CAPÍTULO 3 TRATAMENTOS TÉRMICOS EM LIGAS DE ALUMÍNIO. Os tratamentos térmicos têm como finalidade causar modificações nas

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1 CAPÍTULO 3 TRATAMENTOS TÉRMICOS EM LIGAS DE ALUMÍNIO Os tratamentos térmicos têm como finalidade causar modificações nas propriedades dos materiais pela alteração do tipo e proporção das fases presentes, pela variação da morfologia dos microconstituintes ou pela variação da concentração e distribuição de defeitos cristalinos. Segundo Pieske (1988), uma grande variedade de ligas é suscetível de ter suas propriedades aprimoradas por meio de tratamentos térmicos. 3.1 DESIGNAÇÕES DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS DE LIGAS DE ALUMÍNIO A têmpera é uma condição aplicada ao material ou liga através de deformação plástica a frio ou de tratamento térmico, propiciando estrutura e propriedades mecânicas características (CALLISTER, 2002). Ainda que a resistência original possa ser aumentada agregando-se certos elementos, as propriedades mecânicas das ligas, com exceção de algumas ligas para fundição, não dependem apenas da sua composição química. Semelhante a outros metais, o alumínio e suas ligas endurecem e

2 aumentam sua resistência quando trabalhados a frio. Além disso, algumas ligas de alumínio possuem a valiosa característica de responder ao tratamento térmico, adquirindo resistências maiores do que as que podem ser obtidas apenas através do trabalho a frio (ABAL, 2004). Assim, as ligas de alumínio são divididas em dois grupos: aquelas que são tratadas termicamente, proporcionando-lhes maior resistência, e as que não são tratadas termicamente, cuja resistência só pode ser aumentada através do trabalho a frio. De acordo com a ABAL (2004), as ligas tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer tratamento térmico para o aumento da resistência mecânica. As ligas não-tratáveis termicamente podem ser submetidas a outros tratamentos térmicos como o de estabilização e recozimentos plenos ou parciais. As têmperas são classificadas conforme a NBR 6835 e de acordo com os processos aos quais são submetidas, como apresenta a tabela 3.1. Tabela 3.1 Designação das Ligas de Alumínio. F O Como fabricada: Aplica-se aos produtos obtidos através de processos de conformação em que não se emprega qualquer controle especial sobre as condições térmicas ou de encruamento. Recozida: Aplica-se aos produtos acabados, no estado em que apresentam o menor valor de resistência mecânica. H Encruada: Aplica-se aos produtos em que a resistência mecânica foi aumentada por deformação plástica a frio e, que podem ou não, ser submetidos a um recozimento complementar para produzir amolecimento parcial ou a um processo de estabilização. É utilizado para as ligas nãotratáveis termicamente. A letra H deverá sempre ser seguida de dois ou mais dígitos.

3 T Tratada termicamente: Aplica-se aos produtos que sofrem tratamento térmico com ou sem deformação plástica complementar. A letra T deve ser seguida de dígitos que indicam a seqüência dos processos básicos realizados: tratamentos térmicos ou deformações plásticas. Fonte: ABAL (2004). Como vimos, as designações H e T são seguidas de números que indicam mais detalhes sobre o tratamento que a liga recebeu. Para as ligas fundidas, tratadas termicamente tem-se, como mostra a tabela 3.2: Tabela 3.2 Designação dos Tratamentos térmicos das Ligas Fundidas. T2 T4 T5 T6 T7 Liga recozida (aplicada somente para ligas fundidas). Liga solubilizada e precipitada à temperatura ambiente (envelhecida naturalmente). Precipitada artificialmente sem prévia solubilização. Solubilizada e precipitada artificialmente. Solubilizada e estabilizada (por tratamentos de superenvelhecimento). Fonte: CALLISTER (2002). Estes símbolos (T2 a T7) designam um conjunto definido de tratamentos térmicos para se obter propriedades mecânicas especificadas. Os símbolos não definem a temperatura e o tempo de tratamento térmico, e esses podem ser mudados conforme a conveniência, desde que as propriedades mecânicas finais obedeçam às especificações correspondentes (CALLISTER, 2002). 3.2 TRATAMENTOS TÉRMICOS

