Trabalho Experimental Maria Ferreira Ft 21- Fillipe Laroca

Formando: Fillipe Laroca

Índice

1. Resumo do Trabalho...............................................................................................4

2. Propriedades e aplicações.....................................................................................4

2.1 Produção................................................................................................................5

Figura 2.2.0 – Esquema geral da produção de alumínio.......................................................6

2.2 Designação, nomenclatura das ligas e seus tratamentos.......................................8

Tabela 2.2.0 – Tabelas da composição das diferentes séries dos alumínios para enformação plástica...............................................................................................................8

Figura 2.2.1 – Diagrama pseudo-binário Al-Mg2Si..............................................................10

Figura 2.2.2 - Aplicações de ligas alumínio-cobre e alumínio-lítio em aeronaves comerciais e militares.............................................................................................................................12

2.2.0 - Solubilização...................................................................................................14

Figura 2.2.3 - Gráfico de Endurecimento por precipitação..................................................15

2.2.1 - Endurecimento por precipitação – Envelhecimento artificial..........................16

Figura 2.2.4 - Gráfico da fase endurecedora na matriz previamente solubilizada...............16

Figura 2.2.5 - Gráfico da dispersão de precipitados............................................................17

Figura 2.2.6 - Dispersão de precipitados.............................................................................17

2.2.2 - Curvas de envelhecimento:............................................................................18

Figura 2.2.7 - Aspecto típico de curvas de envelhecimento................................................18

Figura 2.2.8..........................................................................................................................18

Figura 2.2.9..........................................................................................................................19

Figura 2.2.10 - Aspecto da liga Al 7150 durante o envelhecimento.....................................19

2.2.3 – Superenvelhecimento.........................................................................................19

Figura 2.2.11 - Gráfico de superenvelhecimento.................................................................20

Figura 2.2.12 - Visão microscópia das partículas de Al – Cu..............................................20

2.2.4 – Recozimento.......................................................................................................20

Tabela 2.2.1 – Especificação dos tratamentos por deformação plástica.............................21

Tabela 2.2.2 – Especificação dos tratamentos térmicos......................................................22

3. Caracterização das amostras e do material............................................................25

3.1 - O alumino 2024:.................................................................................................25

Tabela 3.1.0 - Propriedades físicas Al 2024 T3...................................................................25

Tabela 3.1.1 - Propriedades Mecânicos Al 2024 T3............................................................25

Figura 3.1.2 – Composição Química do Al 2024 T3............................................................26

3.2 - Alumínio 6062.....................................................................................................261

Figura 3.2.0 – Composição Química do Al 6082 T6............................................................27

4. Parte experimental................................................................................................27

4.1 - Descrição da parte experimental e listagem do equipamento e materiais:........27

4.2 - Listagem de Equipamentos Material e Ferramentas Utilizadas......................29

4.2.1 EPI´s......................................................................................................................29

4.2.2 - Listagem Material................................................................................................29

4.2.3 - Listagem de Ferramentas....................................................................................29

5. Método Experimental tratamentos térmicos.......................................................30

6. Caracterização do material utilizado...................................................................31

Figura 6.1 - Guilhotina eléctrica da marca Adira, este equipamento faz o corte por método de propulsão da lâmina no material. Totalmente programável, mas com algumas limitações de espaço.............................................................................................................................31

Figura 6.2 - Escala de aço inox graduada em milímetros. Foi utilizada no auxílio da execução das células de 20x20 mm....................................................................................31

Figura 6.3 - Riscador curvo de 8” de aço temperado utilizado na marcação das células 20x20 mm.............................................................................................................................32

Figura 6.4 - Torno de bancada com tratamento mecânico usado para segurar as amostras, enquanto são trabalhadas....................................................................................................32

Figura 6.5 - Lixa usada para eliminar a camada superficial de óxido de alumínio das amostras...............................................................................................................................33

Figura 6.6 - Rugosímetro portátil Mitutoyo SJ-301 – Usado para efectuar as medições de rugosidade............................................................................................................................33

Figura 6.7 - Durometro portátil Metrotec – aparelho usado para medir as durezas nas amostras...............................................................................................................................34

Figura 6.8 - Berbequim Pneumático Dynabrade – Usado para efectuar a furação nas amostras...............................................................................................................................34

Figura 6.9 - Broca de Ø 2.4mm, de Ø 4mm usadas para efectuar a furação nas amostras..............................................................................................................................................35

Figura 6.10 - Forno eléctrico Nabertherm Gmbh, modelo N61, ano 2012, potência 400 V 19KW, usado para fazer a Solubilização e o Recozimento.................................................35

Figura 6.11 - Estufa eléctrica termo ventiladora, modelo EV 1000, ano 2011, potência 400 V 19KW, usado para efectuar o envelhecimento artificial....................................................36

6.1 - EPI`S..................................................................................................................36

Figura 6.1.0 - Bata identificativa e protectora.......................................................................36

Figura 6.1.1 - Botas Biqueira de aço....................................................................................37

Figura 6.1.2 - Luvas de protecção individual........................................................................37

Figura 6.1.3 - Tampões de protecção auditivas...................................................................38

Figura 6.1.4 - Óculos de protecção individual......................................................................38

Figura 6.1.5 - Capacete, bata e luvas com resistência a altas temperaturas......................39

2

7. Dados experimentais........................................................................................39

7.1 Amostra A - Al 2024 T3..................................................................................................39

Tabela 7.1.0 - Medição da dureza da chapa antes da furação............................................39

Figura 7.1.0 – Gráfico de superfície antes da furação.........................................................40

Tabela 7.1.1 - Medição da dureza apos a furação...............................................................40

Figura 7.1.1 – Gráfico de superfície após a furação............................................................41

Tabela 7.1.2 - Medição da dureza após a solubilização......................................................41

Figura 7.1.2 – Gráfico de superfície após medição da dureza da solubilização..................42

Tabela 7.1.3 - Medição da dureza após o envelhecimento artificial....................................42

Figura 7.1.3 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o envelhecimento artificial.............................................................................................................................................43

7.2 - Amostra A - Al 6082............................................................................................43


Figura 7.2.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza da chapa antes da furação.....44

Tabela 7.2.1 - Medição da dureza após a furação...............................................................44

Figura 7.2.1 – Gráfico de superfície da medição da dureza após a furação.......................45

Tabela 7.2.2 - Medição da dureza após a solubilização......................................................45

Figura 7.2.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após a solubilização...............46

Tabela 7.2.3 - Medição da dureza após o envelhecimento artificial....................................46

Figura 7.2.3 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o envelhecimento artificial.............................................................................................................................................47

7.3 - Amostra B - Al 2024............................................................................................47

Tabela 7.3.0 - Medição da dureza antes da furação............................................................47

Figura 7.3.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza da chapa antes da furação.....48

Tabela 7.3.1 - Medição da dureza apos a furação...............................................................48


Tabela 7.3.2 - Medição da dureza após o recozimento.......................................................49

Figura 7.3.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o recozimento................50

7.4 Amostra B - Al 6082..............................................................................................50


Figura 7.4.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza antes da furação....................51

Tabela 7.4.1 - Medição da dureza após a furação...............................................................51


Tabela 7.4.2 - Medição da dureza após o recozimento.......................................................52

Figura 7.4.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o recozimento................53

8. Tratamento dos dados..........................................................................................54

3

8.1 - Comparação das médias da dureza e o desvio padrão, medida em cada etapa das amostras A do Al 2024 T3 e do Al 6082 T6.........................................................54

Figura 8.1.0 – Gráfico da média da dureza da Amostra A...................................................54

Figura 8.1.1 – Gráfico do desvio padrão da Amostra A.......................................................54

8.2 - Comparação das médias da dureza e o desvio padrão, medida em cada etapa das amostras B do Al 2024 e do Al 6082....................................................................55

Figura 8.2.0 – Gráfico da média da dureza da Amostra B...................................................55

Figura 8.2.1 – Gráfico do desvio padrão da Amostra B.......................................................55

9. Análise dos Resultados.................................................................................56

9.1 - Analise após o corte e o lixamento.................................................................56

9.2 - Analise após a furação...................................................................................56

9.3 - Analise após a solubilização...........................................................................56

9.4 - Analise após o envelhecimento artificial.........................................................56

9.5 - Análise do recozimento..................................................................................56

10. Conclusão..............................................................................................................57

1. Resumo do Trabalho

Neste trabalho, foi realizada uma pesquisa bibliográfica sobre os temas envolvidos no trabalho que permitiu o desenvolvimento de diversas alumínio se encontra na natureza como se transforma, as séries do alumínio e suas características todas as definições dos diversos tratamentos mecânicos do alumínio como também, solubilização, recozimento, envelhecimento artificial, superenvelhecimento e diferenças de suas durezas.

