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Relatório dos
  Trabalhos Práticos
  das Ligas de Alumínio
  2024 e 6082
     Tratamento Térmico de Envelhecimento e
                  Solubilização
  É importante destacar que termo “tratamento térmico” é, no seu sentido mais
  amplo, qualquer operação de aquecimento ou arrefecimento realizada para
  modificar as propriedades mecânicas, estrutura metalúrgica ou estado de tensões
  internas de um produto metálico. Nas ligas de alumínio, o tratamento térmico é
  restrito a operações específicas utilizadas para aumentar a resistência e dureza de
  ligas endurecíeis por precipitação (conformadas ou fundidas).




Formador/a: Engª Maria Ferreira
Técnico/a de Tratamento de Metais 004
FT 21 - 5824 - Tratamento de Metais - Revestimentos Metálicos –
Técnico/a de Tratamento de Metais 004
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


Contents

Abstract: ........................................................................................................................................ 2
Suporte Teórico ............................................................................................................................. 3
Suporte Experimental ................................................................................................................... 8
Procedimento experimental 1: ................................................................................................... 10
Dados experimentais e tratamento dos mesmos ....................................................................... 11
Procedimento experimental 2: ................................................................................................... 14
Dados experimentais e tratamento dos mesmos ....................................................................... 15
Tabela das Médias e Desvios Padrão das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 e respectivos Gráficos .
Análise dos resultados................................................................................................................. 19
Sugestões para futuros trabalhos ............................................................................................... 20
Bibliografia .................................................................................................................................. 21




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Palavras-chave:      Ligas    de    alumínio,    tratamentos   termoquímicos,      solubilização   e
envelhecimento

Glossário: Ligas de alumínio: A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério
que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o
Subtropical. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a
produção de alumínio seja economicamente viável. O processo de obtenção de alumínio
primário divide-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução.

           Solubilização: O processo térmico de solubilização é o aquecimento do metal
alumínio (peça, barra, tarugo, placa, etc.) a uma temperatura muito elevada, no entanto, ainda
inferior a temperatura de fusão da liga de alumínio. O objectivo da solubilização é por em
solução sólida a maior quantidade possível de átomos de soluto. Numa linguagem mais
coloquial, deseja-se dissolver ao máximo possível, todos os elementos presentes na liga de
alumínio no próprio alumínio, sendo que este deve permanecer no estado sólido, onde a fusão
ou o aquecimento, mesmo que sejam parciais ou localizados, devem ser evitados.

        Envelhecimento: O envelhecimento (seja artificial ou natural) é o processo pelo qual
passa o metal alumínio, após ser solubilizado e arrefecido rapidamente. Proporciona uma
correcta difusão dos átomos de soluto (aquilo que foi dissolvido na solubilização) e permite a
formação de finos precipitados endurecedores. Estes finos precipitados endurecedores devem
ter o tamanho e a quantidade suficiente para impedir a movimentação das discordâncias e por
consequência endurecer a liga.

        T6: Solubilizado e envelhecido artificialmente. Esta designação aplica-se aos produtos
que não sofrem encruamento após a solubilização, ou para os quais os efeitos de encruamento
associados ao aplanamento ou endireitamento não afecta os limites das características
mecânicas.


                                            Abstract:

         O tratamento de solubilização e envelhecimento tem por objectivo a obtenção de
precipitados finos, que ao mesmo tempo que sejam grandes o suficientes para agir como
obstáculos ao movimento das discordâncias, endurecendo a liga, sejam por outro lado
pequenos o suficiente para manter a coerência com a matriz, fundamental para manter o
efeito de endurecimento. A solubilização, ao garantir a obtenção de uma solução sólida
(dissolução dos elementos de liga)mantida à temperatura ambiente de modo instável por meio
de arrefecimento rápido, permite um melhor controle do crescimento dos precipitados
durante o posterior envelhecimento.




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                                            Suporte Teórico

        A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério que pode ser
encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical. A
bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de
alumínio seja economicamente viável. O processo de obtenção de alumínio primário divide-se
em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução, conforme a imagem abaixo:


               Fig. 1




       O alumínio não é encontrado directamente em estado metálico na crosta terrestre. A
sua obtenção depende de etapas de processamento até chegar ao estado em que o vemos
normalmente. O processo da mineração da bauxita, que origina o alumínio, pode ser
exemplificado da seguinte maneira:

1) Remoção planejada da vegetação e do solo orgânico;
2) Retirada das camadas superficiais do solo (argilas e lateritas);
3) Beneficiamento:
3.1 Inicia-se na britagem, para redução de tamanho;
3.2 Lavagem do minério com água para reduzir (quando necessário) o teor de sílica contida na
parcela mais fina;
3.3 Secagem



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       A refinaria é a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada. O
procedimento mais utilizado é o Bayer. Esta é primeira etapa até se chegar ao alumínio
metálico.

