As ligas de alumínio fundíveis oferecem diversas propriedades mecânicas. Os tipos comuns incluem A356, A357 e A380. Tratamentos térmicos como o T6 aumentam a resistência. São usadas nos setores automotivo, aeroespacial e de engenharia em geral. As principais propriedades são a resistência à tração, o alongamento e a dureza. A seleção da liga depende das necessidades da aplicação.

Neste artigo, você obterá o conhecimento básico dos diferentes tipos de ligas de alumínio fundíveis.

Visão geral das ligas de alumínio fundido

Definição e importância

Há muitas ligas para fundição. Algumas delas são ligas de alumínio. O alumínio contém uma mistura de outros elementos (como magnésio ou silício). Isso produz suas diferentes ligas.

O alumínio derrete a temperaturas em torno de 660 °C. Essa forma derretida é então introduzida no molde para assumir a forma de um perfil.

Devido ao seu peso menor, com uma densidade de 2,7 g/cm³, essas ligas são três vezes mais leves que o aço. Esse é o motivo de sua adequação em muitas aplicações. Por exemplo, carros, aviões e máquinas.

Além disso, eles resistem bem à corrosão e podem ser fabricados em qualquer formato, embora sejam fortes.

Composição e propriedades de ligas de alumínio fundíveis

Composição da liga

A formação de ligas de alumínio fundíveis inclui a composição de muitos elementos. Por exemplo, o alumínio pode conter silício (5-12%), magnésio (0,2-10%), cobre (1-4%) ou zinco (1-3%).

O silício derrete a 577°C, o que faz com que ele preencha melhor os moldes. Enquanto isso, o magnésio ajuda a obter mais resistência, pois forma precipitados finos. O cobre desenvolve a dureza.

Por exemplo, há 8-10% de silício e 3-4% de cobre na liga A380. É por isso que eles oferecem alta fluidez, espalhando-se por espaços de molde tão estreitos quanto 0,1 mm.

Papel dos oligoelementos

Pequenas quantidades de elementos como ferro (<1%) evitam a aderência aos moldes, e o manganês (0,5%) melhora a resistência à corrosão.

A fundição de ligas de alumínio evita a aderência do molde simplesmente devido à contribuição de pequenas quantidades de elementos residuais como o ferro (<1%).

Da mesma forma, eles resistem bem à corrosão e têm tamanhos de grãos menores devido ao manganês (0,5%) e ao titânio (0,2%), respectivamente. Como resultado, isso também reduz as rachaduras.

Estrutura e composição microscópica

A imagem mencionada mostra o efeito da composição na estrutura do grão. Por exemplo, o grão grosso (50-100 µm de largura) ocorre na fase inicial da fundição.

Os elementos de silício (10-20 µm) adquirem alta resistência, bloqueando deslocamentos. Enquanto isso, a nucleação se forma em um ponto de limites de grão (GBs). Os núcleos crescem até o estado da matriz durante o resfriamento.

Propriedades mecânicas e físicas

Resistência e ductilidade:

As ligas fundíveis têm resistências à tração que variam entre 200 e 380 MPa. Por exemplo, a356 obtém 280 MPa e é esticável (10%) logo antes de quebrar.

Da mesma forma, o tratamento térmico (por exemplo, têmpera T6) induz o aumento da resistência 20% e da ductilidade 8% no A356. Isso é obtido por meio do aquecimento das ligas a 500°C, da têmpera com água e do envelhecimento a 150°C por 5 horas.

Resistência à corrosão

Quando uma liga contém magnésio (por exemplo, 520.0 com 10% Mg), ela recebe uma camada protetora de óxido. Isso significa que elas podem competir contra a corrosão por um período de 15 a 20 anos em ambientes marinhos.

Na LM6, a composição de alto teor de silício evita a corrosão por água salgada. Como resultado, eles continuam funcionando a uma pressão de 50 Mpa em produtos subaquáticos.

Condutividade térmica e elétrica

As ligas como a 319 têm 6% Si e 3% Cu. Portanto, elas conduzem o calor a 150 W/m-K. É isso que as torna a melhor opção entre os componentes do motor.

Além disso, eles têm baixa densidade, que é de cerca de 2,7 g/cm³. Isso melhora a eficiência do combustível (10%) devido ao seu menor peso, especialmente em carros.