Mostrar que o alumínio trabalhado por operação mecânica provocam na estrutura do material reflexo nas alterações da dureza, posteriormente a aplicação de tratamentos térmicos para Comparar também a diferença entre a solubilização mais o envelhecimento artificial com o recozimento nas ligas de alumínio. Será analisado a diferença da dureza entre estes 2 métodos nos alumínios 2024 T3 e 6082 T6. Assim tentar repor as propriedades dos materiais.

2. Propriedades e aplicações

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atómico 13 (treze prótons e treze eléctron ) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade eléctrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem

4

http://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_de_massa_at%C3%B3mica

uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário.

2.1 ProduçãoActualmente a produção de alumínio pode ser dividida em dois tipos: a primária e a secundária.

A produção de alumínio primário é realizada em dois processos, o primeiro é o processo Bayer em que digere a bauxite com soluções fortes de hidróxido de sódio a temperaturas de 240ºC. A maior parte da alumína é dissolvida deixando um resíduo insolúvel designado por “lama vermelha”, que consiste essencialmente em óxidos de ferro e sílica que é removido por filtração. A concentração do hidróxido de sódio assim como a temperatura e pressão de operação são optimizados de acordo com a natureza do mineral do bauxite. A primeira etapa do processo de Bayer é dada pela seguinte fórmula:

Passamos então a uma segunda etapa em que as condições são ajustadas de forma a reverter o processo. Esta é designada de etapa de decomposição:

A reacção inversa é atingida através do arrefecimento do licor e semeando cristais de trihidratos, Al2O3.3H2O, de forma a promover a precipitação deste composto em partículas finas em vez da sua forma gelatinosa. Esta etapa é normalmente realizada a 50ºC em vasos com pouca agitação podendo levar 30h a completar. O trihidrato é depois removido e lavado com o licor do hidróxido de sódio a ser reaproveitado na etapa de digestão. A alumina é então produzida calcinando o trihidrato em banhos fluidizados. A calcinação ocorre em duas etapas na primeira remove-se a água de recristalização (entre 400-600ºC), produzindo alumina no estado γ que é quimicamente mais activa, depois ao aquecer até 1200ºC produz alumina no estado α, que é mais inerte.

No segundo processo, Processo de Hall-Heroult, temos a produção de alumínio a partir da alumina. A alumina tem um elevado ponto de fusão (2040ºC) e é um mau condutor de electricidade, por isso a chave para a produção de alumínio consiste na dissolução do óxido num banho de criólito liquido (Na3AlF6) e um típico electrólito contém 80-90% deste composto e 2-8% de alumina, em conjunto com aditivos como AlF3 e CaF3. Uma célula de redução electrolítica consiste em ânodos de carbono cozidos que são consumidos e precisam de ser substituídos regularmente, um electrólito de alumina e

5

criólito líquido, uma piscina de alumínio líquido, um contentor de carbono para suportar o metal e electrólito e um sistema de recolha de gases para impedir que os gases libertados da célula escapem para a atmosfera. Existe também alimentadores de alumina que são activados de forma intermitente sob um controlo automático. Esta célula opera de forma a que os alinhadores de carbono estejam protegidos por uma camada de criólito líquido e que a superfície superior do banho esteja coberto com uma camada de alumina. O mecanismo exacto da reacção electrolítica é desconhecido mas é provável que iões portadores de corrente sejam Na+, AlF4

-, AlF6- e alguns iões

ternários complexos como AlOF32-

. No cátodo considera-se que os aniões fluoroaluminatados são descarregados por transferência de carga na interface do cátodo para produzir alumínio metálico e iões F enquanto no ânodo os iões oxifluoroaluminatados dissociam-se e formam CO2. A reacção global é descrita por:

Figura 2.2.0 – Esquema geral da produção de alumínio

Como se pode ver na Figura 2.1, na produção de alumínio precisamos de 4 toneladas de matéria-prima para produzir 1 tonelada de alumínio, devido a esta razão a reciclagem do alumínio torna-se cada vez mais importante. A produção secundária de alumínio faz-se pela reciclagem deste, e tem vindo a ser cada vez mais valorizada devido ao menor consumo de energia e de matérias-primas.

O alumínio transparente é hoje uma realidade. Sua descoberta foi prevista no filme de ficção científica Star Trek 4 (Jornada nas Estrelas 4). O alumínio transparente é conhecido na indústria como ALONTM, trata-se de um oxinitrato policristalino de alumínio, ou seja, uma cerâmica transparente cristalizada sobre átomos de alumínio. Apesar de ser uma cerâmica, é muito mais resistente que o vidro blindado, e seu desenvolvimento foi inicialmente buscado pelo exército americano para a construção

6

de janelas em veículos blindados. O alumínio transparente é muito mais resistente, leve e fino que o vidro blindado, oferecendo diversas vantagens para a blindagem de veículos. Apresenta diversas outras vantagens sobre o vidro, e para uso civil já está sendo usado em leitores de código de barras em supermercados devido ao seu alto índice de transparência para luz visível e ultravioleta. Muitas outras aplicações estão previstas para o ALONTM (alumínio transparente), e até mesmo as latas de cerveja e refrigerante serão fabricadas nesse material (em 20 ou 30 anos). Todo o mercado pode se beneficiar dessa descoberta, dependendo somente da queda do preço desse produto, pois o método de produção do ALONTM é ainda 5 vezes mais caro que o vidro blindado. Muitas pesquisas estão avançando nesse campo, basta lembrar que o alumínio já foi considerado metal nobre devido ao mesmo problema (alto custo de fabricação) e hoje é um material muito barato.

O alumínio é o metal mais abundante a nível mundial e está presente numa grande diversidade de indústrias e segmentos devido às suas propriedades, nomeadamente:

- Densidade de 2.68g/cm, que lhe confere uma boa relação massa/volume garantindo um melhor transporte em relação a outros metais que possam ser utilizados para fazer embalagens. A sua baixa densidade associada à sua resistência mecânica garante um material a ter em conta na indústria automóvel e aeroespacial porque garante um bom desempenho e um baixo consumo de combustível.

- Tem uma boa condutividade eléctrica que permite que seja usado na transmissão de energia através de cabos e fios, é também utilizado em aplicações de aquecimento e arrefecimento.~

- Ductilidade elevada (estrutura CFC) permitindo conformação de componentes com elevadas taxas de deformação.

- A sua boa maleabilidade garante possa ser utilizada em vários objectos, podendo ser deformado e conformado com relativa facilidade.

- Tem uma boa resistência à corrosão o que lhe permite que seja utilizado em portas, janelas e revestimentos usados na indústria civil garantindo a sua conservação e fácil manutenção. Nas embalagens garante a higiene dos produtos e é uma barreira à contaminação.

- Tem uma grande variedade de acabamentos, como anodização e pintura o que aumenta a sua resistência à corrosão.

- Não é ferromagnético (característica importante para aplicações electroeletrónicas)

- É reciclável, o que garante uma reutilização e recuperação de grande parte do investimento inicial, beneficiando o ambiente por uma menor produção de resíduos e menor utilização das matérias-primas

- Não é tóxico e portanto, é largamente empregado em embalagens

7

- A resistência mecânica do alumínio puro é baixa (~90Mpa), entretanto, são empregados os seguintes mecanismos de endurecimento:

Endurecimento por solução sólida (ligas não tratáveis) Endurecimento por dispersão de partículas (ligas não tratáveis) Encruamento (ligas não tratáveis) Endurecimento por dispersão de partículas coerentes ou sub-microscópicas

(ligas tratáveis termicamente)

2.2 Designação, nomenclatura das ligas e seus tratamentosOs alumínios estão divididos em duas grandes classes:

- Os alumínios para enformação plástica (wrought aluminium alloys) que detêm 85% da produção mundial;

- Os restantes 15% pertencem aos alumínios para fundição (cast aluminium alloys).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, como se pode ver na tabela 2.2.0 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 1145 tem uma pureza de 99,45% 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.