1) Dissolução da alumina em soda cáustica;
2) Filtração da alumina para separar o material sólido;
3) O filtrado é concentrado para a cristalização da alumina;
4) Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água;
5) O pó branco de alumina pura é enviado à redução;
6) Na redução, ocorre o processo conhecido como Hall-Héroult, por meio da eletrólise, para
obtenção do alumínio.

       As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do
produto final são: moagem, digestão, filtração/evaporação, precipitação e calcinação. As
operações de alumina têm um fluxograma de certa complexidade, que pode ser resumido em
um circuito básico simples, conforme figura abaixo.




                   Fig. 2 Fluxograma das difirentes fases da produção de alumina




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         Redução é o processo de transformação da alumina em alumínio metálico:

1) A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa
tensão, decompondo-se em oxigênio;
2) O oxigênio se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de
carbono, e em alumínio líquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica;
3) O metal líquido (já alumínio primário) é transferido para a refusão através de cadinhos;
4) São produzidos os lingotes, as placas e os tarugos (alumínio primário).

        A voltagem de cada uma das cubas, ligadas em série, varia de 4 V a 5 V, dos quais
apenas 1,6 V são necessários para a eletrólise propriamente dita. A diferença de voltagem é
necessária para vencer resistências do circuito e gerar calor para manter o eletrólito em fusão.
Basicamente, são necessárias cerca de 5 t de bauxita para produzir 2 t de alumina e 2 t de
alumina para produzir 1 t de alumínio pelo processo de Redução




                                   Fig. 3 Diagrama de uma célula de redução




        As ligas de alumínio são divididas convenientemente em dois grupos: as ligas
“tratáveis” termicamente, propiciando-lhes maior resistência, e as ligas “não-tratáveis”
termicamente, cuja resistência só pode ser aumentada através do trabalho a frio. As ligas
tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer o tratamento
térmico para o aumento da resistência mecânica. As ligas não tratáveis termicamente podem
ser submetidas a tratamentos térmicos como de estabilização e recozimentos plenos ou
parciais.



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         Os tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento das ligas de alumínio de
uma forma geral têm por objectivo remover ou reduzir as segregações, produzir estruturas
estáveis e controlar certas características metalúrgicas tais como: propriedades mecânicas,
tamanho de grão, estampabilidade, etc.
         Maior resistência mecânica é obtida nas ligas que respondem ao tratamento térmico
de solubilização/envelhecimento. Primeiramente o metal é aquecido uniformemente até cerca
de 500 0 C, sendo que a temperatura exacta depende da liga em particular. Isto ocasiona a
dissolução dos elementos de liga na solução (tratamento de solução). Então, segue-se um
arrefecimento rápido, geralmente em água, que previne temporariamente que estes
constituintes precipitem. Esta condição é instável e, gradualmente, os constituintes
precipitam-se de maneira extremamente fina (somente visível através de potentes
microscópicos), alcançando, assim, o máximo efeito de endurecimento (envelhecimento).
         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 eutética. Sendo assim, as temperaturas de
solubilização devem ser limitadas a um nível seguro no qual as consequências do aquecimento
e da fusão parcial sejam evitadas.
         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.
         O arrefecimento rápido que se segue é uma etapa crítica do tratamento, porque é
fundamental para manter à temperatura ambiente a solução sólida obtida em alta
temperatura. Além disso, arrefecimento rápido permite manter à temperatura ambiente a
mesma concentração de lacunas existente em altas temperaturas, e estas lacunas são muito
importantes para acelerar o processo de difusão dos átomos de soluto que ocorre no
tratamento posterior de envelhecimento. O meio de arrefecimento rápido mais usado é a
água, embora, caso seja necessária uma taxa de arrefecimento mais baixa, possam ser usados
diversos líquidos orgânicos como meios de arrefecimento rápido. O arrefecimento ao ar é
muito lento para a maioria das ligas de alumínio, permitindo o prosseguimento do processo
deenvelhecimento, embora não seja tão lento como o arrefecimento ao forno,
evidentemente.
         Como nota de curiosidade, a figura abaixo apresenta o aspecto típico das curvas de
envelhecimento.
         Note-se que quanto maior a temperatura de envelhecimento, mais rapidamente
ocorre o ponto de resistência máxima, porém com um valor de resistência menor. Isto se deve
ao facto de o coalescimento dos precipitados depender da difusão das espécies químicas e da
concentração de lacunas e, como se sabe, ambas crescem com o aumento da temperatura
(processo termicamente activado). O crescimento das partículas dá-se umas às custas das
outras, ou seja, várias partículas pequenas “coalescem” formando uma maior.
         Como o volume da fase precipitada é aproximadamente constante, maiores partículas
significaSe a temperatura de solubilização é baixa, as fases de endurecimento não são


