Qual ​​é a temperatura de transição dúctil para frágil do alumínio 6061?

É importante entender as temperaturas de transição dúctil-frágil (DBTT) dos metais ao considerar quais materiais usar para aplicações que funcionam em ambientes criogênicos. Alguns metais que são mais dúcteis à temperatura ambiente podem tornar-se quebradiços a baixas temperaturas. Como resultado, eles desenvolvem fraturas e a estrutura pode falhar. Por exemplo, o DBTT do aço de baixo carbono usado na construção do Titanic pode ter contribuído para o naufrágio do navio em um ambiente de apenas -4 °F.

No entanto, o DBTT é aplicável a todos os metais, incluindo o alumínio 6061? Abaixo, mergulhamos mais fundo no DBTT e por que, na verdade, não há temperatura de transição dúctil para frágil do alumínio 6061.

Compreendendo a temperatura de transição dúctil-frágil

DBTT refere-se à temperatura do material na qual ele entra na fase frágil da fase dúctil. Neste ponto, o material não pode mais sustentar a força de carregamento sem desenvolver uma fratura.

Metais puros tendem a ter uma temperatura de transição definida, enquanto em ligas, essa temperatura de transição é definida de forma única – pode ocorrer em uma faixa finita.

Nesse sentido, o teste de impacto Charpy, também conhecido como teste Charpy V-notch, é realizado para determinar a tenacidade de um material. No entanto, surpreendentemente, o alumínio não possui um DBTT.

Temperatura de transição de dúctil para frágil de alumínio 6061

O alumínio tem uma estrutura cúbica de face centrada (FCC). Materiais cúbicos de face centrada não possuem transição dúctil-frágil; eles sempre tendem a permanecer em uma condição frágil.

Por quê? Para isso, precisamos entender o sistema de deslizamento do material. Os metais se deformam ao longo das direções mais compactas nos planos de deslizamento mais próximos, também conhecidos como sistemas de deslizamento. O deslocamento de um deslizamento acontece quando um átomo de canto salta para o centro do cubo.

Vamos dar uma olhada na célula unitária dos materiais BCC e FCC, conforme mostrado abaixo.

Alt-text:FCC vs. BCC estrutura de rede 

Link

Ambas as estruturas possuem o mesmo número de sistemas de deslizamento (12). No entanto, ao contrário do BCC, o FCC possui planos compactados pertencentes a cada sistema de deslizamento.

Em altas temperaturas, tanto as estruturas FCC quanto BCC apresentam deslocamentos móveis, o que significa que podem sofrer deformação plástica sem sofrer fratura. No entanto, em baixas temperaturas, você precisa de uma certa quantidade de energia térmica para ativar as discordâncias nas estruturas BCC, mas as discordâncias acontecem na FCC independente da temperatura ambiente. Como resultado, o FCC permanece dúctil mesmo em baixas temperaturas e não apresenta o fenômeno DBTT.

É por isso que você não consegue encontrar nenhum dado sobre a temperatura de transição dúctil para frágil do alumínio 6061.

Aplicações exclusivas de alumínio de baixa temperatura

Ao contrário de outros metais, o alumínio é mais dúctil e resistente a baixas temperaturas, graças à estrutura FCC do metal. Essa propriedade exclusiva é uma vantagem para instalações offshore no hemisfério norte, que atinge facilmente -40°F.

As ligas de alumínio das séries 5000 e 6000 são consideradas as mais adequadas para aplicações criogênicas devido à sua alta taxa de rendimento de entalhe, que é uma relação entre a resistência à tração do entalhe e a resistência à tração para um teste de controle de qualidade do material contra testes de fratura.

No entanto, é importante notar que nem todas as ligas de alumínio se comportam da mesma forma sob baixas temperaturas. Por exemplo, a resistência do 6061 aumenta à medida que a temperatura é reduzida, enquanto que, para o alumínio 5456, permanece quase constante.

Para maior clareza, o gráfico abaixo mostra a resistência à tração na força de 4K (ksi) para diferentes ligas de alumínio.

Algumas indústrias fazem uso de fluidos de baixa temperatura para alcançar as condições de trabalho desejadas. A este respeito, equipamentos e instalações feitos de alumínio podem oferecer resistência e ductilidade excepcionais, mesmo a -320,8 °F.

A tabela abaixo lista diferentes graus de alumínio usados ​​em uma ampla faixa de temperaturas criogênicas.

Temperatura	Ligas de alumínio adequadas
-45 °C	Quase todos, exceto 7075-T6 e 7178-T6
-100 °C	7079-T6
-196 °C	2024-T6, 7039-T6, 5456-H343
-253 °C	2024-T4, 6061-T6, 2219-T87, 5052-H38, 5083-H38

Embora a ausência de uma temperatura de transição dúctil para frágil do alumínio 6061 seja benéfica para as indústrias que trabalham com aplicações criogênicas, sua natureza suave é um desafio para os operadores de máquinas. O baixo ponto de fusão da liga pode resultar em formação de goma ao redor da aresta da ferramenta.

Compre alumínio de alta qualidade de um fornecedor respeitável

A Industrial Metal Services fornece várias ligas de alumínio para a área da baía de São Francisco e além por mais de duas décadas. Podemos fornecer placas, barras e redondas de alumínio 6061, bem como outras ligas de alumínio, incluindo MIC-6, ALCA 5, ATP-5 e K100-S. Nosso estoque também armazena outros metais populares, como ferro, cobre, aço e titânio, com materiais novos de origem da usina e remanescentes verificados disponíveis para compra. Para evitar a usinagem de metais desafiadores como o alumínio, também temos uma infraestrutura de serragem de metal de última geração que pode cortar até chapas de alumínio de 12 polegadas de espessura com facilidade.