Série Elemento(s) de liga princial(is)

Outros elementos de liga

1xx Alumínio puro -2xx Cu Mg, Li3xx Mn Mg4xx Si -5xx Mg -6xx Mg, Si -7xx Zn Cu, Mg, Cr, Zr

8xx Li, Sn, Fe, Cu e Mn

-

9xx Reservada para uso futuro

Tabela 2.2.0 – Tabelas da composição das diferentes séries dos alumínios para enformação plástica

8

1xxx - Al puro não ligado com 99,00% mínimo de Al 2xxx - ligas contendo COBRE como elemento de liga principal e adições de outros

elementos, principalmente Mg. As ligas da série 2xxx são largamente empregadas na indústria aeronáutica e aeroespacial.

3xxx - ligas contendo MANGANÊS como elemento de liga principal 4xxx - ligas contendo SILÍCIO como elemento de liga principal 5xxx - ligas contendo MAGNÉSIO como elemento de liga principal 6xxx - ligas contendo MAGNÉSIO e SILÍCIO como elementos de liga principais 7xxx - ligas contendo ZINCO como elemento de liga principal e adições de Cu, Mg,

Cr e Zr 8xxx – Ligas cujas composições apresentam diferentes elementos como Sn ou Li. 9xxx – reservada para uso futuro

Considerando-se os tratamentos térmicos das ligas de alumínio, deve-se inicialmente diferenciar as ligas termicamente tratáveis (séries 2XXX, 6XXX, 7XXX e a maioria da série 8XXX), as que podem endurecer por meio de tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, daquelas cujo aumento de dureza só pode ser obtido mediante trabalho mecânico e consequentemente encruamento (séries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX).A solubilização consiste em aquecer o material a uma temperatura bem elevada, em geral relativamente próxima do ponto de fusão, de tal modo que nesta temperatura, com os coeficientes de difusão dos elementos de liga no alumínio já suficientemente aumentados, seja possível a migração desses átomos, proporcionando a dissolução, completa depois de um certo tempo de permanência nesta temperatura, das fases secundárias inicialmente presentes na liga. Esta etapa do tratamento térmico é fundamental para assegurar que o envelhecimento subsequente, realizado em temperatura bem mais baixa e tempo mais prolongado, ocorra de modo controlado, de tal maneira que os precipitados sejam formados de forma controlada, principalmente no que se refere ao tamanho dos mesmos e consequentemente sua coerência com a matriz. Na figura 9.1 vemos o diagrama de equilíbrio pseudo-binário das ligas Al-Mg-Si que mostra o campo monofásico alfa, evidenciando que acima da linha solvus, determinada por uma combinação de temperatura e de teor de Mg2Si, o magnésio e o silício encontram-se dissolvidos na matriz de alumínio. Para um teor de 1,0 % de Mg2Si, por exemplo, a 500 ºC os precipitados de Mg2Si são termodinamicamente instáveis e com tempo suficiente dissolvem-se na matriz de alumínio. Quando é feito um resfriamento rápido em água, mantém-se à temperatura ambiente a solução sólida supersaturada. Posteriormente, a manutenção do material à temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou a uma temperatura mais elevada (envelhecimento artificial) leva à formação de precipitados endurecedores. No envelhecimento natural a cinética

9

de precipitação é mais lenta do que no envelhecimento artificial, no qual o controle de temperatura e tempo permite a obtenção de valores de dureza mais elevados. No envelhecimento artificial é possível atingir o máximo de dureza para um determinado tempo de tratamento, após o qual o crescimento excessivo dos precipitados e a consequente perda de coerência dos mesmos com a matriz leva à queda de dureza denominada superenvelhecimento.

Figura 2.2.1 – Diagrama pseudo-binário Al-Mg2Si

Diferentemente dos materiais trabalháveis, que estão sujeitos a uma variação dos processos de aquecimento e de resfriamento, as ligas de fundição adquirem suas propriedades na condição de fundida (em alguns casos, com tratamento térmico) e, consequentemente, um grupo diferente de ligas tem sido formulado para a produção de peças fundidas.

As ligas empregadas nas aplicações gerais de engenharia frequentemente contêm silício para melhorar suas características de fundição, tais como fluidez (no vazamento) e resistência a trincas de contracção (quando o metal quente se solidifica e se contrai)

O cobre também é frequentemente utilizado como um elemento de liga, para proporcionar às propriedades mecânicas maior dureza e resistência exigidas em serviço

As ligas alumínio-magnésio apresentam maiores problemas na fundição, mas possuem boa resistência e ductilidade. Elas são amplamente utilizadas, particularmente em ambientes agressivos, como, por exemplo, em peças e acessórios de navios.

Uma pequena proporção de magnésio também está presente em algumas ligas em conjunto com silício para tornar a liga mais susceptível a tratamentos térmicos.

10

As ligas de alumínio são divididas em dois grupos:

As tratáveis termicamente em que estão incluídas as ligas das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx,

E as não tratáveis termicamente em que estão incluídas as ligas das séries 1xxx, 3xxx, 4xxx e 5xxx.

- Ligas da Série 1xxx - Alumínio comercialmente puro, não ligado, com pureza igual ou superior à 99% de Al. Fe e Si são as principais impurezas.

As ligas da série 1000 são caracterizadas pela excelente resistência à corrosão, alta condutibilidade térmica e eléctrica, baixa resistência mecânica e elevada ductilidade.

Um aumento moderado na resistência mecânica pode ser obtido por meio de encruamento.

Aplicações:

Equipamentos de indústria química; Reflectores Trocadores de calor; Condutores eléctricos e capacitores; Embalagens (papel alumínio) e painéis decorativos para uso na construção civil.

- Ligas da Série 2xxx - O COBRE é o elemento de liga principal e, na maioria das ligas, o Mg é o elemento de liga secundário.

São ligas tratáveis termicamente, podendo, após os tratamentos, atingir-se a resistência de aço baixo carbono (450 MPa). A resistência à corrosão das ligas da série 2xxx é inferior a de outras ligas de alumínio. Sob certas condições esta pode apresentar corrosão intergranular. As ligas desta série apresentam boa usinabilidade e características de soldagem limitadas (excepto a liga 2219).

Aplicações:

Componentes com elevada relação resistência/peso, sujeitos a temperaturas inferiores à 130ºC;

Rodas forjadas para a indústria aeronáutica e de caminhões; Fuselagem e componentes estruturais de aeronaves (vide figura); Componentes de suspensão de automóveis.

11

Figura 2.2.2 - Aplicações de ligas alumínio-cobre e alumínio-lítio em aeronaves comerciais e militares

- Ligas da série 3xxx - O MANGANÊS é o elemento de liga principal.

As ligas desta série não são tratáveis termicamente, entretanto, apresentam resistência 20% superior que ligas da série 1xxx. Devido a baixa solubilidade de Mn no Al (de até 1,8%) existem poucas da série 3xxx. Entretanto três delas são largamente empregadas na indústria: 3003, 3004 e 3105.

Aplicações:

Componente de resistência mecânica baixa que exijam elevada ductilidade; Latas de bebidas; Utensílios de cozinha; Trocadores de calor; Tanques de armazenamento Sinalização rodoviária e painéis decorativos e telhados para uso na construção civil.

- Ligas da série 4xxx - O SILÍCIO é o elemento d e liga principal.

A maior parte das ligas desta série não são tratáveis termicamente. O Si pode ser adicionado para abaixar a temperatura de fusão sem provocar fragilidade excessiva, assim, ligas Al-Si são utilizadas em arames de solda ou como ligas para brasagem de Al (soldagem de Al).

12

A liga 4032 é empregada na fabricação de pistões forjados devido ao baixo coeficiente de expansão e sua alta resistência ao desgaste Ligas contendo entre 4 e 7% de Si apresentam cores que variam do cinza ao negro após serem submetidas a anodização e assim são utilizadas em painéis decorativos na construção civil.

Aplicações:

Uso em arquitectura e construção civil; Fios, arames e pós para brasagem.

- Ligas da série 5xxx - O MAGNÉSIO é o elemento de liga principal.

O Mg é um dos elementos mais efectivos no endurecimento do Al. Quando utilizado como elemento principal ou em conjunto com o Mn, o resultado são ligas não tratáveis com resistência moderada à elevada. O Mg é considerado mais efectivo que o Mn como endurecedor, (0,8% de Mg tem o mesmo efeito sobre a resistência que 1,25% de Mn) e ainda, pode ser adicionado em quantidades elevadas (~15%).

Ligas desta série possuem boas características de soldagem e resistência à corrosão em atmosfera marinha.