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Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


completamente dissolvidas antes do resfriamento e, entretanto, mais baixas tensões de
resistência serão obtidas, uma vez que a densidade de precipitados será mais baixa.
        Se a temperatura de solubilização é muito alta, a fusão de algumas das fases com
baixas temperaturas de fusão irá ocorrer, resultando no decréscimo de resistência e
ductilidade.




                      Fig. 4 O aspecto típico das curvas de envelhecimento.




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                                    Suporte Experimental

Caracterização do material:
         Liga de alumínio 2024: A liga 2024 possui manganês em teores relativamente altos,
que causa a formação da fase Al12(Fe,Mn)3Si, presente também em outras ligas, que sob a
forma de partículas despersuades retardam os processos de recristalização e crescimento de
grão.
         De um modo geral as ligas Al-Cu(-Mg) apresentam elevada resistência mecânica após
tratamento térmico de endurecimento por precipitação, entretanto, apesar dessa vantagem,
apresentam algumas desvantagens quando comparadas com outros tipos de ligas de alumínio,
que vão desde a resistência à corrosão relativamente baixa e a conformabilidade limitada (são
pouco adequadas a processos com elevada deformação) até a soldabilidade igualmente
restrita (em geral são soldadas somente por processos de resistência eléctrica). Os valores
mais elevados de dureza são obtidos para teores de cobre da ordem de 4 a 6 %, dependendo
da influência de outros elementos de liga presentes .
         Fazem parte da sua composição quimica os seguintes elementos:

        Cobre 4,4%
        Magnésio 1,5%
        Silicio 0%
        Manganês 0,6%

Liga de alumínio 6082: As ligas da série 6xxx têm despertado um elevado interesse industrial e
científico. Para além da possibilidade de optimizar as suas propriedades mecânicas através de
mecanismos de endurecimento por envelhecimento, estas ligas representam cerca de 90% das
ligas de alumínio extrudidas. A liga 6082, estudada neste trabalho, é aquela que apresenta
maior resistência mecânica do grupo.
         Esta liga apresenta um excesso de silício em relação ao necessário para formar o
composto Mg2Si. As propriedades mecânicas máximas desta liga são conseguidas na condição
metalúrgica T6. Esta liga é extremamente sensível. Os sucessivos aquecimentos e
arrefecimentos durante o processamento devem ser devidamente controlados.
         Da sua composição química fazem parte os seguintes elementos:
      Si 0,930%
      Fe 0,210%
      Cu 0,001%
      Mn 0,490%
      Mg 0,690%
      Cr 0,001%
      Zn 0,003%




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Equipamento utilizado:

Na limpeza e preparação da placa de alumínio foram utilizados:

          Escova de aço
          Lima
          Lixa pneumática
          Lixa de grão 120 e 80
          Bancada de trabalho
          Mufla tradicional
          Tanque com água corrente
          Tripés para suporte das placas de alumínio
          1 placa de alumínio 2024
          1 placa de alumínio 6082
          Durómetro TH – 110 Universal Hardness Tester penetrador tipo D, escala HL (Leeb)
          Paquimetro digital
          Rugosímetro Mitutoyo, Surftest SJ-301,
          Pinças e tenaz
          Engenho de furar com brocas de 4mm e de 5mm (para retirar possíveis limalhas)
        100 mm




                                                                           200 mm
                          200 mm
                 Fig. 5 Placa de alumínio 2024                 Fig. 6 Placa de alumínio 6082




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                             Procedimento experimental 1:

    1) Medição das dimensões
    2) Foi feita uma limpeza mecânica com lima bastarda e lixa de diferentes grãos para
         eliminar a possíveis gorduras e sujidades na superficie da placa
    3) Divisão da peça em células quadradas 20 x 20 mm
    4) Medição da dureza em cada uma das células (ao centro)
    5) Furação em cada célula com uma broca de ≈ Φ4 mm (de preferência aproveitando as
         marcas deixadas pelo durómetro
    6) Solubilização (Colocação das placas na mufla tradicional a 515ºC com patamar de 30
         minutos) relativamente à liga 2024
    7) Arrefecimento – em água (em menos de 10 segundos)
    8) Medição da dureza em cada uma das células
    9) Envelhecimento forçado (Colocação das placas na mufla a 190ºC com patamar de de
         24 horas) relativamente à liga 2024
    10) Medição da dureza em cada uma das células
    11) Relatório do trabalho com interpretação dos resultados através de gráficos de
         superfície e de linhas