Impacto do tratamento térmico

Os fabricantes realizam o tratamento térmico para reduzir os vazios e refinar os grãos. Por exemplo, a etapa de envelhecimento aumenta a dureza de 80 HB para 95 HB em ligas como a ADC12.

Além disso, o processo de recristalização (que ocorre na imagem) causa encolhimento de grãos de até 10-20 µm. Portanto, como resultado, a liga obtém maior resistência à fadiga (30%).

Classes comuns de ligas de alumínio

A380

Há 8-10% de silício, 3-4% de cobre e menos de 1% de ferro presentes na liga de alumínio fundido do A380. A partícula de silício tem um ponto de fusão mais baixo. Isso significa que elas fluem suavemente nos moldes, preenchendo cada espaço.

A dureza é melhor devido aos elementos de cobre, o que os torna ideais para peças de alta tensão. É por isso que essa liga com 320 MPa cria suportes de motor e carcaças eletrônicas.

Ela preenche as lacunas adequadamente e também causa menos defeitos. Além disso, essa liga esfria mais rapidamente, resultando em um tempo de produção reduzido de cerca de 15%.

A356

A liga A356 tem teor de silício e magnésio (7% e 0,3%, respectivamente). É por isso que ela oferece melhor fluidez e resistência.

Essa liga tem aproximadamente 280 MPa de resistência à tração e 12% de ductilidade. Portanto, elas podem se esticar tanto quanto a 12% antes de quebrar.

A liga a356 pode ser usada para fabricar rodas de aeronaves e automóveis, peças de suspensão, trem de pouso de aeronaves e estruturas de asas.

Ele também tem a propriedade exclusiva de resistir a temperaturas de 200°C por 500 horas. Mesmo nesse ponto, ele não racha facilmente.

Após o tratamento térmico, essa liga tem maior resistência (20%). Portanto, são ideais para uso em aplicações aeroespaciais.

6061

A liga 6061 é composta de 1% de magnésio, 0,6% de silício e 0,3% de cobre. Esses elementos, como o magnésio, aumentam sua capacidade de impedir a corrosão. Essa liga dura 20 anos em ambientes externos e não enferruja.

Leia também: Ligas de alumínio 6061 vs 6063

A resistência à tração (310 Mpa) da liga 6061 a torna útil em pontes, vigas e peças de chassi, como braços de suspensão e estruturas marítimas. Sua baixa densidade também ajuda a torná-la 60% mais leve que o aço.

ADC12

Contendo 10-20% de silício e 2-3% de cobre, a liga ADC12 é bastante popular. O silício nesse metal permite uma fundição suave, enquanto o cobre aumenta sua dureza.

O tratamento térmico traz mudanças na dureza, excedendo-a para 95 HB (Brinell). Essa liga é usada para fabricar peças como blocos de motores de automóveis, carcaças de smartphones e caixas de câmbio.

Ele também assume perfis de formas complexas em 30 segundos, economizando até 25% na produção.

LM25

A liga LM25 é feita com a adição de 0,3% de magnésio e 7% de silício. Além disso, sua resistência à tração atinge 260 MPa a 200 °C. Ela oferece boa capacidade de fundição para a fabricação de carcaças de bombas, estruturas marítimas e válvulas hidráulicas.

Suas paredes fundidas em areia são tão finas quanto 1 mm; é isso que seu recurso exclusivo faz. Portanto, o LM25 é ideal para a produção de projetos leves.

LM6

10-13% do teor de silício e menos de 0,1% de magnésio estão presentes na liga LM6. Devido à maior quantidade de silício, essa liga não sofre corrosão facilmente. Ela pode sobreviver a 50 MPa de pressão na água do mar.

Os fabricantes o utilizam para fundir hélices de barcos e acessórios para docas. Ao longo dos anos, eles funcionam em água salgada sem enferrujar. Isso também reduz os custos de manutenção em até 40%.

520.0

A liga de alumínio fundível de 520.0 tem 10% de magnésio e 0,1% de silício. Essa proposição de elementos aumenta sua resistência à tração (380 MPa) e também reduz seu peso em até 50%.

Você pode usá-los para fazer suportes aeroespaciais, carcaças de foguetes e equipamentos militares. Outra característica é a capacidade de suportar vibrações em torno de 500 Hz, sem apresentar rachaduras.

