Graus de alumínio revelados: selecionando a combinação perfeita para seu projeto

O alumínio é amplamente usado em aplicações que vão de eletrônicos como chassis de Macbook e smartphone a maçanetas de portas e grades de metal. Se você já manuseou esses objetos, notará uma sensação, textura e peso diferentes. 

O alumínio atrai muitos propósitos por causa de seu peso leve. Ele tem uma ótima relação resistência-peso e um baixo ponto de fusão que pode facilmente ligá-lo a outros metais.

 Como engenheiro experiente na Wellste, com anos de experiência na fabricação de alumínio, posso dizer com segurança que é extremamente raro que alguém projete algo com alumínio puro.

Muitas vezes, o alumínio puro não possui qualidades ideais, como tenacidade e usinabilidade. 

É por isso que existem ligas de alumínio padronizadas ou graus de alumínio que têm características superiores.

Neste artigo, explicarei o que são graus de alumínio. Como você pode diferenciá-los? E qual grau de alumínio pode ser adequado ao seu projeto com exemplos. 

Alumínio como metal

Antes de nos aprofundarmos nos graus de alumínio, você precisa entender o que é alumínio e o que é metal. por que há necessidade de ligar o alumínio com outros metais. 

Alumínio é um metal não ferroso encontrado em todos os lugares. O alumínio parece com aço inoxidável, um metal prateado, mas não é nada parecido com ele. É leve, tem boa condutividade elétrica e aproveita a resistência à corrosão. 

Todosuminum pode ser facilmente ligado a muitos metais porque tem um ponto de fusão relativamente baixo. Ele pode facilmente se ligar a argilas e compostos, razão pela qual a maioria do alumínio vem de um mineral contendo minério chamado bauxita.

UMluminum é um dos poucos metais que podem ser reciclados com perdas mínimas. A maioria dos produtos de alumínio é feita de alumínio reciclado porque o processo de reciclagem custa uma fração do processo de refino de minério.

Características do Alumínio

Todos os tipos de alumínio devem ter algumas características do alumínio, como propriedades mecânicas.

O alumínio é um metal leve. Ele tem uma densidade de 2.710, Kg/eu3 quase três vezes menor que o do ferro. Aço e ferro têm resistência à tração muito maior; no entanto, quando se considera a relação resistência-peso, o alumínio é muito superior à liga de aço. 

O alumínio é condutor. Você pode aprender mais sobre a condutividade elétrica do alumínio em nosso guia.

Ele pode desenvolver uma camada de óxido que pode evitar que enferruje. É um dos metais mais abundantes no mundo por causa de sua reciclabilidade e resistência à corrosão. Também é altamente dúctil.

O que é liga de alumínio?

É uma mistura de alumínio e outro metal ou não-metal. O alumínio puro tem propriedades inferiores às suas ligas, com exceção da condutividade elétrica. 

Existem centenas de ligas de alumínio, e novas ligas são constantemente produzidas, o que exige um órgão regulador para categorizar e regulamentar tais ligas. 

A Aluminum Association é responsável por supervisionar o comércio e a fabricação de alumínio. Eles têm autoridade para nomear e categorizar diferentes graus de alumínio.

Existem diferentes elementos de liga usados para produzir diferentes graus de alumínio e diferentes processos de fabricação usados para fazer ligas de alumínio. 

Graus de alumínio, como as séries 6000 e 7000, são subcategorias de tipos de ligas de alumínio. Ligas de alumínio forjado e ligas de alumínio fundido são as principais classificações entre os graus de alumínio.

Ambos têm propriedades ligeiramente diferentes devido à forma como são produzidos.

Liga de alumínio forjado

Ligas de alumínio forjado são criadas usando um processo de extrusão. O alumínio é aquecido abaixo do seu ponto de fusão e forjado livremente sob cargas pesadas ou extrudado de matrizes para fazer alumínio forjado. Tais cargas e tensões mecânicas resultam em uma mudança de forma, tamanho ou estrutura. 

O processo começa com a fundição do alumínio e sua coalescência a partir de sua fonte. Aqui, ligas fundidas são adicionadas ao alumínio, e a mistura é fundida em placas ou tarugos de alumínio. 

A placa ou tarugo de alumínio é aquecido a uma temperatura alta abaixo do seu ponto de fusão e laminado mecanicamente, extrudado ou trabalhado através de matrizes para produzir ligas de alumínio forjado. 

A diferente composição de elementos de liga em ligas trabalhadas produz diferentes séries ou graus de alumínio. 

