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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE
GOIÁS
CIENCIA DOS MATERIAIS E TRATAMENTOS TÉRMICOS
CURSO: BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO
6005, 6063, 6351 SUBMETIDAS A DIFERENTES TRATAMENTOS
TÉRMICOS
AUTOR: Júlio Cezar Pedrosa da Silva
ORIENTADOR: Me. Manoel Ivany de Queiroz Júnior
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Goiânia: Fevereiro/2015
ii
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS
CIENCIA DOS MATERIAIS E TRATAMENTOS TÉRMICOS
DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADEMICAS IV
COORDENAÇÃO DE MECÂNICA
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO 6005, 6063. 6351
SUBMETIDAS A DIFERENTES TRATAMENTOS TÉRMICOS
JÚLIO CÉZAR PEDROSA DA SILVA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
SUBMETIDOAO DEPARTAMENTO IV,
COORDENAÇÃO DE MECÂNICA DO INSTITUTO
FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA DE GOIÁS, COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO
DA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA.
APROVADA POR:
_______________________________________
Manoel Ivany de Queiroz Júnior, Mestre, IFG
(ORIENTADOR)
________________________________________
Jair Dinoah de Araújo Júnior, Mestre, IFG
(EXAMINADOR INTERNO)
_______________________________________
Rhander Viana, Doutor, UFG
(EXAMINADOR EXTERNO)
iii
DATA: GOIÂNIA, 16 de Fevereiro de 2015.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
SILVA, J.C.P.da. (2014). Avaliação do comportamento das ligas de alumínio 6005, 6063.
6351 submetidas a diferentes tratamentos térmicos, trabalho de conclusão de curso,
Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto Federal de Educação, Ciência e
Tecnologia de Goiás, Goiânia, Goiás.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DOS AUTORES:
Júlio Cezar Pedrosa da Silva
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO 6005, 6063, 6351
SUBMETIDAS A DIFERENTES TRATAMENTOS TÉRMICOS
GRAU/ANO: Graduando/2014
É concedida ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnológica de Goiás permissão
para reproduzir cópias deste Trabalho de Conclusão de Curso e para emprestar ou vender
tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros
direitos de publicação e nenhuma parte deste trabalho pode ser reproduzida sem a
autorização por escrito do autor.
________________________________________
Júlio Cezar Pedrosa da Silva
Rua 43, nº 360, bairro Santa Luzia
76380-000 – Goianésia /GO - Brasil.
iv
DEDICATÓRIA
Dedico esse projeto ao meu amado e doce Espírito Santo, não só o projet, mas toda a
minha vida a Ele. À minha amada mãe que mesmo não estando aqui para ver seu filho
graduado, sonhou com isso e sempre fez ao máximo para que isso acontecesse mesmo não
estando conosco, vive em nossas lembranças de carinho. E ao meu querido Pai que ajudou
grandemente que esse sonho se tornasse real.
v
AGRADECIMENTO
Primeiro agradeço a Deus, pois sem Ele nada teria acontecido e de tudo que conquistei até
aqui em nada me glorio senão na cruz de Cristo.
Quero agradecer a minha amada mãe, que mesmo não estando aqui merece o
agradecimento, pois sei o que ela passou por mim, desde uma gravidez complicada até
privações, sempre fazendo ao máximo para que eu tivesse tudo.
Ao meu amado pai, sem o qual esse sonho não se realizaria que me ajudou em todos os
sentidos, que era quem estava alí sempre que precisava de algo, que mesmo na sua
simplicidade me inspirou a ser engenheiro e sonhou comigo esse sonho. Obrigado pai, o
senhor é peça chave nessa conquista.
Aos meus irmãos Júnior por tudo, por acolher o jovem bagunceiro e imaturo do interior,
por sempre estar aí pra me apoiar nos dias maus. Ao Jeferson pelas conversas e disposição
de me ajudar sempre que precisei, sempre dando palavras de apoio e encorajamento, por
ter que em um salto o neném virar homem feito, e virou.
Aos professores Manoel pela orientação e disposição a todo tempo de me ajudar e puxar a
orelha quando preciso até chegar aqui. Professor Jair pela concepção da idéia do projeto
sempre me expor seus sábios ensinamentos. Professor Rhander, por aceitar participar da
banca e mesmo em uma conversa rápida, me ajudar em alguns rumos ao projeto.
Ao demais professores: Pena, Aline, Luizinho, Ronay e outros, pelos ensinamentos
passados, por acreditarem e investirem em mim mesmo quando eu mesmo não acreditava e
por cada conversa que sempre me inspiraram e aulas inesquecíveis onde voltei a ser
criança, admirando o professor como se fosse o melhor do mundo. Agradeço a Fátima, que
sempre me ajudou, foi uma mãe pra mim nesse instituto, tenho muito a agradecer porque
sempre tratou com seriedade meus problemas e sempre tentou ajudar. Agradeço também
aos antigos professores Laura, Ducicléa, Edvaldo, que desde cedo descobriram o que havia
de bom em mim e me ajudaram a desenvolver.
Agradeço aos meus colegas e grandes amigos Lucas Vieira e Estevão pelas longas
conversas, pela motivação e até por aquelas ligações ou mensagens de manhã quando
estava com muito sono para ir á aula e junto com Lucas e Renato por cada momento,
almoço, papo furado e por serem esses irmãos da fé. Minha turma Elias, Pedro, Gobbi,
Cayure, Raphael, Hugo saiba que vocês são os melhores, realmente acredito no potencial
de vocês, serão grandes engenheiros. Meu conterrâneo Pedro Canedo, pela amizade, criada
ironicamente fora de Goianésia e até pelas caronas não pegas.
Aos mais amigos da Engenharia de Alimentos Tatyane, Carlos e Dalete, o quarteto
inseparável que se separou, mas que cresceu muito, junto e separados, vocês foram muito
importantes e presentes em minha vida, obrigado.
vi
Aos meus mais que amigos, irmãos, sei lá, Francielly, Gabriel, Ramon, Cairo, Pedro,
Esdras, que me acompanharam nesse processo, rimos, choramos, brigamos, rimos mais e
mesmo distantes nunca perdermos essa amizade nem a mania de juntar pra fazer churrasco.
Sinto muito lisonjeado em ser amigo de vocês, obrigado por cada ouvido amigo, cada
conversa, troca de experiência e por surpresas como um sorvete só porque disse que estava
com vontade de chupar um.Nunca esquecerei, realmente vocês são os melhores.
As amigas Luiza e Letícia que apesar do pouco tempo, me marcaram com suas
profundidades em Deus.
Rosângela e Tina, que foram ‘mãezonas’ pra mim nesse tempo, conselhos, broncas e muito
carinho principalmente em momentos realmente difíceis, obrigado verdadeiramente.
Agradeço a minha esposa, que ainda não conheço, mas que sei que já ora por mim, e sei
que tem uma parte nessa conquista.
Ao meu pastor Rhodrigo, que sempre me aconselhou a ir até o fim e que acreditou e
investiu em mim, sempre com amor, me constrangendo a cada dia com sua maturidade e
amor a Deus.
A Célula Tabernáculo de Davi, povo amado que me apóia e que é um comigo, tenho
certeza, amo vocês, vocês são presentes de Deus pro meu ministério.
Pra encerrar, quero agradecer a Deus, primeiramente por ter me salvo do reino das trevas e
usou esses tempos de faculdade para isso, para me fazer amadurecer e crescer mais em
conhecê-Lo, agradeço a DEUS por esse curso, pois verdadeiramente sei que sem Ele eu
não conseguiria e que nada seria possível, nem a aprovação muito menos a conclusão,
Agradeço a Deus pois sempre que quis desistir (e foi mais de uma vez acredite) Ele com
sua graça me mostrou que esse curso era a Sua vontade, Agradeço por cada dificuldade e
cada problema pois nesse momento aprendi a dar graças, e Agradeço a DEUS por esses
agradecimentos, porque sei que significa a conclusão de um sonho, mas que outros maiores
ainda estão pela frente para serem enfrentados, com Ele é claro, sempre a frente e no
controle. Porque a Ele pertence o Início e o fim de todas as coisas, inclusive desse
agradecimento. Obrigado SENHOR!
vii
“O SENHOR me disse: Escreve a visão, grava-a sobre tábuas, para que a possa ler até
quem passa correndo. Porque a Visão ainda está para cumprir-se no tempo determinado,
mas se apressa para o fim e não falhará; se tardar, espera-o, porque, certamente, virá, não
tardará.”
Habacuque 2:2-3
viii
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo realizar o tratamento térmico em ligas de alumínio
6005, 6063 e 6351 e verificar a comportamento das ligas aos diferentes tratamentos. A
medida que os tratamentos térmicos são estudados, verifica-se que sua aplicação é mais
comum em aços e ferros fundidos, a aplicação de tratamentos térmicos em outros metais é
possível, principalmente no alumínio, que pode ser dividido entre tratável e não tratável
termicamente. Porém, a resposta do alumínio aos tratamentos térmicos e aos diferentes
resfriamentos não é muito estudado, e não se pode determinar ao certo qual a resposta do
alumínio a esses diferentes processos. Esse trabalho nasceu pensando nisso, em verificar as
respostas de um tipo de alumínio que possui apenas variações de pureza e de componentes
a diferentes tratamentos e resfriamentos. Os corpos de prova utilizados tinham 1 polegada
de diâmetro e 1 polegada de espessura. Realizou-se os tratamentos térmicos, onde as peças
sofreram diferentes processos, sendo uma peça de cada tipo de alumínio apenas recozida,
outra apenas solubilizada outra solubilizada e envelhecida, outra foi recozida e envelhecida
e por fim uma recozida, solubilizada e envelhecida. Onde o resfriamento foi realizado a
água, óleo e ar. As amostras foram lixadas, polidas e analisada a dureza dos materiais.
Observou-se que a dureza nas peças recozidas, solubilizadas e envelhecidas apresentaram
maior dureza que as demais, porém as peças recozidas e solubilizadas apresentaram
durezas iguais as peças que foram apenas solubilizadas. Outro fator observado foi que o
resfriamento a água apresentou um melhor resultado que os demais. O ataque químico para
realização da metalografia foi feito com três reagentes o Hidróxido de sódio, reagente
Keller e reagente Osmond, onde o último foi o que apresentou melhor resultado, revelando
melhor os elementos não dissolvidos na matriz, porém nenhum revelou o tamanho do grão.
Verificou-se que o envelhecimento não foi muito efetivo visto que o natural e o artificial
apresentaram resultados muito próximos. Outro fator relevante foi a não dissolução de
todos os elementos de liga, mesmo após o envelhecimento, caracterizando o possível
super-envelhecimento o que tornou o processo artificial tão próximo ao natural.
PALAVRAS-CHAVE: Ligas de Alumínio, Tratamentos térmicos, solubilização,
envelhecimento, recozimento.
ix
ABSTRACT
This study aims to conduct the heat treatment of aluminum alloys 6005, 6063 and 6351 and
check the behavior of the alloys to different treatments. As the heat treatments are studied,
it is found that its application is more common in steel and cast iron, application of heat
treatments can be other metals, particularly aluminum, which can be divided into non-
treatable and heat-treatable. However, aluminum's response to heat treatments and different
colds is not much studied, and it can not determine for sure what the aluminum's response
to these different processes. This work was born thinking about it, to check the responses
of a type of aluminum that has only purity variations and components to different
treatments and colds. The samples used were 1 inch in diameter and 1 inch thick. Held
thermal treatments, where the pieces have suffered different processes and a piece of each
kind of just annealed aluminum, another just another solubilized and aged, another was
annealed and aged and finally annealed one, solubilized and aged. Where water cooling
was performed, oil and air. The samples were ground, polished and examined the hardness
of materials. It was observed that the hardness in annealed parts, solubilized and aging
showed higher hardness than the other, but the parts and annealed had solubilized hardness
equal parts which were only solubilized. Another observation was that the cooling water
showed a better result than the others. The etching to perform the metallography was done
with three reagents sodium hydroxide, and Keller reagent Osmond reagent, where the latter
presented the best result, better revealing the undissolved elements in the array, but none
revealed the grain size. It was found that aging was not very effective since natural and
artificial showed very similar results. Another relevant factor was not the dissolution of all
alloying elements, even after aging, characterizing the possible super-aging which made
the artificial process as close to natural.
