Comparando a ductilidade do aço versus alumínio

Ao comparar o aço e o alumínio, o aço é apontado como o mais forte dos dois metais porque é 2,5 vezes mais denso que o alumínio e possui alta resistência à tração. O aço também oferece mais resistência à corrosão do que o alumínio. No entanto, o alumínio é mais dúctil que o aço, proporcionando uma excelente maleabilidade que beneficia especificamente indústrias como aeroespacial, elétrica e construção.

Abaixo, analisamos mais profundamente a ductilidade do aço versus o alumínio e discutimos por que a ductilidade é importante, especialmente quando se trata de aplicações estruturais.

O que é ductilidade?

A ductilidade refere-se à capacidade de um metal de resistir à deformação plástica sem fraturar sob tensão ou deformação.

Dois valores diferentes normalmente definem a resistência de um material:

1. Força final: A resistência máxima que um material pode suportar antes de falhar
2. Força de rendimento: A tensão máxima que um material pode suportar quando é deformado dentro de seu limite elástico

A ductilidade do material refere-se à zona entre o limite de escoamento e o limite de resistência à tração. Quanto maior a distância entre os dois pontos, mais dúctil é o material.

A importância da ductilidade

A ductilidade permite que as estruturas se dobrem até certo ponto sem se romperem. Esse recurso é muito útil para projetar estruturas resistentes a sísmica.

O objetivo dos códigos de construção convencionais é evitar o colapso em casos de riscos ambientais extremos, como terremotos. Para evitar o colapso súbito, a resposta estrutural de um edifício às ondas sísmicas deve ser alta, e também deve ser capaz de reduzir simultaneamente a amplitude da vibração. Adicionar ductilidade aos elementos estruturais atua como um sumidouro para as energias sísmicas produzidas durante os terremotos.

O uso de materiais dúcteis em aplicações estruturais tem os seguintes benefícios:

• Adiciona robustez às estruturas
• Distribuição uniforme de tensão e força em toda a estrutura
• Melhora a força dos membros, conexões e estruturas
• Mostra aviso de falha antes de recolher
• Permite que as estruturas sobrevivam ao carregamento de terremotos severos

A ductilidade do aço versus alumínio

Para entender melhor a ductilidade do aço versus alumínio, vamos primeiro examinar cada uma de suas estruturas.

O alumínio forma uma estrutura cristalina repetida, que também é conhecida como estrutura cúbica de face centrada (FCC). Uma das vantagens desta estrutura é que ela contém sistemas de deslizamento que se deformam facilmente quando a força é aplicada. Esta é a razão pela qual o alumínio é mais dúctil que o aço, que possui uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). Uma estrutura BCC não possui uma estrutura atômica compacta e também carece de sistemas de deslizamento predominantes como o FCC. No entanto, os materiais BCC podem ativar o deslizamento com energia térmica.

Ao considerar a ductilidade do aço, o aço é uma liga de ferro e carbono. No ferro, o arranjo dos átomos depende da temperatura, o que significa que a resistência do aço pode ser aumentada através de vários processos de tratamento térmico e têmpera. No entanto, com o aumento da resistência, o aço começa a perder sua ductilidade. Por exemplo, o aço martensita é o tipo de aço mais forte e mais duro disponível, mas também é o mais frágil. A adição de elementos extras de liga, juntamente com aquecimento e têmpera, podem aumentar a ductilidade do aço em grande medida. Por exemplo, a adição de uma quantidade muito pequena de carbono ao aço pode aumentar sua ductilidade em até 50% da de uma liga de alumínio.

Em comparação, o alumínio é um material relativamente macio com baixo ponto de fusão; assim, o alumínio puro é de natureza altamente dúctil. Devido à sua alta ductilidade, as ligas de alumínio lascam com mais facilidade do que o aço ou o cobre, permitindo que sejam formadas próximo ao final do projeto do produto. Como resultado, o alumínio é muito procurado, tanto para protótipos quanto para produção.

Os benefícios e desafios da usinagem de aço e alumínio

A ductilidade do aço em relação ao alumínio permite que eles desenvolvam formabilidade sem serem danificados. Os aços podem ser transformados em fios, vigas, barras e armações para atender aos requisitos específicos de qualquer construção. Da mesma forma, você pode usar a ductilidade do alumínio para criar placas de ferramentas, hastes, tubos, folhas, fios e muito mais. Como o alumínio conduz e dissipa o calor rapidamente, ele permanece estável com menos distorção durante a soldagem a arco, em comparação com o aço ou o cobre.

No entanto, todos esses benefícios vêm com desafios de usinagem dispendiosos. Ao usinar metais dúcteis, a ferramenta de corte cria tensão de compressão na peça de trabalho. A tensão se converte gradualmente em tensão de cisalhamento de diferentes magnitudes e se propaga em várias direções para o ângulo de corte. Quando esta tensão de cisalhamento excede a deformação do material, ocorre a formação de cavacos contínuos. O material incrustado adere à ponta da ferramenta e à peça de trabalho, resultando em um acabamento superficial ruim e exigindo que a ferramenta corte com uma força maior a cada passagem.

Para superar esse desafio, é importante usar ferramentas de ponta em baixa velocidade com alta força de atrito apoiada por uma alta taxa de avanço. A ausência das ferramentas e conhecimentos adequados pode levar a mais desperdício e ao consumo excessivo de matérias-primas, resultando em um baixo ROI.

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