 Fig. 7 Divisão da peça de alumínio 2024 em células
                quadradas 20 x 20 mm




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                        Dados experimentais e tratamento dos mesmos


           C1           C2          C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9    C10
  L1       167         126         137          106      119       118        77           146         147   215
  L2       88          107         127          136      143       129        133          129         105   222
  L3       87          112         132          128      127       121        124          125         102   172
  L4       124         97          101          100      109       113        113          104         106   199
  L5       157         130         52           120      54        69         75           85          176   206
Média:   Desvio
 124     Padrão:          Tabela 1. Valores da 1ª medição de durezas após o riscamento relativamente á liga 2024
           37


           C1           C2          C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9    C10
  L1        240        99          156          172      94        157        127          142         205   208
  L2        136        107         115          115      128       122        126          126         101   79
  L3        188        95          116          115      124       116        113          120         113   83
  L4        154        86          103          115      117       118        112          115         90    119
  L5        189        118         67           74       66        92         59           67          108   161
Média:   Desvio
121      Padrão:                   Tabela 2. Valores da 2ª medição após furação da peça
         38


           C1           C2          C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9    C10
  L1        94         136         81           87       72        61         63           160         112   100
  L2        94         50          63           67       61        57         55           63          61    66
  L3        86         54          77           68       57        64         64           63          47    60
  L4        56         56          68           104      103       118        88           96          60    94
  L5        172        202         151          247      209       193        181          138         258   169
Média:   Desvio
100      Padrão:                          Tabela 3. Valores da 3ª medição após solubilização
         53

           C1          C2          C3          C4        C5        C6         C7          C8          C9     C10
  L1     139          216         66           155      78        78         95           76          73     141
  L2     149          209         92           81       81        84         85           131         64     180
  L3     158          187         95           127      80        137        75           119         91     179
  L4     117          141         79           81       115       119        144          61          143    150
  L5     141          183         141          63       150       89         77           67          94     163
 Média: Desvio
  117 Padrão:                        Tabela 4. Valores da 4ª medição após envelhecimento
         117




         Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas     Página            Revisto por Engª Maria Ferreira
                      msofiagv@hotmail.com             11                    ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
  Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
  Técnico/a de Tratamento de Metais 004




                                                                                                           Gráfico 1. . Valores da 1ª medição de durezas após
                                                                                                           o riscamento relativamente á liga 2024
       250
                                                                                             200-250
       200
                                                                                             150-200
          150                                                                               100-150
          100                                                                            L1 50-100
                                                                                         L2
           50                                                                               0-50
                                                                                         L3
                0
                                                                                        L4
                    C2   C3   C4   C5   C6       C7                                     L5
                                                          C8       C9        C10




                                                                                                                                         Gráfico 2. Valores da 2a medição após


250
                                                                                              200-250
                                                                                                                                                     furação da peça


200                                                                                           150-200
150                                                                                           100-150
 100                                                                         Series1          50-100
  50                                                                                          0-50
                                                                             Series3
      0
           1        2    3    4    5    6                                    Series5
                                             7        8        9        10




  Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas               Página                       Revisto por Engª Maria Ferreira
               msofiagv@hotmail.com                       12                               ml.ferreira@netcabo.pt
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Técnico/a de Tratamento de Metais 004




                                                                                                                     Gráfico 3. Valores da 3ª medição após
        300                                                                                            250-300
        250                                                                                            200-250




                                                                                                                                  solubilização
         200                                                                                           150-200
         150                                                                                           100-150
                                                                                          Series1
         100                                                                                           50-100
           50
                                                                                        Series3        0-50
               0
                    1     2        3        4    5                                      Series5
                                                       6     7      8     9        10




         600

                                                                                                                              Gráficc0 4. Valores da 3ª medição após
          500
          400                                                                                          500-600
          300                                                                                          400-500
                                                                                                                                          envelhecimento

          200                                                                                          300-400
           100                                                                                         200-300
                0
                                                                                                       100-200
                    C1
                         C2                                                                            0-100
                              C3
                                       C4
                                            C5                                                  L1
                                                 C6                                        L2
                                                      C7                             L3
                                                            C8
                                                                 C9           L4
                                                                         L5
                                                                        C10




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas                  Página                  Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com                          13                          ml.ferreira@netcabo.pt
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Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


                             Procedimento experimental 2:

