Post on 04-Jul-2015
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Ligas de Alumínio: Metalurgia Física, Propriedades Mecânicas e
Aplicações na Engenharia
Prof. Orestes Alarcon
Daphiny Pottmaier, posdoc
Mar-Jun, 2012/01
Ementa• Introdução
– Aplicações– Propriedades– Ligas
• Ligas de Aluminio• Metalurgia Física
– Classificação– Microestrutura– Deformação Plástica– Endurecimento por precipitação– Recuperação, Rescristalização e
Crescimento de Grão– Tratamentos Térmicos
• Mecânica da Fratura– Tenacidade a Fratura– Fadiga– Corrosão
• Estudo Dirigido– Apresentação de artigos
correlatos ao tema com aplicações na área Naval e Aeronáutica
Contexto Histórico
Desenvolvimento
Al, ZnProduzidosem Excesso
Elementos necessários para o desenvolvimento, maioria são importados (exceção Al, Zn).
Contexto EconômicoFl
utu
ação
e Fl
uxo
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od
ites
Natural resources are the building blocks of the world, essential to progress and prosperity.
Aplicações
• Transporte– Automotivo, Aeronáutico e Naval
• Embalagem– Farmacêuticos– Alimentícia
• Construção Civil– Esquadrias, – Revestimentos,– Coberturas
• Indústria Elétrica– Fios e cabos
• Outros– Bicicletas– Panelas
Transportes, 26
Embalagem, 29
Civil, 12
Elétrica, 10
Consumíveis,9 Outros, 10
Maquinas, 4
Abal, 2008.
Embalagem
alimentos e bebidas,medicamentose cosméticos.
Carro
Mercedes E & S classBMW 5 & 7 seriesPeugot 307 & 607Renault Laguna
VW Lupo Eco versionCitroën C5
Volvo V70 & S60 & S80Landrover Discover
Audi A8
Corpo : Extrusão e Fundido
- 45 % redução em peso
CorpoPainel
Trocadores de CalorBloco do Motor
PistõesAbsorvedores de Choque
RodasSuspensão
Interior
AviãoFuselagem
Cabine de ComandoPropulsores
AsasEslotes
Leme de DireçãoElevador
Ligas 2xxx e 7xxx
Airbus A320 Boeing 747 (19% p Al)
Bombardier CS100 (24% p Al-Li)Embraer E195
A indústria da aviação comercial
moderna nunca teria conseguido sem Al.
Bauxita
Mineral
http://americanresources.org/
0
50
100
Reservas Mundo
57
33
10
Tropical Mediterrâneo Subtropical
2 -3 toneladas de bauxita são necessárias para produzir 1 tonelada de alumina e
2 toneladas de alumina são necessárias para produzir 1 tonelada de alumínio.
Alumínio Brasil
Mineral
2009 2010
Empregos diretos 62 223 69 208
Faturamento (US$ bilhões) 12.7 14.7
Participação no PIB (%) 0.8 0.7
Participação no PIB industrial (%) 3.6 3.1
Investimentos (US$ bilhões) 1.9 1.4
Produção de Al primário (1 000 t) 1 535 1 536
Consumo Doméstico de Al (1 000 t) 1 004 1 300
Consumo per capita (Kg/hab./ano) 5.2 6.7
Exportação (1 000 t) (peso Al) 925 756
Importação (1 000 t) (peso Al) 160 263
Balança Comercial (US$ milhões)ExportaçõesImportaçõesSaldo
3.2586562 602
3 9301 1762 754
Participação do Al nas Exportações (%) 2.1 1.9
http://www.abal.org.br
Mineração da Bauxita
Refinamento da Alumina
http://www.world-aluminium.org
Fundição do Al
Processamento
• Laminação
• Estampagem
• Extrusão
• Forjamento
• Fundição
• Soldagem
• Usinagem
Processamento
Chapas e lâminas
39%
Fundidos e forjados
18%
Extrudados14%
Fios e cabos13%
Folhas8%
Pós, usos destrutivos e
outros8%
Produtos Transformados de Al
Abal, 2008
Reciclagem
http://www.youtube.com/watch?v=AOpGhAdQFEY
Al
1326.982 g.mol-1
[Ne] 3s23p1
CFC
Alumínio Puro
AlCl3 + 3K Al + 3KCl (Oersted, 1825)
Al2O3 xH2O + 2OH_
2 Al(OH)_
4
2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O(Bayer, 1887)
2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2
(Hall-Heroult, 1886)
660oC
alumen (Latin, bitter salt)
Propriedades Al
Calor Específico 940 J.kg-1.oC-1
Densidade (Baixa) 2 700 Kg.m-3
Módulo de Elasticidade 70 103 Mpa
Dureza 420 MPa
Condutividade Térmica (Alta ) 222 W.m-1.oC-1
Coefeciente de Expansão Linear 236 10-6. oC-1
Resistividade Elétrica 28.2 10-9.Ω.m
Refletividade, Polido (Alta ) 71, 97 %
Processabilidade, Beleza, Durabilidade, etc.
