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Ligas Alumínio

As ligas de alumínio para fundição são designadas e regidas por normas internacionais e uma das mais comuns é o sistema AA (aluminium association).
A nomenclatura para as ligas de fundição do sistema AA é composta por 04 digitos, sendo que o último é separado dos primeiros por um ponto. O primeiro numero da nomenclatura indica o elemento principal conforme pode ser observado na tabela abaixo:

Série

Elemento principal

1xx.x

Alumínio puro (99% mín)

2xx.x

Ligas Alumínio Cobre

3xx.x

Ligas Alumínio-Silício-Magnésio
Ligas Alumínio-Silício-Cobre
Ligas Aluminio-Silicio-Cobre-Magnésio

4xx.x

Ligas Alumínio-Silício

5xx.x

Ligas Alumínio-Magnésio

7xx.x

Ligas Alumínio-Zinco

8xx.x

Alumínio-Estanho


Os digitos seguintes indicam a liga dentro do grupo e o último digito a forma de fornecimento:

xxx.0 – Peças fundidas
xxx.1 – Lingotes fundidos
xxx.2 – Lingotes fabricados a partir de alumínio primário

As nomenclaturas que são diferenciadas por uma letra no início apresentam pequenas variações na composição química, exemplo: A380 ou 380 com variação apenas no teor de ferro.

O processo de fundição também é identificado por letras:

D – Die casting (Sob pressão)
P – Permanent mold (Gravidade ou Baixa pressão)
S – Sand casting (Areia)

Elementos de liga

Existem inúmeras possibilidades de combinações de elementos químicos com o alumínio. Estas combinações denominadas de ligas de alumínio têm como objetivo principal melhorar as propriedades mecânicas da liga e conferir outras propriedades de uso ou características de fundição.

Assim as Ligas de Alumínio de uso comercial tem na sua composição química:

  • Elementos Principais: responsáveis pelas propriedades mecânicas como Cobre, Silício, Magnésio, Manganês, Zinco;
  • Elementos Secundários: cujos percentuais são menores e tem como objetivo uma ação específica para se obter determinada propriedade de uso ou característica de fundição como: Níquel, Ferro, Berílio;
  • Elementos modificadores, refinadores ou neutralizadores: usados em pequenos percentuais com a finalidade de alterar a microestrutura, obtendo-se melhores propriedades ou características de processo como Titânio, Sódio, Estrôncio, Boro
  • Elementos tidos como impurezas: os quais devem ser controlados ou balanceados de maneira mais rigorosa como: Chumbo, Cromo, Cálcio, entre outros, que em geral exercem influência perniciosa sobre certas propriedades ou características de fundição.

Ligas Alumínio – Silício

As ligas alumínio – silício são amplamente utilizadas para fabricação de peças fundidas em diversos processos de fundição, e podem ser classificadas em hipoeutéticas, eutéticas ou hipereutéticas definidas pelo teor de silício na composição.

Diagrama de fase ligas Alumínio - Silício

Ligas hipoeutéticas

As ligas hipoeutéticas possuem teores de silício abaixo de 12,6%, sendo que uma das ligas mais utilizadas em fundição sob pressão é a 380 (SAE 306), constituída por alumínio, silício 7,5 a 9,5%, cobre 3,0 a 4,0%, magnésio até 0,5% e ferro entre 0,8 e 1,0% (tabela 3). Estas ligas, por possuírem um menor teor de silício, tendem a uma solidificação “pastosa” devido a solidificação dendrítica, além de um maior intervalo de solidificação (590 – 520°C).

As principais características destas ligas são:

  • Boa Fluidez
  • Elevada resistência à formação de trincas a quente
  • Resultam em elevada estanqueidade em peças fundidas
  • Apresentam grande intervalo de solidificação

A combinação de elevados teores de ferro e cobre estende a solidificação das ligas para temperaturas mais baixas, aumentando o intervalo de solidificação e garantindo uma maior capacidade de compactação da liga durante a terceira fase de injeção.
Quando ligas com solidificação pastosa são utilizadas em peças injetadas, a pressão aplicada pela máquina é transmitida durante mais tempo por toda a peça através da massa pastosa, diminuindo a possibilidade de formação de rechupes em regiões de maior massa. Obviamente, para que a pressão aplicada pelo pistão se transmita para toda a peça, os canais de injeção devem ser os ultimos a se solidificar.

Apesar do efeito fragilizante, o ferro é considerado um elemento de liga na fundição sob pressão por reduzir a tendência à soldagem da peça à ferramenta, diminuindo assim o ataque da liga à superfície da matriz [8].

Ligas eutéticas

As ligas eutéticas são ligas com teor de silício mais elevado chegando de 11 a 13%, esta liga não tem uma solidificação pastosa, ocorrendo então a transformação líquido – sólido diretamente.