1)       Medição das dimensões
2)       Foi feita uma limpeza mecânica com lima bastarda e lixa de diferentes grãos para
eliminar a possíveis gorduras e sujidades na superficie da placa
3)       Divisão da peça em células quadradas 20 x 20 mm
4)       Medição da dureza em cada uma das células (ao centro)
5)       Furação em cada célula com uma broca de ≈ Φ4 mm (de preferência aproveitando as
marcas deixadas pelo durómetro)
6)       Solubilização (Colocação das placas na mufla tradicional a 550ºC com patamar de 30
minutos) relativamente à liga 6082
7)       Arrefecimento – em água (em menos de 10 segundos)
8)       Medição da dureza em cada uma das células
9)       Envelhecimento forçado (Colocação das placas na mufla a 190ºC com patamar de de
24 horas) relativamente à liga 6082
10)      Medição da dureza em cada uma das células
11)      Relatório do trabalho com interpretação dos resultados através de gráficos de
superfície e de linhas




        Fig 8. Divisão da peça de alumínio 6082
           em células quadradas 20 x 20 mm



Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas   Página            Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com           14                    ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
       Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
       Técnico/a de Tratamento de Metais 004


                      Dados experimentais e tratamento dos mesmos
         C1          C2           C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9   C10
 L1     557          542         539         537       524       535        515         521         504    551
 L2     544          523         517         509       506       567        499         432         478    543
 L3     523          483         496         520       505       465        477         480         472    520
 L4     514          498         508         567       517       509        567         490         517    567
 L5     543          490         508         520       543       513        521         514         523    539
Média: Desvio
 517 Padrão:         Tabela 1. Valores da 1ª medição de durezas após o riscamento relativamente á liga 6082
         28

         C1          C2           C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9   C10
 L1      372         323         251         252       223       254        249         239         309   235
 L2      337         315         267         298       323       305        316         287         325   365
 L3      368         236         237         253       225       225        265         245         334   253
 L4      415         345         319         341       308       313        308         308         294   354
 L5      472         419         495         422       459       467        67          540         544   545
Média: Desvio
324    Padrão:                        Tabela 2. Valores da 2ª medição após furação da peça
         94


         C1         C2           C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9    C10
  L1    303         334         281         222       300       270        289         283         290    275
  L2    398         325         234         229       277       262        298         303         298    394
  L3    343         233         165         276       206       215        297         271         308    370
  L4    298         302         285         298       277       245        234         306         333    294
  L5    342         322         312         311       273       230        350         326         351    285
Média: Desvio
 290 Padrão:                             Tabela 3. Valores da 3ª medição após solubilização
        46


         C1         C2           C3          C4       C5         C6         C7          C8          C9    C10
  L1    345         394         249         229       167       379        358         315         312    289
  L2    454         333         354         356       263       373        365         365         321    321
  L3    476         397         305         333       263       321        361         321         322    312
  L4    433         397         239         247       304       281        227         344         257    345
  L5    460         472         455         476       448       396        432         484         487    476
Média: Desvio
 352 Padrão:                     Tabela 4. Valores da 4ª medição após envelhecimento
        79




       Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas     Página            Revisto por Engª Maria Ferreira
                    msofiagv@hotmail.com             15                    ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004




                                                                                                                Gráfico 1. . Valores da 1ª medição de durezas após
    600
    500




                                                                                                                o riscamento relativamente á liga 6082
    400                                                                                         500-600
     300                                                                                        400-500
     200                                                                                        300-400
     100                                                                                        200-300
          0
                                                                                                100-200
              C1
                    C2                                                                          0-100
                          C3
                               C4
                                    C5                                             L1
                                         C6                                   L2
                                              C7                         L3
                                                   C8
                                                        C9          L4
                                                               L5
                                                              C10




                                                                                                                                  Gráfico 2. Valores da 2a medição após
     600
      500
      400                                                                                      500-600

                                                                                                                                              furação da peça
      300                                                                                      400-500
      200
                                                                                               300-400
      100
                                                                                               200-300
         0
               C1




                                                                                               100-200
                     C2
                          C3
                               C4




                                                                                               0-100
                                    C5




                                                                                   L1
                                         C6




                                                                              L2
                                              C7




                                                                         L3
                                                   C8

                                                         C9




                                                                    L4
                                                              C10




                                                              L5




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas               Página                Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com                       16                        ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004




     600




                                                                                                          Gráfico 3. Valores da 3ª medição após
     500
     400                                                                                      500-600
      300                                                                                     400-500
      200




