Si
• Refino de grão – Cr, Ti, Zr

9. Sub-divisão:
A. LIGAS TRABALHADAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE
(ENDURECIDAS POR PRECIPITAÇÃO)
• Ótimas propriedades mecânicas são obtidas por
tratamento térmico (endurecimento por precipitação)
B. LIGAS TRABALHADAS NÃO-TRATÁVEIS OU LIGAS
ENCRUÁVEIS (ENDURECIDAS POR DEFORMAÇÃO)
• Não respondem ao tratamento térmico.
• As propriedades mecânicas são determinadas pelo grau
de trabalho a frio.
Ligas Trabalhadas

10. XXXX
são para diferenciar as várias ligas
do grupo. São arbitrários
zero se é liga normal
1, 2 e 3 indica uma variante específica da liga
normal (como teor mínimo e máximo de um
determinado elemento)
elemento majoritário da liga
Nomenclatura Alluminium Association(AA)
e ASTM para Ligas Trabalhadas

11. Alumínio >99% de pureza  1XXX
Cobre *  2XXX
Manganês  3XXX
Silício  4XXX
Magnésio  5XXX
Magnésio e Silício *  6XXX
Zinco *  7XXX
Outros elementos *  8XXX
* Endurecidas por precipitação.
Nomenclatura Alluminium Association(AA)
e ASTM para Ligas Trabalhadas

12. Alumínio não ligado  Série1000
• O segundo algarismo indica modificações
nos limites de impurezas
• Os dois últimos algarismos representam os
centésimos do teor de alumínio
• Ex: 1065  Al com 99,65% de pureza
Nomenclatura Alluminium Association(AA)
e ASTM para Ligas Trabalhadas

13. LIGAS DE ALUMÍNIO
Ligas de trabalho mecânico
Não endurecíveis
por trat. térmico
Endurecíveis por
tratamento térmico
Ligas de fundição
Al-Cu (2XX.X)
Al-Zn (7XX.X)
Al comercialmente
puro (1XX.X)
Al-Si-Cu ou Mg (3XX.X)
Al-Si (4XX.X)
Al-Mg (5XX.X)
Al-Sn (8XX.X)
SOBRE OS ELEMENTOS DE LIGA
• A % de elementos de liga raramente ultrapassa 15%
• Endurecimento por solução sólida – adição Si, Mg, Fe, Mn
• Aumento de usinabilidade – Cu
• Aumento de resistência a corrosão – Si
• Aumento fluidez de fundição – Mn, Si
• Refino de grão – Cr, Ti, Zr

14. XXX.X
zero indica composição das peças fundidas
1 e 2 indica composição dos lingotes
teor mínimo de alumínio
elemento majoritário da liga
As ligas de fundição também podem se sub-dividir em ligas tratadas termicamente
e não tratáveis termicamente
Nomenclatura Alluminium Association(AA)
e ASTM para Ligas de Fundição

15. Alumínio >99% de pureza  1XX.X
Cobre  2XX.X
Silício c/ adição de Cu e/ou Mg  3XX.X
Silício  4XX.X
Magnésio  5XX.X
Zinco  7XX.X
Estanho  8XX.X
Nomenclatura Alluminium Association(AA)
e ASTM para Ligas de Fundição

16. Nomenclatura ABNT para Ligas de
Alumínio (para constar)
XXXXX
é usado para designar variantes
refere-se ao teor do elemento de liga
refere-se ao segundo elemento de liga
(1: Fe; 2:Cu; 3:Mn; 4:Si, 5:Ni; 6:Ti; 7:B; 8:Cr, 9:outro)
% média do elemento de liga
elemento majoritário da liga

17.  Alívio de tensões
 T= 130-150C
 Tempo depende da espessura da peça
 Recozimento para recristalização e homogeneização
 T= 300-400C
 recristalização: para ligas laminadas, extrudadas
 homogeneização: peças fundidas (para difundir os microconstituintes)
 Solubilização
 Dissolve as fases presentes.
 Temperatura= depende da composição da liga (passagem do campo + para o
campo )
 Precipitação ou envelhecimento
 Temperatura abaixo da temperatura de solubilização escolhida em função do
projeto de tempo para o envelhecimento.
Obs: A Solubilização e a Precipitação são tratamentos térmicos conjugados utilizados nas ligas endurecidas por
precipitação.
Tratamentos Térmicos

18. PRECIPITAÇÃO OU ENVELHECIMENTO
 Consiste na precipitação de outra fase, na forma de
partículas extremamente finas e uniformemente
distribuídas.
 Esta nova fase endurece a liga.
 Após o envelhecimento ideal o material terá adquirido
máxima dureza e resistência.
 O envelhecimento pode ser natural ou artificial.
Tratamentos Térmicos

