Ligas de alumínio explicadas:um guia para classes, propriedades e aplicações

As ligas de alumínio estão entre os materiais mais versáteis e eficazes para projetar produtos para uso em diversas indústrias. Este material possui excelente resistência, excelente resistência à corrosão, tratabilidade térmica, boa soldabilidade e conformabilidade. Consequentemente, muitos fabricantes têm recorrido ao uso de diferentes tipos de ligas de alumínio em diversas aplicações.

O alumínio está disponível em diferentes graus, cada um com diferentes elementos e propriedades de liga. Portanto, você deve conhecer as diferenças entre esses tipos de liga de alumínio para escolher o mais adequado para o seu projeto. Este guia explora os tipos de liga de alumínio, suas características, benefícios e aplicações.

O que é liga de alumínio?

Uma liga de alumínio é uma combinação única de diferentes elementos metálicos com maior resistência e durabilidade. O alumínio é tradicionalmente leve e possui excelente resistência à corrosão. Essas ligas são formadas pela combinação do alumínio em sua forma líquida/fundida com outros elementos, que posteriormente esfria e solidifica, formando um material sólido homogêneo. Os demais elementos combinados com o alumínio para formar essas ligas podem ocupar até 15% da massa total.

Exemplos desses elementos adicionados incluem Zinco, Ferro, Magnésio, Cobre e Silício. Mais importante ainda, a adição desses elementos ao alumínio oferece à liga maior condutividade elétrica, resistência à corrosão, trabalhabilidade e resistência, do que os elementos metálicos puros.

Propriedades do Alumínio

O alumínio tem muitas propriedades excelentes, tornando-o famoso e comumente usado na maioria das aplicações. Aqui estão alguns deles:

Resistência à corrosão

O alumínio produz uma fina camada natural de óxido que protege o metal de reagir com o meio ambiente. Portanto, é adequado para diversas aplicações onde possa estar exposto a agentes corrosivos como veículos. No entanto, você deve observar que as ligas de alumínio têm propriedades de resistência à corrosão mais altas do que o alumínio puro.

Leve

O peso padrão do alumínio é precisamente 2,7 g/cm³, aproximadamente um terço do peso do aço. Sua propriedade leve ajuda a reduzir significativamente seus custos de fabricação. Normalmente, as indústrias automobilísticas utilizam alumínio em automóveis para reduzir peso e aumentar a capacidade de carga. Além disso, você pode ajustar a composição dos tipos de liga de alumínio para modificar o peso dependendo da aplicação.

Condutividade Elétrica e Térmica

O alumínio é um ótimo condutor de eletricidade e calor devido ao seu peso. Seu nível de condutividade elétrica e térmica é o dobro do cobre. Como resultado, é comumente usado para fazer linhas de transmissão de energia. Além disso, funciona como um excelente dissipador/difusor de calor, tornando-o a escolha ideal para aparelhos que requerem dissipação de calor rápida e ágil.

Aplicações de ligas de alumínio

Aqui estão algumas das aplicações mais comuns de ligas de alumínio.

Indústria Aeroespacial

A indústria aeronáutica geralmente exige ligas de alumínio leves e fortes. Essas ligas devem oferecer uma excelente relação resistência/peso, ao mesmo tempo que se ajustam perfeitamente à faixa de orçamento. Da mesma forma, o uso de tipos de alumínio em aeronaves ajuda a evitar danos prematuros à aeronave devido à exposição a condições ambientais desfavoráveis.

Setor de Saúde

Os produtos de alumínio ajudaram a indústria da saúde a manter sua alta limpeza e biocompatibilidade. Diversos instrumentos médicos, como cirúrgicos e ortopédicos, são feitos com diversos tipos de alumínio. Da mesma forma, os fabricantes fabricam outros equipamentos de uso geral, como bandejas e recipientes com alumínio.

Indústria Automobilística

Os fabricantes de veículos usam tipos de alumínio para tornar os veículos ideais leves, ecologicamente corretos e duráveis. Os fabricantes usam diferentes peças fundidas feitas de alumínio nos carros para torná-los ágeis e robustos devido ao alto nível de durabilidade e às propriedades de leveza das ligas de alumínio.