KEYWORDS: Aluminium alloys, heat treatment, solubilization, aging, annealing.
x
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 1
2. ESTADO DA ARTE 3
3. REVISÃO DE LITERATURA 6
3.1. ALUMÍNIO PRIMÁRIO 6
3.1.1. Aplicações 9
3.1.2. Propriedades do Alumínio 12
3.2. LIGAS DE ALUMÍNIO 13
3.2.1. Ligas Fundidas 15
3.2.2. Ligas conformadas 16
3.3. LIGAS COMERCIAIS 18
3.3.1. Liga 6005 18
3.3.2. Liga 6063 19
3.3.3. Liga 6351 21
3.4. TRATAMENTOS TÉRMICOS 22
3.4.1. Fatores que influenciam no tratamento térmico 23
3.4.1.1. Aquecimento 24
3.4.1.2. Resfriamento 24
3.4.2. Diagrama de fases Al-Mg2Si 26
3.4.3. Recozimento 27
3.4.4. Solubilização 28
3.4.5. Envelhecimento 30
3.5. METALOGRAFIA 32
3.6. DUREZA 32
4. METODOLOGIA 33
4.1. FLUXOGRAMA DOS PROCEDIMENTOS REALIZADOS 33
4.2. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS 34
4.3. RECOZIMENTO 35
4.4. SOLUBILIZAÇÃO 35
4.5. ENVELHECIMENTO ARTIFICIAL 35
4.6. LIXAMENTO 36
4.7. MEDIÇÃO DA DUREZA 37
xi
4.8. POLIMENTO 39
4.8. METALOGRAFIA 40
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 41
5.1.DUREZA ROCKWELL 41
5.1.1. Alumínio In Natura 41
5.1.2. Recozimento 43
5.1.3. Solubilização 45
5.1.4. Solubilização e envelhecimento 46
5.1.5. Recozimento e Solubilização 48
5.1.6. Recozimento, Solubilização e envelhecimento 49
5.2.ANÁLISE METALOGRÁFICA 51
6. CONCLUSÃO 57
6.1. CONCLUSÃO 57
6.2. TRABALHOS FUTUROS 57
REFERENCIAS 58
ANEXO 1: Dureza das ligas submetidas aos diferentes tratamentos 63
xii
LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1- Algumas propriedades do alumínio metálico 13
TABELA 3.2 - Principais elementos de ligas e os efeitos ocasionados pela sua
adição
14
TABELA 3.3 - Composição química da liga de alumínio ABNT 6005 19
TABELA 3.4 - Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6005 19
TABELA 3.5 - Composição química da liga de alumínio ABNT 6063 20
TABELA 3.6 - Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6063 21
TABELA 3.7 - Composição química da liga de alumínio ABNT 6351 22
TABELA 3.8 - Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6351 22
TABELA 3.9 - Temperaturas e tempos recomendados de recozimento 27
TABELA 3.10 - Temperatura de solubilização e resfriamento 29
TABELA 3.11 - Tempo de encharque para determinadas espessuras de ligas 30
ANEXO 1: Tabela das durezas das ligas submetidas a diferentes tratamentos 63
xiii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3.1 - Fluxograma básico de uma refinaria 7
FIGURA 3.2 - Gráfico - Produção de bauxita (1995-2000) 9
FIGURA 3.3 - Gráfico - Produção de Alumina (1995-2000) 9
FIGURA 3.4 - Gráfico - O uso do alumínio em diversas áreas da indústria no
mundo
11
FIGURA 3.5 - Gráfico - Reciclagem de latas de alumínio, países selecionados,
2007 (em %)
12
FIGURA 3.6 - Curva TTT para as ligas 6xxx 26
FIGURA 3.7 - Diagrama de fase ternário Al-Mg-Si 26
FIGURA 3.8 - Esquema para tratamento térmico de envelhecimento 31
FIGURA 4.1. – Fluxograma dos métodos utilizados 33
FIGURA 4.2 - A figura da esquerda é a cortadora metalográfica e da direita as
barras de alumínio cortadas.
34
FIGURA 4.3 - Forno mufla FC com controlador de temperatura EDGCOM-3P 36
FIGURA 4.4 - Tanques de resfriamento do alumínio 36
FIGURA 4.5 - Lixadeira politriz motorizada 37
FIGURA 4.6 - Durômetro 38
FIGURA 4.7: Representação da Dureza Rockwell 38
FIGURA 4.8 - Politriz lixadeira metalográfica 39
FIGURA 4.9 - Microscópio ótico e computador para gravação de dados 41
FIGURA 5.1. - Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio In Natura 41
FIGURA 5.1 - Alumínio 6005 (In Natura) 40
FIGURA 5.2 – Alumínio 6005 (In Natura)
FIGURA 5.3. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Recozido x
In natura
43
44
FIGURA 5.4. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio apenas In
Natura x Solubilizadas
45
FIGURA 5.5. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Solubilizado
x Solubilizado e envelhecido
47
xiv
FIGURA 5.6. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Solubilizada
x Recozida e Solubilizada
48
FIGURA 5.7. Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Recozida,
Solubilizada e Envelhecida
50
FIGURA 5.8: Alumínio 6063 solubilizado com aumento de 1000x reagente
Hidróxido de sódio 90%
52
FIGURA 5.9: Metalografia Alumínio 6351 recozido com aumento de 1000x com
reagente Keller
52
FIGURA 5.10: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063, (c) 6351 in Natural
reagente Osmond
53
FIGURA 5.11: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063 e (c) 6351, recozido
e solubilizado resfriamento a água (reagente Osmond)
54
FIGURA 5.12: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063, (c) 6351 recozido,
solubilizado a água e envelhecido (reagente Osmond)
55
1
1. INTRODUÇÃO
Segundo a ALBRAS (Alumínio Brasileiro S.A.) o alumínio é o elemento metálico mais
abundante presente na crosta terrestre (cerca de 8,13%). Pela sua forte afinidade com o
oxigênio, o alumínio não é encontrado na natureza em sua forma elementar, mas apenas no
estado combinado como óxidos ou silicatos. A maior parte do alumínio produzido
comercialmente é extraída da bauxita. Outra fonte de matéria prima, em menor escala, para
a extração do alumínio, é a nefelina, que é um silicato natural do alumínio, sódio e
potássio. Sob condições climáticas favoráveis, como nas regiões tropicais e subtropicais, o
silicato é decomposto e o produto da decomposição (sílica, soda, brometo de cal, potassa,
etc.) é lixiviado, restando um resíduo enriquecido em alumina, óxido de ferro, óxido de
titânio e alguma sílica. Na composição da bauxita encontra-se uma concentração de 40 a
80% de alumina (Albras, 2014).
Atualmente, existem diversas aplicações para esse material, em decorrência de suas
vantagens sobre outros metais, principalmente por suas características físico-químicas,
com destaque para seu baixo peso específico, sua resistência à corrosão e alta
condutibilidade elétrica e térmica. Essas propriedades são as comumente requeridas para as
matérias-primas da indústria que necessitam diversificar seus produtos e criar soluções
para outros mercados, como o setor automotivo e de construção civil, por exemplo.
O Brasil é o terceiro maior detentor de reservas de bauxita do mundo, com
aproximadamente 3,52 bilhões de toneladas, distribuídas entre os estados do Pará (90,8%),
Minas Gerais (7,5%), São Paulo (0,7%), Maranhão (0,7%) e Santa Catarina (0,3%).
A grande aplicabilidade do alumínio deve-se as suas grandes características, como baixo
ponto de fusão (se comparado com outros metais), leveza com peso específico de 2,7g/cm3,
características mecânicas com limite de resistência de até 700MPa, resistência a corrosão,
bom condutor térmico e principalmente a reciclagem, que permite a sua reutilização um
menor preço.
O alumínio também pode ser tratado termicamente através de homogeinização,
solubilização/envelhecimento, recozimento pleno, recozimento parcial, estabilização.
Outra característica muito importante do alumínio é o seu uso em diversos processos de
fabricação, como por exemplo, laminação a quente, laminação a frio, extrusão, trefilação,
estampagem, fundição, soldagem, usinagem e forjamento (Abal, 2007).
2
A medida que estuda-se os tratamentos térmicos, verifica-se que sua aplicação é mais
comum em aços e ferros fundidos, a aplicação de tratamentos térmicos em outros metais é
possível, principalmente no alumínio, que pode ser dividido entre tratável e não tratável
termicamente. Porém, a resposta do alumínio aos tratamentos térmicos e aos diferentes
resfriamentos não émuito estudado, e não se pode determinar ao certo qual a resposta do
alumínio a esses diferentes processos.
Assim deseja-se neste trabalho verificar as respostas de três ligas de alumínio que possui
apenas variações de pureza e de componentes, a diferentes tratamentos e resfriamentos.
As respostas obtidas numericamente serão analisadas e a partir daí pode-se determinar com
repetitibilidade as respostas do alumínio as situações propostas.
3
2. ESTADO DA ARTE
Atualmente não se verifica muitos trabalhos desenvolvidos com tratamentos térmicos em
alumínio. A maioria das pesquisas desenvolvidas na área é com relação a soldagens e
usinagens realizadas em ligas de alumínio.
Torres (2011), fala sobre a União de Juntas Dissimilares Alumínio-Aço de Chapas Finas
pelo Processo de Soldagem por Atrito com Pino não Consumível (SAPNC), onde foram
obtidas juntas dissimilares da liga de alumínio 6063-T5 e do aço AISI SAE 1020 com
espessura de 2,0 mm soldadas por atrito com pino não consumível. O objetivo deste
trabalho é avaliar o efeito da penetração e o deslocamento da ferramenta na obtenção de
juntas soldadas Al-aço. As juntas foram avaliadas segundo a qualidade da superfície e a
profundidade da região soldada. Foi determinado que além das velocidades de rotação (ω)
e avanço (υ), o deslocamento e a profundidade de penetração da ferramenta são parâmetros
fundamentais, pois definem o aporte térmico e, com este, a aderência ou não de alumínio
na ferramenta, a qualidade superficial e a formação de defeitos ao longo da linha da junta.
Com relação ao tratamento térmico em ligas de alumínio, de acordo com Oliveira (2012),
apresentou em sua dissertação de mestrado os conhecimentos sobre o tratamento térmico
da liga Al9SiMgMn usada em fundição injetada de alta pressão, com aplicações em peças
estruturais essencialmente para a indústria automóvel, onde foi implementado um
procedimento experimental de forma a avaliar a influência de diferentes tempos e
temperaturas na solubilização e envelhecimento da liga.
A caracterização metalográfica das amostras foi realizada por microscopia ótica e
microscopia eletrônica de varredura sem o ataque químico. A identificação química das
fases presentes nas amostras foi feita por espectroscopia de dispersão de energia (EDS).
Por fim, foram realizados ensaios mecânicos de dureza Brinell e micro-dureza Vickers
para caracterizar a resposta mecânica da liga aos tratamentos térmicos. Com a aplicação
dos tratamentos térmicos verificou-se uma clara alteração na microestrutura, ocorrendo o
coalescimento, esferoidização e crescimento das partículas de silício com o aumento da
temperatura e tempo de solubilização.
Para Ronsani (2010), cujo tema da dissertação de mestrado é o Tratamento de
envelhecimento artificial das ligas 356 e A356: efeitos da composição química, do tempo e
da temperatura nas propriedades mecânicas, onde o trabalho avalia o efeito da composição
química e do tratamento térmico de envelhecimento sobre as propriedades mecânicas da
4
liga de alumínio 356. As variáveis estudadas foram o teor de magnésio, o tempo e a
temperatura de tratamento térmico. Adicionalmente, os efeitos de elementos de liga
presentes como o Fe e o Mn também foram avaliados, através da comparação com a liga
A356 que é a versão mais pura da liga 356.0. Para a liga 356, dois percentuais de magnésio
foram utilizados, 0,3% e 0,5% em peso e a liga foi denominada 356 baixo Mg e 356 alto
Mg respectivamente. Além dos ensaios de tração, outras técnicas foram usadas para
avaliar o material. Ensaios de microdureza, microscopia óptica e eletrônica devarredura
com análises pontuais EDX foram utilizadas. Nas análises micro estruturais da liga 356
pode – se perceber a presença de intermetálicos ricos em ferro e omesmo não foi
encontrado quando foi avaliada a microestrutura da liga A356.
Já para Rodrigues (2012), em seu trabalho intitulado Caracterização de uma liga de bronze
de alumínio submetida a diferentes tratamentos térmicos onde pretendeu-se caracterizar a
microestrutura de uma liga de bronze de alumínio (similar a liga C63020) submetida a
diferentes tratamentos térmicos (TT). Utilizou-se uma microsonda EDS acoplada a um
microscópio eletrônico de varredura para a identificação das fases resultantes após TT. Os
resultados obtidos mostraram que a liga em estudo possui dois processos diferentes de
endurecimento em virtude da variação da temperatura de homogeneização. A amostra
homogeneizada a 900°C e temperada em água sofreu transformação martensítica e teve
suas tensões aliviadas após ser revenida a 500°C por duas horas. Para a amostra TT a
770ºC por 2h e revenida a 500ºC/2h, ocorreu o endurecimento por precipitação.
Já para Polastro (2011), em seu trabalho de conclusão de graduação intitulado tratamento
térmico em alumínio o mesmo realizou o tratamento térmico em amostras de alumínio com
o objetivo de modificar as propriedades mecânicas do material através do aquecimento e
resfriamento controlado, onde obteve-se resultados de alteração de algumas propriedades
mecânicas, além de alteração na microestrutura.
Os estudos de Soares (2009), que estudou os efeitos dos ciclos de envelhecimento no
comportamento de ligas de alumínio onde estudou-se a relação entre o comportamento
mecânico e a microestrutura da liga de alumínio 6082, sujeita a diferentes condições de
tratamento térmico de envelhecimento com liga de um processo de extrusão industrial da
empresa Extrusal. Na primeira parte começou-se por estudar o comportamento mecânico
da liga extrudada e envelhecida industrialmente durante seis tempos de envelhecimento
5
diferentes. Na segunda parte do trabalho estudaram-se tratamentos térmicos de
envelhecimento diferentes dos utilizados industrialmente.
O estudo das propriedades mecânicas foi realizado por meio de ensaios de tração e de
dureza Vickers. A análise micro-estrutural foi feita utilizando-se à microscopia eletrônica
de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Um tratamento
térmico de envelhecimento interrompido origina ou propriedades mecânicas ligeiramente
superiores às da liga sujeitas a T6, justificando-se maior atenção no futuro em relação ao
potencial deste tipo de tratamento.