Aplicações:

Uso em arquitectura e decoração; Embalagens (tampas de latas de Al); Suportes para iluminação pública; Peças de barcos e navios; Tanque para criogenia: Componentes de guindastes e automotores.

- Ligas da série 6xxx - O MAGNÉSIO e o SILÍCIO são os elementos de liga principais.

A proporção de Mg e Si visa a formação da fase Mg2Si, formando ligas tratáveis termicamente. As ligas da série 6xxx apresentam boa ductilidade, boas características de soldagem e de usinagem e boa resistência à corrosão.

Aplicações:

Uso em arquitectura e decoração; Quadros de bicicletas; Estruturas soldadas.

13

- Ligas da série 7xxx - O ZINCO é o elemento de liga principal.

Adicionado em quantidades entre 1 e 8%. Adições em conjunto com Mg resultam em ligas tratáveis termicamente com resistência mecânica elevada. Normalmente, Cu e Cr também são adicionados em pequenas quantidades.

Aplicações:

Componentes da indústria aeronáutica como estruturas, peças móveis; Componentes de alta resistência.

- Ligas da série 8xxx - As ligas da série 8xxx envolvem um grande número de composições com uma miscelânea de elementos de liga. As ligas conformadas contendo Li (2,4% a 2,8%) foram desenvolvidas para uso aerospacial e criogenia.

- Ligas tratadas termicamente de média resistência:

Contêm magnésio e silício (ligas da série 6XXX) e possuem elevada resistência à corrosão, mas perdem um pouco da sua capacidade de serem trabalhadas (o que, em seções estruturais rectas, muito difundidas em aplicações estruturais, é irrelevante).

- Ligas tratadas termicamente de elevada resistência:

Têm no cobre (série 2XXX) ou zinco (série 7XXX) os principais elementos de liga. São tão resistentes quanto o aço estrutural, mas necessitam de protecção superficial. Estas ligas são utilizadas quando o factor resistência/peso for o principal, como na aviação.

2.2.0 - Solubilização

A solubilização tem como objectivo solubilizar a fase endurecedora, mantendo a liga em uma condição meta estável.

O objectivo do tratamento de solubilização é por em solução sólida a maior quantidade possível de átomos de soluto, como cobre, magnésio, silício ou zinco, na matriz rica em alumínio. Para algumas ligas a temperatura na qual a máxima quantidade de soluto pode estar dissolvida corresponde à temperatura eutéctica. Sendo assim, as temperaturas de solubilização devem ser limitadas a um nível seguro no qual as consequências do superaquecimento e da fusão parcial sejam evitadas. A liga 2014 apresenta essa característica, ao contrário da liga 7029, que permite maior tolerância de temperaturas de solubilização. Mesmo assim, o limite superior de temperatura de solubilização deve levar em conta outros fenómenos,

14

como o crescimento de grão, efeitos de superfície, economia e operacionalidade. Algumas ligas, como a 7075 e a 7050, que teoricamente permitiriam grande tolerância na definição da temperatura de solubilização, com base na temperatura solvus de equilíbrio e na temperatura solidus, podem apresentar fusão incipiente em temperaturas muito inferiores à solidus em determinadas circunstâncias. A liga 7075 tem duas fases solúveis, a MgZn2 (com alumínio e cobre substituindo parcialmente o zinco) e a Al2CuMg. Esta última dissolve muito lentamente. Concentrações localizadas desta fase podem causar fusão de não equilíbrio entre 485 e 490 ºC, se a liga for aquecida muito rapidamente até esta faixa de temperaturas e se a homogeneização não for bem-feita. Outro fenómeno nocivo que pode ocorrer durante a solubilização é o crescimento excessivo de grãos, tanto mais significativo quanto mais elevadas as temperaturas e mais longos os tempos de solubilização. Finalmente, outra consequência negativa de elevadas temperaturas de solubilização é a oxidação em altas temperaturas, principalmente se a atmosfera do forno estiver contaminada com umidade ou enxofre [3].

O resfriamento rápido que se segue à têmpera é uma etapa crítica do tratamento, porque é fundamental para manter à temperatura ambiente a solução sólida obtida em alta temperatura. Além disso, o resfriamento rápido permite manter à temperatura ambiente a mesma concentração de lacunas existente em alta temperatura, e estas lacunas são muito importantes para acelerar o processo de difusão dos átomos de soluto que ocorre no tratamento posterior de envelhecimento (endurecimento por precipitação). O meio de resfriamento rápido mais usado é a água, embora, caso seja necessária uma taxa de resfriamento mais baixa, possam ser usados diversos líquidos orgânicos como meios de resfriamento rápido. O resfriamento ao ar é muito lento para a maioria das ligas de alumínio, permitindo o prosseguimento do processo de precipitação, embora não seja tão lento como o resfriamento ao forno, evidentemente.

15

Figura 2.2.3 - Gráfico de Endurecimento por precipitação

2.2.1 - Endurecimento por precipitação – Envelhecimento artificial

O efeito da precipitação é bastante acelerado mediante aquecimento em temperaturas da ordem de 95 a 205 ºC, muito inferiores à temperatura solvus (acima da qual ocorre a solubilização dos átomos de soluto), porém suficientes para a obtenção de energia térmica necessária para a difusão dos átomos de soluto que permite a formação dos precipitados endurecedores. Entretanto, o máximo de dureza atingido por uma liga através de tratamento térmico (T6) também corresponde a uma considerável queda de ductilidade e tenacidade. Por outro lado, o superenvelhecimento, resultante do prolongamento do envelhecimento por longos períodos ou envelhecimento em altas temperaturas, provoca queda de dureza, porém simultaneamente aumento de ductilidade e tenacidade em comparação com a condição T6 (máximo de dureza). Cada tipo (série) de liga de alumínio endurecível por precipitação (séries 2XXX, 6XXX, 7XXX e 8XXX) tem a sua faixa de temperaturas de envelhecimento artificial (em forno) assim como sua faixa de temperaturas de solubilização. Utiliza-se o termo envelhecimento natural para designar os processos de precipitação que ocorrem com a manutenção da liga de alumínio à temperatura ambiente, evidentemente muito mais lentos e com níveis de dureza resultante bem mais baixos do que os que ocorrem no envelhecimento artificial.

O envelhecimento tem como objectivo a precipitação controlada da fase endurecedora na matriz previamente solubilizada. A temperatura e o tempo de envelhecimento determinam a mobilidade dos átomos de Cu, que tendem a formar a fase θ.

Figura 2.2.4 - Gráfico da fase endurecedora na matriz previamente solubilizada

16

Nas ligas de alumínio tratáveis, o envelhecimento é realizado em temperaturas de até 280ºC (dentro do campo α + θ) por um intervalo de tempo precisamente determinado. A combinação temperatura e tempo de envelhecimento determinam as características da dispersão da fase θ. Para uma determinada temperatura existe um tempo “óptimo” em que a dispersão de precipitados é, na maior parte, coerente provocando o endurecimento máximo da liga.

Figura 2.2.5 - Gráfico da dispersão de precipitados

17

Figura 2.2.6 - Dispersão de precipitados

2.2.2 - Curvas de envelhecimento:

As figuras 2.2.7, 2.2.8, 2.2.9 apresentam o aspecto típico de curvas de envelhecimento. Note que quanto maior a temperatura de envelhecimento, o ponto de resistência máxima ocorre mais rápido, porém com um valor de resistência menor.

18

Figura 2.2.7 - Aspecto típico de curvas de envelhecimento

Figura 2.2.8

19

Figura 2.2.9

Figura 2.2.10 - Aspecto da liga Al 7150 durante o envelhecimento

2.2.3 – Superenvelhecimento

O superenvelhecimento é caracterizado pela redução da resistência mecânica com o tempo de envelhecimento. Quando o tempo de envelhecimento é superior ao ponto de resistência máxima, os precipitados coerentes de fase θ aumentam de tamanho e tornam-se incoerentes, diminuindo a resistência mecânica.