As principais características destas ligas são:

  • Excelente fluidez
  • Elevada resistência quanto a formação de trincas a quente
  • Pequenos intervalos de solidificação
  • Dificuldade de preenchimento de peças com massas isolada

Em algumas aplicações, a liga SAE 305 com composição eutética, alumínio, silício 11 a 13%, cobre máximo 1,0% e ferro entre 0,8 e 1,2%, é a preferida devido a elevada fluidez. Entretanto, esta liga apresenta solidificação não pastosa que dificulta a transmissão de pressão sobre o metal em solidificação promovendo defeitos de rechupe na forma de grandes vazios concentrados nas regiões de maior massa (intervalo de solidificação 585 – 575°C).
Desse modo a aplicação da liga 413 é recomendada somente em peças que apresentem espessuras relativamente constantes, com poucas massas isoladas.

Ligas hipereutéticas

Apesar de pouco utilizadas no processo de fundição sob pressão, as ligas hipereutéticas, com teores de silício acima de 13%, tem como principal característica a formação de plaquetas de silício primário durante a solidificação, estas plaquetas aumentam a dureza do material e conseqüentemente dão maior resistência ao desgaste às ligas de alumínio.

As plaquetas são formadas devido ao excesso de silício na liga, que ultrapassa o limite de solubilidade do silício no alumínio a partir do ponto eutético. As ligas hipereutéticas são amplamente utilizadas para fabricação de pistões de combustão.

A tabela abaixo contém a composição química das principais ligas de alumínio para fundição, sendo especificada pelo sistema Aluminium Association e com equivalências no sistema SAE e DIN.
Tratam-se de ligas para peças fundidas com nomenclatura final xxx.0.

>> PROPRIEDADES MECÂNICAS


Ligas fundidas em areia (a):

Liga AA

Estado

Resistência a tração (Mpa)

Limite de escoamento (b) (Mpa)

Alongamento  (%)

Dureza           (500/10 HB) (c)

Resistência Cisalhamento (Mpa)

201.0

T43

414

255

17,0

---

---

T6

448

379

8,0

130

290

T7

467

414

5,5

---

---

A206.0

T4

354

250

7,0

---

278

208.0

F

145

97

2,5

55

117

222.0

T61

283

276

<0,5

115

221

T62

421

331

4,0

---

262

242.0

O

186

124

1,0

70

145

295.0

T6

250

165

5,0

75

217

F

186

124

2,0

70

152

319.0

T5

207

179

1,5

80

164

T6

250

164

2,0

80

200

355.0

T7

264

250

0,5

85

193

T61

269

241

1,0

90

214

A357.0

T6

317

248

3,0

85

278

F

179

179

<1,0

100

---

A390.0

T5

179

179

<1,0

100

---

 

T6

278

278

<1,0

140

---

 

T7

250

250

<1,0

115

---

443.0

F

131

55

8,0

40

97

A444.0

F

145

62

9,0

---

---

514.0

F

172

83

9,0

50

138

520.0

T4

331

179

16,0

75

234

A535.0

F

250

124

9,0

65

---

710.0

F

241

172

5,0

75

179

712.0

F

241

172

5,0

75

179

713.0

F

241

172

5,0

74

---

851.0

T5

138

76

5,0

45

97

852.0

T5

186

152

2,0

65

124


    a) Ensaio de tração e dureza determinados em corpos de prova padrão dia.13mm, superfície não usinada
    b) Limite 0,2%
    c) Carga de 500kg e esfera 10mm

Ligas fundidas em molde permanente (gravidade e baixa pressão)(a):


Liga AA

Estado

Resistência a tração (Mpa)

Limite de escoamento (b) (Mpa)

Alongamento  (%)

Dureza           (500/10 HB) (c)

Resistência Cisalhamento (Mpa)

201.0

T43

414

255

17,0

---

---

T6

448

379

8,0

130

290

T7

467

414

5,5

---

---

A206.0

T4

431

264

17,0

---

292

213.0

F

207

165

1,5

85

165

222.0

T52

241

214

1,0

100

172

T65

331

248

<0,5

140

248

242.0

T61

324

290

0,5

110

241

296.0

T6

276

179

5,0

90

221

T7

270

138

4,5

80

207

319.0

F

234

131

2,5

85

165

T6

276

186

3,0

95

---

324.0

T5

248

179

3,0

90

---

T62

310

269

3,0

105

---

356

T6

262

186

5,0

80

207

T7

221

165

6,0

70

172

A357

T6

359

290

5,0

100

241

A390.0

T5

200

200

<1,0

110

---

 

T6

310

310

<1,0

145

---

 

T7

262

262

<1,0

120

---

443.0

F

159

62

10,0

45

110

A444.0

F

165

76

13,0

44

---

513.0

F

186

110

7,0

60

152

711.0

F

241

124

8,0

70

---

850.0

T5

159

76

12,0

45

103

851.0

T5

138

76

5,0

45

97

852.0

T5

221

159

5,0

70

148


a) Ensaio de tração e dureza determinados em corpos de prova padrão dia.13mm, superfície não usinada
b) Limite 0,2% 
c) Carga de 500kg e esfera 10mm