Além dos estudos supracitados, outros também recentes foram realizados também na área,
alguns temas bem relevantes para a área são o efeito dos ciclos de solubilização e
envelhecimento no comportamento da liga de alumínio 6101, realizado como dissertação
de mestrado realizado por Maia (2012), outro que pode ser citado é a dissertação escrita
por Ishida (2009) cujo tema é a avaliação comparativa de barras laminadas do aço AISI
316L com e sem tratamento térmico de solubilização.
6
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1. ALUMÍNIO PRIMÁRIO
O Alumínio possui em sua formulação como minério predominante a bauxita, que é
constituída essencialmente de óxido hidratado (Al2O3H2O), contendo também óxido de
ferro, sílica, óxido de titânio e outros compostos em menores quantidades. (CHIAVERINI,
1986).
A história do alumínio está dentre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais.
Segundo Reis (2009), alumínio foi descoberto por Sir Humphrey Davy em 1809, tendo
sido isolado pela primeira vez em 1825 pelo químico dinamarquês Hans Christian Orsted,
porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um processo industrial econômico de redução.
Nesse ano, dois cientistas trabalhando independentemente, Charles Martin Hall, nos
Estados Unidos, e Paul Héroult, na França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico
para reduzir a alumina em alumínio. A bauxita, formada por uma reação química natural,
causada pela infiltração de água em rochas alcalinas que entram em decomposição e
adquirem uma nova constituição química, é o mineral usado para obtenção, pelo processo
Bayer, da alumina pura. Dentre os países mais importantes possuidores deste mineral estão
a Jamaica, Suriname e Guiana Inglesa. O Brasil tem como sua melhor fonte o estado de
Minas Gerais (BRADASCHIA, 1988).
O Alumínio primário é o produzido a partir da bauxita, por um processo produtivo, o
secundário é conseguido através da reciclagem do alumínio primário.
Para a produção do alumínio primário é necessário inicialmente à obtenção de oxido de
alumínio (alumina) através da bauxita, separando o alumínio puro do óxido por meio da
eletrólise.
A obtenção da alumina é realizada através do processo denominado ‘processo Bayer’, que
pode ser esquematizado na figura 3.1:
7
FIGURA 3.1. – Fluxograma básico de uma refinaria (ABAL,2007).
Nesse processo, inicialmente a bauxita é britada e em seguida moída em moinhos de bola,
para obter partículas entre 80 e 100 mesh. O pó resultante é misturado em um tanque de
mistura com solução de hidróxido de sódio que é bombeada em um autoclave, um
recipiente de plástico submetido a alta pressão (4Kgf/cm2) e a elevada temperatura
(250ºC), onde ocorre o processo de “digestão”, que resulta em um alumínio de sódio
solúvel, com equação 1.1
𝐴𝑙2𝑂3 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 → 2𝑁𝑎𝐴𝑙𝑂2 + 𝐻2𝑂 (3.1.)
Completado a “digestão” a solução de aluminato de sódio é tratada por sedimentação ou
decantação e por filtração sob pressão, separando dos resíduos em suspensão (hidróxido de
sódio impuro contendo a sílica outras impurezas e alumina em pequena quantidade)
(CHIAVERINI, 1986).
Após a filtração a solução é conduzida a um tanque de resfriamento e aos depósitos de
precipitação, onde a reação 2𝑁𝑎3𝐴𝑙𝑂3 + 3𝐻2𝑂 = 3𝑁𝑎2𝑂 + 𝐴𝑙2𝑂3 + 3𝐻2𝑂 é formada e é
levada a evaporadores para concentração. Depois é conduzida a espessadores filtrada e
calcinada em forno rotativo a 1200ºC, obtendo-se a alumina como produto final, com 99,5
a 100% de óxido de alumínio (CONSTANTINO, 2002).
A etapa seguinte é a redução da alumina, por sua grande afinidade com o oxigênio, não é
reduzir a alumina por redutores usuais, utiliza-se assim o processo eletrolítico onde há um
banho eletrolítico de criolita (fluoreto de sódio) e alumínio.
8
No processo de eletrólise, para obtenção do alumínio, a alumina é carregada de forma em
um eletrólito fundido, formado por sais de criolita e fluoreto de alumínio.
Onde a corrente elétrica passa na célula eletrolítica promovendo a redução da alumina,
decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio é liberado reagindo com o
ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. Em números redondos, são necessários 5
kg de bauxita para produzir 2 kg de alumina e 1 kg de alumínio primário.
De acordo com a Associação Brasileira do Alumínio, a produção de alumínio primário
computado em dezembro de 2013 foi de 1304,3 mil toneladas. Além disso, atualmente
cerca de 55% do alumínio produzido é proveniente do processo de reciclagem. Neste caso,
a energia necessária neste processo é de 5% do valor gasto na produção do alumínio
primário a partir da bauxita (ALVES, 2011).
Hoje, China e Rússia são os maiores produtores mundiais de alumínio primário, porém, as
maioresreservas de bauxita, que é a matéria-prima para a produção do alumínio primário,
pertencem a Austrália e a Guiné (WEISS, 1992).
De acordo com Constantino (2002), O Brasil, além de possuir grandes reservas
(especialmente na região de Trombetas, no Pará, e em Minas Gerais), é também um dos
maiores produtores do minério, ocupando lugar de destaque no cenário mundial. O
primeiro uso da bauxita para produzir alumina e alumínio metálico em escala industrial no
país foi feita pela Elquisa (hoje, Alcan) durante a Segunda Grande Guerra, em 1944. A
produção nacional de bauxita aumentou desde então, e chegou recentemente a cerca de 13
milhões de toneladas/ano, colocando o Brasil entre os quatro principais produtores. Em
1999, os maiores produtores, em ordem decrescente, foram: Austrália, Guiné, Brasil e
Jamaica, com um total de 70% da produção mundial. Brasil é o terceiro maior detentor de
reservas de bauxita do mundo.
A indústria de alumínio é um dos mais importantes setores industriais brasileiros, com
faturamento anual de R$12,1 bilhões (Anuário Estatístico da ABAL – 2006).
As figuras 3.2 e 3.3 a seguir mostram respectivamente a produção nacional de bauxita e
alumina pelas principais empresas produtoras nos anos de 1995 a 2000, onde a produção
total de alumina foi de 3.515.100 toneladas/ano e de bauxita foi de 13838000
toneladas/ano.
9
FIGURA 3.2: Gráfico - Produção de bauxita (1995-2000) (CONSTANTINO, 2002).
FIGURA 3.3: Gráfico - Produção de Alumina (1995-2000) (CONSTANTINO, 2002).
3.1.1. Aplicações
O alumínio tem muitas aplicações na indústria do cotidiano, suas aplicações em processos
industriais podem ser: Perfis extrudados, chapas, laminados, folhas, fios, cabos, fundidos,
forjados, pastas, pó, estampado, soldado. Há aplicações também em várias áreas, como:
construção civil (presente na cobertura, em telhas, nas fachadas e paredes, revestimentos
internos, cortina de vidro, ventilação, elementos decorativos, esquadrias e revestimento,
estruturas de vão de shopping centers, rodovias ou ginásios), indústria automotiva (muito
MRN 76%
CBA 13%
ALCOA 4%
ALCAN 4%
Outros 3% Produção de Bauxita
BILLITON 12%
ALUNORTE 43%
ALCOA 25%
CBA 13%
ALCAN 7%
Produção de Alumina
10
utilizado em automóveis em motores, com pistão entre outras, chassi, caixa de cambio),
transportes, Aeronáutica (cerca de 80% do peso das aeronaves são do alumínio, por sua
resistência e leveza), embarcações (o alumínio é muito utilizado em embarcações por sua
resistência a corrosão), vagões de trens e metrô, indústria eletro-eletrônico (em cabos
condutores, transformadores, solenóides, chassis eletrônicos etc.), bens de consumo (por
sua leveza e boa condutividade utilizadas em refrigeradores, micro-ondas, utilidades
domésticas, bijuterias, indústria de confecções etc.), maquinas e equipamentos (trocadores
de calor, maquinas agrícolas, máquinas de impressão, têxteis e instrumentos científicos),
embalagens (latas, embalagens flexíveis e alimentícias, entre outros) (ABAL, 2007).
Para Xavier (2012), o uso final do alumínio por setores de atividade econômica constitui
elemento essencial à compreensão da dinâmica competitiva dos segmentos intermediários
da cadeia produtiva do alumínio. A figura 3.4 ilustra o consumo de alumínio pelos
diferentes setores industriais. No ano de 2008, o setor de transporte representou o maior
mercado para o alumínio, representando 35% do total consumido no mundo. O setor de
embalagens foi o segundo maior mercado demandante com participação de 20% do total
mundial, seguido do setor de construção civil com participação de 15%. Por último, os
setores de máquinas e equipamentos e material elétrico responderam por 10% e 8% do
consumo de alumínio no mundo, respectivamente. Dessa forma, em termos mundiais, os
desempenhos dos setores de transporte, embalagens e construção civil são os principais
condicionantes da evolução do consumo de produtos originários da cadeia produtiva do
alumínio.
11
FIGURA 3.4: Gráfico - O uso do alumínio em diversas áreas da indústria no mundo
(XAVIER, 2012).
Outro setor em que o alumínio é muito aceito é a reciclagem. A reciclagem concentra-se no
segmento de latas, onde se atinge uma taxa de reciclagem de 98,2%, certamente bastante
positivo, ainda restrita a um dos segmentos demandantes do alumínio.
Ademais, uma característica essencial do alumínio que favorece o processo de reciclagem
é que ele pode ser reciclado várias vezes sem perder suas propriedades físico-químicas
(IAI, 2009).
De acordo com Midea (2009), o destaque do setor de reciclagem foi o de latas de alumínio,
já que em 2005 foram mais de 294 mil toneladas, com um percentual de reciclagem de
96,2% do total produzido, o que pode mostrar uma preocupação com o meio ambiente,
com a inclusão de coletas seletiva de lixo, como um problema social, em que pessoas,
vulgo “catadores”, coletam esse tipo de material em lixões, praças, lixeiras e praias,
vendendo por preços ínfimos para gerar receita para sua própria subsistência.
A figura 3.5 a seguir mostra o percentual de alumínio reciclado em todo o mundo, como
pode-se verificar o Brasil tem um bom indicie de reciclagem se comparado a outros países,
como exemplo o Brasil que em 2007, apresentou um indicie de reciclagem de 96,5% de
todo o alumínio produzido, muito superior ao indicie nacional de reciclagem que é 69,1%
do que é produzido.
Construção Civil 15%
Transportes 35%
Materiais Elétricos
8%
Máquinas e equipamentos
10%
Embalagens 20%
Outros usos industriais
5%
Outros usos comsumo
7%
Uso final do Alumínio no Mundo
12
FIGURA 3.5.: Gráfico - Reciclagem de latas de alumínio, países selecionados, 2007 (em
%), (IAI,2009).
A figura 3.5 mostra o percentual de alumínio que é reciclado em alguns países
selecionados pela pesquisa, conforme verificado, notou-se que o país que menos recicla
alumínio dos analisados é Portugal que recicla apenas 31% do alumínio consumido, a
média global é de 69,1% a média da Europa está em 70%, um pouco acima da média
global, nota-se também que o país que mais recicla seu alumínio é a China, que recicla
praticamente todo o alumínio consumido (99,5%), e o Brasil não fica mal nessa situação,
visto que, de todo alumínio consumido é reciclado 96,5%.
3.1.2. Propriedades do Alumínio
O alumínio é um metal, que possui peso específico de 2,7 g/cm3 a 20ºC, seu ponto de fusão
é de 660ºC e seu módulo de elasticidade é de 6336kgf/mm2 e pertence ao sistema cúbico
de face centrada. Possui boa condutibilidade térmica e alta condutibilidade elétrica (62% a
do cobre). É não magnético e tem baixo coeficiente de emissão térmica. A tabela 3.1 a
seguir mostra algumas propriedades do alumínio (CHIAVERINI, 1986).
69,1 70
54,2 52
75
57
75
31
92,7
53
42
91
40
89
99,5
67,9
96,5
50
70
90,5
05
101520253035404550556065707580859095
100
Mu
nd
o
Euro
pa
EUA
Re
ino
Un
ido
Turq
uia
Esp
anh
a
Ru
ssia
Po
rtu
gal
Jap
ão
Itál
ia
Hu
ngr
ia
Ale
man
ha
Fran
ça
Fin
lan
dia
Ch
ina
Can
adá
Bra
sil
Au
stri
a
Au
strá
lia
Arg
en
tin
a
Reciclagem das latas de alumínio em2007, (em %)
13
TABELA 3.1 – Algumas propriedades do alumínio metálico
Número atômico 13
Massa atômica 26,9815
Valência +3
Configuração eletrônica 1S22S
22P
63S
22P
1
Peso específico 2,7 g/cm3
Ponto de fusão 660ºC
Ponto de ebulição 2450ºC
Fonte: HISSA (2005).
O Alumínio no estado puro (99,9% de Al), segundo Chiaverini (1986) possui baixa
resistência mecânica (entre 5 e 6 Kgf/mm2), apresentando característicos óticos análogos
ao da prata. O Alumínio com pureza de 99,5% utiliza-se em cabos elétricos e os com 99%
de pureza tem aplicação em utilidades domésticas.
3.2. LIGAS DE ALUMÍNIO
As ligas de alumínio, de acordo com Callister (2002), apresentam características diferentes
do alumínio primário, visto que suas propriedades dependem da sua composição,
microestrutura ou tratamento térmico ou mecânico ao qual ele for submetido.
