Propriedades das peças fundidas em liga de alumínio

Porque ambos ligas de alumínio para fundição e seus equivalentes forjados obtêm as qualidades desejadas por meio de elementos de liga e tratamento térmico, eles são quimicamente muito semelhantes. Uma característica que distingue as duas é a ausência de endurecimento por trabalho durante o processo de desenvolvimento da propriedade de fundição. Devido a essa disparidade, certos elementos de liga usados em ligas de fundição e ligas forjadas têm funções diferentes.

A capacidade de fundição de um liga de fundição de alumínio é o principal critério para diferenciá-la de uma liga forjada. As ligas fundidas apresentam dificuldades distintas em comparação com os produtos forjados, que normalmente são feitos com técnicas de fundição que priorizam seções transversais básicas redondas ou retangulares. Considerações específicas sobre o comportamento das ligas durante a solidificação são necessárias para fundições projetadas com geometrias complexas e taxas de solidificação variáveis. Para limitar essas tendências, torna-se necessário selecionar as ligas para a fundição de forma a evitar rachaduras durante e após a solidificação e mitigar a contração interna.

A palavra "fundibilidade" é um fator fundamental para descobrir se uma composição pode ser solidificada em um determinado processo de fundição, o que é necessário para garantir que sejam feitas fundições perfeitas. Vários fatores afetam a capacidade de fundir algo na fundição por gravidade. Entre eles estão a fluidez, que mede a capacidade de preenchimento do molde, a resistência a trincas a quente durante e após a solidificação e as características de alimentação que facilitam o fluxo do metal durante a solidificação, o que reduz o risco de vazios por contração.

É possível medir e definir com precisão a fluidez na fundição por gravidade, pois ela é um fator multifacetado. As temperaturas acima do liquidus ou o grau de superaquecimento têm o maior impacto sobre essa característica. É comum que as composições eutéticas ou quase eutéticas tenham mais fluidez em temperaturas normais de enchimento.

Para a fundição sob pressão, os fatores que tornam algo fundível agora incluem sua capacidade de resistir a trincas a quente, fluxo, soldagem e acabamento da superfície. Cada uma dessas partes é muito importante para que o processo de fundição funcione. Encontrar o equilíbrio certo entre esses fatores é importante para garantir que as peças fundidas estejam livres de falhas, que atendam às necessidades de diferentes métodos de fundição e que o produto final permaneça sólido.

As faixas estreitas de solidus-liquidus geralmente estão associadas a melhores propriedades de alimentação, especialmente quando há uma porcentagem maior de líquido na temperatura eutética. Os efeitos dos elementos sobre a resistência a altas temperaturas e a taxa de solidificação são os principais fatores que determinam a probabilidade de algo se solidificar e rachar depois de ter se solidificado.

A química do metal tem muito a ver com a soldagem da matriz, que é uma parte importante da fundição. Entretanto, a condição da matriz e outros fatores do processo também são muito importantes. Os graus de fundibilidade, que variam de A a F ou de 1 a 10, ou de "excelentes características de fundição" a "características de fundição ruins", foram criados com muita prática.

As ligas de fundição que têm mais silício do que a maioria das ligas forjadas são muito utilizadas, especialmente para usos de alto volume. A adição de silício aos moldes moldados os torna mais fluidos, menos propensos a rachar em altas temperaturas e mais fáceis de alimentar. Diferentes métodos de fundição precisam de diferentes quantidades de silício para obter os melhores resultados. Os processos que usam muito calor preferem metais que tenham mais silício, o que os torna mais fluidos. O processo de fundição controla os gradientes na zona de solidificação, que afetam o mecanismo de alimentação. Esse mecanismo é muito importante para equilibrar o encolhimento interno. Em geral, os metais com intervalos de solidificação menores são mais fáceis de fundir.