As ligas de alumínio forjado têm as seguintes propriedades

• Melhor força 
• Melhor ductilidade
• Superfície mais lisa
• Propriedades anisotrópicas
• Grãos consistentes na estrutura
• Maior resistência à fadiga (aplicações que envolvem cargas repetidas)

Liga de alumínio fundido

Mais frequentemente, você encontrará produtos complexos feitos de ligas de alumínio fundido. Ligas de alumínio fundido são feitas de um processo similar de fundição e coalescência com a adição de elementos de liga despejados em moldes. 

A liga fundida esfria na matriz ou no molde de areia e toma o formato do molde. 

A fundição de ligas de alumínio é um processo mais simples e econômico que produz formas complexas ao custo de algumas propriedades desejáveis. 

As ligas fundidas têm

• Força mais baixa
• Suscetível a defeitos
• Adequado para formas complexas e design rápido
• Propriedades uniformes 
• Propriedades isotrópicas

Nomenclatura dos diferentes graus de alumínio

Se você já se deparou com produtos de alumínio, encontrará seus nomes em dígitos. Por exemplo, AA6061. Existem três sistemas principais de designação de alumínio. O mais popular é a designação da Aluminum Association, que segue uma numeração de quatro dígitos. 

Para ligas fundidas o o primeiro dígito identifica o elemento de liga primário e o último dígito após o ponto decimal informa se há alguma modificação. 

Para ligas trabalhadas, tO primeiro dígito identifica o elemento de liga primário, e os últimos três dígitos o separam de outras ligas neste grupo. Não há decimal, mas pode ter letras ou dígitos extras para transmitir mais informações. 

Por exemplo, AA 6063-T5, onde 6 indica magnésio e silício, 0 indica liga não modificada e 63 o diferencia de outras ligas no grupo. O T-5 nos diz que ele passou por um processo de tratamento térmico de têmpera. 

Graus de alumínio: quais são os tipos de alumínio e como eles são classificados?

Grau de alumínio é outro nome para liga de alumínio. Com o básico como nomenclatura de alumínio e ligas forjadas vs ligas fundidas fora do caminho, agora podemos nos aprofundar mais em tipos de graus de alumínio e sua classificação. 

Primeiro, um grau de alumínio pode ser facilmente identificado por seu nome de quatro dígitos. Se esse nome tiver um decimal no 3º e 4º dígito (6xx.x), é uma liga fundida; se não tiver ponto decimal (6xxx), é uma liga trabalhada. 

Ligas forjadas

Ligas forjadas são uma classe de ligas de alumínio que são trabalhadas mecanicamente e têm suas designações AA começando com a série 1xxx e indo até a série 8xxx. A palavra forjada em si significa deformação enquanto ainda sólida. 

Aqui está um resumo dos tipos de graus de alumínio

Você pode ver o lista completa e detalhada com limites de composição química da Associação do Alumínio aqui. 

Série de grau de alumínio 1XXX

O grau de alumínio da série 1000 é dividido em dois grupos. O primeiro começa no grau 1050 e vai até o grau 1098. Este é alumínio puro em sua forma não ligada e está sob os limites naturais AA. 

Esses graus de alumínio forjado têm algumas faixas de impurezas, como silício e ferro, que geralmente estão abaixo de 1%. A pureza típica do alumínio varia de 99,5% a 99,9%. A porcentagem dessas impurezas e ligas divide o alumínio da série 1000 em suas classes. 

Exemplos típicos: 1050, 1070 e 1080A

O segundo grupo de alumínio da série 1000 é o alumínio ligado. Esse grupo começa na classe 1100 e vai até a 1199. Ele tem uma alta porcentagem de pureza de alumínio, mas encontra designações AA. 

Exemplos típicos: 1100, 1200, 1345

As classes de alumínio da série 1000 são ligas de alumínio não tratáveis termicamente. Elas têm boa resistência à corrosão e são ótimas condutoras. Como são, em sua maioria, alumínio puro, são dúcteis e extremamente usináveis. 

Elas são ligas de alumínio não tratáveis termicamente porque não possuem elementos de liga significativos que podem contribuir para o fortalecimento durante a formação de fase. O tratamento térmico também não funciona porque tende a amolecer em altas temperaturas. 

As ligas de alumínio da série 1000 têm boa condutividade térmica e têm aplicações em trocadores de calor. 

Série de grau de alumínio 2XXX

A série de alumínio 2XXX tem cobre como principal elemento de liga. Tem traços de outros metais e silício, incluindo Magnésio, Manganês, Cromo, etc. em pequenas quantidades. 