Segundo Abal (2005), o alumínio quando fundido dissolve outros metais e metalóides,
como o silício, que atua como metal. Quando ele se resfria e se solidifica, alguns dos
constituintes da liga podem ser retidos em solução sólida. Isto proporciona à estrutura
atômica do metal uma forma mais rígida. Os átomos podem ser vistos como sendo
arranjados em uma rede cristalina regular, formando átomos de tamanhos diferentes
daqueles do elemento de liga principal. O metal quente pode manter uma grande
quantidade de elementos de liga em solução sólida do que quando frio. Consequentemente,
quando do seu resfriamento, ele tende a precipitar o excesso dos elementos de liga da
solução. Este precipitado pode ser na forma de partículas duras, consistindo de compostos
intermetálicos, tais como: CuAl2 ou Mg2Si; estes agregados de átomos metálicos tornam a
rede cristalina mais rígida ainda e, consequentemente, formam-se as ligas.
14
Devido a baixa resistencia mecanica do alumínio puro, deve-se utiliza-lo ligado a outros
metais, com o que sem aumentar sensivelmente sua densidade, são melhradas suas
características mecânicas. São utilizdos ligados com o alumínio principalmente o silício,
cobre, magnésio, zinco, etc. (TORRES, 2004)
A tabela 3.2 mostra a influência dos elementos de liga nas propriedades dos materiais.
TABELA 3.2: Principais elementos de ligas e os efeitos ocasionados pela sua adição
ELEMENTOS EFEITO OCASIONADO
Cobre (Cu)
Aumento progressivo da resistência e da
dureza até adição de 12%Cu. Confere a liga boas
propriedades mecânicas a temperaturas elevadas.
(resistência ao calor, fácil usinagem, não
resistem bem a corrosão)
Silício (Si)
Teores crescentes de Si, até o ponto eutético,
aumentam a fluidez e a resistência mecânica da
liga e diminuem a fragilidade a quente e a
contração do material (resistente a corrosão, não
tão bom condutor térmico, baixo coeficiente de
dilatação térmica, difícil usinagem).
Magnésio (Mg)
Aumento do limite de resistência e dureza, além
do aumento na resistência à corrosão e excelente
usinabilidade. Boa resistência ao impacto.
Zinco (Zn)
Confere ao alumínio excelente limite de
resistência e ductilidade à temperatura ambiente,
por outro lado aumenta a susceptibilidade à
corrosão sob tensão.
Fonte: BRADASHIA, (1988), FINARDI, (1988)
As ligas de alumínio possuem além do metal de base, outros elementos considerados como
componentes da liga ou impurezas. Os principais elementos de liga são o cobre, o silício, o
magnésio, o zinco e o manganês (todos de alta solubilidade) que determinam as
características da liga. Adições de cromo, níquel, vanádio, boro, prata, chumbo, bismuto,
15
zircônio e lítio conferem propriedades especiais às ligas básicas, como resistência à
corrosão sob tensão, controle de recristalização ou usinabilidade. Outros elementos como
ferro, titânio, sódio, estrôncio e antimônio (todos de baixa solubilidade) são considerados
impurezas cuja presença deve ser controlada. Dependendo do grupo de ligas, um elemento
que é considerado como benéfico em uma liga, poderá ser maléfico em outra, e vice-versa
(Reis, 2009).
As ligas de alumínio estão divididas em duas grandes classes:
Ligas trabalhadas ou conformadas (wroughtalloys) – Ligas destinadas a fabricação
de produtos semi-acabados, como laminados planos (placas, chapas e folhas),
laminados não planos (tarugos, barras e arames) perfis extrudados e componentes
forjados, essa grande classe detêm 85% da produção mundial de ligas de alumínio.
Ligas fundidas (castalloys) - Ligas destinadas a fabricação de componentes
fundidos. E dominam os outros 15% da produção mundial de alumínio.
3.2.1. Ligas Fundidas
De acordo com Reis (2009), as ligas fundidas empregadas nas aplicações gerais de
engenharia frequentemente contêm silício para melhorar suas características de
fundibilidade, tais como fluidez e resistência a trincas de contração. O cobre também é
frequentemente utilizado como um elemento de liga para proporcionar às propriedades
mecânicas uma maior dureza e resistências exigidas em serviço. As ligas alumínio-
magnésio apresentam maiores problemas na fundição, mas possuem boa resistência e
ductilidade. Elas são amplamente utilizadas, principalmente em ambientes agressivos,
como, por exemplo, em peças e acessórios da indústria naval. Uma pequena proporção de
magnésio também está presente em algumas ligas em conjunto com silício para tornar a
liga mais suscetível a tratamentos térmicos.
A Aluminum Association estabelece um sistema de três dígitos seguidos por um valor
decimal. As séries (famílias) das ligas fundidas estão a seguir:
Série 1xx.x : alumínio não ligado, com pureza de no mínimo 99,0% de alumínio
(comercialmente puro).
Série 2xx.x : este tipo de liga possui o cobre como componente majoritário (AlCu),
mas outro componente da liga pode ser especificado.
16
Série 3xx.x : ligas que possuem o silício como componente principal, e outros
componentes como o magnésio e o cobre. Representa quase 90% de todas as ligas
fundidas produzidas (Al-Si-Mg; Al-Si-Cu; Al-Si-Cu-Mg).
Série 4xx.x : ligas em que o silício é o principal elemento, aumentando assim a
fluidez do alumínio líquido e a obtenção de produtos com formatos complexos.
Série 5xx.x : ligas que possuem o magnésio como componente principal (Al-Mg).
Série 6xx.x : não são utilizadas comercialmente.
Série 7xx.x : possui o zinco (Al-Zn) como componente principal, com adição de
cobre, magnésio, cromo, manganês, ou combinação destes elementos na liga.
Série 8xx.x : possui o estanho (Al-Sn) como elemento principal da liga.
Série 9xx.x : não são utilizadas comercialmente.
O último dígito após o ponto indica a forma de fornecimento do produto, sendo: xxx.0 :
Peças Fundidas; xxx.1 : Lingotes Fundidos, a partir de fusão de peças de retorno e xxx.2 :
Lingotes das Ligas, cuja composição é controlada (REIS,2009).
3.2.2. Ligas Conformadas
Estas ligas são submetidas à deformação mecânica (trabalhado a quente ou a frio, em
processos de extrusão, forjamento ou trefilação) a fim de transformar o lingote de alumínio
na forma desejada.
As ligas de alumínio para trabalho mecânico são classificadas por um número de quatro
dígitos que foi atribuído pela IADS (International Alloy Designation System) em que o
primeiro dígito muda, conforme o elemento de liga principal, o segundo dígito está
relacionado com modificações que foram feitas à liga, em que a original tem este dígito
igual a 0 e as que sofrem modificação são numeradas de 1-9. Os últimos dois dígitos na
série 1xxx estão relacionados com a pureza da liga, por exemplo, a liga 1140 tem uma
pureza de 99,40% enquanto a 1200 tem uma pureza de 99%, para as outras ligas estes
dígitos têm pouco significado e serve para identificar diferentes ligas de alumínio na série.
Utiliza-se o prefixo X quando a liga está num estado experimental do seu desenvolvimento
(NASCIMENTO, 2007).
Segundo Reis (2009), primeiro dos 4 dígitos indica o elemento ou grupo de elementos que
determinam as características da liga, que pode ser:
17
Série 1xxx: 99 % de alumínio ou mais, com aplicações na mecânica, elétrica e
química. Excelente resistência à corrosão, alta condutividade térmica e elétrica,
baixa resistência mecânica, boa usinabilidade. Não tratável termicamente.
Série 2xxx: cobre é o principal elemento de liga, formando a fase Al2Cu. Apresenta
resistência corrosiva inferior às outras ligas, mas boas propriedades mecânicas.
Utilizadas em peças estruturais e aeronaves. Tratável termicamente.
Série 3xxx: manganês é o componente majoritário. Possui resistência mecânica em
média 20% maior do que as ligas da série 1xxx, dada a porcentagem de manganês
(por volta de 1,5%). Não tratável termicamente.
Série 4xxx: silício é o principal elemento de liga. A porcentagem de silício pode ser
de até 12%, ocasionando queda no seu ponto de fusão. Por esta razão este tipo de
liga é muito usada para fundição e soldas. Não tratável termicamente.
Série 5xxx: magnésio como componente principal. Possui boas características para
solda e boa resistência à corrosão, inclusive em atmosfera marítima. Não tratável
termicamente.
Série 6xxx: possuem silício e magnésio, nas proporções de formação de Mg2Si.
Menos resistente que as ligas 2xxx e 7xxx, mas com boa resistência à
corrosão,média resistência mecânica e usada em soldas. Tratável termicamente.
Série 7xxx: zinco pode variar de 1 a 8%, sendo o componente principal da
liga.Com pequenas porcentagens de magnésio, entre 1 e 3%, resulta a formação
departículas do composto MgZn2. Tratável termicamente.
Série 8xxx: ligas desta série possuem grande variedade de elementos,
freqüentemente caracteriza-se por possuir de 2,4 a 2,8% de lítio. Tem como
aplicação a estrutura de aviões e aeronaves. Com ferro e manganês esta liga é usada
para utensílios de cozinha. Podem ou não ser tratadas termicamente.
Para Chiaverini (1986), essas ligas podem ser subdivididas em duas classes:
Tratáveis termicamente – São endurecidas por meio de tratamentos térmicos
(tem suas propriedades mecânicas melhoradas, principalmente pelo tratamento
de endurecimento por precipitação), estão incluídas na lista de tratáveis as
famílias 2xxx, 6xxx e 7xxx.
18
Não tratáveis termicamente - Tem suas propriedades alteradas apenas por
trabalhos a frio ou encruamento. Fazem parte desse grupo as famílias 1xxx,
3xxx, 4xxx e 5xxx.
3.3. LIGAS COMERCIAIS
3.3.1. Liga 6005
A liga 6005A é uma liga de média resistência, muito similar à liga 6061, exceto por conter
altas quantidades de silício. Essa liga é usada em produtos que exigem moderada
resistência, sendo recomendados para aplicações onde a estrutura pode ser submetida a
impactos ou super carregamentos devido a sua ótima característica de resiliência (ALCOA,
2010).
Para sofrer dobramento essa liga necessita de uma têmpera de envelhecimento natural.
Contudo, devido ao excesso de silício contido na liga, propriedades podem ser melhoradas
rapidamente com envelhecimento a temperatura ambiente. Em comparação com a liga
6061, a liga 6005 é mais fácil de extrudar e menos sensível ao resfriamento rápido,
permitindo que seja utilizada para formas mais complexas (ALCOA, 2010).
A liga 6005, quando produzida em têmpera –T5, possui os mesmos mínimos de limite de
escoamento e resistência à tração, apresenta melhor usinabilidade e propriedades de
resistência do que a liga 6063 (ALCOA, 2010).
A liga 6005A pode também ser soldada ou brasada usando-se vários métodos comerciais.
O aquecimento da soldagem ou brasagem pode reduzir a resistência na região de solda
(ALCOA, 2010).
As aplicações típicas para a liga 6005 incluem conectores automotivos, membros
estruturais, tubo para corrimão, tubos sem costura e estruturas de escadas (ALCOA, 2010).
As tabelas 3.3 e 3.4 apresentam respectivamente as propriedades químicas e composição e
as propriedades mecânicas da liga em questão.
19
TABELA 3.3: Composição química da liga de alumínio ABNT 6005
Análise Química da
Liga 6005
Temperatura Líquido:
654ºC
Temperatura
sólido: 654ºC
Densidade:
2,7g/cm3
Porcentagem
em peso
Elementos
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Outros Alumínio
Mínimo 0,5 - - - 0,4 - - - - -
Máximo 0,9 0,35 0,3 0,5 0,7 0,3 0,2 0,1 0,15 Restante
Fonte: (ALCOA, 2010).
TABELA 3.4: Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6005
LIGA 6005: PROPRIEDADES MECÂNICAS
Têmpera
Padrão
Seção
específica ou
espessura de
parede
(milímetro)
Resistência a tração (MPa) Alongamento
Limite
resistência à
tensão
Limite de
escoamento
Porcentagem
Mínima em 50
mm
MÍNIMO MÍNIMO
T4 Até 25 180 90 15
T5 3,2-25 260 215 8
T6 Até 6,3 270 225 8
6,31-12,5 260 215 8
12,51-25 250 200 8
Fonte: (ALCOA, 2010).
3.3.2. Liga 6063
A Liga 6063 é uma das ligas mais populares da série 6XXX, oferecendo boa
extrudabilidade e uma alta qualidade de acabamento superficial. A Liga 6063 é usada em
uma grande variedade de aplicações arquiteturais, trocadores de calor. Em condições de
tratamento térmico, a liga 6063 oferece boa resistência à corrosão em geral, incluindo a
corrosão por tensão. É facilmente soldada ou brasada por diferentes métodos
20
convencionais, com a cautela de que o contato direto com metais dissimilares pode
provocar a corrosão galvânica. Por ser uma liga tratável termicamente, sua resistência pode
ser diminuída na região de solda (ALCOA, 2010).
Por ser uma liga escolhida para aplicações estéticas, embalagens especiais podem ser
necessárias para proteger as superfícies de exposições críticas (ALCOA, 2010).
As aplicações típicas incluem produtos de arquitetura e construção, componentes elétricos,
tubos, porta e caixilharia, grades e móveis. A Liga 6063 é frequentemente utilizada em
aplicações elétricas nas condições de têmperas T5, T52 e T6, devido a sua boa
condutividade elétrica (ALCOA, 2010).