Embora funcionem bem para fundição, muitas ligas populares de alumínio para fundição não dependem apenas do silício. Um dos melhores aspectos do alumínio é que ele pode ser reciclado. Isso levou à criação de ligas de fundição que são feitas especialmente para a fabricação de produtos a partir de sucata refundida. Essas fórmulas "secundárias" têm faixas mais amplas de impurezas porque incluem mais elementos como impurezas para compensar as diferenças nas matérias-primas. As ligas primárias, por outro lado, são feitas de alumínio fundido, metais industriais e ligas principais. Elas têm limites mais rígidos de impurezas relacionadas a elementos.

Vantagens e limitações das peças fundidas de liga de alumínio

A produção de peças fundidas de liga de alumínio apresenta uma ampla variedade de ligas, destacando a grande versatilidade das características alcançáveis. A Aluminum Association registra mais de 100 composições e, globalmente, mais de 300 ligas são aplicadas. Além da versatilidade oferecida pela matriz metálica e outras estruturas compostas, essas ligas apresentam uma gama diversificada de propriedades, incluindo

Resistência à tração, ksi (MPa) 10-72 (70-505)
Resistência ao escoamento, ksi (MPa) 3-65 (20-455)
Alongamento, % <1-30
Dureza, HB 30-150
Condutividade elétrica, %IACS 18-60
Condutividade térmica, Btu - in./h - ft2 - °F a 77 °F
(W/m - K a 25 °C)
660-1155 (85-175)
Limite de fadiga, ksi (MPa) 8-21 (55-145)
Coeficiente de expansão térmica linear
a 68-212 °F (20-100 °C)
9.8-13.7 [1] 10-6/°F
(17.6-24.7) [1] 10-6/°C)
Resistência ao cisalhamento, ksi (MPa) 6-46 (42-325)
Módulo de elasticidade, 106 psi (GPa) 9,5-11,2 (65-80)
Gravidade específica 2,57-2,95

A capacidade de fabricar peças quase precisas com dimensões exatas, acabamento de superfície regulado, geometrias complexas, incluindo passagens internas, e propriedades alinhadas com os padrões de engenharia especificados constitui vantagens de fabricação notáveis, conforme abaixo.

• Em muitos casos, os conjuntos soldados ou unidos de vários componentes podem ser substituídos por uma única peça fundida.
• A redução dos requisitos de usinagem contribui para a economia de custo e tempo.
• As peças fundidas de liga de alumínio apresentam variações controladas no acabamento da fundição.
• Os contrastes entre os acabamentos fundidos e usinados podem ser realçados para criar efeitos cosméticos agradáveis.
• Os requisitos de capital são geralmente menores em comparação com os produtos forjados.
• As opções de ferramentas abrangem desde padrões simples até matrizes complexas de aço para ferramentas, atendendo a diversos requisitos de produtos e volumes de produção.
• A fundição de rotina inclui peças bimetálicas unidas metalúrgica ou mecanicamente.
• As peças de alumínio são fundidas por meio de diversos processos, oferecendo versatilidade em termos de volume, produtividade, qualidade, mecanização e recursos especializados.
• A maioria das ligas de fundição de alumínio está alinhada com os requisitos de fundição, garantindo a produção de peças de alta qualidade.
• Várias ligas de alumínio para fundição demonstram excelente fluidez, facilitando a fundição de seções finas e detalhes intrincados.
• As temperaturas de fusão mais baixas das ligas de fundição de alumínio contribuem para a eficiência energética.
• Os processos de fundição de alumínio são passíveis de altos níveis de automação, embora certas limitações se apliquem, como desafios com seções muito finas que podem não ser fundíveis.

As fundições de ligas de alumínio encontram limitações práticas de tamanho em processos específicos de fundição, influenciadas pelo comportamento de solidificação de certas ligas que podem dificultar a fundição em configurações de engenharia complexas ou métodos de fundição especializados. Apesar da simplicidade e da menor intensidade de capital do processo de fundição em comparação com a produção de peças forjadas, extrusões e produtos laminados, a solidificação em formas geométricas complexas, semelhante a outras opções de fabricação, pode levar a descontinuidades na superfície e a características internas da microestrutura com diferentes graus de qualidade, influenciando posteriormente as propriedades e o desempenho.