319

Essa liga tem 6% de silício e 3% de cobre. O silício melhora a fluidez, mas o cobre alcança melhor condutividade térmica (150 W/m-K).

Eles são fundidos para fabricar cabeçotes de cilindros e dissipadores de calor. Proporcionam precisão máxima em peças como ±0,02 mm e se encaixam perfeitamente nos motores.

413

A liga 413 inclui 12% de silício e 2% de ferro. É por isso que ela oferece estanqueidade à pressão de cerca de 50 MPa. As peças, como bombas e válvulas hidráulicas, são suas aplicações.

Além disso, essa liga veda vazamentos em fendas, que podem ser tão pequenas quanto 0,5 mm, economizando fluido.

535

Os fabricantes adicionam 7% de magnésio e 0,15% de silício na composição da liga 535. Sua resistência à corrosão está em conformidade com a exatidão em ambientes com pH 8-10, como a água do mar.

Eles são usados para produzir cascos de navios e plataformas offshore, juntamente com a soldagem a 300°C. Eles não racham sob essa temperatura e podem durar 25 anos em condições marinhas.

Processos de fundição para ligas de alumínio

Fundição sob pressão

O processo de fundição sob pressão inclui a fusão da liga de alumínio e sua injeção no molde sob alta pressão. Ele funde as peças em um tempo não superior a 10-30 segundos, e o resultado final atende a parâmetros rápidos e precisos.

Entre as outras ligas, a A380 e a ADC12 são as mais comumente usadas para fabricar suportes de motores de automóveis e maçanetas de portas de aviões.

Fundição em areia

O processo de fundição em areia utiliza moldes de areia. Seu tamanho de grão varia entre 0,10 e 0,5 mm. O processo é adequado e combina bem com a fabricação de peças como blocos de motor. É muito mais econômico (50%) do que a fundição sob pressão, mas não produz superfícies lisas.

Fundição por revestimento

Fundição por revestimento inclui padrões de cera com revestimentos de cerâmica. Eles produzem peças com elementos detalhados, como lâminas de turbina.

Além disso, ele efetivamente obtém tolerâncias mais rígidas de ±0,05 mm, mas leva muito tempo (48 horas por molde).

Desafios e soluções em fundição de alumínio

Defeitos de fundição

As ligas de alumínio fundíveis causam defeitos como porosidade e encolhimento, que enfraquecem as peças. É exatamente por isso que você precisa usar a fundição a vácuo para reduzir a porosidade em até 70%.

Para melhorar a rugosidade da superfície (até 12,5 µm), é importante escolher o shot peening com esferas de 0,5 mm a 80 psi.

Além disso, o pré-aquecimento dos moldes antes de injetar a liga fundida evita a aderência e preenche as áreas internas com melhor fluidez.

Seleção de ligas

A escolha da liga metálica errada pode arruinar todo o projeto. Por exemplo, o A380 é mais adequado para peças de veículos com paredes finas.

Enquanto isso, o LM6 cria um suporte de resistência que enfrenta a água do mar. O ADC12 preenche lacunas menores em no máximo 30 segundos, mas pode rachar se for superaquecido acima de 600°C.

Desafios do tratamento térmico

A zona quente dos fornos aquece as ligas. O uso da temperatura de 500 °C e a operação por 4 horas proporcionam características marcantes.

O tanque de resfriamento nesse processo ajuda a evitar rachaduras, pois resfria as peças a 10°C/min. A temperatura de resfriamento, no entanto, não deve ser ruim. Isso ocorre porque pode haver risco de fragilidade. Por exemplo, o resfriamento correto traz a resistência do 20% para a liga 6061.

Conclusão:

As ligas de alumínio fundido são muito importantes em muitos setores, como automotivo, aeroespacial, industrial e até mesmo de produtos de consumo. Elas são leves e, por isso, reduzem o consumo de combustível.

Além disso, sua capacidade de impedir a corrosão significa que podem durar mais de 25 anos. Esse também é o motivo pelo qual eles são mais exigentes em ambientes adversos.

Se houver desafios como encolhimento ou porosidade, você pode corrigi-los usando técnicas específicas. Portanto, crie produtos versáteis usando as ligas de alumínio de sua escolha.