Ligas De Alumínio

Ligas de Alumínio

António José Ferreira dos Santos1

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre (figura 1). O Alumínio é produzido a partir de Bauxite (figura 2), sendo composta por hidróxidos de alumínio e por várias impurezas (óxidos de sílica, ferro e titânio). [1, 2, 3, 4, 5]

A produção do alumínio pode ser dividido em dois tipos: produção primária e produção secundária de alumínio. [1, 2, 3]

A produção primária de alumínio é realizada através de dois processos: processo Bayer e processo de Hall‑Heroult. [1, 2, 3]

O processo Bayer (figura 3) consiste na digestão da bauxite, com a sua trituração e mistura com hidróxido de sódio (soda cáustica), dissolvendo-se desta forma os óxidos de alumínio, dando origem ao aluminato de sódio. Nesta digestão forma-se um resíduo chamado de “lama vermelha“ que é removida através de filtração. O aluminato de sódio é depois precipitado e aquecido dando origem à alumina (pó com a aparência de açúcar). A solução de hidróxido de sódio é depois reutilizada numa nova digestão. [1, 2, 3, 4, 5]

O processo de Hall-Heroult consiste na transformação da alumina em alumínio num electrólito com um banho de criolite e fluoretos de alumínio e ânodos de carbono (figura 4). De uma forma simples, a passagem de corrente eléctrica faz com o oxigénio presente na alumina se ligue com o carbono formando dióxido de carbono e alumínio líquido, sendo este depositados em diversas formas (geralmente lingotes). [1, 2, 3, 4, 5]

Na produção primária de Alumínio são necessárias 4 toneladas de bauxite para produzir 1 tonelada de alumínio. [1, 2, 3, 4]

A produção secundária de alumínio consiste na reciclagem da sucata de alumínío de acordo com a sua qualidade e ligas de forma a diminuir os custos da produção primária. [1, 2, 3, 4]

O alumínio é um metal que apresenta as seguintes propriedades:

Leveza – o alumínio é um metal bastante leve com uma densidade de 2,68 g/cm3;

Baixo ponto de fusão – tem um ponto de fusão de 660ºC (tecnicamente puro), sendo consideravelmente mais baixo que o ponto de fusão do aço;

Resistência à corrusão – devido ao seu elevado poder redutor, em contacto com o ar, oxida, formando uma camada protectora de alumina que o protege da corrosão;

Alta condutibilidade eléctrica – metal com grande capacidade de conduzir energia eléctrica, que aliado ao seu baixo peso o torna praticamente tão bom como o cobre;

Alta condutibilidade térmica – é um importante meio de transferência, sendo utilizado tanto no aquecimento como no arrefecimento;

Alta reflectividade – é um excelente reflector de energia radiante;

Anti-magnético – é um metal não magnético, tornando-se óptimo para ser utilizado em equipamentos electrónicos;

Não produz ignição – é um metal que não produz faíscas sendo deste modo importante quando em contacto com substâncias inflamáveis ou explosivas;

Óptimas características de barreira – é um metal impermeável à luz, oxigénio e humidade;

Características nucleares – possui uma baixa absorção de neutrões, tornando-se óptimo para ser utilizado na energia nuclear;

Atoxicidade – não é tóxico, não possuindo efeitos nocivos para o organismo;

Reciclável – é um metal infinitamente reciclável, tornando-se muito importante tanto para a economia como para o ambiente;

Pouco duro – apesar de ser um metal pouco duro, a sua dureza pode ser alterada de acordo com a sua aplicação modificando a sua composição (formando ligas);

Bastante dúctil – metal que pode ser deformado e conformado com bastante facilidade. [1, 2, 3, 4, 5]

Apesar das suas propriedades, as aplicações industriais para o alumínio puro são restritas. Deste modo, criam-se ligas de alumínio, que têm como objectivo de aumentar a resistência mecânica do alumínio sem perda das restantes propriedades. [4, 5].

Um dos aspectos que tornam as ligas de alumínio bastante utilizadas como materiais de construção mecânica, é o facto de poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia – elementos de liga – e a partir dessa combinação se conseguir obter características ajustadas (aumento da resistência mecânica, tensão de cedência e dureza) de acordo com a aplicação do final. Assim, o alumínio forma ligas com o cobre, silício, magnésio, manganês, zinco, níquel e cobre. [4, 5]

Uma só liga não consegue combinar todas as propriedades necessárias para cada aplicação, tornando-se necessário conhecer as vantagens e desvantagen para cada liga. [5]

As ligas de alumínio podem ser divididas em duas grandes classes: as ligas para conformação plástica (wrougt aluminium alloys); as ligas para fundição (cast aluminium alloys). Estas classes podem ser identificadas a partir do diagrama de fases genérico (figura 5) para as ligas de alumínio. As ligas que se formam à direita do ponto B são ligas para conformação plástica, as que se formam à direita são ligas destinadas à fundição. [4, 5]

As ligas de alumínio para conformação plástica são classificadas, de acordo com a IADS – International Alloy Designation System – por quatro algarismos, tipo XXXX. O primeiro algarismo é alterado conforme o elemento de liga principal (tabela 1). O segundo algarismo relaciona-se com modificações que as ligas sofreram, tendo a original o algarismo 0 e as que sofrem modificações numeradas de 1 a 9. Os últimos dois algarismos estão relacionados com a pureza da liga. Utiliza-se ainda o prefixo X quando a liga está num estado experimental. [1, 2, 3, 5]

As ligas de alumínio para fundição possuem, outro sistema de classificação, sendo as ligas mais usadas as ligas: Alumínio Silício, Alumínio Cobre Silício, Alumínio Magnésio Silício, Alumínio Zinco Magnésio e Alumínio Estanho. [ 2, 3, 5]

As ligas de alumínio para conformação plástica podem ser divididas em dois grandes grupos:

As ligas tratáveis termicamente: ligas das séries 2XXX, 6XXX e 7XXX;

As ligas não tratáveis termicamente: ligas das séries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX. [1, 5]

Dependendo do tratamento que a ligas são sujeitas,