Figura 2.2.11 - Gráfico de superenvelhecimento

20

Figura 2.2.12 - Visão microscópia das partículas de Al – Cu

2.2.4 – Recozimento

O recozimento pode ser necessário antes das operações de conformação mecânica a frio, devido à ocorrência de encruamento durante essas operações. É utilizado em todos os tipos de ligas de alumínio, tanto as endurecíveis por precipitação como as que não endurecem por precipitação, entretanto, no caso das primeiras, deve haver um controle de temperaturas mais cuidadoso, para evitar a ocorrência de precipitação durante um tratamento de recozimento para recristalização, por exemplo. O tipo de recozimento a ser realizado numa liga evidentemente depende de sua história termomecânica prévia e do tipo de microestrutura resultante dessas operações anteriores. O encruamento resultante de uma têmpera F (de fabricação) em geral pode ser eliminado mediante aquecimento a uma temperatura da ordem de 345 ºC e a manutenção a esta temperatura por um tempo adequado para garantir uniformidade térmica. Nesse tipo de tratamento as taxas de aquecimento e de resfriamento não são críticas, embora um aquecimento mais rápido seja preferível, por proporcionar um grão mais fino.

O recozimento de ligas previamente tratadas para têmperas como W, T3, T4, T6 ou T8 necessita de tratamentos que primeiro façam com que os precipitados atinjam sua estrutura cristalina de equilíbrio e depois coalesçam. Isso pode ser conseguido mediante aquecimento a temperatura entre 355 e 410 ºC, ou pouco acima, seguido por resfriamento até cerca de 260 ºC em taxas de 25 a 40 ºC. Um resfriamento muito lento resulta em precipitados muito grosseiros, o que pode prejudicar as operações de conformação mecânica subsequentes. Nas ligas da série 7XXX o processo de precipitação é mais lento do que nas ligas da série 2XXX, necessitando um tratamento adicional a 230 ºC por 2 a 6 h, de modo a garantir precipitação completa, de forma a permitir maior estabilidade durante a operação de conformação subsequente. Mesmo assim com esse tratamento, as ligas envelhecidas apresentam piores condições para conformação do que as mesmas ligas não envelhecidas. O

21

recozimento só se aplica a ligas fundidas quando é necessário um rigoroso controlo dimensional ou quando o material será submetido posteriormente a alguma operação de conformação não convencional.

Dependendo do tratamento que sofrem, as ligas irão ter uma designação que o caracteriza. Assim temos como designações dos diferentes tratamentos as seguintes, o F refere-se a ligas que não sofreram nenhum tratamento após o seu fabrico, a letra O para ligas que foram recozidas com o objectivo de homogeneizar a sua estrutura e aliviar as tensões. A letra H utiliza-se para ligas que sofrem trabalho mecânico a frio e é normalmente seguida de dois dígitos, o primeiro dígito está relacionado com o tratamento que sofre explicado na Tabela 2.2.1, e o segundo está relacionado com a diminuição da espessura:

Tipo Especificação do 1º digito

H1x Deformação a frio

H2x Deformação a frio e recozimento artificial

H3x Deformação a frio e estabilização

Tabela 2.2.1 – Especificação dos tratamentos por deformação plástica

ƒ H – endurecido por encruamento – Refere-se a produtos endurecidos por encruamento, podendo ou não apresentar tratamentos térmicos. O sufixo H é seguido por mais dois dígitos:

ƒ H1- produtos conformados que apresentam encruamento e não sofreram nenhum tratamento suplementar.

ƒ H2- produtos encruados e parcialmente recozidos para um determinado valor de dureza. Os dígitos seguintes a H2 indicam a quantidade de encruamento residual após o produto ser parcialmente recozido.

ƒ H3 – produtos encruados e envelhecidos naturalmente para um determinado valor de dureza.

O segundo dígito como foi referido anteriormente está relacionado com a diminuição da espessura na deformação a frio. Um tratamento em que o segundo dígito seja por exemplo o H18, corresponde à tensão de cedência obtida com uma diminuição de 75% da secção transversal e corresponde também ao material completamente endurecido. O tratamento H12 corresponde a um quarto desse valor de tensão, assim H14 e H16 correspondem a metade e três quartos desse valor, respectivamente. Existem tratamentos diferentes dos aqui mencionados como o H19 que se refere a um

22

endurecimento superior ao proporcionado pelo H18, tem-se também o H111 que se refere a tratamentos que foram deformados menos que o necessário para se obter as condições específicas do tratamento H11.

As ligas que sofrem um tratamento térmico com vista a melhorar as suas propriedades, são classificadas com a letra T seguida por um ou mais dígitos, em que a sua designação está explicada na Tabela 2.2.2.

Tipo Especificação do 1º digito

T1 Solubilização Parcial e Envelhecimento natural

T2 Recozimento

T3 Solubilização total e deformação a frio

T4 Solubilização total e envelhecimento natural

T5 Apenas envelhecimento natural

T6Solubilização total e

envelhecimento artificial

T7Solubilização e estabilização

T8Solubilização, deformação

a frio e envelhecimento artificial

T9Solubilização,

envelhecimento artificial e deformação a frio

Tabela 2.2.2 – Especificação dos tratamentos térmicos

Como foi dito anteriormente, o tratamento de solubilização e envelhecimento (T6) só dá resultado nas chamadas ligas termicamente tratáveis, que podem apresentar aumento de dureza mediante tratamento térmico. Entretanto, todas as ligas de alumínio podem ter sua dureza reduzida por meio de tratamento térmico de recozimento (O), que leva à recuperação e recristalização do material anteriormente encruado (endurecido) por algum tipo de trabalho mecânico. A seguir será apresentada a relação de classificação de tipos de tratamentos, adoptada pela Aluminum Association.

23

F = como fabricado: aplica-se aos produtos resultantes de conformação mecânica (laminação, extrusão e outros)

O = recozido: aplica-se aos produtos inicialmente trabalhados e depois recozidos para obter a resistência mecânica mais baixa, e aos produtos fundidos que são recozidos com o objectivo de aumentar a ductilidade e a estabilidade dimensional. A letra O pode ser seguida por um número diferente de zero.

W = solubilizado: uma têmpera instável aplicável somente às ligas que envelhecem espontaneamente na temperatura ambiente (envelhecimento natural) após solubilização. Esta designação é especificamente usada quando o período de envelhecimento natural é indicado, como por exemplo no caso de W ½ h.T = termicamente tratado para produzir têmperas estáveis diferentes de F, O ou H: aplica-se aos produtos que são termicamente tratados, com ou sem deformação suplementar, para produzir têmperas estáveis. A letra T é sempre seguida por um ou mais dígitos. Um período de envelhecimento natural pode ocorrer entre as operações relacionadas para as têmperas T. Sempre que for necessário do ponto de vista metalúrgico, deve haver um controle rigoroso desse período. Números de 1 a 10 indicam sequências de tratamentos específicas:

T1 = resfriado de uma temperatura elevada em um processo de conformação e envelhecido naturalmente até uma condição substancialmente estável. Aplica-se a produtos que não são trabalhados a frio após resfriamento de uma temperatura elevada em um processo de conformação a quente, ou nos quais o efeito do trabalho a frio no endireitamento ou na planificação é reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T2 = resfriado de uma temperatura elevada em um processo de conformação, trabalhado a frio e envelhecido naturalmente até uma condição substancialmente estável. Aplica-se a produtos que são trabalhados a frio para aumentar a resistência mecânica após resfriamento de uma temperatura elevada em um processo de conformação, ou nos quais o efeito do trabalho mecânico no endireitamento ou na planificação é reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T3 = solubilizado, trabalhado a frio e envelhecido naturalmente até uma condição substancialmente estável. Aplica-se a produtos que são trabalhados a frio para aumentar a resistência mecânica após solubilização, ou nos quais o efeito do trabalho mecânico no endireitamento ou na planificação é reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T4 = solubilizado e envelhecido naturalmente até uma condição substancialmente estável. Aplica-se a produtos que não são trabalhados mecanicamente após solubilização, ou nos quais o efeito do trabalho a frio no endireitamento ou a planificação pode não ser reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T5 = resfriado de uma temperatura elevada em um processo de conformação e envelhecido naturalmente. Aplica-se a produtos que não são trabalhados a frio após

24

resfriamento de uma temperatura elevada em um processo de conformação a quente, ou nos quais o efeito do trabalho a frio no endireitamento ou a planificação pode não ser reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T6 = solubilizado e envelhecido artificialmente. Aplica-se a produtos que não são trabalhados a frio após solubilização, ou nos quais o efeito do trabalho a frio no endireitamento ou a planificação pode não ser reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T7 = solubilizado e estabilizado. Aplica-se a produtos que são estabilizados após solubilização para levá-los além do ponto de máxima resistência mecânica, de modo a permitir o controlo de alguma característica especial.

