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O ALUMÍNIO

O alumínio, de símbolo químico Al, é um elemento químico metálico trivalente, leve, sólido cristalino, de cor branca-prateada e sem odor característico. Este metal é incluído no conjunto dos metais representativos, com número atómico igual a 13 (grupo do boro) e uma massa atómica relativa de 26,98 1.

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. O alumínio por ser um elemento com alto potencial oxidante, não é encontrado in natura, ou seja, puro na natureza. A principal fonte de alumínio é a bauxita, a obtenção do alumínio a partir da bauxita efetua-se em três etapas: Mineração, refinaria e redução. O processo ordinário de obtenção do alumínio ocorre em duas fases: a obtenção da alumina pelo processo Bayer e, posteriormente, a eletrólise do óxido obtidendo o alumínio.

O alumínio, por suas excelentes propriedades físico-químicas, entre as quais se destacam o baixo peso específico, a resistência à corrosão, a alta condutibilidade térmica e elétrica, a boa reflectividade, a grande resistência à corrosão, a maleabilidade e a ductilidade e a infinita reciclagem, apresenta uma ampla variedade de utilização, que o torna o metal não ferroso mais consumido no mundo.

As propriedades físicas desempenham um importante papel na escolha do material durante o estágio de desenvolvimento de produtos. O fato da densidade do alumínio ser

algo em torno de 1/3 da densidade do aço e do cobre o tornou um dos metais leves mais utilizados nos projetos dos setores de transportes automotivos. Sua baixa densidade

combinada com sua boa condutividade térmica, é também explorada na produção de trocadores de calor na indústria automotiva.

O alumínio tem papel fundamental no progresso sócio-econômico e tecnológico da sociedade atual, gerando investimentos e melhoria dos padrões de vida da população. Sua utilização engloba diversos setores da economia como bens de uso, embalagens, construção civil, setores aeronáutico e aeroespacial, entre outros. A Engenharia de Materiais é responsável pelo desenvolvimento e aperfeiçoamento de ligas e de técnicas de processamento, otimizando o uso desse metal na indústria e explorando todo seu potencial.

O AÇO PODE SER SUBSTITUÍDO PELO ALUMÍNIO?

Sim, em face de diversos fatores, os quais serão citados a seguir, com foco na indústria automobilística.

A expansão do interesse dos fabricantes de veículos pela utilização de ligas de alumínio na construção de certas peças da carroceria, tais como painéis não estruturais, em virtude, principalmente, da leveza do metal. Em média, é possível atingir reduções de peso da ordem de 40% a 60%, comparado com componentes similares de aço – um capô de alumínio também oferece um excelente desempenho em termos de resistência à corrosão e durabilidade.

Projetar e construir uma carroceria com painéis de alumínio envolve métodos e tecnologias específicas. Porém, uma das principais vantagens de se estampar uma chapa de alumínio – componente básico da fabricação dos painéis da carroceria – está na possibilidade de explorar amplamente as plantas tradicionais já usadas na fabricação de carrocerias de aço, sem a necessidade de modificar intensamente os processos de produção, o que seria economicamente impraticável.

Os principais pré-requisitos que várias partes do corpo da carroceria têm que satisfazer são: resistência a endentação, rigidez local e, acima de tudo, rigidez torsional e flexional. Além do mais, dependendo da integração entre a carroceria e o space-frame, os painéis terão uma função estrutural mais ou menos acentuada, necessitando de um comportamento mais ou menos exigente sob fadiga e em relação à capacidade de absorver e transferir energia de impacto em caso de acidentes.

Do ponto de vista do projeto de produção, um painel de aço pode simplesmente ser substituído por um de alumínio, apenas aumentando-se um pouco a espessura da peça. Por outro lado, essa solução não é muito eficiente quando se deseja alcançar elevadas reduções de elasticidade do aço e o do alumínio, para que seja possível atingir uma rigidez equivalente, a redução de peso de 40% a 50%. Porém, quando o projeto e o processo de fabricação são concebidos especificamente para o uso do alumínio, o potencial de redução de peso passa para 65% (uma diferença significativa, em relação aos 40% e 50% obtidos pela simples substituição de um metal por outro mais leve).

Uma solução alternativa é focar no desenho da peça e, acima de tudo, em elementos internos de reforço. Aliás, é possível aumentar a rigidez dos painéis reduzindo a distância entre os elementos de suporte (ribs), na parte interna do painel. Para obter a mesma rigidez do aço, basta reduzir o espaço entre os apoios, sem a necessidade de variar a geometria da superfície externa da peça. Esse conceito pode ser ampliado, projetando-se reforços internos, como uma membrana com muitos pontos de contato com o painel externo (multicone design). Isso torna possível reduzir todas as espessuras e profundidades da seção transversal de um painel, com 25% de redução de peso e com o mesmo desempenho, em comparação com carrocerias convencionais de alumínio.

Também é possível intervir na seção dos reforços pelo aumento de seus momentos de inércia. Geralmente, essa prática é mais eficiente que a de simplesmente aumentar a espessura. Comparado com o aço, e considerando-se todas as outras condições iguais, os momentos de inércia devem ser aumentados por um fator de 3. Alternativamente, as larguras dos reforços podem ser aumentadas em 50%, com uma redução de peso de, aproximadamente, 50% a 60%, com a mesma rigidez.

No entanto, para as partes em que não há nenhum elemento de reforço, como os pára-lamas, a espessura da chapa de alumínio deve mesmo ser aumentada.

As ligas de alumínio mais comumente usadas para produzir carrocerias incluem: a liga 5182, com excelente soldabilidade e resistência à corrosão, e a liga 6111, cuja resistência também pode ser aumentada durante o processo de secagem da pintura do veículo.

Das novas tecnologias para construir carrocerias de alumínio, a conformação super plástica ( super plastic forming – SPF) é particularmente interessante por explorar condições particulares