                                                                                                                       solubilização
                                                                                              300-400
      100                                                                                     200-300
           0                                                                                  100-200
                C1
                     C2                                                                       0-100
                          C3
                               C4
                                    C5                                            L1
                                         C6                                  L2
                                              C7                        L3
                                                   C8
                                                        C9         L4
                                                              L5
                                                             C10




                                                                                                                   Gráficc0 4. Valores da 3ª medição após
     600
      500
      400                                                                                     500-600

                                                                                                                               envelhecimento
      300                                                                                     400-500
      200                                                                                     300-400
       100
                                                                                              200-300
            0
                                                                                              100-200
                C1
                     C2
                          C3                                                                  0-100
                               C4
                                    C5                                            L1
                                         C6                                  L2
                                              C7                        L3
                                                   C8
                                                        C9         L4
                                                              L5
                                                             C10




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas           Página              Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com                   17                      ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


Tabela das Médias e Desvios Padrão das Ligas de Alumínio 2024 e
6082 e respectivos Gráficos

Relativamente       Medida           Após               Após                Após
   à Média          Inicial         Furação         Solubilização      Envelhecimento
   Al 2024             124             121                100                  117

   Al 6082             517             324                290                  352

600
500       517
400
                    324                          352
300                                290
200
                                                                    Al 2024
100       124       121            100           117
                                                                    Al 6082
  0




Relativamente
                     Medida            Após             Após                Após
  ao Desvio
   Padrão
                     Inicial          Furação       Solubilização      Envelhecimento

      Al 2024            37                 38             53                  117

      Al 6082            28                 94             46                   79


 140
 120                                                   117
 100
                          94
  80                                                      79
  60
                                            53
  40                                        46                             Al 2024
            37            38
            28                                                             Al 6082
  20
      0




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas        Página         Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com                18                 ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


                                   Análise dos resultados

        No plano prático este trabalho permitiu tirar conclusões ou confirmar um conjunto de
ideias que responderam ao interesse original em optimizar as condições de processamento das
ligas 2024 e 6082, e compreender de forma mais completa a razão para a influência dos
diferentes parâmetros de processamento.
        O endurecimento das ligas de alumínio durante o envelhecimento deve-se à
precipitação de partículas de segunda fase na matriz da liga. As partículas de precipitados
actuam como obstáculos ao movimento das deslocações provocando o aumento da dureza e
da resistência mecânica do material. Durante o envelhecimento várias fases metaestáveis são
precipitadas até que se atinja a fase estável. No inicio do envelhecimento as partículas
precipitadas são finas e apresentam a mesma estrutura cristalina da matriz, ou seja são
coerentes.
        À medida que o envelhecimento vai decorrendo os precipitados crescem, tornando-se
semi-coerentes e depois incoerentes, ou seja, adquirem uma estrutura cristalina própria.
        Concluimos ainda que aplicados aos á liga 6082 que não sofre deformação plástica,
depois do tratamento térmico de solubilização, ou nos quais o efeito de encruamento, devido
ao endireitamento, pode ser “desprezado” ao serem fixados os limites de propriedades
mecânicas.




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas   Página         Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com           19                 ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


                           Sugestões para futuros trabalhos

        A minha sugestão vai no intuito de realizar um estudo sobre o processo de conversão
química por imersão de provetes da liga Al 2024 T3 e subsequente foco no ensaio de
resistência à corrosão (nevoeiro salino), assentando no facto de ter-se vindo a observar,
através da minha pesquiza, corrosão por pitting em algumas destas ligas de alumínio.
        Finalmente, um outro trabalho que seria importante desenvolver é o estudo de outras
condições de TT de envelhecimento interrompido. Seria importante explorar outros tempos de
pré-envelhecimento, de envelhecimento natural e outras temperaturas de envelhecimento de
forma a maximizar as propriedades mecânicas conseguidas neste tipo de envelhecimento.




Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas   Página        Revisto por Engª Maria Ferreira
             msofiagv@hotmail.com           20                ml.ferreira@netcabo.pt
Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082
Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização
Técnico/a de Tratamento de Metais 004


                                            Bibliografia
     Vários sites de Internet
     Wook livraria online|wook.pt
    




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             msofiagv@hotmail.com             21               ml.ferreira@netcabo.pt