Propriedades dos Metais MÓDULO DE ELASTICIDADE [E]
GPa 106 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
Al
1326.982 g.mol-1
[Ne] 3s23p1
CFC
Alumínio Puro
AlCl3 + 3K Al + 3KCl (Oersted, 1825)
Al2O3 xH2O + 2OH_
2 Al(OH)_
4
2 Al(OH)3 -(calor) Al2O3 + 3H2O(Bayer, 1887)
2Al2O3 + 3C – (banho) 4 Al + 3 CO2
(Hall-Heroult, 1886)
660oC
alumen (Latin, bitter salt)
Ligas
• Fundidas (Cast)
• Trabalhadas (Wrought)
1 0 0 0
5 0 0 0
4 0 0 0
3 0 0 0
8 0 0 0
6 0 0 0
7 0 0 0
2 0 0 0
Mg
Cu
Mn
Li
Mg,Si
Zn
Si
F H O T W
Al
Nao tratadatermicamente
tratadatermicamente
Mn
Si
Fe
Mg
Zn
Cu
Ligas Especiais
AlFm-3m (Grupo Espacial: 225)
a: 4.0495 Ab: 4.0495 Ac: 4.0495 Aα: 90.000°β: 90.000°γ: 90.000°
Estrutura CristalinaCuFm-3m (225)
a: 3.615 Aα: 90.000°
MnI-43m (217)
a: 8.912 Aα: 90.000°
SiFd-3m (227)
a: 5.431 Aα: 90.000°Zn
P63/mmc (194)a: 2.665 Aα: 90.000°γ: 120.000°
LiIm-3m (229)
a: 3.51 Aα: 90.000°
MgP63/mmc (194)
a: 3.201 Aα: 90.000°γ: 120.000°
Diagramas de Fases
LIQUIDBCC_A2FCC_A1ALCU_ETAALCU_EPSILONALCU_THETAGAMMA_D83GAMMA_HAL2CU3(ST)AL9CU11(ST)
2 0 0 0
Diagramas de Fases
LIQUIDBCC_A2CBCC_A12CUB_A13FCC_A1HCP_A3AL8MN5_D810AL11MN4(ST)AL12MN(ST)AL4MN(ST)AL6MN(ST)
3 0 0 0
Diagramas de Fases
LIQUID
FCC_A1
Si(S)
4 0 0 0
Diagramas de Fases
LIQUIDFCC_A1HCP_A3ALMG_GAMMAAL140MG89(ST)AL30MG23(ST)
5 0 0 0
Diagramas de Fases
LIQUID
FCC_A1
HCP_ZN
7 0 0 0
Diagramas de Fases8 0 0 0
LIQUID
FCC_A1
BCC_A2
ALLI
AL2LI3(ST)
AL4LI9(ST)