A anodização é considerada um excelente revestimento para as têmperas T5 e T52 como
acabamento fosco. As anodizações mais comuns são a anodização fosca e a brilhante,
sendo esta uma alternativa econômica para o polimento superficial.
A usinabilidade é considerada boa para as têmperas T5 e T6 (ALCOA, 2010).
As tabelas3.5 e 3.6 apresentam respectivamente as propriedades químicas e composição e
as propriedades mecânicas da liga em questão.
TABELA 3.5: Composição química da liga de alumínio ABNT 6063
Análise Química da
Liga 6063
Temperatura Líquido:
655ºC
Temperatura
sólido: 615ºC
Densidade:
2,69g/cm3
Porcentagem
em peso
Elementos
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Outros Alumínio
Mínimo 0,2 - - - 0,45 - - - - -
Máximo 0,6 0,35 0,1 0,1 0,9 0,1 0,1 0,1 0,15 Restante
Fonte: (ALCOA, 2010).
21
TABELA 3.6: Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6063
LIGA 6063: PROPRIEDADES MECÂNICAS
Têmpera
Padrão
Seção
específica ou
espessura de
parede
(milímetro)
Resistência a tração (MPa) Alongamento
Limite resistência
à tensão
Limite de
escoamento
Porcentagem
Mínima em 50
mm MÍN. MÁX. MIN. MAX.
O Todas - 130 - - 16
T4 Até 12,5 130 - 70 - 12
12,51-25 125 - 60 - 10
T5 Até 12,5 175 - 130 - 6
12,51-25 160 - 110 - 5
T6 Até 3,2 215 - 170 - 6
3,2 - 25 195 - 160 - 6
Fonte: (ALCOA, 2010).
3.3.3. Liga 6351
A Liga 6351 é geralmente indicada em aplicações estruturais, onde uma média a alta
resistência mecânica é exigida. Disponível nas formas de vergalhão, tubo e perfis
estruturais, a Liga 6351 oferece alta resistência mecânica, alta resistência à corrosão, boa
conformabilidade em têmperas O e T4, boa soldabilidade, porém não apresenta boa
brasabilidade e boa extrudabilidade. É tratável termicamente e suscetível a anodização
somente com fins de proteção (ALCOA, 2010).
As aplicações mais comuns da Liga 6351 incluem engenharia estrutural, construção de
navios, veículos e equipamentos, acessórios para cabos (ALCOA, 2010).
As tabelas 3.7 e 3.8 apresentam respectivamente as propriedades químicas e composição e
as propriedades mecânicas da liga em questão.
22
TABELA 3.7: Composição química da liga de alumínio ABNT 6351
Análise Química da
Liga 6351
Temperatura Líquido:
650ºC
Temperatura
sólido: 555ºC
Densidade:
2,71g/cm3
Porcentagem
em peso
Elementos
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Outros Alumínio
Mínimo 0,7 - - 0,4 0,4 - - - - -
Máximo 1,3 0,5 0,1 0,8 0,8 - 0,2 0,2 0,15 Restante
Fonte: (ALCOA, 2010).
TABELA 3.8: Propriedades Mecânicas da liga de alumínio ABNT 6351
LIGA 6351: PROPRIEDADES MECÂNICAS
Têmpera
Padrão
Seção
específica ou
espessura de
parede
(milímetro)
Resistência a tração (MPa) Alongamento
Limite
resistência à
tensão
Limite de
escoamento
Porcentagem
Mínima em 50
mm
MÍNIMO MÍNIMO
T4 Até 20 205 110 12
T5
Até 6,3 270 230 6
6,31-25 270 230 -
T6 Até 3,2 290 250 6
3,21-20 300 255 8
Fonte: (ALCOA, 2010).
3.4. TRATAMENTOS TERMICOS
É muito antiga a preocupação do homem em obter metais resistentes e de
qualidade. No ano 55 a.C. os guerreiros se defrontavam com o problema das armas
entortarem após certo tempo de uso, o que os obrigava a interromper as lutas para consertar
suas armas de ferro. Os romanos, no entanto, já haviam percebido que o ferro, quando
23
aquecido em meio ao carvão vegetal e resfriado em salmoura. Esse processo foi
considerado o primeiro tratamento térmico da história, no entanto demorou anos para que o
homem dominasse e aperfeiçoasse essa técnica (LUTZ, 2004).
Os principais fatores que influenciam no resultado final de um tratamento térmico são
aquecimento, tempo de permanência à temperatura, resfriamento e atmosfera do local de
aquecimento. O objetivo do tratamento térmico é alterar as características mecânicas e
estruturais dos materiais em função da sua aplicação como aumento ou diminuição da
dureza, aumento da resistência mecânica, melhoria da ductilidade, da usinabilidade, da
resistência ao desgaste, das propriedades de corte, da resistência à corrosão, da resistência
ao calor, modificação das propriedades elétricas e magnéticas, corrigir defeitos e distorções
causadas por processos anteriores do tratamento dos metais (laminação, forjamento,
tratamentos anteriores, fundição etc.) (LUTZ, 2004 e CORTEZ, et. al., 2007).
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são (CHIAVERINI, 1977):
Remoção de tensões internas (oriundas de esfriamento desigual, trabalho mecânico
ou outra causa);
Aumento ou diminuição da dureza;
Aumento da resistência mecânica;
Melhora da ductilidade;
Melhora da usinabilidade ;
Melhora da resistência ao desgaste;
Melhora das propriedades de corte;
Melhora da resistência à corrosão;
Melhora da resistência ao calor;
Modificação das propriedades elétricas e magnéticas.
3.4.1. Fatores que influenciam no tratamento térmico
Há diversos fatores que influenciam no resultado de um tratamento térmico, dentre eles os
mais importantes que podemos citar são:
24
3.4.1.1. Aquecimento
O aquecimento em geral é realizado acima da temperatura crítica e depois esfriado. A
velocidade de aquecimento, apesar de na maioria dos casos seja fator secundário, apresenta
certa importância, principalmente quando a peça a ser tratada está em estado de tensão
interna ou possuem tensões residuais (SILVA, 1988).
A temperatura de aquecimento é mais ou menos um fator fixo, determinado pela natureza
do processo e dependendo, é evidente, das propriedades e das estruturas finais desejadas,
assim como da composição química do material (SPECTRU, 2014).
Quanto mais alta a temperatura de aquecimento (acima da zona crítica), maior segurança se
tem da completa dissolução das fases; por outro lado, maior será o tamanho de grão. As
desvantagens de um tamanho de grão excessivo são maiores que as desvantagens de não se
ter total dissolução das fases, de modo que se deve procurar evitar temperaturas muito
acima de linha superior da zona crítica (SPECTRU, 2014).
A influência do tempo de permanência do material a ser tratado à temperatura escolhida de
aquecimento é mais ou menos idêntica à da máxima temperatura de aquecimento, isto é,
quanto mais longo o tempo à temperatura considerada de tratamento, maior será a
dissolução do material, entretanto maior o tamanho de grão resultante.
3.4.1.2. Resfriamento
Este é o fator mais importante, pois é ele que determinará efetivamente a estrutura e, em
consequência, as propriedades finais dos materiais. Como pela variação da velocidade de
resfriamento pode-se obter diferentes peças. Por outro lado, a obtenção desses constituintes
não é só função da velocidade de resfriamento, dependendo também como se sabe, da
composição do material da peça, das dimensões (seção) das peças, etc. (CHIAVERINI,
1977).
Os meios de esfriamento usuais são: ambiente do forno, ar e meios líquidos. O
resfriamento mais brando é, evidentemente, o realizado no próprio interior do forno e ele
se torna mais severo à medida que se passa para o ar ou para um meio líquido, onde a
extrema agitação dá origem aos meios de esfriamento mais drásticos ou violentos. Na
escolha do meio de esfriamento, o fator inicial a ser considerado é o tipo de estrutura final
desejada a uma determinada profundidade. De fato, a seção e a forma da peça influem
25
consideravelmente na escolha daquele meio. Muitas vezes, por exemplo, a seção da peça é
tal que a alteração estrutural projetada não ocorre à profundidade esperada (SPECTRU,
2014).
Algumas vezes a forma da peça é tal que um resfriamento mais drástico, como em água,
pode provocar consequências inesperadas e resultados indesejáveis tais como
empenamento e mesmo ruptura da peça. Um meio de resfriamento menos drástico, como
óleo, seria o indicado sob o ponto de vista de empenamento ou ruptura, porque reduz o
gradiente de temperatura apreciavelmente durante o resfriamento, mas não podem
satisfazer sob o ponto de vista de profundidade de endurecimento. É preciso, então
conciliar as duas coisas: resfriar adequadamente para obtenção da estrutura e das
propriedades desejadas à profundidade prevista e, ao mesmo tempo, evitar empenamento
distorção ou mesmo ruptura da peça quando submetida ao resfriamento (SPECTRU,
2014).
Os meios de resfriamento mais utilizados são: soluções aquosas, águas, óleo e ar. Outro
fator que deve ser levado em conta é o da circulação do meio de resfriamento ou agitação
da peça no interior, pois ocorrer o empenamento das peças e até mesmo fissuras para isso
temos que usar meios menos drásticos como óleo, água aquecida ou ar, são banhos de sal
ou banho de metal fundido (SPECTRU, 2014).
A curva TTT da liga 6XXX está representada na figura 3.6. Esta curva mostra um
comportamento típico C com nariz a 330ºC. As ligas da série 6xxx de alta resistência
contém um elevado teor de soluto e são extremamente sensíveis à têmpera. Nestas ligas
são necessárias taxas de arrefecimentos rápidas para que se possa obter a máxima tensão de
ruptura (SOARES, 2009).
26
FIGURA 3.6.: Curva TTT para as ligas 6xxx (SOARES, 2010).
3.4.2. Diagrama de fases Al-Mg2Si
O diagrama de fase ternário de uma liga é imprescindível para se determinar as variáveis
do tratamento térmico ao qual se deseja submeter a peça a ser tratada. Pode-se assim, na
figura 3.7 verificar a máxima quantidade de compostos inter-metálicos Mg2Si dissolvido
na matriz de alumínio é de 1,85% (em peso) à temperatura de 595ºC, onde tem-se o ponto
eutético. Com redução da temperatura a solubilidade do Mg2Si diminui (SOARES, 2009).
FIGURA 3.7.: Diagrama de fase ternário Al-Mg-Si (MORAES, 2006)
27
Nem toda a quantidade de silício presente nas ligas de alumínio poderá estar disponível
para se combinar com o magnésio para formar o composto inter-metálico Mg2Si. A
quantidade de silício disponível depende das quantidades de Mn e Fe presentes nas ligas
visto que estes dois elementos têm maior facilidade de se ligar ao magnésio que o silício
(SOARES, 2009).
3.4.3. Recozimento
É um tratamento realizado no caso do alumínio entre a temperatura de 300º e 450ºC,
ocorrendo quase instantaneamente uma recristalização. O seu resfriamento é realizado no
forno com velocidade de 30ºC por hora até a temperatura de 250ºC, depois a peça é
resfriada ao ar, obtendo assim maior ductibilidade. O principal objetivo desse tratamento é
reduzir o encruamento causado por conformação ou outro tipo de trabalho e anular o efeito
dos tratamentos anteriores (OLIVEIRA, 2001).
As temperaturas e os tempos de recozimento para as principais ligas de alumínio são
apresentadas na tabela 3.9:
TABELA 3.9: Temperaturas e tempos recomendados de recozimento
Ligas de
Alumínio
Temperatura de Recozimento
em ºC (±5ºC)
Tempo
(horas)
1100 329 1
1350 329 1
2014 407 2 - 3
2024 407 2 - 3
2219 407 2 - 3
5050 329 1
5052 329 1
6061 407 2 - 3
7050 407 2 - 3
7075 407 2 - 3
7178 407 2 - 3
Fonte: (ASTM, 1990).
28
3.4.4. Solubilização
A solubilização envolve o aquecimento de uma liga a determinada temperatura com o
objetivo de dissolver os átomos de soluto para formar uma solução sólida monofásica
(CALLISTER, 2002). Em uma liga de alumínio 356, o tratamento de solubilização é
realizado para dissolver Mg2Si, homogeneizar a solução sólida e fragmentar e esferoidizar
o eutético de silício (KLIAUGA, 2007).
Três processos acontecem durante o tratamento de solubilização:
- dissolução dos elementos de liga (principalmente Si, Mg e Cu) na matriz de alumínio
- separação da estrutura eutética de Si e esferoidização das partículas resultantes
- homogeneização da microestrutura em geral (RONSANI, 2010).
Logo após o aquecimento, pelo esfriamento mais ou menos rápido, o estado monofásico é
mantido, tornando a liga mais dura e deformável. Em geral, todas as ligas que apresentam
soluções sólidas terminais com diferença considerável nos limites de solubilidade entre a
temperatura ambiente e o máximo de solubilidade nas isotermas sendo elas eutéticas,
peritéticas, monotéticas ou mesmo eutetóides, podem ser submetidos a este tratamento. Os
tempos de manutenção à temperatura de tratamento dependem: das características físico
química das fases presentes, de suas quantidades e grau de dispersão, de processos de
conformação prévios, da temperatura e meio de aquecimento do tratamento. (COUTINHO,
1980; RONSANI, 2010).