19. A fase precipitada endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl2 ()
(2024 – 0,5%Si; 0,5%Fe; 3,8 a 4,9%Cu; 0,3 a 0,9%Mn; 1,2 a 1,8%Mg)
Solubilização
5,65%
Sistema Al-Cu

20. Solubilização
Precipitação
Resfriamento
em água Chamado de
envelhecimento que
pode ser
natural ou artificial
A ppt se dá na T
ambiente
A ppt se dá
acima da T
ambiente por
reaquecimento
Solução sólida super saturada
Tratamento térmico de solubilização
seguido de envelhecimento

21. Envelhecidas Naturalmente Envelhecidas Artificialmente
Ligas Binárias Al-Cu

22.  Zonas Guinier-Preston (GP): homenagem aos cientistas que revelaram
a estrutura dessas zonas através de estudos de difração de raios-x
 GuinierA: Nature, 142, 569 (1938)
Preston G P: Nature, 142, 570 (1938).
 As fases precipitadas são coerentes com a matriz, ou seja, é muito
difícil determinar a sua estrutura mesmo com microscopia eletrônica
de transmissão de alta resolução (HRTEM).
 Por exemplo: no sistemaAl-Cu, os átomos de Cu precipitam paralelos
aos planos {100} da matriz de alumínio, então o contraste entre as
fases depende muito da espessura da amostra
As zonas GP responsável pelo
endurecimento

23. Modelo tridimensional esquemático da
distribuição de zonas GP
As zonas GP são formadas nos planos {100} da matriz de Al, com formato de discos.
{100}
{100}

24. As zonas Gp
Imagem obtida por microscopia
eletrônica de transmissão

25. Micrografias de
microestruturas
da liga deAl-4%Cu na
condição solubilizada e
super-envelhecida
–baixo e alto aumento–

26. TÊMPERA OU ESTADO
 Condição ou estado produzido por
tratamento mecânico ou térmico.
 Produz propriedades mecânicas e estrutura
características.
Nomenclatura e Simbologia das
Transformações Estruturais

27. LIGAS TRABALHADAS
• “F” - Como fabricado, não sofreu tratamento
nenhum
• “O” - Sofreu recozimento para recristalização para
eliminar o encruamento
• “H” - Ligas que sofreram tratamento mecânico
para encruamento
• “T” - Ligas que sofreram tratamento térmico
• “W” - Solubilizada e estocada
Nomenclatura e Simbologia das
Transformações Estruturais

28. LIGAS TRABALHADAS –(Enduracidas por Deformação)–
 “H” LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECÂNICO PARA
ENCRUAMENTO
HXX
2,4,6,8  dá o grau de encruamento
1, 2, 3  refere-se as operações sofridas
Nomenclatura e Simbologia das
Transformações Estruturais

29. LIGAS TRABALHADAS –(Enduracidas por Deformação)–
Nomenclatura e Simbologia das
Transformações Estruturais
 H1X – somente encruado
H12, H14, H16, H18, H19
 H2X – encruado e depois recozido parcialmente
H22, H24
 H3X – encruado e então estabilizado
H32, H34
X = 2  1/4 duro X = 6 3/4 duro
X = 4  1/2 duro X = 8  duro
X = 9  extra duro
OBS: O estado H3X é estabilizado através de tratamento térmico a baixa temperatura ou por resultado de calor
introduzido no processo de fabricação. Essa nomenclatura só é utilizada para ligas que sofram amolecimento
devido envelhecimento à temperatura ambiente caso não sejam estabilizadas.

30.  T1 Esfriada de uma temperatura elevada de um processo de
conformação mecânica e envelhecida naturalmente.
 T2 Recozida (ligas de fundição)
 T3Tratada termicamente para solubilização e então trabalhada a
frio.
 T4 Tratada termicamente para solubilização e então envelhecida a
temperatura ambiente.
 T5 Envelhecida artificialmente (sem TT). Apenas esfriado do
estado de fabricação.
Simbologia
para Ligas Tratáveis Termicamente

31.  T6Tratado por solubilização e então envelhecido artificialmente
 T7Tratado por solubilização e então estabilizado.
 T8 Tratado por solubilização, trabalhado a frio e envelhecido
artificialmente
 T9 Tratado por solubilização envelhecido artificialmente e
encruado por trabalhado a frio.
 T10Envelhecido artificialmente (sem tratamento prévio) e
trabalhado a frio.
Simbologia
para Ligas Tratáveis Termicamente

32. Nos próximos slides segue uma listagem das propriedades características dos grupos das
ligas de Al: (para estudo individual)
Endurecida por deformação
 GRUPO DO ALUMÍNIO PURO (1XXX)
 GRUPO ALUMÍNIO - MANGANÊS (3XXX)
 GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (4XXX)
 GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XXX)
Endurecida por precipitação
 GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XXX)
 DURALUMÍNIO (2017)
 DURALUMÍNIO (2024)
 GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO- MAGNÉSIO (6XXX)
 GRUPO ALUMÍNIO - ZINCO- (MAGNÉSIO) (7XXX)
 GRUPO ALUMÍNIO – Outros Elementos (8XXX)- Ligas de AlLi
Bem como o gráfico sobre a evolução das ligas endurecidas por precipitação dos
grupos (ou classes) 2XXX e 7XXX informação sobre ALCLADS e as características das
ligas de Fundição. Além disso, está apresentado o efeito de outros elementos de liga,
tanto para ligas trabalhadas quanto fundidas.