4 A maioria das ligas de alumínio fundidas podem ter suas propriedades mecânicas, estabilidade dimensional ou resistência à corrosão, melhoradas por meio de tratamentos térmicos, que têm por objetivo remover ou reduzir as segregações e controlar certas características metalúrgicas. O tipo de tratamento térmico a ser realizado depende, muitas vezes, das propriedades desejadas na peça fundida (VERRAN, 2005). É freqüente em ligas de alumínio a aplicação de uma seqüência de dois tratamentos térmicos: solubilização e precipitação (BRADASHIA, 1988). Segundo Coutinho (1980), a solubilização é um tratamento térmico, cíclico, preliminar que visa dissolver totalmente as fases microscópicas, simples ou intermediárias, presentes na matriz de uma liga pelo aquecimento a temperaturas elevadas e em seguida, resfriadas tão rapidamente para que se mantenha uma estrutura monofásica supersaturada, metaestável. Esse tratamento é típico para ligas que serão endurecidas por precipitação (também chamado de envelhecimento). O endurecimento por precipitação é um tratamento térmico muito importante das ligas não-ferrosas, sendo utilizado tanto em ligas trabalhadas como em ligas fundidas. A condição necessária para que ocorra a precipitação é a existência de uma solução sólida supersaturada que é conseguida através da solubilização (VERRAN, 2005). Nos tratamentos de precipitação, a escolha das variáveis temperatura e tempo deve ser feita com cuidado, pois os ciclos devem permitir obter combinações desejadas de propriedades mecânicas, elétricas ou da resistência à corrosão (PIESKE, 1988).

5 De um modo geral, o tratamento térmico de ligas de alumínio fundidas (tratáveis termicamente), consta então de duas partes (BRADASCHIA, 1988): 1. Tratamento de Solubilização: Aquecimento à temperatura da ordem de 480 o C a 540 o C, seguido de resfriamento em água. 2. Tratamento de Precipitação (ou envelhecimento artificial): A temperaturas variando de 150 o C a 300 o C. De acordo com Callister (2002), no tratamento térmico de solubilização, todos os átomos de soluto são dissolvidos para formar uma solução sólida monofásica. Uma liga com composição C 0 está apresentada na figura 3.1, a solubilização consiste em tratar a liga até uma temperatura dentro do campo de fases α, neste caso T 0, e aguardar até que toda fase β que possa ter estado presente seja completamente dissolvida. Neste ponto, a liga consiste em apenas uma fase α, cuja composição é C 0. Depois, é realizado um resfriamento rápido até a temperatura T 1, indicada no diagrama. Para um grande número de ligas a temperatura T 1 é a temperatura ambiente. Esse procedimento é efetuado a fim de que qualquer difusão e a conseqüente formação de qualquer fração da fase β sejam evitadas. Assim, uma situação com ausência de equilíbrio é adquirida, onde somente a solução sólida α, supersaturada com átomos de B, está presente à temperatura T 1.

6 Figura 3.1 Diagrama de fases hipotético A-B. Fonte: CALLISTER (2002) No sistema Al-Cu pode-se observar uma grande região de solubilidade sólida (figura 3.2). O limite máximo de solubilidade sólida é de 5,65% de Cu em Al, o que propicia que as ligas desse sistema sejam tratadas termicamente através de solubilização (VERRAN, 2005). Figura 3.2 Diagrama de Equilíbrio Al-Cu

7 Fonte: GEMELLI (2001). Uma liga com 4% de cobre resfriada sob condições normais de equilíbrio vai tender a apresentar uma microestrutura com formação de precipitados de Al 2 Cu em uma matriz de solução sólida Al α. Dependendo das condições de resfriamento, esses precipitados serão mais (ou menos) grosseiros; quanto mais lento o resfriamento mais grosseiros serão esses precipitados (VERRAN, 2005). Submetendo essa liga a um ciclo de aquecimento durante um período razoável de tempo dentro dessa região de máxima solubilidade sólida, serão propiciados mecanismos de difusão que farão com que o cobre entre em solução sólida dentro do reticulado cristalino do alumínio, eliminando assim, todo e qualquer precipitado presente no material (CALLISTER, 2002; VERRAN, 2005). Como resultado tem-se uma estrutura monofásica composta apenas por grãos de solução sólida α. Em seguida é realizado resfriamento rápido para que essa condição se mantenha. Obtém-se assim, uma solução sólida supersaturada, ou seja, uma condição que não é estável (metaestável). Submetendo-se esse material a longos ciclos de aquecimento a temperaturas mais baixas, ocorrerá precipitação de Al 2 Cu extremamente finos e dispersos dentro da matriz de solução sólida (CALLISTER, 2002; COUTINHO, 1980; VERRAN, 2005). A figura 3.3 apresenta a seqüência de tratamentos.

8 Figura 3.3 Tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento. Fonte: VERRAN (2005). 3.3 CONSIDERAÇÕES Como visto, as ligas de alumínio são submetidas a uma variedade de tratamentos térmicos durante a sua produção. Esses tratamentos visam a vários fins, desde ao aquecimento necessário na manufatura, como também ao controle das propriedades. Deve-se, entretanto, salientar que além das propriedades mecânicas, há outras propriedades que podem igualmente ser modificadas, como por exemplo, propriedades elétricas, magnéticas e resistência à corrosão (PIESKE, 1988). Tendo em vista a diversidade de benefícios possíveis de obter pelo tratamento térmico, esta técnica é de grande valor na atividade industrial.