De modo geral, esse tratamento é o que obtém a melhor resistência mecânica nas ligas. O
processo consiste no aquecimento da liga uniformemente até temperatura de 500ºC,
proporcionando a dissolução dos elementos de liga em meio à solução sólida (peça), logo
após a peça é resfriada rapidamente, em geral em água (POLASTRO, 2011).
A tabela 3.10, mostra as temperaturas recomendadas para solubilização das ligas de
alumínio mais utilizadas em processos de forjamento. É importante observar que se
excedendo em muito o limite máximo de temperatura há riscos de fusão eutética,
provocando redução das propriedades mecânicas. No entanto, se não for atingida a
temperatura adequada a solubilização completa pode não ocorrer, assim, não se obtém as
propriedades melhores (OLIVEIRA, 2001).
29
TABELA 3.10: Temperatura de solubilização e resfriamento
Ligas Formas Temperatura
de solubilização
(ºC)
Temperatura da
água de
resfriamento (ºC)
2014 Todas (exceto forjada) 501 T. ambiente
Forjada 501 60-82
2024 Todas (exceto forjada) 493 T. ambiente
Forjada 493 60-82
2219 Todas (exceto forjada) 535 T. ambiente
Forjada 535 60-70
6061 Todas (exceto forjada) 548±29 T. ambiente
Clad 526±10
7050 Todas (exceto forjada) 476
Forjada 476 60-70
7075
Forjada 468±8 60-70
Chapas até 0,051 pol 493 T. ambiente
Chapas de 0.051 à 1pol 479±18
Barras extrudadas e
placas de mais de 1pol
465
7575 Chapa não clad 513
Chapa clad 493
Fonte: (ASTM, 1990).
Assim, deve-se considerar também o tempo de encharque, que é o tempo que a peça deve
permanecer na temperatura de solubilização para que o processo seja efetivado ao longo da
peça (OLIVEIRA, 2001).
A tabela 3.11 apresenta os tempos de encharque para determinadas espessuras de ligas.
30
TABELA 3.11: Tempo de encharque para determinadas espessuras de ligas
Espessura
(mm)
Tempo de Encharque (minutos)
Banho de Sal Forno ao Ar
Min Máx Min Máx
Até 0,41 10 15 20 25
0,42 a 0,51 10 20 20 30
0,52 a 0,81 15 25 25 35
0,82 a 1,6 20 30 30 40
1,61 a 2,29 25 35 35 45
2,3 a 3,17 30 40 40 50
3,18 a 6,35 35 45 50 60
Fonte: (ASTM, 1990)
3.4.5. Envelhecimento
Segundo Lima (2012), os tratamentos térmicos de envelhecimento são processos que têm
como objetivo promover o endurecimento por precipitação. Estes tratamentos podem
dividir-se em três etapas:
- Solubilização;
- Arrefecimento rápido;
- Envelhecimento natural e/ou artificial.
Depois do tratamento de solubilização e têmpera o endurecimento da peça é atingido a
temperatura ambiente, depois de um certo tempo de resfriamento, que é chamado
envelhecimento natural, ou após a peça passar por um processo de precipitação, conhecido
como envelhecimento artificial. Em algumas ligas, uma precipitação suficiente ocorre em
poucos dias a temperatura ambiente e produtos estáveis são produzidos para muitas
aplicações adequadas. Estas ligas algumas vezes são tratadas para terem sua resistência e
dureza aumentadas. Outras ligas com precipitação lenta a temperatura ambiente são sempre
tratadas antes de serem usadas (RONSANI, 2010).
As condições de tratamento térmico devem ser controladas, Lima (2012), recomenda um
tratamento de solubilização com duração de 6 a 12 horas a uma temperatura de 540 °C,
31
para peças vazadas em moldes permanentes, o arrefecimento não é especificado e o
envelhecimento indicado consiste num aquecimento a uma temperatura de 155 °C durante
3 a 5 horas.
O reaquecimento da liga solubilizada geralmente na faixa de 120 a 200°C, favorece a
precipitação artificial sub microscópica da fase ou das fases intermediárias, com aumentos
de dureza, resistência à tração e menor resistência a corrosão (COUTINHO, 1980).
Para a realização do envelhecimento de uma liga Al-Si-Mg (356) (155°C/4h), a solução
sólida saturada, primeiro desenvolve conjuntos de soluto (RONSANI, 2010).
O envelhecimento pode ocorrer de forma natural ou artificial. O envelhecimento natural é
feito à partir da temperatura ambiente enquanto o artificial é realizado a temperaturas mais
altas. Enquanto em algumas ligas se conseguem atingir estados bastante interessantes em
nível de propriedades mecânicas, apenas utilizando o envelhecimento natural, em outras é
necessário que ocorra o envelhecimento artificial (SOARES, 2009).
A Figura 3.8 mostra a seqüência que deve ser feita para se obter um envelhecimento.
FIGURA 3.8.: Esquema para tratamento térmico de envelhecimento (HASKEL,2009)
32
3.5. METALOGRAFIA
A metalografia consiste basicamente no estudo dos produtos metalúrgicos, com o auxílio
do microscópio, permitindo observar e identificar a granulação do material, a natureza,
forma, quantidade e distribuição dos diversos constituintes ou de certas inclusões, etc. A
técnica desenvolvida através da prática de vários anos, define a preparação metalográfica
como sendo um trabalho laborioso, técnico e altamente artesanal (BAPTISTA, 1998)
Os processos para a realização da metalografia consistem em inicialmente preparar-se o
corpo de prova ou amostra para a realização dos procedimentos que se seguem, depois o
corte das amostras o embutimento das mesmas para facilitar o processo e dar planicidade
às amostras, depois o lixamento e polimento para gerar uma superfície com excelene
acabamento superficial, seguido do ataque químico que permite ver a estrutura e por fim a
microscopia que permite ver a micro-estrutura da peça (ROHDE, 2010).
O alumínio e algumas de suas ligas podem ser considerados como sendo um dos metais
mais difíceis de preparar para observação metalográfica. A baixa dureza e a tenacidade do
alumínio tornam-no muito susceptível à deformação durante a preparação, levando a um
tempo de preparo manual entre lixamento e polimento extremamente longo., o que torna
trabalhosa e cuidadosa a preparação destas ligas (ROHDE, 2010).
3.6. DUREZA
O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, é hoje o processo mais utilizado no
mundo inteiro para determinar a dureza dos materiais, devido à rapidez e à facilidade de
execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de
durezas e pequeno tamanho da impressão. Neste método, a carga do ensaio é aplicada em
etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o
penetrador e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. A
leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio,
de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material. Os
penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico
(esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade)
(BALTAZAR, 2015).
33
4. METODOLOGIA
4.1. FLUXOGRAMA DOS PROCEDIMENTOS REALIZADOS
FIGURA 4.1.: Fluxograma dos métodos utilizados
PR
EPA
RA
ÇÃ
O D
AS
AM
OST
RA
S
TRA
TAM
ENTO
TÉR
MIC
O
IN N
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ENTO
REC
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ENV
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ENTO
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LIX
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SE M
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LOG
RÁ
FIC
A
34
4.2. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Para a realização desse trabalho foram adquiridos barras de alumínio no diâmetro de 1
(uma) polegada (25,4 mm) e de 1,5 m de comprimento, de três ligas diferentes (6063,
6005,6351) que foram obtidos a partir de um processo de extrusão a quente, onde o
material base passa por um forno, onde é aquecido, logo em seguida passa por uma matriz
que lhe dá forma e permite a extrusão a quente. Outra informação importante de ser
observada é que um dos materiais utilizados o alumínio 6005 depois de extrudado foi
tratado termicamente. Essas três barras foram cortadas com o auxílio de uma máquina
cortadora metalográfica, com espessura de 2,5 mm as barras de alumínio, conforme a
Figura 4.2.
FIGURA 4.2: A figura da esquerda é a cortadora metalográfica e da direita as barras de
alumínio cortadas.
Como as barras de alumínio utilizadas neste experimento geralmente são barras que
passaram por um processo de extrusão a quente, ou é trabalhada de alguma forma a frio,
realizou-se alguns tratamentos utilizando os materiais da forma in natura (que é a peça da
forma que foi comprada), porém, para aliviar as tensões internas e “remover” as
imperfeições causadas pelo trabalho a frio realizou-se um recozimento pleno antes de todos
os tratamentos. Por exemplo, antes de realizar a solubilização na amostra um recozimento
foi feito para aliviar as tensões superficiais da peça, da mesma forma antes do
envelhecimento também foi realizado um recozimento.
35
Após o corte as peças foram divididas para serem submetidas as diferentes tratamentos, os
tratamentos selecionados foram:
4.3. RECOZIMENTO
Uma amostra de cada liga foi submetida ao recozimento pleno. A amostra foi aquecida a
uma temperatura de 407ºC por um período de 2 horas, logo após o término desse tempo foi
submetido a uma redução de temperatura até chegar a temperatura de 250ºC, na qual
permaneceu por um período de 45 min, depois disso, a amostra foi resfriada ao ar.
Todas as peças foram aquecidas em forno mufla FC (Figura 4.3) com controlador de
temperatura EDGCOM-3P
4.4. SOLUBILIZAÇÃO
Para a realização da solubilização a peça foi aquecida a uma temperatura de 548ºC, por um
período de 45 min (com taxa de 30ºC por minuto), logo após, foras distribuídas em três
classes, uma amostra foi resfriada na água, outra foi resfriada ao óleo e a ultima ao ar em
um tanque contendo os respectivos meios, como mostra a Figura 4.4.
4.5. ENVELHECIMENTO ARTIFICIAL
Antes de realizar o envelhecimento artificial a peça sofreu o processo de solubilização,
logo após, a peça foi aquecida por uma temperatura de 155ºC, por um período de 3 horas,
depois resfriada a temperatura ambiente. Neste caso, nota-se que há também três classes de
peças, as que passaram por solubilização com envelhecimento a óleo, a água e ao ar, e em
seguida sofreram envelhecimento artificial.
36
FIGURA 4.3: Forno mufla FC com controlador de temperatura EDGCOM-3P
FIGURA 4.4: Tanques de resfriamento do alumínio
4.6. LIXAMENTO
Logo após, com o auxílio de uma lixadeira politriz motorizada (Figura 4.5), realizou-se
o lixamento das peças a serem utilizadas e analisadas. Cada peça foi lixada com as
lixas 320, 600 e 1000 mesh, respectivamente.
37
FIGURA 4.5: Lixadeira politriz motorizada
4.7. MEDIÇÃO DA DUREZA
Em seguida, com o auxílio de um durômetro, mediu-se a dureza das ligas ensaiadas.
Inicialmente mediu-se da peça natural, do modo que foi comprada, em seguida da peça que
sofreu um recozimento, outra apenas solubilizada e em seguida da peça recozida e
solubilizada (com os três tipos de resfriamentos), depois a peça recozida, solubilizada e
envelhecida artificialmente, e por ultimo a peça recozida, solubilizada e envelhecida
naturalmente.
Para a medição da dureza usou-se a medição de dureza através do durômetro, o padrão
utilizado foi Rockwell H. O padrão Rockwell consiste em um esfera que varia de 1/16’’ até
1/2’’, que ao posicionar a peça a mesma sofre uma pré-carga, de acordo com a
proximidade (quantidade de voltas que se dá inicialmente no sistema), que em geral deve
ser entre 2 (duas) e 3 (três) voltas, depois o sistema deve ser acionado e quando o ponteiro
parar de girar a alavanca de acionamento deve ser voltada à origem e o valor da dureza
será indicado no visor, seja ele analógico ou digital uma imagem do micro durômetro
utilizado (TESTOR HT) pode ser visto na Figura 4.6. Uma forma representação explicativa
de como funciona o aparelho quando utilizando a dureza Rockwell e apresentada no
desenho da Figura 4.7.
38
FIGURA 4.6.: Durômetro Rockwell
FIGURA 4.7.: Representação da Dureza Rockwell
A medida da dureza de cada peça foi realizada em Rockwell H, onde se utiliza uma esfera
de 1/8 de polegadas e a carga de 60 Kgf para a medição da dureza.
Adotou-se para medição de dureza a grandeza Rockwell H, essa escala foi adotada tendo
em vista que além de ser a mais indicada pela literatura principalmente aplicado a
Alumínio e Zinco, tentou-se realizar os experimentos utilizando outra escala de dureza,
39
como Rockwell B, no entanto constatou-se que não seria possível a análise, utilizando
essas escalas, visto que os materiais era muito macios para elas, se fosse-se utilizar a escala
de Rockwell B, por exemplo, teria-se que adotar um valor de dureza negativo, o que seria
um absurdo se formos analisar.
4.8. POLIMENTO
Nesta etapa realizou-se o polimento nas amostras com o auxilio de uma politriz lixadeira
metalográfica (Figura 4.8), utilizando-se como abrasivo a alumina de 1 micrometro de
tamanho de grão para remover qualquer risco na peça e gerar uma superfície lisa e sem
arranhões para a análise metalográfica.
FIGURA 4.8: Politriz lixadeira metalográfica
Todos os experimentos foram realizados com três repetições. E os testes de dureza também
na mesma quantidade em cada peça. Ao total foram 126 amostras e em cada uma mediu-se
a dureza por três vezes tanto no centro quanto nas bordas e tirou-se a média de cada peça e
depois de cada classe de peça. As medidas das durezas foram expostas nos resultados.
