LIGAS DE ALUMÍNIO Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 1

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1 LIGAS DE ALUMÍNIO The main properties which make aluminium a valuable material are its lightweight, strength, recyclability, corrosion resistance, durability, ductility, formability and conductivity. Due to this unique combination of properties, the variety of applications of aluminium continues to increase. It is essential in our daily lives. We cannot fly, go by high speed train, high performance car or fast ferry without it. We cannot get heat and light into our homes and offices without it. We depend on it to preserve our food, our medicine and to provide electronic components for our computers Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 1

2 LIGAS DE ALUMÍNIO Produção de Al primário (MTon) Produção de alumina a partir da bauxite em 1998 (MTon) 4 ton de bauxite: 2 ton alumina: 1 ton Al primário 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 2

3 LIGAS DE ALUMÍNIO Naturalmente o Al ocorre oxidado e obtém-se por redução da alumina (Al 2 O 3 ) A alumina é obtida a partir da bauxite (minério com cerca de 50% de alumina) pelo processo Bayer O Al é difícil de extrair da alumina; a redução directa pelo C não é viável porque a alumina funde a cerca de 2000ºC O Al extrai-se por via electrolítica a alumina é dissolvida em criolite fundida (Na 3 AlF 6 ) e depois reduzida a Al metálico 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 3

4 LIGAS DE ALUMÍNIO Electrólise do Al A electrólise do Al usa eléctrodos de carbono Com a alumina dissolvida na criolite ocorre no cátodo a redução do Al 3+ a Al metálico Al e- Al O Al precipita no fundo da cuba e é sangrado No anodo forma-se oxigénio 2 O 2- O e- O carbono do anodo reage com o oxigénio e liberta CO 2, pelo que é consumido, devendo ser substituído com regularidade 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 4

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6 LIGAS DE ALUMÍNIO A electrólise do Al consome grandes quantidades de energia, da ordem de 15 kw.h por kg de Al produzido a partir de alumina (50 a 55 MJ/kg) O custo da energia eléctrica é um factor significativo no custo do Al, pelo que esta indústria é típica dos países onde a energia é barata (África do Sul, Austrália, China, Rússia, Canadá) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 6

7 LIGAS DE ALUMÍNIO Classificação ANSI das ligas de Al de deformação plástica Sistema de quatro dígitos o primeiro dígito indica o grupo da liga (ver tabela) o segundo indica modificações da liga original (0 para a liga original) os dois últimos identificam a liga Al > 99% 1xxx Al-Mg 5xxx Al-Cu 2xxx Al-Mg-Si 6xxx Al-Mn 3xxx Al-Zn 7xxx Al-Si 4xxx Al-outros 8xxx 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 7

8 LIGAS DE ALUMÍNIO Designação do estado de processamento da liga F em bruto de fabricação O recozido H encruado H1 só encruado (segundo dígito indica o grau) H2 - encruado e parcialmente recozido (idem anterior) H3 encruado e com recozido de estabilização a baixa temperatura (idem anterior) Existem outros estados das ligas de Al, adaptados ao processamento das ligas que endurecem por tratamento térmico 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 8

9 LIGAS DE ALUMÍNIO Al-Cu Al-Cu-Mg Al-Mg-Si Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu Al-Si Al-Si-Cu(Mg) Al-Mg Al-Mn endurecíveis por tratamento térmico de fundição endurecíveis por encruamento 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 9

10 LIGAS DE ALUMÍNIO O encruamento é usado como mecanismo de endurecimento, em particular nas ligas não tratáveis termicamente tem a desvantagem de diminuir a ductilidade é vantajoso usar materiais parcialmente recozidos ou estabilizados (estados H2x ou H3x) na fabricação por deformação, porque nesta condição as ligas apresentam maior aptidão à deformação que as ligas no estado H1x com igual resistência 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 10

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12 LIGAS DE ALUMÍNIO As principais aplicações das ligas de Al incluem - componentes da indústria aeronáutica - indústria de embalagens - painéis de autocarros - peças automóvel (bloco de motor, pistões, vávulas) Ultimamente as ligas leves (Al e Mg) e semi-leves (Ti) têm recebido a atenção da indústria dos transportes, para aproveitamento da respectiva resistência específica (relação entre a resistência mecânica e a massa específica) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 12

13 LIGAS DE ALUMÍNIO eng/default.asp?catid=&pageid=1 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 13

14 O cobre é o segundo metal não ferroso mais utilizado (após Al); as suas aplicações principais resultam de ser um excelente condutor de electricidade e calor O cobre puro apresenta um conjunto de propriedades de eleição para a indústria eléctrica: - alta condutibilidade eléctrica - boa resistência à corrosão - facilidade de fabrico (incluindo conformação plástica e técnicas de união) - resistência mecânica razoável - combinação de propriedades mecânicas controláveis por deformação plástica + recozimento 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 14