A liga forjada da série 2000 tem excelentes capacidades de usinagem devido à adição de cobre e também tem resistência alta a moderada.

Essas ligas de alumínio de alta resistência podem ser tratadas termicamente para maior reforço, mas falta de resistência à corrosão devido à oxidação do cobre. 

A baixa resistência à ferrugem significa que muitas vezes o alumínio da série 2000 tem que ser anodizado ou revestido para aplicações externas. 

Exemplos típicos: 2014, 2024

Série de grau de alumínio 3XXX

O manganês serve como o principal elemento de liga nesta liga de alumínio, e certos graus dentro desta liga podem incorporar adicionalmente o cobre como um componente de liga principal.

Ligas de alumínio-manganês são ligas de alumínio não tratáveis termicamente, principalmente porque o manganês não sofre precipitação ou endurecimento de fase devido ao calor. 

O alumínio da série 3000 tem excelente resistência à corrosão e usinabilidade, e pode ser moldado em vários formatos facilmente. Essas ligas têm boa soldabilidade e podem ser usadas para estruturas. 

Exemplos típicos: 3003, 3105

O alumínio da série 3000 é frequentemente utilizado nos setores de construção e desenvolvimento.

Série de grau de alumínio 4XXX

O alumínio da série 4000 tem múltiplos elementos de liga principais. O de maior composição é geralmente silício, mas também contém cobre e magnésio, entre outros elementos. 

O alumínio da série 4000 tem resistência comparativamente moderada e um ponto de fusão mais baixo.

Esta liga de alumínio tem fluidez e soldabilidade significativas que frequentemente empregam esta classe em aplicações de soldagem. A resistência moderada significa que as soldas não racham.

Exemplos típicos: 4043

Série de grau de alumínio 5XXX

A liga de alumínio da série 5000 é uma liga de alumínio-magnésio. O magnésio é o principal elemento de liga e eles têm boa resistência à corrosão. 

As ligas de alumínio da série 5000 podem ser endurecidas por deformação para aumentar o limite de escoamento, mas isso também diminui sua ductilidade. 

Eles são usados principalmente em aplicações marítimas, incluindo cascos e grades de barcos, devido à sua excepcional resistência à corrosão. 

Uma coisa importante que vale a pena entender é que, apesar de serem ligas forjadas tratáveis termicamente, elas não são adequadas para aplicações com altas temperaturas. 

Esses graus de alumínio são usados principalmente em projetos onde a resistência à corrosão é uma preocupação. Aplicações em aeroespacial, marinho, ou água do mar. 

Exemplos típicos: 5052, 5083

Série de grau de alumínio 6XXX

O alumínio da série 6000 é um tipo de alumínio amplamente utilizado. É encontrado em muitos componentes estruturais, como bicicletas quadros, eletrônica, e edifícios. 

Silício e magnésio são seus principais elementos de liga, e suas faixas típicas não excedem 2%. Resistência excepcional pode ser obtida nessas ligas por meio da aplicação de tratamento térmico. 

Eles têm vários processos de têmpera ou tratamento térmico. Muitas ligas de alumínio da série 6000 têm T4 ou T6 em seu nome. Isso também é chamado de têmpera. 

A liga de alumínio temperado T4 é uma solução tratada termicamente para que elementos de liga se tornem parte da matriz de alumínio. 

T6 é outro processo de tratamento térmico para aumentar a resistência do alumínio, onde a liga de alumínio após o tratamento térmico de solução é mantida em uma temperatura mais baixa para endurecimento por precipitação. 

O magnésio e o silício contribuem significativamente durante o tratamento térmico. O magnésio contribui para a formação de precipitação com alumínio durante o tratamento térmico T6 e o silício forma Mg2Si, o que resulta em maior resistência. 

O alumínio da série 6000 é versátil e apresenta excelentes características de conformabilidade, resistência à corrosão e soldabilidade. 

Exemplos típicos: 6063, 6061, 6067 T5

Série de grau de alumínio 7XXX

Os principais elementos de liga dessas ligas de alumínio de altíssima resistência incluem zinco e, em alguns casos, ferro. 

Elas são ligas de alumínio tratáveis termicamente e apresentam resistência excepcional devido ao fortalecimento da solução sólida. Elas seguem um tratamento térmico e processo de têmpera semelhantes aos da série 6000, mas os precipitados formados são MgZn2, o que contribui para uma resistência muito maior. 

As anomalias de precipitação atuam como barreiras às discordâncias de fluxo e impedem a formação de rachaduras e vazios em nível microscópico. 

Os graus de alumínio da série 7000 podem ser comparados ao aço em termos de resistência e pesam muito menos que o aço. 