Engenharia Elétrica e Eletrônica

Os produtores de eletrônicos de consumo utilizam continuamente diferentes tipos de ligas de alumínio na fabricação de produtos devido à sua alta condutividade térmica. Os fabricantes usam a excelente condutividade térmica do alumínio na fabricação de componentes como componentes de resfriamento para processadores gráficos e dissipadores de calor.

Como identificar os graus de liga de alumínio?

Geralmente, você pode identificar uma liga de alumínio usando um modelo de identificação de 4 dígitos. Cada dígito na tabela de classes de alumínio representa um aspecto diferente do metal ligado e é comumente escrito antes do elemento metálico puro para maior clareza. Por exemplo, 5052 Alumínio.

Os dígitos representam entidades separadas, como liga de aço, liga de titânio ou outras ligas. Aqui está uma análise do principal elemento de liga que cada primeiro dígito representa:

• “1” significa ausência de elementos de liga e que é alumínio puro
• “2” representa Cobre
• “5” representa magnésio
• “6” representa Magnésio e Silício
• “7” representa Zinco
• “8” é reservado para todos os outros agentes de liga

Você deve observar que esses números podem identificar toda a lista de ligas de alumínio. Por exemplo, dado que “2” denota Cobre, todas as ligas de alumínio e cobre serão referidas como “série 2xxx”.

Além disso, o segundo dígito significa quaisquer condições de liga únicas e se a liga foi alterada do seu estado original. No entanto, o dígito permanece “0” se não existirem modificações especiais. Quanto ao terceiro e quarto dígitos, eles são normalmente usados ​​para serializar e distinguir ligas individuais.

Uma série 1xxx (um alumínio puro consistindo precisamente de 99% de alumínio), enquanto os dois últimos dígitos indicam a porcentagem mínima de alumínio acima de 99%. Por exemplo, o alumínio 1060 contém pelo menos 99,60% de alumínio puro.

Sete ligas de base diferentes estão disponíveis para uso industrial entre as faixas de 1xxx a 7xxx. Cada um com uma combinação única de dígitos e proporções e pares variados. Aqui está a lista padrão de ligas de alumínio para uso industrial:

Série 1xxx

Esta classe de liga é conhecida como série de alumínio puro porque compreende 99% ou mais de alumínio puro. Estas ligas oferecem precisamente uma resistência à tração máxima de 10 a 27 ksi. Geralmente são soldáveis, mas não tratáveis ​​termicamente porque são vulneráveis ​​a altas temperaturas.

Essas ligas possuem excelente condutividade elétrica e térmica. Além disso, sua excelente resistência à corrosão o torna a escolha ideal para a fabricação de tanques e tubulações de produtos químicos.

Série 2xxx

O cobre é o principal elemento de liga da série 2xxx, com proporções significativas de magnésio, manganês, silício e outros elementos. O cobre, o principal elemento de liga do tipo de alumínio da série 2xxx, tem uma resistência à tração máxima de 27 a 62 ksi. Essas classes possuem alta usinabilidade e mantêm grande resistência em uma ampla margem de temperatura, tornando-as adequadas para a indústria aeroespacial.

Embora as ligas da série 2xxx sejam fortes e tenazes, elas apresentam baixa resistência à corrosão do que outros tipos de ligas de alumínio. Como resultado, você pode considerar revestir ou pintar essas ligas de alumínio para melhorar sua longevidade.

Série 3xxx

O tipo de alumínio da série 3xxx contém magnésio e manganês como principal elemento de liga. Ele confere ao alumínio uma excelente resistência mecânica, que mantém em uma ampla faixa de temperaturas do que o alumínio puro.

Esses tipos de alumínio geralmente não são tratáveis termicamente e possuem resistência à tração na faixa de 16 a 41 ksi. A liga 3004 é um excelente exemplo de liga adequada para embalar bens de consumo desta classe.