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16 As reservas mundiais de cobre comprovadas são de cerca de 940 milhões de toneladas de metal Considerando a procura actual de cobre refinado (16,3 milhões de toneladas) estas reservas darão para abastecer o mundo durante 50 anos _mina_neves_corvo_disparam.html doanosomincor.html (Out 2007) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 16

17 Produção de cobre a partir de sulfuretos durante o processamento do minério, o sulfureto origina Cu metálico 2 Cu 2 S + 3 O 2 = 2 Cu 2 O + 2 SO 2 2 Cu 2 O + Cu 2 S = 6 Cu (impuro) + SO 2 A operação de afinação retira as impurezas ao Cu impuro e o produto desta é purificado por via electrolítica 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 17

18 Classificação das ligas de Cu segundo Copper Development Association C1xxxx - Cu puro e ligas ricas em Cu C2xxxx - latões (ligas CuZn) C3xxxx - latões com Pb (ligas CuZnPb) C4xxxx - latões com Sn (ligas CuZnSn) C5xxxx - bronzes (ligas CuSn) C6xxxx - bronzes ao Al (CuSn), ao Si (ligas CuSi) e outros latões C7xxxx - ligas CuNi e CuNiZn Nota: há outras designações para ligas de fundição 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 18

19 Cobre electrolítico (ETP - electrolytic tough pitch) - é o mais barato dos cobres comerciais - muito usado na indústria eléctrica (elevada condutibilidade) - usa-se para produzir fio, varão, placas e chapa - tem um teor nominal de O 2 de 0,04% -O 2 é quase insolúvel e forma Cu 2 O - usado em atmosferas com H 2 este reage com o Cu 2 O e origina Cu 2 O + H 2 = H 2 O + 2 Cu -H 2 O forma vazios nos limites de grão do cobre, tornando-o frágil 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 19

20 cobre ETP exposto a atmosfera de hidrogénio a 850ºC por ½ hora 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 20

21 Para evitar a fragilização provocada no cobre ETP pelo Cu 2 O pode provocar-se a reacção do oxigénio com o P 4 P + 5 O 2 = 2 P 2 O 5 (resulta Cu desoxidado pelo fósforo, aplicado na liga ) Pode também fundir-se o cobre ETP num ambiente redutor, eliminando o oxigénio; resulta Cu OFHC (oxygen free high conductivity), liga Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 21

22 Os latões são ligas CuZn com um teor em Zn até 40% Apresentam boa resistência mecânica e à corrosão as propriedades dependem do teor em zinco Podem conter elementos adicionais como Sn, Al, Si, Mn, Ni, Pb Estas adições raramente excedem 4% 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 22

23 Influência do Zn no cobre Aumenta a resistência mecânica Aumenta a ductilidade (até cerca de 30% de Zn) Baixa o ponto de fusão Baixa o preço Baixa a condutibilidade eléctrica e térmica Baixa a resistência à corrosão Zn < 20% - cor avermelhada - latões vermelhos Zn > 20% - cor amarelada - latões amarelados 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 23

24 5%Zn, metal (latão) para dourar, utilizam-se em joalharia como imitação do ouro (medalhas) 10%Zn, bronze comercial, utilizam-se como imitação de ligas de bronze em joalharia 15%Zn, latões vermelhos, utilizam-se em canalizações, joalharia, decoração, radiadores para automóveis 20%Zn, utilizam-se na fabricação de tubos flexíveis 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 24

25 25%Zn, latões de molas, empregam-se no fabrico de molas 30%Zn, latões cartridge (cartucho), utilizam-se em trabalhos de estampagem a frio 35%Zn, latão amarelo, utiliza-se no fabrico de parafusos, rebites (+ barato) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 25

26 bronzes - adições de 1 a 10% de Sn ao Cu resistência mecânica mais elevada que a dos latões e resistência à corrosão também superior, mas mais caros teores Sn mais elevados (até 16%) no fabrico de chumaceiras; neste caso é corrente adicionar até 5% de Pb para introduzir características lubrificantes cupro niquel adições até 65% de Ni (cobre branco) muito resistentes em ambiente marinho, aplicando-se em hélices e veios usados também no fabrico de moedas (1/2, 1/4 e 1/10 dólar) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 26

27 Ligas CuBe ligas com adições até 2,5% Be e pequenas adições de Co; são endurecíveis por tratamento térmico, podendo atingir valores de Re superiores a 1000 MPa Apresentam óptimas propriedades eléctricas e de resistência à corrosão; resistem bem ao desgaste Aplicam-se na indústria aeronáutica e cirúrgica (não produzem faísca) São caras porque o Be é caro (e perigoso para a saúde) 31-Oct-07 QM - ligas de alumínio e cobre 27

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