T8 = solubilizado, trabalhado a frio, e então envelhecido artificialmente. Aplica-se a produtos que são trabalhados a frio para aumentar a resistência mecânica, ou nos quais o efeito do trabalho mecânico no endireitamento ou na planificação é reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

T9 = solubilizado, envelhecido artificialmente e trabalhado a frio. Aplica-se a produtos que são trabalhados a frio para aumentar a resistência mecânica.

T10 = resfriado de uma temperatura elevada em um processo de conformação, trabalhado a frio e então envelhecido artificialmente. Aplica-se a produtos que são trabalhados a frio para aumentar a resistência mecânica, ou nos quais o efeito do trabalho mecânico no endireitamento ou na planificação é reconhecido nos limites de propriedades mecânicas.

O segundo dígito ou mais dígitos podem estar relacionados com a diminuição de espessura por deformação plástica (T85 significa que foi deformado a frio 5%), com o tipo de alívio de tensões (Tx51 refere-se a alívio de tensões por tracção, o Tx52 a alívio de tensões por compressão e o Tx53 a alívio de tensões por tratamento térmico) ou então pode referir-se a tratamentos térmicos que foram realizados pelo operador. Existe uma outra sigla para tratamentos térmicos que é o W que se refere a ligas que sofrem espontaneamente envelhecimento à temperatura ambiente após solubilização.

3. Caracterização das amostras e do material

3.1 - O alumino 2024:

25

A liga 2024 é uma liga de alumínio para usinagem de alta resistência. Sua resistência típica, a tensão em têmpera – T351 e – T4, é igual ou superior as resistências de aços doces. A liga apresenta boas características de usinabilidade, capacidade de acabamento superficial e perfuração profunda. Os materiais aeroespaciais estão cobertos por uma série “L” de British Standards (normas britânicas).

A composição química do alumínio e das ligas de alumínio se indica em percentual em massa. Os limites se expressam com o valor máximo a menos que se indique com um valor mínimo.

Os altos níveis de propriedades mecânicas da liga 2024 fazem dessa liga ideal para aplicações que requerem alta resistência. Aplicações típicas incluem equipamentos e estruturas para aviação, componentes de computadores, engrenagens, eixos, pinos de dobradiças, blocos e componentes de válvulas, porcas, parafusos, prendedores, componentes de freio e camiões.

Descrição: Resistência mecânica alta, resistência a corrosão moderada, conformação mecânica média.

Aplicação: Peças de avião veículos e máquinas submetidos a altas tensões, peças forjadas que precisam de alta resistência.

Propriedades FisicasCondutibilidade eléctrica 30% I,A.C,Condutibilidade térmica 0,29cal/cmsDensidade 2,78g/cm3Expansão térmica 23x10^-6x11ºcMódulo de elasticidade 73000-74000 MpaPonto de fusão 500-640ºc

Tabela 3.1.0 - Propriedades físicas Al 2024 T3

Propriedades MecânicasLimite de escoamento 338MpaLimite de resistência 476MpaDureza 120 brinellAlongamento 18%Tempera T3

Tabela 3.1.1 - Propriedades Mecânicos Al 2024 T3

Composição QuímicaSi 0,5

Fe 0,5Cu 3,8-4,9

26

Mn 1,2-1,8Cr 0,1Zn 0,25Ti 0,15Outros (cada um) 0,5Outros (em total) 0,15Alumínio O resto

Figura 3.1.2 – Composição Química do Al 2024 T3

3.2 - Alumínio 6062

A Liga 6082 apresenta de média para alta resistência, e é empregada em aplicações estruturais, incluindo barras, tubos e perfis. A Liga 6082 oferece características físicas similares, porém não equivalentes, às da liga 6061, e propriedades mecânicas ligeiramente superiores em condições T6.

A Liga 6082 também oferece boas características de acabamento e responde bem a anodização. Os métodos mais comuns de anodização incluem a anodização fosca, fosca colorida e dura.

A Liga 6082 oferece boa soldabilidade, resistência à corrosão, usinabilidade, entre outros. Quando se dobra a liga 6082, é recomendado usar têmpera O ou T4. Para aplicações de usinagem, a liga 6082 oferece melhores características em condições de têmperas T5 ou T6. As principais aplicações são em peças aeronáuticas, molde de sopro, componentes mecânicos.

As aparas da maquinação podem ser de difícil quebra, então é recomendado o uso de quebradores de apara ou técnicas especiais de maquinagem. Para determinadas secções de paredes finas, a têmpera T6 pode não ser útil devido às limitações de têmpera da liga.

Vários métodos comerciais de soldagem e brasagem podem ser facilmente aplicados na liga 6082.

Contudo, desde que a liga 6082 é tratada termicamente, a resistência será reduzida na região de solda.

Composição TérmicaComposição Térmica 2,7Al Balanço

27

Cr «0,25Cu 0,1Fe «0,50Mg 0,60-1,20Mn 0,40-1,0Outro cada «0,05Outro total 0.15Si 0,70-1,30Ti «0,10Zn «0,20Propriedades MecânicasResistência a tração 300Resistência de escoamentoAlongamento na ruptura% 12Medidas,mm Placas

Barras

Figura 3.2.0 – Composição Química do Al 6082 T6

Aplicações: Uso em arquitectura e decoração; quadros de bicicletas; estruturas soldadas;

Designações e definições de têmperas para Liga 6082 T6

Solubilizada, e então envelhecida artificialmente. Aplicado aos produtos que não sofrem deformação plástica, depois do tratamento térmico de solubilização, ou nos quais o efeito do encruamento, devido ao endireitamento, pode ser desprezado ao serem fixados os limites de propriedades mecânicas.

4. Parte experimental

4.1 - Descrição da parte experimental e listagem do equipamento e materiais:

Foi efectuado a experiencia nas amostras 2024 T3 e 6082 T6, vou descrever as várias etapas e os vários comportamento estrutural e a obtenção das características mecânicas devido aos tratamentos efectuados.

1 - Medição das dimensões

28

Corte de 2 chapas 1000x2000 na guilhotina da sala 126.

Foi cortado 15 chapas do alumínio 2024 de 3 mm de espessura e medida de 100x200;

Foi cortado 15 chapas de alumínio 6082 de 2mm de espessura e medida de 100x200;

2 - Limpeza mecânica da superfície

Utilizou-se a lixa 220, iniciando pela chapa Al 2024 de 3 mm, para se retirar a camada de óxido de alumínio, depois com a utilização da lixa de 400 juntamente com água foi dado o acabamento na peça. O resultado do rugosímetro a peça foi:

Ra 0.36 Rz 1.96.

Teve um resultado dentro dos parâmetros desejados

Igualmente foi efectuado o processo anterior na chapa Al 6082 de 2mm, foi retirada a camada de óxido de alumínio com a lixa 220 e de seguida a lixa de 400 juntamente com a água na obtenção de uma rugosidade aceitável de acordo com os parâmetros pré definidos. Sendo o resultado igualmente mais que satisfatório.

Ra 0,39 Rz 1,99

3 - Divisão da peça em células quadradas 20 x 20 mm

Com uma escala e um riscador foi efectuado em cada chapa 50 quadrados de tamanho 20x20mm, foi identificado o início da peça e marcado de 1-5 nas respectivas filas.

4 - Medição da dureza em cada uma das células (ao centro)

O teste da dureza foi feita em ambas as chapas com um total de 50 teste em cada uma, com o total de 100 testes. O Hl foi a escala utilizada.

5 - Furação em cada célula

Com um berbequim com broca de 2 mm furou-se no centro de cada quadrado, com uma broca de 4 mm o furo foi alargado em cada quadrado.

6 - Medição da dureza em cada uma das células

Foi feita a medição da dureza através do durometro após a furação.

Estas etapas foram repetidas nas secundas amostras das ligas de alumínio 2024 T3 e 6082 T6.

29

4.2 - Listagem de Equipamentos Material e Ferramentas Utilizadas

4.2.1 EPI´s

Bata do IEFP; Luvas de protecção; Mascara de protecção respiratória; Equipamento protecção térmica (capacete com mascara, bata e par de luvas; Botas biqueira de aço.

4.2.2 - Listagem Material

Amostras de Ligas de Al 2024 T3 Amostras de Ligas de Al 6082 T6

4.2.3 - Listagem de Ferramentas

Guilhotina eléctrica da marca Adira ; Forno - (Naber Therm Gmbh); Durometro - Inovatest-TH-110 (Universal Hardness Tester); Rugosímetro Portátil Mitutoyo SJ-301; Berbequim Pneumático Dynabrad; Brocas 2 mm e 4 mm; Torno; Caneta permanente; Caneta de pulsão; Riscador; Escala flexível; Lixa 220 e 400 (lixa d´água).