Após o polimento realizou-se o ataque químico nas amostras, onde o ataque químico foi
realizado utilizando hidróxido de sódio 90% (10 g de hidróxido de sódio e 90 ml de água)
com imersão por 10 segundo e depois o composto comercialmente chamado Osmond (10
ml de ácido clorídrico, 10 ml de ácido nítrico, 10 ml de ácido fluorídrico e 25 ml de água
destilada) imerso por 15 segundos e por ultimo o reagente Keller (10 ml de ácido
40
fluorídrico concentrado, 15 ml de ácido clorídrico concentrado, 25 ml de ácido nítrico
concentrado e 50 ml de água destilada) imerso por 25 segundos no composto, após a
aplicação dos reagentes a análise metolográfica com os três reagentes para ataque foram
realizadas.
4.9. METALOGRAFIA
Após a medição da dureza Rockwell das amostras realizou-se a análise metalográfica, onde
foi realizada a caracterização micro estrutural das amostras. Para a realização dessa análise
foi utilizado um microscópio ótico utilizando um aumento de 1000 vezes e um computador
para analisar as imagens visualizadas no microscópio, como apresentado na Figura 4.9.
FIGURA 4.9: Microscópio ótico Olympus BX51M
Após essa análise os resultados serão recolhidos e analisados, como apresentado no item
resultados e discussões.
41
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Como visto anteriormente, as ligas de alumínio utilizadas foram o 6005, 6063 e o 6351,
cada uma com características diferentes e quantidades de elementos de ligas também
variados.
Os resultados foram divididos em duas partes, os resultados obtidos na medição da dureza
e a metalografia das amostras.
O resultado final da dureza foi calculado com base na média das três medidas obtidas de
cada amostra. Para isso, inicia-se falando do resultado obtido em cada uma das peças,
dividindo em produto In Natura, apenas Recozido, apenas solubilizado, solubilizado e
envelhecido e o ultimo recozido, solubilizado e envelhecido. Além disso, o processo de
envelhecimento é resfriado por três métodos ar, água e óleo.
5.1. DUREZA ROCKWELL
O processo de medição da dureza adotado foi a dureza Rockwell H, que é a mais indicada
para alumínio e suas ligas segundo a literatura.
5.1.1. Alumínio in natura
Os alumínios utilizados neste trabalho foram os alumínios 6005, 6063 e 6351.
A figura 5.1. mostra os resultados de dureza Rockwell H obtidos para a amostra in natura.
FIGURA 5.1. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio In Natura
50
72 75
47
70 74
6005 6063 6351
IN NATURA (HRH)
CENTRO SUPERFÍCIE
42
Outra informação importante dos materiais utilizados é suas composições químicas ou
melhor, elementos de liga que fazem parte dos mesmos. Os elementos de liga que causam
aumento de dureza no material segundo a literatura e descrito na revisão é o silício, o
magnésio e o cobre, esses três elementos causam o aumento da dureza do material.
Analisando cada peça utilizada podemos verificar que o material 6005, possivelmente
composta, entre outras ligas, com 0,5-0,9% de Silício, Magnésio com 0,5% e Cobre 0,3%,
enquanto o material 6063 com silício a 0,2-0,6% e Magnésio e Cobre a 0,1%, e por fim a
peça 6351 silício 0,7-1,3% , Magnésio 0,4-0,8 e Cobre 0,1. De uma forma geral o elemento
6063 é o elemento que apresenta os menores percentuais de elementos de ligas e
consequentemente é o que deve apresentar a menor dureza, em seguida percebe-se que os
materiais 6005 e 6351 apresentam percentuais próximos de elementos de ligas, onde o
6005apresentam, de forma geral, maior percentual de cobre e valor médio de magnésio, e o
material 6351 apresenta maior percentual de silício.
Analisando a dureza observada na figura 5.1, verifica-se que não há muita diferença ente
ao centro e a superfície da peça, neste caso o processo adotado obteve uma homogeneidade
em toda a peça. Outro fator a se observar é que o alumínio 6063 mesmo tendo menos
elementos de ligas que os demais apresentam a segunda maior dureza (dos três elementos
observados), com valores de dureza muito próximos entre o alumínio 6063 e o 6351.
Assim, verifica-se que essa diferença percentual entre as duas ligas não fizeram muita
diferença quando se tratando da dureza do material.
Com isso, o resultado esperado, caso os três materiais base fosse gerados por um mesmo
procedimento, seria que o alumínio 6005 fosse o que apresentasse maior dureza, no entanto
ocorreu o contrário, esse material foi o de menor dureza dos três, esse resultado se deve ao
fato de já haver ocorrido um tratamento térmico nesse alumínio antes de ser encaminhado a
revendedora. O tratamento ocorrido foi de recozimento. Como apresentado na figura 5.2 o
alumínio ainda apresentava a coloração de um material que passou por um tratamento
térmico. A cor mais fosca e uma casca de óxido são as características típicas do
recozimento.
43
FIGURA 5.2 – Alumínio 6005 (In Natura)
O recozimento causa o aumento do grão, e principalmente neste material que é extrudado a
quente e onde os grão se encontram encruados em sua grande parte, o tratamento térmico
de recozimento causa a redução desse encruamento e o aumento do grão, causando
consequentemente a redução da dureza do material visto que com o aumento dos grãos a
zona de contato entre os grãos é reduzida causando assim a queda da resistência mecânica
do material.
Os demais materiais, alumínio 6063 e 6351, como mostrado anteriormente, possuem
percentual próximo de cobre, magnésio e silício, por isso a dureza dos dois é muito
próxima, o que é confirmado na figura 5.1, onde vê-se uma diferença muito pequena entre
os dois materiais.
5.1.2. Recozimento
Sabe-se que os materiais passaram por processos diversos de fabricação e que isso iria
interferir diretamente nos resultados. Para evitar esse possível transtorno decidiu-se
realizar um recozimento inicial nas amostras e verificar a resposta de cada uma a esse
recozimento.
O intuito desse tratamento inicial seria de reduzir qualquer consequência ou distorção
micro-estrutural causada a peça pelo processo de fabricação utilizado, reduzindo o
encruamento, por exemplo, obtendo assim, três tipos diferentes de alumínio, onde, não se
tendo com detalhes o tipo de fabricação utilizado, que podem ser comparados entre si,
visto que passaram pelo mesmo processo de alívio que foi o recozimento.
Após a realização desse tratamento a dureza foi medida com apresentado na figura 5.3:
44
FIGURA 5.3. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Recozido x In natura
Ao comparar o valor obtido na figura 5.3 dos processos in natura e recozido
respectivamente pode-se ver uma redução muito grande da dureza entre esses materiais,
onde a redução ficou entre 60 e 74%.
O alumínio 6005, mesmo já sendo tratado termicamente também sofreu o tratamento, pois
não se sabia ao certo a procedência do material. Outro fator a ser destacado é o fato de ter
reduzido tanto o valor de sua dureza. O alumino 6005 após esse recozimento, como já foi
verificado que era o segundo tratamento que o mesmo sofreu fez com que se acentuasse ao
primeiro tratamento fazendo com que a dureza reduza ainda mais em comparação aoseu
valor inicial e também percentualmente se comparado aos demais alumínios.
Como observado antes e notado novamente na tabela de alumínio In natura x recozido, os
dois outros tipos de alumínio, continuaram com dureza muito parecida e reagiram
conforme o esperado para a situação, apesar da redução brusca de valor, os dois
continuaram com valores muito próximos de dureza. O que realmente se esperava já que os
mesmos apresentavam valores próximos in natura, esperava-se que os valores não seriam
muito diferentes após o tratamento.
50
13
72
28
75
30
47
2
70
15
74
11
IN NATURA RECOZIDO IN NATURA RECOZIDO IN NATURA RECOZIDO
6005 6063 6351
DUREZA DAS AMOSTRAS RECOZIDA x IN NATURA
CENTRO SUPERFÍCIE
45
5.1.3. Solubilização
Geralmente a solubilização tem a característica de aumento de dureza, tendo em vista que a
aplicação desse processo tem como objetivo a dissolução dos elementos de liga de cada
material e é seguido de um resfriamento rápido para manter os elementos de liga
dissolvidos.
A têmpera é realizada por um resfriamento rápido, outra análise é a consequência de
diferentes resfriamentos nesse processo. O intuito era avaliara qual a consequência que a
velocidade de resfriamento tem sobre o tratamento realizado.
Neste caso, o resultado da dureza de cada material e de cada tipo de resfriamento está
apresentado na figura 5.4.
FIGURA 5.4. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio apenas In Natura x
Solubilizadas
A partir dos resultados anteriores observa-se que não houve uma diferença acentuada com
a mudança no modo de resfriamento.
Apesar de ter sido realizada uma têmpera, ao comparar a figura 5.4 anterior, observa-se
que houve uma redução da dureza. A solubilização serviu neste caso como um tipo de
recozimento para alívio de tensões. Como já foi dito anteriormente, como os grãos se
encontravam em estado desfavorável, encruados e distorcidos, com tensões internas, o
aquecimento proveniente desse tratamento térmico resultou em um alívio interno e redução
50
28 30 33
72
48 60 60
75
42 58 55
47
14 15 22
70
34
57 44
74
30
53 41
IN N
ATU
RA
SOLU
BIL
IZA
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)
SOLU
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IZA
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(AR
)
SOLU
BIL
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DO
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)
SOLU
BIL
IZA
DO
(ÓLE
O)
6005 6063 6351
DUREZA DAS AMOSTRAS IN NATURA x SOLUBILIZADO
CENTRO SUPERFÍCIE
46
desses encruamentos, o que explica que neste caso, houve uma redução de até 50% no
valor da dureza se comparado ao valor das peças no estado in natura.
Percebe-se também uma diferença muito pequena entre os tipos de resfriamento utilizados,
e não é possível determinar qual foi que resultou em maior dureza (visto que esse era o
intuito desse tratamento), houve certa variação entre o resfriamento a água e a óleo, visto
que o alumínio 6005 respondeu melhor ao resfriamento realizado, ou seja, ouve uma
redução percentual menor de dureza, se comparado aos demais, enquanto isso o alumínio
6351 reagiu melhor a água, e o 6063 não houve diferença no centro se comparar água e
óleo. Mas ao analisar a parte mais superficial, verificou-se que o resfriamento a água
resultou em uma dureza muito próxima ao centro da peça nos materiais 6351 e 6063.
Deve-se também destacar que em todas as amostras verifica-se que quando in natura,
apresentavam uma dureza muito próxima, tanto n centro quanto na superfície das mesmas,
já ao sofrer os tratamentos, tanto o recozimento quanto a solubilização obtiveram uma
diferença significativa entre o centro e a superfície da peça em algumas situações, como o
resfriamento ao ar, diferenças de até 50% entre o centro e a superfície foram observados.
Observou-se que a diferença entre centro e superfície se acentuou cada vez mais, quanto
mais lento foi o processo de resfriamento. A solubilização assim, não foi completa em
todas as peças tendo em vista que a mesma apresentou diferentes valores em todos ooa
resfriamentos.
5.1.4. Solubilização e envelhecimento
O processo de envelhecimento é um processo comum para o alumínio, de forma geral ele
ocorre em 3 dias em condições favoráveis de luz e umidade, porém, neste caso, destaca-se
a utilização do envelhecimento artificial. O envelhecimento sempre vem após um
tratamento prévio, de uma forma geral, no alumínio vem após a solubilização.
Após a solubilização e envelhecimento foi realizada a análise da dureza, como
representada na figura 5.5.
47
FIGURA 5.5. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Solubilizado x
Solubilizado e envelhecido
Como pode ser visto anteriormente, ao se comparar os valores obtidos na figura 5.5 dos
valores da dureza dos quando o alumínio foi apenas solubilizado e depois quando foi
solubilizado e em seguida envelhecido, pode-se verificar que o envelhecimento artificial
causou um aumento de precipitados endurecidos, (que é o objetivo do envelhecimento) que
no processo anterior.
Algo a se destacar é que após a realização dos tratamentos térmicos até o momento de
medição das durezas, houve um prazo de uma semana para todas as amostras, esse prazo é
o suficiente para que o envelhecimento natural ocorra nas peças não envelhecidas, tendo
em vista essa situação, pode-se verificar que a realização de um envelhecimento artificial
após o tratamento é mais eficiente para o aumento da dureza se comparado com o
envelhecimento natural. Apesar de a diferença não ser tanta, algo a se levar em
28 30 33 34 33 34
48
60 60
51
61 65
42
58 55
49 54
63
14 15
22
13
24
15
34
57
44 44
56
63
30
53
41 35 36
54
SOLU
BIL
IZA
DO
(A
R)
SOLU
BIL
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A)
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HEC
IDO
SOLU
BIL
IZA
DO
(Ó
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) +
ENV
ELH
ECID
O
6005 6063 6351
DUREZA DAS AMOSTRAS SOLUBILIZADA x SOLUBILIZADA E ENVELHECIDA
CENTRO SUPERFÍCIE
48
consideração é se os gastos com um aquecimento a um tempo tão prolongado como ocorre
no envelhecimento realmente vale a pena, considerando as proporções dos aumentos que
não no mais extremo chegou a 25% de aumento de dureza e em outros perdeu a dureza em
até 10%.