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  • 1. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização É importante destacar que termo “tratamento térmico” é, no seu sentido mais amplo, qualquer operação de aquecimento ou arrefecimento realizada para modificar as propriedades mecânicas, estrutura metalúrgica ou estado de tensões internas de um produto metálico. Nas ligas de alumínio, o tratamento térmico é restrito a operações específicas utilizadas para aumentar a resistência e dureza de ligas endurecíeis por precipitação (conformadas ou fundidas). Formador/a: Engª Maria Ferreira Técnico/a de Tratamento de Metais 004 FT 21 - 5824 - Tratamento de Metais - Revestimentos Metálicos – Técnico/a de Tratamento de Metais 004
  • 2. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Contents Abstract: ........................................................................................................................................ 2 Suporte Teórico ............................................................................................................................. 3 Suporte Experimental ................................................................................................................... 8 Procedimento experimental 1: ................................................................................................... 10 Dados experimentais e tratamento dos mesmos ....................................................................... 11 Procedimento experimental 2: ................................................................................................... 14 Dados experimentais e tratamento dos mesmos ....................................................................... 15 Tabela das Médias e Desvios Padrão das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 e respectivos Gráficos . Análise dos resultados................................................................................................................. 19 Sugestões para futuros trabalhos ............................................................................................... 20 Bibliografia .................................................................................................................................. 21 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 1 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 3. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Palavras-chave: Ligas de alumínio, tratamentos termoquímicos, solubilização e envelhecimento Glossário: Ligas de alumínio: A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. O processo de obtenção de alumínio primário divide-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução. Solubilização: O processo térmico de solubilização é o aquecimento do metal alumínio (peça, barra, tarugo, placa, etc.) a uma temperatura muito elevada, no entanto, ainda inferior a temperatura de fusão da liga de alumínio. O objectivo da solubilização é por em solução sólida a maior quantidade possível de átomos de soluto. Numa linguagem mais coloquial, deseja-se dissolver ao máximo possível, todos os elementos presentes na liga de alumínio no próprio alumínio, sendo que este deve permanecer no estado sólido, onde a fusão ou o aquecimento, mesmo que sejam parciais ou localizados, devem ser evitados. Envelhecimento: O envelhecimento (seja artificial ou natural) é o processo pelo qual passa o metal alumínio, após ser solubilizado e arrefecido rapidamente. Proporciona uma correcta difusão dos átomos de soluto (aquilo que foi dissolvido na solubilização) e permite a formação de finos precipitados endurecedores. Estes finos precipitados endurecedores devem ter o tamanho e a quantidade suficiente para impedir a movimentação das discordâncias e por consequência endurecer a liga. T6: Solubilizado e envelhecido artificialmente. Esta designação aplica-se aos produtos que não sofrem encruamento após a solubilização, ou para os quais os efeitos de encruamento associados ao aplanamento ou endireitamento não afecta os limites das características mecânicas. Abstract: O tratamento de solubilização e envelhecimento tem por objectivo a obtenção de precipitados finos, que ao mesmo tempo que sejam grandes o suficientes para agir como obstáculos ao movimento das discordâncias, endurecendo a liga, sejam por outro lado pequenos o suficiente para manter a coerência com a matriz, fundamental para manter o efeito de endurecimento. A solubilização, ao garantir a obtenção de uma solução sólida (dissolução dos elementos de liga)mantida à temperatura ambiente de modo instável por meio de arrefecimento rápido, permite um melhor controle do crescimento dos precipitados durante o posterior envelhecimento. Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 2 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 4. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Suporte Teórico A obtenção do alumínio é feita a partir da bauxita, um minério que pode ser encontrado em três principais grupos climáticos: o Mediterrâneo, o Tropical e o Subtropical. A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de alumínio seja economicamente viável. O processo de obtenção de alumínio primário divide-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução, conforme a imagem abaixo: Fig. 1 O alumínio não é encontrado directamente em estado metálico na crosta terrestre. A sua obtenção depende de etapas de processamento até chegar ao estado em que o vemos normalmente. O processo da mineração da bauxita, que origina o alumínio, pode ser exemplificado da seguinte maneira: 1) Remoção planejada da vegetação e do solo orgânico; 2) Retirada das camadas superficiais do solo (argilas e lateritas); 3) Beneficiamento: 3.1 Inicia-se na britagem, para redução de tamanho; 3.2 Lavagem do minério com água para reduzir (quando necessário) o teor de sílica contida na parcela mais fina; 3.3 Secagem Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 3 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 5. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 A refinaria é a fase do processo que transforma a bauxita em alumina calcinada. O procedimento mais utilizado é o Bayer. Esta é primeira etapa até se chegar ao alumínio metálico. 