Ligas fundidas sob pressão( a):

Liga AA

Estado

Resistência a tração (Mpa)

Limite de escoamento (b) (Mpa)

Alongamento  (%)

Dureza           (500/10 HB) (c)

Resistência Cisalhamento (Mpa)

360.0

F

324

172

3,0

75

207

A360.0

F

317

165

5,0

75

200

364.0

F

296

159

7,5

---

179

380.0

F

331

165

3,0

80

214

A380.0

F

324

159

4,0

75

207

A390.0

F

279

241

1,0

120

---

T5

296

265

1,0

---

---

392.0

F

290

262

<0,5

---

234

413.0

F

296

145

2,5

80

193

A413.0

F

241

110

3,5

80

172

443.0

F

228

110

9,0

50

145

513.0

F

276

152

10,0

---

179

515.0

F

283

---

10,0

---

---

518.0

F

310

186

8,0

80

200


a) Corpo de prova do ensaio de tração conforme padrão ASTM, dia. 6mm injetados em máquinas de câmara fria
b) Limite 0,2%
c) Carga de 500 kg e esfera de 10mm

 

A tabela abaixo contém as propriedades físicas das principais ligas de alumínio para fundição, sendo especificada pelo sistema Aluminium Association.
Tratam-se de ligas para peças fundidas com nomenclatura final xxx.0.

Liga AA

Estado

Densidade (g/cm³)

Intervalo de solidificação (°C)

Condutibilidade elétrica  (%IACS)

Condutibilidade térmica          (SI)

Coeficiente de expansão (°C X10-6)

201.0

T6 (S)

2,796

570 - 650

27 - 32

0,29

34,7

T7 (P)

2,796

570 - 650

32 - 34

0,29

34,7

206.0

---

2,796

570 - 650

---

0,29

---

208.0

F(S)

2,796

520 - 630

31

0,29

22,0

O(S)

2,796

520 - 630

38

0,35

---

222.0

F(S)

2,962

520 - 625

34

0,32

22,1

O(S)

2,962

520 - 625

41

0,38

---

242.0

O(S)

2,823

530 - 635

44

0,40

---

295.0

T4(S)

2,823

520 - 645

35

0,33

22,9

296.0

T4(P)

2,796

520 - 630

33

0,32

22,0

T6(P)

2,796

520 - 630

33

0,32

22,0

319.0

F(S)

2,796

520 - 605

27

0,27

21,6

332.0

T5(P)

2,768

520 - 580

26

0,25

20,7

333.0

F(P)

2,768

520 - 585

26

0,25

20,7

T6(P)

2,768

520 - 585

29

0,28

20,7

354.0

F(P)

2,713

540 - 600

32

0,30

20,9

355.0

T6(S)

2,713

550 - 620

36

0,34

22,3

T7(S)

2,713

550 - 620

42

0,39

22,3

T6(P)

2,713

550 - 620

39

0,36

22,3

A357.0

T6(S)

2,713

555 - 610

40

0,38

21,4

359.0

T6(S)

2,685

565 - 600

35

0,33

20,9

360.0

F(D)

2,685

570 - 590

37

0,35

20,9

A360.0

F(D)

2,685

570 - 590

37

0,35

21,1

380.0

F(D)

2,740

520 - 590

27

0,26

21,2

A380.0

F(D)

2,740

520 - 590

27

0,26

21,1

384.0

F(D)

2,713

480 - 580

23

0,23

20,3

390.0

F(D)

2,740

510 - 650

25

0,32

18,5

413.0

F(D)

2,657

575 - 585

39

0,37

20,5

A413.0

F(D)

2,657

575 - 585

39

0,37

---

443.0

F(S)

2,685

575 - 630

37

0,35

22,1

A444.0

F(P)

2,685

575 - 630

41

0,38

21,8

514.0

F(S)

2,657

600 - 640

35

0,33

23,9

520.0

T4(S)

2,574

450 - 600

21

0,21

25,2

535.0

F(S)

2,519

550 - 630

23

0,24

23,6

705.0

F(S)

2,768

600 - 640

25

0,25

23,6

710.0

F(S)

2,823

600 - 650

35

0,33

24,1

712.0

F(S)

2,823

600 - 640

40

0,38

23,6

713.0

F(S)

2,879

595 - 630

37

0,37

23,9

851.0

T5(S

2,823

230 - 630

43

0,40

22,7


CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES EM RELAÇÃO AO ESTADO

F= Fundido      O= Alivio de tensão ou recozimento
T4= Solubilização e envelhecimento natural 
T6= Solubilizado e envelhecido artificialmente
P = Gravidade e Baixa Pressão             D = Fundição sob pressão                  S= Areia