Eles têm grande resistência à fadiga, o que significa que podem ser usados em aplicações que envolvem cargas repetidas. Sua única desvantagem é a baixa resistência à corrosão. 

A série 7000 é usada em blindagens, indústrias militares, aeroespaciais e esportivas. 

Exemplos típicos: 7075 

Série de grau de alumínio 8XXX

A série 8000 de alumínio é uma série exclusiva e recém-desenvolvida de graus de alumínio. O lítio é o principal elemento de liga no alumínio da série 8000. 

O lítio é consideravelmente menos denso que o alumínio e forma precipitados finos com a estrutura do alumínio, resultando em resistências de até 500 MPa. 

O lítio também dá ao alumínio série 8000 propriedades impressionantes de alongamento. Essas ligas podem ser dobradas, estampadas e passar por processos de extrusão.

Eles têm boa resistência à corrosão e à intempérie. Eles não são tóxicos e frequentemente usados para embalar perfumes. 

Exemplos típicos: 8011, 8021, 8090

Ligas Fundidas

Ligas fundidas são ligas de alumínio que seguem o International Alloy Designation System e têm um ponto ou vírgula decimal no nome da liga. Por exemplo, A380.0

Ligas fundidas, como o nome sugere, são um produto do processo de fundição. Alumínio puro é derretido e misturado com outros metais para formar as ligas, e a mistura é despejada em matrizes para obter um formato específico ou em peças fundidas de tarugo para produzir lingotes.

A classificação de ligas fundidas segue uma estrutura similar à das ligas forjadas, com o dígito inicial indicando o constituinte metálico primário. Em ligas fundidas, o primeiro dígito é excluído de ser 6.

As séries de alumínio fundido têm relativa liberdade com seus limites porque a maioria cLigas finas são pós-processadas em algo diferente. 

Esta tabela resume seus limites de liga.

Série 1XX.X

As ligas de alumínio fundido da série 1XX.X têm mais de 99% de pureza de alumínio. Elas têm todas as propriedades esperadas do alumínio puro, como resistência à corrosão, condutividade térmica e soldabilidade. 1xx.x são ligas de alumínio não tratáveis termicamente. 

Série 2XX.X

As ligas de alumínio da série 2XX.X apresentam cobre como seu principal elemento de liga, aumentando a usinabilidade e tornando-as mais suscetíveis à corrosão. Essas são ligas de alta resistência, mas carecem de ductilidade devido a uma diferença no tamanho do grão na liga. 

A série 2xx.x é uma liga tratável termicamente, mas é propensa a um fenômeno chamado trincamento a quente. Isso ocorre quando um gradiente de temperatura nos grãos da liga causa trincamento. 

Série 3XX.X

A série 3XX.X tem alta porcentagem de silício, juntamente com cobre ou magnésio como seu elemento de liga. Elas também são ligas de alumínio tratáveis termicamente com alta resistência, resistência a rachaduras e excelente usinabilidade. 

Série 4XX.X

As ligas de alumínio da série 4XX.X consistem apenas de silício como constituinte adicional. Essas ligas de silício são de alta resistência, têm excelente resistência à corrosão e ótima soldabilidade.

Série 5XX.X 

As ligas de alumínio da série 5XX.X são caracterizadas por terem magnésio como principal elemento de liga.

Elas resistem à corrosão e são ligas não tratáveis termicamente. Sua resistência é menor que a das ligas 2XX.X, mas têm grande usinabilidade e fluidez, o que é útil para fundição. 

Série 7XX.X

As séries 7xx.x são ligas de zinco. Essas ligas têm boa resistência à fadiga e são frequentemente usadas em estruturas que exigem peso leve e são frequentemente consideradas ligas de alta resistência. Vários processos de tratamento térmico podem fortalecer as séries 7XX.X. 

Série 8XX.X

Esta é uma adição relativamente nova à classificação de ligas da AA. Essas ligas usam estanho como seu principal elemento de liga e não são tratáveis termicamente. Elas têm aplicações especiais e são construídas propositalmente. 

Aplicações de graus de alumínio com exemplos

O alumínio é um metal amplamente utilizado. Diferentes graus atendem a diferentes propósitos. Esta seção ajudará você a entender as aplicações gerais dos graus de alumínio.

Série de alumínio forjado

Série 1000

Alumínio série 1000 é alumínio comercialmente puro. É mais usado em trocadores de calor por sua boa condutividade térmica, materiais condutores e refletores. 