33. GRUPO DO ALUMÍNIO PURO (1XXX)
 Alta conformabilidade
 Dúctil
 Resistência Mecânica relativamente baixa
 Alta condutividade elétrica
 Bom acabamento superficial
 Alta soldabilidade
Ligas Encruáveis

34. GRUPO ALUMÍNIO-MANGANÊS (3XXX)
 Apresenta melhores propriedades mecânicas que o Al
puro
 A ductilidade é ligeiramente diminuída pelo Mn
 Alta resistência à corrosão
Ligas Encruáveis

35. GRUPO ALUMÍNIO- SILÍCIO (4XXX)
 Apresenta baixo ponto de fusão
 Alta fluidez
 Tonalidade cinza comercial quando anodizada
Ligas Encruáveis

36. GRUPO ALUMÍNIO-MAGNÉSIO (5XXX)
Apresenta a mais favorável combinação de:
 Resistência mecânica
 Resistência à corrosão
 Ductilidade
Ligas Encruáveis

37. GRUPO ALUMÍNIO- COBRE (2XXX)
 Com quantidades de Mg, Mn ou Si
 Apresentam alta resistência mecânica
 Baixa resistência à corrosão
 Baixa conformabilidade, exceto no estado recozido
 Soldagem por resistência (baixa soldabilidade)
Ligas Tratáveis Termicamente

38. GRUPO ALUMÍNIO- COBRE (2XXX)
DURALUMÍNIO (2017)
 Com 4% de Cu, 0,5% de Mg e 0,7% de Mn
 Aplicações na indústria aeronáutica
 Resistência à tração no estado recozido= 177 MPa
 Resistência à tração depois de envelhecida= 422 MPa
 Alongamento= 28 %
DURALUMÍNIO (2024)- 4,4% Cu e 1,5% Mg
 Aplicações na indústria aeronáutica (substituiu a 2017)
 Resistência à tração no estado recozido= 187 MPa
 Resistência à tração depois de envelhecida= 480 MPa
 Alongamento= 35 %
Ligas Tratáveis Termicamente

39. GRUPO ALUMÍNIO- SILÍCIO- MAGNÉSIO (6XXX)
 Alta conformabilidade
 Alta combinação de resistência mecânica e a corrosão
 Alta estampabilidade
 Bom acabamento
 Aplicações no setor aeronáutica, entre outros
Ligas Tratáveis Termicamente

40. GRUPO ALUMÍNIO- ZINCO- (MAGNÉSIO) (7XXX)
 Com ou sem Cu
 São as mais tenazes de todas as ligas de Al
 Relação resistência /peso (σm/ρ) superior a de muitos
aços de alta resistência
 Baixa conformabilidade
Ligas Tratáveis Termicamente

41. LIGAS DE Al-Li (8XXX)
 Atrativo para indústria aeroespacial
 Propriedades comparadas às ligas 2XXX e 7XXX, porém
com:
 Redução de 6-10% da densidade
 15-20% mais rígido
 Boa resistência à fadiga e à propagação de trincas
Ligas Tratáveis Termicamente

42. ALCLADS
 Foi desenvolvida para melhorar a resistência à
corrosão dos duralumínios
 São chapas de duralumínio revestidas em ambas as
faces com alumínio puro
 Promovem uma diminuição de cerca de 10% da
resistência à tração
 O revestimento compreende cerca de 10% da seção
transversal

43. Evolução das Ligas de Alumínio na Indústria
Aeronáutica

44. Ligas de Fundição
GRUPO ALUMÍNIO - COBRE (2XX.X)
 O Cu é o principal constituinte endurecedor
 Aumenta a resistência à tração
 Até 5,65% de Cu é tratável termicamente
 O Cu diminui a contração
 O Cu melhora a usinabilidade
 Essas ligas tem baixa resistência à corrosão
 A introdução de Si facilita a fundição.