Notavelmente, as peças fundidas de liga de alumínio têm o potencial de apresentar propriedades de tração comparáveis à maioria das peças forjadas, extrusões e chapas laminadas. As características peculiares dos produtos forjados, como estruturas de grãos finamente recristalizados com anisotropia específica e características microestruturais altamente texturizadas, geralmente resultam em maior ductilidade nas direções longitudinais em comparação com peças fundidas com estruturas de grãos mais grossos. Por outro lado, a estrutura de grãos tipicamente uniaxial e a ausência de anisotropia nas estruturas fundidas simplificam o trabalho dos engenheiros de projeto, eliminando os desafios associados às limitações de propriedades transversais.

Que tipos de materiais de fundição de alumínio são usados?

Quando se trata de alumínio fundido, a escolha do material influencia significativamente as características e a funcionalidade dos componentes finais. Muitas ligas de alumínio atendem a necessidades específicas. Vários critérios, como força, resistência à corrosão, condutividade térmica e caracterizações de fundição, determinam a seleção dessas ligas. Esses são alguns dos tipos de materiais mais comuns usados na fundição de alumínio:

Especificações da fundição em liga de alumínio

Diferentes regras e especificações se aplicam às ligas de fundição de alumínio. Isso é especialmente verdadeiro nos EUA, onde a Aluminum Association mantém o controle das práticas de química e temperatura das ligas. Os padrões e requisitos para aquisição são definidos e aplicados por grupos como a ASTM, os militares e as agências federais. Os procedimentos cobertos por essas normas incluem inspeção radiográfica e penetrante, técnicas de teste para descobrir propriedades químicas, mecânicas e físicas e outras etapas importantes. Muitas vezes, o comprador altera as especificações para se adequar a determinadas peças ou grupos de peças. É muito importante que o produtor de fundição e o cliente concordem com as especificações e exceções antes de efetuar a compra.

As especificações das fórmulas de ligas de alumínio incluem elementos principais, secundários e impurezas, cada um deles com uma função diferente:

Principais elementos de liga: Esses elementos definem as faixas que controlam a qualidade do metal e como suas propriedades mudam com o tempo.

Elementos menores em ligas de fundição de alumínio: alteram a forma como a liga se solidifica, a estrutura do eutético, as fases principais, o tamanho e a formação dos grãos e o desenvolvimento das fases. Além disso, eles ajudam na redução da poluição.

Elementos de impureza: Afetam a facilidade com que o material pode ser fundido e a insolubilidade das fases, o que às vezes pode ajudar ou prejudicar as qualidades desejadas.

Mesmo que as especificações das ligas de alumínio para fundição não digam exatamente quais são as melhores concentrações e relações para os elementos principais, secundários e de impureza, as químicas nominais não prometem automaticamente os melhores resultados. Dentro de certos limites químicos, os elementos que controlam a estrutura podem ser adicionados sozinhos ou em grupos. Isso é especialmente verdadeiro quando eles não são especificamente mencionados em "Outros elementos cada".

Você pode fornecer proporções estequiométricas para a formação da fase preferida, mas elas podem nem sempre ser claras ou controladas. Os limites de concentração lhe dão a liberdade de alterar a composição para melhorar a capacidade de fundição e o crescimento da propriedade. É possível obter as maiores quantidades de elementos que formam fases de endurecimento para obter os materiais mais resistentes. Por outro lado, para obter melhor ductilidade, são necessárias estruturas mais finas, menores quantidades de elementos insolúveis e um controle cuidadoso dos níveis de impureza para incentivar a formação dos constituintes intermetálicos menos prejudiciais. A polarização da composição pode ser definida quando o lingote é comprado ou pode ocorrer quando a liga é alterada na forja.

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