30

5. Método Experimental tratamentos térmicos

Nas primeiras amostras do alumínio 2024 T3 e 6082 T6, foi feita a solubilização. No Al 2024 foi feito a solubilização à uma temperatura de 495º C durante 45 minutos, com um arrefecimento rápido em água (tempera em agua). No Al 6082 a solubilização foi feita a uma temperatura de 550º C com a duração de 40 minutos com um arrefecimento rápido em água (tempera em agua). Foi medido a dureza de cada célula em ambas as amostras de alumínio a seguir a solubilização.

Após medido a dureza, foi feita em ambas as amostras o envelhecimento artificial. No Al 2024 T3 o envelhecimento artificial foi feito a uma temperatura de 190º C durante 2h, e no Al 6082 T6 o envelhecimento artificial foi efectuado a 165º C durante 8 horas. Foi medido a dureza de cada célula, em ambas as amostras de alumínio a seguir ao envelhecimento artificial.

Nas secundas amostras de alumínio, apos os passos do trabalho manual realizado, foi efectuado o recozimento. No Al 2024 T3 o recozimento foi feito a uma temperatura de 415º C durante 2 horas, com um arrefecimento lento, dentro do forno até uma temperatura de 270º C, sendo depois retirado e deixado arrefecer ao ar livre. No Al 6082 T6 o recozimento foi feito a uma temperatura de 415º C durante 2 horas e meia, com um arrefecimento lento dentro do forno até 265º C, sendo depois retirado do forno e deixado arrefecer ao ar livre. Foi medido a dureza de cada célula, em ambas as amostras de alumínio a seguir recozimento.

31

6. Caracterização do material utilizadoPara a realização dos testes foi utilizado processos e ferramentas apropriadas para o efeito, que serão enunciadas.

Figura 6.1 - Guilhotina eléctrica da marca Adira, este equipamento faz o corte por método de propulsão da lâmina no material. Totalmente programável, mas com algumas limitações de espaço.

32

Figura 6.2 - Escala de aço inox graduada em milímetros. Foi utilizada no auxílio da execução das células de 20x20 mm.

Figura 6.3 - Riscador curvo de 8” de aço temperado utilizado na marcação das células 20x20 mm.

Figura 6.4 - Torno de bancada com tratamento mecânico usado para segurar as amostras, enquanto são trabalhadas.

33

Figura 6.5 - Lixa usada para eliminar a camada superficial de óxido de alumínio das amostras.

Figura 6.6 - Rugosímetro portátil Mitutoyo SJ-301 – Usado para efectuar as medições de rugosidade.

34

Figura 6.7 - Durometro portátil Metrotec – aparelho usado para medir as durezas nas amostras.

Figura 6.8 - Berbequim Pneumático Dynabrade – Usado para efectuar a furação nas amostras.

35

Figura 6.9 - Broca de Ø 2.4mm, de Ø 4mm usadas para efectuar a furação nas amostras.

Figura 6.10 - Forno eléctrico Nabertherm Gmbh, modelo N61, ano 2012, potência 400 V 19KW, usado para fazer a Solubilização e o Recozimento.

36

Figura 6.11 - Estufa eléctrica termo ventiladora, modelo EV 1000, ano 2011, potência 400 V 19KW, usado para efectuar o envelhecimento artificial.

6.1 - EPI`S

Figura 6.1.0 - Bata identificativa e protectora

37

Figura 6.1.1 - Botas Biqueira de aço

Figura 6.1.2 - Luvas de protecção individual

38

Figura 6.1.3 - Tampões de protecção auditivas

Figura 6.1.4 - Óculos de protecção individual

39

Figura 6.1.5 - Capacete, bata e luvas com resistência a altas temperaturas.

7. Dados experimentais

Nesta parte estão as tabelas e gráficos da dureza medida durante as experiencia na escala HL em cada etapa efectuada.

7.1 Amostra A - Al 2024 T3Al 2024 3 mm Espessura antes da

furaçãoMedia 287,86 Desvio Padrão 69,01257

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 276 298 302 225 257 279 323 330 356 416L2 245 217 203 214 231 201 198 250 279 409L3 279 251 239 244 227 241 225 197 249 437L4 289 245 258 242 239 231 223 324 317 431L5 281 307 289 325 348 367 370 365 377 467

Tabela 7.1.0 - Medição da dureza da chapa antes da furação.

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5

Series1Series2Series3Series4Series5

Figura 7.1.0 – Gráfico de superfície antes da furação

Al 2024 3 mm Espessura depois da furação Media 251,04 Desvio Padrão 62,93111

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 234 245 279 272 329 389 398 356 361 452L2 239 227 217 229 235 237 229 234 271 332L3 234 215 189 209 201 214 200 216 235 299L4 201 199 207 189 204 232 222 205 237 356L5 229 220 179 192 210 207 199 286 256 345

Tabela 7.1.1 - Medição da dureza apos a furação.

41

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.1.1 – Gráfico de superfície após a furação

Medição da dureza após a solubilização, efectuada a 495º C durante 45 minutos, com arrefecimento rápido em água.

Al 2024 3 mm Espessura depois da solubilização Media 178,4 Desvio Padrão 53,75037

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 232 197 177 189 171 177 190 184 199 301L2 378 181 151 146 157 149 162 154 148 156L3 300 157 161 164 158 162 180 168 181 253L4 183 129 163 146 118 123 135 113 152 124L5 106 181 152 263 111 162 183 169 300 224

Tabela 7.1.2 - Medição da dureza após a solubilização

42

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.1.2 – Gráfico de superfície após medição da dureza da solubilização

Medição da dureza após o envelhecimento artificial, efectuada a uma temperatura de 190º C durante 2h.

Al 2024 3 mm Espessura depois do envelhecimento artificiar Media 322,24 Desvio Padrão 50,28716

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 399 353 379 385 399 401 397 383 345 432L2 314 298 292 289 301 295 306 279 319 401L3 333 318 296 267 297 269 288 235 289 399L4 367 313 289 277 265 290 301 299 286 389L5 399 327 272 249 267 281 299 293 305 386

Tabela 7.1.3 - Medição da dureza após o envelhecimento artificial

43

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.1.3 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o envelhecimento artificial

7.2 - Amostra A - Al 6082

Al 6082 2 mm Espessura antes da furação

Media 551,32 Desvio Padrão 17,72055

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 560 571 566 559 585 588 571 569 555 574L2 542 539 533 547 539 548 552 566 528 546L3 527 526 528 539 545 560 555 552 531 562L4 533 531 529 521 544 547 564 529 541 572L5 591 577 569 534 553 566 561 549 537 555


44

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

480

500

520

540

560

580

600

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.2.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza da chapa antes da furação.


C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 429 459 464 400 425 452 432 465 421 478L2 365 301 349 342 332 363 401 379 362 415L3 345 368 341 317 330 321 338 315 329 365L4 375 348 341 326 329 346 351 368 329 387L5 380 325 333 351 316 329 341 339 358 399

Tabela 7.2.1 - Medição da dureza após a furação.

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.2.1 – Gráfico de superfície da medição da dureza após a furação.

Medição da dureza após a solubilização, efectuada a 550º C com a duração de 40 minutos com um arrefecimento rápido em água.

Al 6082 2 mm Espessura depois da solubilização Media 305,04 Desvio Padrão 32,30338

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 265 272 249 265 231 245 279 301 356 360L2 317 299 269 277 287 294 299 295 293 327L3 338 295 289 265 274 291 307 299 306 365L4 331 326 297 321 323 301 279 295 299 346L5 368 352 327 315 293 325 313 334 331 367

Tabela 7.2.2 - Medição da dureza após a solubilização

46

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.2.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após a solubilização

Medição da dureza após o envelhecimento artificial, efectuado a 165º C durante 8 horas.

Al 6082 2 mm Espessura depois do envelhecimento artificiar Media 274,26 Desvio Padrão 35,79466

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 267 301 279 265 223 218 234 235 244 312L2 223 219 279 234 228 267 289 301 234 320L3 299 279 245 256 269 231 310 245 222 299L4 324 290 296 322 310 303 307 278 256 241L5 333 299 287 279 339 321 256 252 248 345

Tabela 7.2.3 - Medição da dureza após o envelhecimento artificial

47

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.2.3 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o envelhecimento artificial

7.3 - Amostra B - Al 2024



C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 365 379 454 467 478 459 423 401 415 423L2 399 465 427 431 435 457 439 410 379 387L3 412 430 462 468 479 446 468 389 401 407L4 425 439 448 438 431 399 389 394 376 398L5 477 463 469 475 487 476 468 451 467 471

Tabela 7.3.0 - Medição da dureza antes da furação.