Série 4xxx

O tipo de alumínio da série 4xxx é a única categoria que compreende ligas de alumínio tratáveis termicamente e não tratáveis termicamente. Quando adicionado ao alumínio, o silício, como elemento primário de liga, reduz os pontos de fusão e melhora a fluidez das ligas da série 4xxx em sua forma fundida/líquida. Embora o silício não seja naturalmente tratável termicamente, algumas ligas de silício contêm cobre ou magnésio, fazendo com que respondam positivamente ao tratamento térmico.

Série 5xxx

A série 5xxx tem o magnésio como principal elemento de liga. Esses tipos de liga de alumínio são geralmente muito fortes, altamente resistentes à corrosão e aos álcalis, perfeitos para aplicações marítimas e podem ser facilmente soldados. Devido à sua alta conformabilidade, eles são fáceis de estampar, dobrar, enrolar, desenhar e girar em chapas metálicas.

O alumínio 5083 é um excelente exemplo de classe de alumínio da série 5xxx comumente usada para aplicações industriais devido à sua resistência à água do mar e a vários produtos químicos industriais.

Série 6xxx

As ligas 6xxx compreendem magnésio e silício, que formam siliceto de magnésio. Essas ligas de alumínio são altamente moldáveis, soldáveis ​​e compatíveis com tratamento térmico. A liga 6061 é a liga de alumínio mais comum da série 6xxx, com excelente resistência à corrosão e boa resistência. Como resultado, é comumente usado para criar estruturas de barcos e caminhões.

Ligas Fundidas vs. Ligas Forjadas:Quais são as diferenças?

Ligas fundidas e ligas forjadas são as principais categorias de ligas de alumínio. Existem várias diferenças consideráveis ​​entre ligas de alumínio fundido e forjado.

Elementos de liga metálica

As ligas forjadas possuem menos outros metais do que as ligas fundidas. Geralmente, as ligas forjadas contêm ≤4% de elementos de liga em comparação com>22% das ligas fundidas. Embora esta diferença pareça intangível, ela tem um efeito mais significativo nas características materiais destas ligas.

A ductilidade de uma liga de alumínio diminui quando outros elementos de liga são adicionados. Isso resulta na vulnerabilidade da maioria das ligas fundidas à fratura frágil. Por outro lado, você pode aumentar a resistência das ligas de alumínio forjado, sua resistência à corrosão e condutividade adicionando diferentes elementos de liga, mantendo sua flexibilidade e outras qualidades positivas.

Técnicas de Fabricação

No entanto, a diferença mais significativa entre estas duas categorias reside na técnica de fabricação a que estas ligas são submetidas antes de chegarem ao produto final. As ligas fundidas geralmente saem do molde em uma forma sólida precisa, conforme desejado.

Por outro lado, as ligas forjadas requerem diversas alterações enquanto estão na sua forma sólida. Como resultado, a diferença na sua fabricação muitas vezes afeta significativamente as possíveis formas e características físicas dos produtos finais.

Propriedades

As ligas de alumínio fundido têm pontos de fusão e resistência à tração mais baixos do que o alumínio forjado. O alumínio-silício é a liga de alumínio mais utilizada devido à sua alta concentração de silício, permitindo sua fácil fundição. O alumínio forjado tem maior aplicação e os fabricantes fabricam produtos por meio de extrusão ou laminação de alumínio.

Tipos comuns de liga de alumínio usados em usinagem

Esta seção discute os vários tipos de ligas de alumínio que você pode usar na usinagem de seus produtos.

Alumínio 6061

O alumínio 6061 tem silício e magnésio como elementos primários. É compatível com diversas aplicações devido à sua resistência, resistência à corrosão, soldabilidade e tratabilidade térmica. É adequado para a técnica de extrusão e a aplicação da têmpera T6 ajuda a torná-lo mais resistente e durável. Da mesma forma, apresenta bom desempenho com anodização para um melhor acabamento estético.

