DBTT do Alumínio 6061: Temperatura Crítica para Aplicações Criogênicas

É importante entender as temperaturas de transição dúctil-quebradiça (DBTT) dos metais ao considerar quais materiais usar para aplicações funcionando sob ambientes criogênicos. Alguns metais que são mais dúcteis à temperatura ambiente podem se tornar quebradiços em baixas temperaturas. Como resultado, 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 alumínio 6061? Abaixo, mergulhamos mais fundo no DBTT e por que na verdade não existe temperatura de transição dúctil-quebradiça do alumínio 6061.

Entendendo a Temperatura de Transição Dúctil-Quebradiça

DBTT refere-se à temperatura do material na qual ele entra na fase quebradiça a partir da fase dúctil. Neste ponto, o material não pode mais sustentar a força de carga 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 acontecer em uma faixa finita.

Nesse sentido, o Teste de Impacto Charpy, também conhecido como teste Charpy V-notch, é conduzido para determinar a tenacidade de um material. No entanto, surpreendentemente, o alumínio não tem DBTT.

Temperatura de Transição Dúctil-Quebradiça do Alumínio 6061

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

Por quê? Para isso, precisamos entender o sistema de escorregamento do material. Metais se deformam ao longo das direções mais compactadas nos planos de escorregamento mais compactados, também conhecidos como sistemas de escorregamento. A dislocação de um escorregamento acontece quando um átomo de canto salta para o centro do cubo.

Vamos dar uma olhada na célula unitária de materiais BCC e FCC, como mostrado abaixo.

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

Em altas temperaturas, ambas as estruturas FCC e BCC têm dislocações móveis, significando que podem passar por deformação plástica sem sofrer fratura. No entanto, em baixas temperaturas, você precisa de uma certa quantidade de energia térmica para ativar dislocações em estruturas BCC, mas dislocações acontecem em FCC independentemente da temperatura circundante. Como resultado, o FCC permanece dúctil mesmo em baixas temperaturas e não exibe fenômeno DBTT.

É por isso que você não pode encontrar nenhum dado sobre a temperatura de transição dúctil-quebradiça do alumínio 6061.

Aplicações Únicas de Alumínio em Baixas Temperaturas

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

Ligas de alumínio das séries 5000 e 6000 são consideradas as mais adequadas para aplicações criogênicas devido à sua alta razão notch-yield, que é uma razão entre resistência à tração com entalhe e resistência ao escoamento à tração para um teste de controle de qualidade de material contra teste de fratura.

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

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

Algumas indústrias fazem uso de fluidos de baixa temperatura para alcançar 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 gama de temperaturas criogênicas.

Embora a ausência de uma temperatura de transição dúctil-quebradiça do alumínio 6061 seja benéfica para indústrias trabalhando com aplicações criogênicas, sua natureza macia é um desafio para operadores de máquinas. O baixo ponto de fusão da liga pode resultar em acúmulo gomoso ao redor da aresta da ferramenta.

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