48

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.3.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza da chapa antes da furação.


C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 245 239 287 279 341 379 401 398 367 399L2 256 247 235 238 229 222 219 231 226 256L3 229 235 267 274 256 284 283 298 292 301L4 254 274 269 263 279 289 293 289 299 332L5 241 253 261 253 259 268 289 297 299 334

Tabela 7.3.1 - Medição da dureza apos a furação.

49

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Series1Series2

Series3Series4

Series5



Medição da dureza após o recozimento, efectuado a 415º C durante 2 horas, com um arrefecimento lento, dentro do forno até uma temperatura de 270º C, sendo depois retirado e deixado arrefecer ao ar livre.

Al 2024 3 mm Espessura depois do recozimento Media 210,26 Desvio Padrão 19,87903

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 223 189 214 212 231 201 203 236 235 240L2 195 199 204 185 178 184 207 198 221 245L3 199 185 211 225 217 197 173 181 174 221L4 210 198 198 213 201 198 189 231 188 229L5 237 228 215 205 253 239 226 222 230 220

Tabela 7.3.2 - Medição da dureza após o recozimento

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.3.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o recozimento.

7.4 Amostra B - Al 6082



C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 553 549 579 598 545 534 539 530 527 538L2 541 547 527 514 507 498 499 517 532 544L3 544 536 499 491 501 517 500 489 506 511L4 554 567 526 498 493 501 518 520 535 549L5 569 571 564 559 567 545 552 548 541 559


51

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

100

200

300

400

500

600

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.4.0 – Gráfico de superfície da medição da dureza antes da furação.


C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 398 436 441 401 417 464 486 469 417 400L2 374 341 321 300 307 298 319 327 315 320L3 356 326 333 319 300 302 310 312 322 330L4 307 327 332 328 310 304 326 339 333 341L5 378 367 357 385 356 345 351 301 300 331

Tabela 7.4.1 - Medição da dureza após a furação.

52

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5



Medição da dureza após o recozimento, efectuado a 415º C durante 2 horas e meia, com um arrefecimento lento dentro do forno até 265º C, sendo depois retirado do forno e deixado arrefecer ao ar livre.

Al 6082 2 mm Espessura depois do recozimento Media 424,58 Desvio Padrão 23,36497

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10

L1 391 403 396 399 402 389 398 407 421 459L2 401 417 420 438 421 399 432 428 435 460L3 399 389 411 410 400 419 425 434 444 452L4 464 455 434 426 419 400 398 420 438 444L5 399 427 433 455 451 467 434 429 467 470

Tabela 7.4.2 - Medição da dureza após o recozimento

53

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Series1Series2

Series3Series4

Series5


Figura 7.4.2 – Gráfico de superfície da medição da dureza após o recozimento

54

8. Tratamento dos dados

8.1 - Comparação das médias da dureza e o desvio padrão, medida em cada etapa das amostras A do Al 2024 T3 e do Al 6082 T6.

Leituras dos Pro-cessos Antes da Fu-

ração

Leituras dos Pro-cessos Depois da

Furação

Leituras dos Pro-cessos Solibilização

Leituras dos Pro-cessos Envelheci-mento Artificial

Al 2024 T3 - Amostra A

287.86 251.04 178.4 322.24


551.32 367.48 305.04 274.26

50

250

450

MÉDIA

Gra

u da

Dur

eza

(HL)

Figura 8.1.0 – Gráfico da média da dureza da Amostra A

Leituras dos Pro-cessos Antes da Fu-

ração

Leituras dos Pro-cessos Depois da

Furação

Leituras dos Pro-cessos Solibilização

Leituras dos Pro-cessos Envelheci-mento Artificial


69.01257 62.93111 53.75037 50.28716


17.72055 45.51082 32.30338 35.79466

5254565

DESVIO PADRÃO

Des

vio

Padr

ão

Figura 8.1.1 – Gráfico do desvio padrão da Amostra A

55

8.2 - Comparação das médias da dureza e o desvio padrão, medida em cada etapa das amostras B do Al 2024 e do Al 6082.

Leituras dos Processos Antes da Furação

Leituras dos Processos Depois da Furação

Leituras dos Processos Recozimento


433.92 280.16 210.26


532.96 349.58 424.58

50

150

250

350

450

550

MÉDIA

Grau

de

Dure

za (H

L)

Figura 8.2.0 – Gráfico da média da dureza da Amostra B

Leituras dos Processos Antes da Furação

Leituras dos Processos Depois da Furação

Leituras dos Processos Recozimento


33.70147 46.56282 19.87903


25.87484 48.74009 23.36497

5

15

25

35

45

55

DESVIO PADRÃO

Desv

io p

adrã

o

56

Figura 8.2.1 – Gráfico do desvio padrão da Amostra B

9. Análise dos Resultados

9.1 - Analise após o corte e o lixamento

Após as primeiras medições, após os trabalhos realizados na guilhotina e na lixa, a liga 2024 T3 sofre um processo de encruamento nas extremidades devido ao corte a sua dureza é maior nas extremidades. E por sua vez, vai reduzindo sua dureza medida, consoante a aproximação do seu núcleo.

Como a liga 6082 T6 é de extrema resistência á trabalhos mecânicos, isto já não acontece, pois é uma liga que tem boas propriedades de conformação e alta resistência, estas características se intensificam mais por ser uma liga com tratamento T6, ou seja, é uma amostra pré tratadas. Por apresentarem estas características, a liga 6082 T6 O desvio padrão é homogéneo.

9.2 - Analise após a furação

Após a furação, originou-se novos encruamentos no material, perdendo assim a sua dureza em todos os pontos medidos, onde podemos constatar na comparação nas Figuras 8.1.0 e 8.2.0 das médias da dureza.

9.3 - Analise após a solubilização

Após a solubilização que se analisa na Tabela 7.1.2 e Tabela 7.2.2 e Figuras 7.1.2 e 7.2.2 verifica-se que o nível de dureza diminui ligeiramente, em ambas as amostras. Havendo assim uma homogeneização e uma melhor estabilidade cristalina estabilizando a nível da matriz

9.4 - Analise após o envelhecimento artificial

Com este processo que tem como objectivo restaurar parte das propriedades do material e aumentar a dureza. Sendo mais rápido que o envelhecimento natural da liga Al 2024 T3, e permite um aumento de dureza superior.

9.5 - Análise do recozimento

Este processo tem a finalidade de regularizar as estruturas do material deformado a frio, permitindo eliminar tensões existentes e regularizar a estrutura, possibilitando uma maior homogeneização do material como é confirmado na figura do desvio padrão da amostra B.

57

Era suposto as ligas ficarem mais dúcteis e maleáveis. Na análise de interpretação destes resultados concluo que houve um erro de leitura do durometro, por não ter afinação correcta ou um funcionamento errático do forno que terá ido para temperaturas bastante superiores ao programado.

58

10.Conclusão

Neste trabalho, o objectivo é estudar, verificar e analisar os resultados, dos efeitos dos tratamentos termomecânicos na estrutura e na dureza nas ligas Al 2024 T3 E Al 6082 T6.

Permitiu-me ter uma maior compreensão da características das ligas e comportamento de suas estruturas, a diferença entre cada liga e os tratamentos correctos a aplicar em cada uma das ligas.

Ainda enriqueci meus conhecimentos com base nos estudos efectuados como fazer os diferentes tratamentos térmicos, termomecânicos e mecânicos. Da importância que estes têm nas propriedades do material podendo-lhes dar uma maior dureza, ductilidade, maleabilidade dependendo do tratamento e da aplicação que vai ser realizada ao material.

Compreendi a importância e o grau da responsabilidade dos EPI´S em a indispensabilidade dos mesmos. Compreendendo que na falta de qualquer elemento devemos sempre interromper qualquer tipo de trabalho.

Também fiquei lucidado da importância de se ter as ferramentas calibradas e certificadas, como isso pode afectar directamente os resultados obtidos nas amostras e experiencias realizadas.

59

Trabalho Experimental Maria Ferreira Ft 21- Fillipe Laroca

Documents

Transcript of Trabalho Experimental Maria Ferreira Ft 21- Fillipe Laroca