Alumínio 7075

A liga de alumínio 7075 é uma liga forte com excelente resistência, semelhante ao aço. Seus principais elementos de liga são cobre e zinco. É utilizado em aplicações que exigem excelente resistência, como naves espaciais, aeronaves, etc. Embora não seja soldável, é forte, moderadamente soldável e capaz de suportar tensões.

Alumínio 5052

O alumínio 5052 é uma liga confiável com excelente resistência à corrosão e resistência moderada. É altamente adequado para aplicações em água salgada devido à ausência de teor de cobre na liga. O equipamento marítimo é a peça mais comum feita de alumínio 5052. No entanto, o 5052 é do tipo de liga de alumínio 5xxx; portanto, não pode ser tratado termicamente.

Alumínio 6063

A liga de alumínio 6063 compreende magnésio e silício e é frequentemente chamada de alumínio arquitetônico devido à sua resistência moderada e alta ductilidade. É altamente compatível com moldagem. Além disso, o alumínio 6063 é altamente resistente à corrosão devido à sua composição de silicieto de magnésio.

Algumas peças comuns criadas com alumínio 6063 incluem produtos arquitetônicos, móveis, tubos, etc. O alumínio gravado a laser também é compatível com este tipo de alumínio.

Considerações para escolher o tipo certo de liga de alumínio

Escolher o tipo de alumínio adequado para o seu projeto é essencial para obter os melhores resultados. Aqui estão os principais fatores a serem considerados antes de selecionar uma liga de alumínio.

1. Classificação de usinabilidade

A classificação de usinabilidade de uma liga de alumínio permite saber o status de compatibilidade desse material com os processos de usinagem CNC de alumínio. Seria útil observar que 6061-T6, alumínio 2011 e alumínio 7075 são ligas adequadas com classificações de usinabilidade altas a moderadas. Portanto, você pode usar esses materiais para criar peças complexas com requisitos complexos.

2. Custos e disponibilidade de materiais

Ao escolher um material para o seu projeto, é fundamental considerar os custos do tipo de liga de alumínio. Mantenha um equilíbrio entre o seu orçamento e o custo do material com as propriedades ideais para o seu projeto. Ajuda a estabelecer uma base eficiente para o seu processo de produção.

Além disso, os preços do tipo de alumínio escolhido decidirão a disponibilidade da liga de alumínio. Um tipo de alumínio escasso retardará o processo de fabricação. Por exemplo, o alumínio 7075 oferece excelente usinabilidade, mas tem custos extremamente elevados. Por outro lado, o alumínio 6061 é muito mais barato e possui dureza e resistência à tração reduzidas, tornando-o facilmente usinável.

3. Tratamento Térmico

O tratamento térmico envolve o uso de temperaturas extremas de calor para tratar ligas de alumínio e aumentar sua resistência e durabilidade. Portanto, você deve descobrir quais séries de alumínio são tratáveis ​​termicamente e quais não são.

No entanto, seria útil observar que as séries de ligas de alumínio 2xxx, 6xxx e 7xxx são compatíveis com tratamento térmico. Você pode tratar termicamente peças feitas com essas ligas para aumentar a resistência dos produtos acabados.

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Conclusão

O alumínio é um material metálico comumente usado com propriedades versáteis dependendo da composição do elemento. Vários tipos de ligas de alumínio possuem propriedades variadas, tornando-as adequadas para diferentes aplicações. Assim, é fundamental compreender bem as diferenças dessas ligas de alumínio para escolher o material ideal para seus projetos.

Perguntas frequentes

As ligas de alumínio enferrujam?

Todos os materiais metálicos tendem a deteriorar-se em qualidade ao longo do tempo sem os devidos cuidados. Embora o alumínio não enferruje, existe uma grande possibilidade de corrosão - no entanto, a camada de óxido de alumínio em sua superfície ajuda a prevenir a corrosão do material.

Qual liga de alumínio tem melhor usinabilidade entre 6061 e 7075?

A liga de alumínio 6061 tem várias vantagens em relação ao alumínio 7075 quando se considera seu processo de fabricação. Isso ocorre porque o 6061 reduziu a dureza e a resistência à tração, tornando-o mais usinável que o 7075.