45. Ligas de Fundição
GRUPO ALUMÍNIO - SILÍCIO (3XX.X e 4XX.X)
 A introdução de Si facilita a fundição. São largamente
utilizadas
 O Si aumenta a fluidez, reduz a contração e melhora a
soldabilidade
 A altos teores o Si dificulta a usinagem
As ligas:
 Apresentam excelente resistência à corrosão
 Apresentam boa resistência à tração
 Apresentam excelente ductilidade

46. Ligas de Fundição
GRUPO ALUMÍNIO - MAGNÉSIO (5XX.X)
 Boas propriedades mecânicas
 Apresentam a maior resistência à tração de todas as
ligas fundidas
 Alta Usinabilidade
 Boa resistência à corrosão
 Baixa soldabilidade
o Tem alta tendência a se oxidar durante a fusão

47. Ligas de Fundição
GRUPO ALUMÍNIO - ESTANHO (8XX.X)
 Usada na fabricação de buchas e mancais
 Apresenta grande resistência à fadiga e à
corrosão

48. Outros Elementos de Liga
TITÂNIO (0,05-0,2%)
 Atua como refinador de grão
 Aumenta a resistência à tração e a ductilidade
 Diminui a condutividade térmica

49. Outros Elementos de Liga
BORO (ATÉ 0,1%)
 Torna mais duradouro o efeito do titânio em
refusões
 Atua como refinador de grão
 Aumenta a resistência à tração e a ductilidade
 Diminui a condutividade térmica

50. Outros Elementos de Liga
FERRO ( 0,15-1,2%)
 Atua como refinador de grão (exceto nas ligas
de Silício)
 Reduz a contração
 Diminui a adesão à matriz em fundição sob
pressão

51. Outros Elementos de Liga
MANGANÊS
 Atua como refinador de grão
 Nas ligas de Al-Cu e Al-Si melhora a
resistência à tração à altas temperaturas
 Na presença de ferro pode ter efeito
contrário
 Reduz a contração

52. Outros Elementos de Liga
CROMO
 Atua como refinador de grão
 Usado junto com Titânio
 Melhora a resistência em temperaturas
elevadas
 Nas ligas de Al-Zn-Mg reduz a corrosão sob
tensão

53. Outros Elementos de Liga
NÍQUEL (0,5-3%)
 Melhora a estabilidade dimensional
 Melhora a resistência em temperaturas
elevadas
 5% de Ni produz alta contração

54. Outros Elementos de Liga
ZINCO (0,5-3%)
 Em combinação com o Mg produz alta
resistência ao impacto, alta resistência à tração
e excelente ductilidade
 Pequenos teores de Zn nas ligas Al-Cu melhora
a usinabilidade
 A altos teores produz alta contração e
fragilidade a quente

55. AA UNS Composição Condição Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características
1100 A C-D A A91100 0.12Cu Recozido(O) 90 35 35-45 Alimentos, produtos químicos,
permutadores de calor, reflectores
de luz
3003 A C-D A A93003 0.12Cu,
1.2Mn,0.1Zn
Recozido(O) 110 40 30-40 Utensílios culinários, reservatórios
de pressão e tubagens, latas de
bebidas
5052 A C-D A A95052 2.5Mg, 0.25Cr Def. Frio (H32) 230 195 12-18 Tubagens de óleo e combustível
em aeronaves, tanques de
combustível, rebites, arame
2024 C B-C B-C A92024 4,4Cu, 1.5Mg,
0.6Mn
Tratado
termic. (T4)
470 325 20 Estruturas aeronauticas, rebites,
jantes de camião, parafusos
6061 B C-D A A96061 1.0Mg, 0.6Si,
0.3Cu
Tratado
termic. (T4)
240 145 22-25 Camiões, canoas, automóveis,
mobiliário, tubagens
7075 C B-D D A97075 5.6Zn,2.5Mg,
1.6Cu,0.23Cr
Tratado
termic. (T6)
570 505 11 Estruturas aeronauticas e outras
de elevado carregamento
295.0 A02950 4.5Cu, 1.1Si Tratado
termic. (T4)
221 110 8,5 Volantes, jantes de camiões e
aviões, carters
356.0 A03560 7.0Si, 0.3Mg Tratado
termic. (T6)
228 164 3,5 Caixas de transmissão, blocos de
motor
2090 --- 2.7Cu,0.25Mg
2.25Li,0.12Zr
Trat. termic. e
def. frio (T83)
455 455 5 Estruturas aeronauticas e de
tanques criogénicos
8090 --- 1.3Cu,0.95Mg
2.0Li,0.1Zr
Trat. termic. e
def. frio (T651)
465 360 --- Estruturas aeronauticas e outras
de elevado carregamento
Propriedades mecânicas
LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - NÃO TRATÁVEIS
LIGAS DE TRABALHO MECÂNICO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE
LIGAS DE LÍTIO
LIGAS DE FUNDIÇÃO - TRATÁVEIS TERMICAMENTE
Resist.
corrosão
Maquin.
Soldabil.
Propriedades mecânicas e aplicações das principais Ligas de AL

56. BIBLIOGRAFIA
Charlie R. Brooks “Heat Treatment, Structure and
Properties of Nonferrous Alloys” .