5.1.5. Recozimento e solubilização
Um dos testes realizados foi o de recozimento seguido de solubilização do material. O
intuito desse experimento era verificar, de um modo geral, como a solubilização afeta na
dureza do alumínio. Qual o percentual de crescimento da dureza após o processo. Outro
fator que se deseja observar com o recozimento seguido da solubilização é a submissão dos
materiais a diferentes tipos de resfriamento e verificar o comportamento dos mesmos. A
figura 5.6 apresenta a dureza dos materiais submetidos
FIGURA 5.6. Gráfico - Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Solubilizada x
Recozida e Solubilizada
Como observado na figura 5.6, após a solubilização da dureza do material praticamente
dobrou de valor. O alumínio 6063, por exemplo, quando recozido chegou a dureza de 28
HRH, e após a solubilização e resfriamento a água (que foi o melhor resultado) esse valor
13
26 32
20 28
46
60 59
30
46
58 59
2 10
22
8 15
36
51 56
11
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55 55
REC
OZI
DO
REC
OZI
DO
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ILIZ
AD
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AG
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)
REC
OZI
DO
+SO
LUB
ILIZ
AD
O (
ÓLE
O)
6005 6063 6351
DUREZA DAS AMOSTRAS RECOZIDA x RECOZIDO + SOLUBILIZADA
CENTRO SUPERFÍCIE
49
passou para 60 HRH, ou seja, mais que o dobro. Assim, pode-se verificar que o Alumínio
responde bem à solubilização, esse processo colabora em boa porcentagem para o
endurecimento do material, e ainda que um resfriamento rápido (como foi apresentado na
literatura – Figura 3.8) é o mais efetivo para se ter uma maior dureza no material.
Apenas o alumínio 6005 quando resfriado a óleo, parece não ter sofrido tanta mudança no
valor da dureza, com aumento de apenas 50% na dureza, considerada pequena se
comparada aos demais. Algo também interessante a se destacar é que o tempo de
resfriamento no caso do alumínio 6005 não agiu na dureza da forma que ocorreu com os
demais, esperava-se que a maior dureza ocorresse com o material resfriado à água, em
seguida ao óleo e por último o resfriado ao ar, e que não ocorreu, visto que o que obteve
maior dureza foi o material resfriado a água (como esperado), mas depois foi o resfriado ao
ar e por último ao óleo.
Outro fator interessante a se observar é que ao se comparar as peças apenas solubilizadas
um alumínio recozido e depois solubilizado, irá se verificar que praticamente não houve
alterações nos valores das durezas. Diferenças de durezas inferiores a 10% foram
observados entre os dois processos, mostrando, que a realização do processo de
recozimento, neste caso, praticamente não tem interferência na dureza do material, com
relação a dureza o processo de solubilização pode ser aplicado diretamente. O que torna
interessante analisar a real necessidade do recozimento nestes casos, visto que é possível
economizar (dependendo do produto final desejado) apenas com a solubilização.
5.1.6. Recozimento, solubilização e envelhecimento.
O último tratamento realizado foi o processo completo e o mais comum de ser feito, que
foi o processo de recozimento, seguido da solubilização (com três resfriamentos diferentes)
e finalizando com o processo de envelhecimento artificial.
A figura 5.7 apresenta os valores das durezas obtidas para o experimento em questão.
50
FIGURA 5.7. Dureza (Rockwell H) das peças de alumínio Recozida, Solubilizada e Envelhecida
A última etapa foi o recozimento, solubilização e envelhecimento das amostras. Neste
último processo pode-se realizar uma gama de avaliações comparando-se com os valores
obtidos nos outros processos. Pode-se iniciar comparando os valores obtidos na figura 5.7
28 30
33 34 33 34 34 33 34
48
60 60
51
61 65
51
61 65
42
58 55
49
54
63
49
54
63
14 15
22
13
24
15 13
24
15
34
57
44 44
56
63
44
56
63
30
53
41
35 36
54
35 36
54
SOLU
BIL
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DO
(A
R)
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IDO
6005 6063 6351
DUREZA DAS AMOSTRAS SOLUBILIZADA x RECOZIDO + SOLUBILIZADA x RECOZIDA +
SOLUBILIZADA + ENVELHECIDA
CENTRO SUPERFÍCIE
51
as amostras que foram solubilizadas e envelhecidas com as peças que foram recozidas,
solubilizadas e envelhecidas, verificando-se que não ocorreram grandes alterações nos
processos. Isso já era esperado, visto que nas peças recozidas e solubilizadas os valores
ficaram próximos dos obtidos apenas com solubilização. Assim previsto que os valores
obtidos no recozimento, Solubilização e envelhecimento seja também próximo do obtido
apenas na solubilização e envelhecimento. Destaca-se novamente o resfriamento realizado
à água, que apresentou bons resultados, e maiores se comparados aos outros tipos de
resfriamentos adotados, o que também era de se esperar, como dito anteriormente como era
um resfriamento mais rápido a junção dos elementos de liga no alumínio, aumenta a sua
dureza.
Outra comparação pertinente a ser realizada é das peças recozimento e solubilização com a
recozida, solubilizada e envelhecida, onde pode verificar-se um pequeno aumento no valor
da dureza com a realização do envelhecimento nas peças. Um destaque para o alumínio
6005, que apresentou um aumento acentuado da dureza com a realização ao processo
anterior. Assim, pode-se dizer que o alumínio 6005 reage bem com o envelhecimento
artificial.
Se compararmos de modo geral, a figura 5.7 com todas as demais vê-se que de modo geral,
apresenta os melhores resultados de dureza. De modo geral, o envelhecimento artificial é
bem pertinente para os alumínios, visto que analisando os valores obtidos por cada um de
dureza e as respostas depois do envelhecimento artificial em todos os casos houve
acréscimo de dureza.
O anexo 1 do presente trabalho mostra a tabela com o valor médio da dureza em cada uma
das análises realizadas.
5.2. ANÁLISE METALOGRÁFICA
Na maioria das literaturas observadas, a análise metalográfica foi feita com microscópio
eletrônico para a análise, neste caso, utilizou-se um microscópio ótico, porém para isso é
necessário encontrar um reagente devido, que permita a visualização, o que não é fácil para
o alumínio.
Para realizar a metalografia, alguns reagentes foram utilizados para o ataque químico
Inicialmente, pensou-se em Hidróxido de sódio, que, segundo a literatura funciona para
revelar a textura, no entanto as imagens obtidas pelo microscópio não foram de boa
52
qualidade. A figura 5.8 mostra uma metalografia de uma amostra que foi apenas
solubilizado, neste caso, desejava-se obter os solutos dispersos na matriz ou o tamanho do
grão para análise, mas não foi possível.
FIGURA 5.8: Alumínio 6063 solubilizado com aumento de 1000x reagente Hidróxido de
sódio 90%
Após a tentativa com Hidróxido de sódio utilizou-se o reagente Keller, que é bem utilizado
para revelar o tamanho do grão, a figura 5.9 apresenta uma metalografia do alumino 6351,
após atacado pelo reagente supracitado, no entanto não foi conclusivo pode-se ver alguns
contornos, porém, não em toda a peça e nem de forma clara.
FIGURA 5.9: Metalografia Alumínio 6351 recozido com aumento de 1000x com reagente
Keller
53
Após esses dois reagentes, o último a ser utilizado foi o Osmond, que, segundo a literatura
revela o sentido de laminação tamanho de grão e cordões de solda. Dos utilizados, esse foi
o que apresentou um resultado mais coerente.
De todas as amostras, tomou-se uma amostra de cada alumínio in Natura, uma recozida e
solubilizada e resfriada a água, e por fim uma amostrada de cada liga recozida, solubilizada
(resfriado a água) e envelhecida. O resfriamento a água foi adotado pois dos três tipos foi
esse que obteve uma melhor reação aos tratamentos, por ser um resfriamento mais rápido,
permitiu um aumento maior da dureza se comparado aos outros tipos de resfriamento.
Assim, obteve-se ao total 9 amostras, a figura 5.10 apresenta a metalografia das ligas 6005,
6063 e 6351 na característica natural do modo que veio de fábrica.
a) b)
c)
FIGURA 5.10: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063, (c) 6351 in Natural reagente
Osmond
54
A partir do apresentado abaixo pode-se perceber a quantidade de solutos não solubilizados
nas peças. A peça 6005 aparentemente é a que apresenta menor quantidade de solutos
dispersos em meio a matriz. Como apresentado, os alumínios 6063 e 6351 apresentam
características muitos parecidas e isso se mostra pela quantidade aparente de soluto não
dissolvido na matriz.
Esse processo, após isso, passou pelo recozimento seguido de uma solubilização e
resfriado a água, adotou-se essa peça pois não se viu muita diferença entre as peças
recozidas apenas e as recozidas e solubilizadas, então decidiu-se optar pelas peças
recozidas e solubilizadas para analise metalográfica, como apresentado na figura 5.11.
a) b)
c)
FIGURA 5.11: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063 e (c) 6351, recozido e
solubilizado resfriamento a água (reagente Osmond)
55
Neste processo é interessante notar que o alumínio 6005 apresentou um maio número de
fases se comparada com a peça In natura, o que não era esperado, pois o processo de
solubilização seria para acabar com essas fases soltas enquanto as mesmas se diluíam na
matriz. Neste caso é bem provável que o tempo de processo tenha sido demasiado, o que
pode acarreta um retrocesso na solubilização da peça. O que afeta na dureza das peças, o
que ocorrer como visto anteriormente.
Enquanto isso as demais ligas apresentaram uma melhor solubilização, acarretando uma
redução de solutos livre, o que era esperado e é muito bom para o processo.
A terceira e última parte das metalografias foi aplicada as peças recozidas, solubilizadas
(resfriada a água) e envelhecida figura 5.12. nota-se uma redução na quantidade de solutos,
todas as peças apresentaram uma redução do número de elementos não solubilizados.
a) b)
c)
FIGURA 5.12: Metalografia do alumínio (a) 6005, (b) 6063, (c) 6351 recozido,
solubilizado a água e envelhecido (reagente Osmond)
56
Uma proposta para desenvolvimentos futuros seria a variação do tempo de envelhecimento
para os alumínios utilizados. Como foi apresentado acima, no projeto desenvolvido o
tempo de envelhecimento se apresentou excessivo, como visto em outros projetos, o tempo
de envelhecimento artificial, quando em excesso causa o reaparecimento de solutos soltos
em meio à matriz.
Assim, a redução de solutos na matriz é bem reduzida a partir da solubilização e
envelhecimento, no entanto, o ideal seria a solubilização completa e após o envelhecimento
refinamento dos solutos por isso é interessante variar o tempo de envelhecimento para
verificar o comportamento da solubilização os solutos dispersos.
57
6. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS
6.1. CONCLUSÃO
Analisou a dureza de cada uma das peças onde a dureza foi reduzia em todos os
tratamentos, pois as peças in natura estavam encruadas como resultado da fabricação.
Outro fator notado é que o resfriamento a água apresentou um resultado de dureza melhor
que os demais, de uma forma geral, a dureza no resfriamento a água foi aumentada em
maior proporção se comparada aos demais tipos de resfriamento.
Um fator também interessante a se notar é o fato de a que as peças submetidas apenas a
solubilização e as peças que foram recozidas e depois solubilizadas apresentaram durezas
muito semelhantes.
Utilizou-se ainda três reagente para o ataque químico Hidróxido de sódio, reagente Keller,
reagente Osmond, nenhum dos reagentes utilizados revelou o contorno do grão, revelando
os solutos, porém o mais efetivo e que apresentou melhor resultado foi o reagente Osmond.
As metalografias ainda mostraram que o tempo de solubilização adotado não foi o
suficiente para ocasionar a solubilização completa e o envelhecimento também não
ocasionou o refinamento dos solutos nem a solubilização completa dos mesmos (super
envelhecimento).
6.2. TRABALHOS FUTUROS
Uma proposta para desenvolvimentos futuros seria a variação do tempo de envelhecimento
para os alumínios utilizados. Como foi apresentado acima, no projeto desenvolvido o
tempo de envelhecimento se apresentou excessivo (Super envelhecimento), como visto em
outros projetos, o tempo de envelhecimento artificial, quando em excesso causa o
reaparecimento de solutos soltos em meio à matriz.
58
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63
ANEXO 1: Tabela das durezas das ligas submetidas a diferentes
tratamentos
NATURAL APENAS RECOZIMENTO
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 50 47 6005 13 2
6063 72 70 6063 28 15
6351 75 74 6351 30 11
SOLUBILIZADO (Resfriado a
ar)
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a ar)
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 28 6005 26 10
6063 48 34 6063 46 36
6351 42 30 6351 46 42
SOLUBILIZADO (Resfriado a
água)
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a água)
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 30 15 6005 32 22
6063 60 57 6063 60 51
6351 58 53 6351 58 55
SOLUBILIZADO (Resfriado a
Óleo)
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a Oleo)
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 33 22 6005 20 8
6063 60 44 6063 59 56
6351 55 41 6351 59 55
SOLUBILIZADO (Resfriado a
ar) + ENVELHECIMENTO
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a ar) +
ENVELHECIMENTO
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 34 13 6005 34 12
6063 51 44 6063 48 46
64
6351 49 35 6351 50 48
SOLUBILIZADO (Resfriado a
água) + ENVELHECIMENTO
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a água) +
ENVELHECIMENTO
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 33 24 6005 40 23
6063 61 56 6063 63 57
6351 54 36 6351 64 60
SOLUBILIZADO (Resfriado a
Óleo) + ENVELHECIMENTO
RECOZIDO + SOLUBILIZADO
(resfriado a Oleo) +
ENVELHECIMENTO
CENTRO SUPERFÍCIE CENTRO SUPERFÍCIE
6005 34 15 6005 39 21
6063 65 63 6063 60 47
6351 63 54 6351 57 47