Série 2000

Essas classes de alumínio têm cobre, o que lhes dá excelente usinabilidade. Elas apresentam grande resistência em altas temperaturas e são especialmente usadas na indústria aeroespacial. 

Série 3000

Essas classes de alumínio são usadas para utensílios de cozinha por causa de sua resistência à corrosão e condutividade. Elas também são usadas para outras embalagens de alimentos e latas de refrigerante como 3004.

Série 4000

A série 4000 tem excelente soldabilidade e é frequentemente usada como eletrodos.

Série 5000

Esta série tem aplicações na indústria de chapas metálicas. Graus como 5052 têm amplas aplicações finais como chapas metálicas, como fuselagem. 

Série 6000

Também conhecido como alumínio arquitetônico. É uma das ligas mais fortes disponíveis e é usado como metal estrutural.

6061 é uma liga tratável termicamente que é usada em componentes aeroespaciais e automotivos. Elas também são usadas para fabricar extrusões e matrizes. 

Série 7000

As classes da série 7000 podem suportar grandes quantidades de estresse. Se você planeja usar algo que exija excelente resistência, esta é uma opção. 

Série 8000

Esta liga especial é reservada para muitos usos fáceis de usar, como embalagens de perfumes, folhas de qualidade alimentar, etc.

8011 é um exemplo da série 8000.

Série de alumínio fundido

A série de alumínio fundido não é amplamente utilizada como qualidade final e geralmente passa por muitos processos. 

Série 2xx.x

Essas ligas são fundidas diretamente para fazer alguns componentes resistentes na indústria automobilística e aeronáutica. Pistões, cabeçotes de cilindro e outras peças fundidas de uso geral. 

Série 3xx.x

O 3xx.x tem resistência à corrosão melhorada em relação ao grau anterior e, por esse motivo, é usado para fundir produtos para a indústria marítima, como o 357. 

Série 4xx.x

São ligas de silício com boa resistência ao desgaste. Mais usadas em carcaças de bombas e aplicações de alto estresse. 

Série 5xx.x

Esta série tem capacidade de retenção de pressão aprimorada. O grau 514 é usado para fabricar peças na produção automotiva e aeronáutica.

Série 7xx.x

Esta classe é usada em componentes de laptop, portas, gabinetes eletrônicos, etc. 

Série 8xx.x

A série 8xx.x é composta por ligas fundíveis resistentes ao calor. A série 850 é usada para rolamentos de motor e usos industriais que exigem aplicações de alta temperatura.  

Fatores a considerar ao escolher um grau de alumínio

Identificar a liga de alumínio correta é crucial para atender aos requisitos específicos do seu projeto.

Existem tantas qualidades de alumínio por causa dos possíveis usos do alumínio, suas propriedades e seu peso. Há uma grande possibilidade de que uma das ligas de alumínio corresponda ao seu propósito.

Antes de entrar em ligas de alumínio, é importante entender os parâmetros de design da sua peça. Quanta carga ela pode suportar? Ela requer tinta? O tipo de acabamento de superfície que você está procurando, etc. 

Aqui está a melhor análise de viabilidade para selecionar graus de alumínio para seu projeto. 

Usinabilidade

Às vezes, você é restringido pela capacidade de usinagem e pela resistência da ferramenta. Se você está projetando algo para precisão e menores custos de ferramentas, você pode escolher ligas de usinagem gratuitas

Soldabilidade

Fundir metais em um formato desejado é viável para projetos pequenos. Para a maioria das aplicações, o alumínio tem que ser unido usando soldas. Por esse motivo, é importante considerar a soldabilidade da liga como um fator. 

Propriedades corrosivas

O alumínio é naturalmente resistente à corrosão. No entanto, alguns graus têm melhor resistência à corrosão do que outros. Se sua aplicação final de alumínio for em um ambiente úmido, graus como 5052

Força

Uma razão pela qual tantos graus de alumínio são produzidos é por causa da variação na resistência à tração. Como designer ou produtor, você deve saber a resistência necessária da aplicação do alumínio. 

Você pode entrar em uma discussão rápida sobre materiais adequados e produtos de alumínio usando este link.

Condutividade

Se você está procurando uma alternativa mais barata ao cobre com alta condutividade. Novas ligas como AA8079 oferecem a melhor condutividade, mas ligas convencionais como 1050A ainda são muito usadas. 

Tratabilidade Térmica

O tratamento térmico do alumínio é importante para ligas fracas. Aumentar sua resistência pode levar a novas aplicações da mesma liga. Nem todos os graus de alumínio podem ser tratados termicamente para melhorar a resistência. Uma ótima liga tratável termicamente é o Alumínio 2024.

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