1) Dissolução da alumina em soda cáustica; 2) Filtração da alumina para separar o material sólido; 3) O filtrado é concentrado para a cristalização da alumina; 4) Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água; 5) O pó branco de alumina pura é enviado à redução; 6) Na redução, ocorre o processo conhecido como Hall-Héroult, por meio da eletrólise, para obtenção do alumínio. As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do produto final são: moagem, digestão, filtração/evaporação, precipitação e calcinação. As operações de alumina têm um fluxograma de certa complexidade, que pode ser resumido em um circuito básico simples, conforme figura abaixo. Fig. 2 Fluxograma das difirentes fases da produção de alumina Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 4 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 6. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Redução é o processo de transformação da alumina em alumínio metálico: 1) A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio; 2) O oxigênio se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono, e em alumínio líquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica; 3) O metal líquido (já alumínio primário) é transferido para a refusão através de cadinhos; 4) São produzidos os lingotes, as placas e os tarugos (alumínio primário). A voltagem de cada uma das cubas, ligadas em série, varia de 4 V a 5 V, dos quais apenas 1,6 V são necessários para a eletrólise propriamente dita. A diferença de voltagem é necessária para vencer resistências do circuito e gerar calor para manter o eletrólito em fusão. Basicamente, são necessárias cerca de 5 t de bauxita para produzir 2 t de alumina e 2 t de alumina para produzir 1 t de alumínio pelo processo de Redução Fig. 3 Diagrama de uma célula de redução As ligas de alumínio são divididas convenientemente em dois grupos: as ligas “tratáveis” termicamente, propiciando-lhes maior resistência, e as ligas “não-tratáveis” termicamente, cuja resistência só pode ser aumentada através do trabalho a frio. As ligas tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer o tratamento térmico para o aumento da resistência mecânica. As ligas não tratáveis termicamente podem ser submetidas a tratamentos térmicos como de estabilização e recozimentos plenos ou parciais. Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 5 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 7. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Os tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento das ligas de alumínio de uma forma geral têm por objectivo remover ou reduzir as segregações, produzir estruturas estáveis e controlar certas características metalúrgicas tais como: propriedades mecânicas, tamanho de grão, estampabilidade, etc. Maior resistência mecânica é obtida nas ligas que respondem ao tratamento térmico de solubilização/envelhecimento. Primeiramente o metal é aquecido uniformemente até cerca de 500 0 C, sendo que a temperatura exacta depende da liga em particular. Isto ocasiona a dissolução dos elementos de liga na solução (tratamento de solução). Então, segue-se um arrefecimento rápido, geralmente em água, que previne temporariamente que estes constituintes precipitem. Esta condição é instável e, gradualmente, os constituintes precipitam-se de maneira extremamente fina (somente visível através de potentes microscópicos), alcançando, assim, o máximo efeito de endurecimento (envelhecimento). 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 eutética. Sendo assim, as temperaturas de solubilização devem ser limitadas a um nível seguro no qual as consequências do aquecimento e da fusão parcial sejam evitadas. 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. O arrefecimento rápido que se segue é uma etapa crítica do tratamento, porque é fundamental para manter à temperatura ambiente a solução sólida obtida em alta temperatura. Além disso, arrefecimento rápido permite manter à temperatura ambiente a mesma concentração de lacunas existente em altas temperaturas, e estas lacunas são muito importantes para acelerar o processo de difusão dos átomos de soluto que ocorre no tratamento posterior de envelhecimento. O meio de arrefecimento rápido mais usado é a água, embora, caso seja necessária uma taxa de arrefecimento mais baixa, possam ser usados diversos líquidos orgânicos como meios de arrefecimento rápido. O arrefecimento ao ar é muito lento para a maioria das ligas de alumínio, permitindo o prosseguimento do processo deenvelhecimento, embora não seja tão lento como o arrefecimento ao forno, evidentemente. Como nota de curiosidade, a figura abaixo apresenta o aspecto típico das curvas de envelhecimento. Note-se que quanto maior a temperatura de envelhecimento, mais rapidamente ocorre o ponto de resistência máxima, porém com um valor de resistência menor. Isto se deve ao facto de o coalescimento dos precipitados depender da difusão das espécies químicas e da concentração de lacunas e, como se sabe, ambas crescem com o aumento da temperatura (processo termicamente activado). O crescimento das partículas dá-se umas às custas das outras, ou seja, várias partículas pequenas “coalescem” formando uma maior. Como o volume da fase precipitada é aproximadamente constante, maiores partículas significaSe a temperatura de solubilização é baixa, as fases de endurecimento não são Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 6 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 8. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 completamente dissolvidas antes do resfriamento e, entretanto, mais baixas tensões de resistência serão obtidas, uma vez que a densidade de precipitados será mais baixa. Se a temperatura de solubilização é muito alta, a fusão de algumas das fases com baixas temperaturas de fusão irá ocorrer, resultando no decréscimo de resistência e ductilidade. Fig. 4 O aspecto típico das curvas de envelhecimento. Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 7 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 9. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Suporte Experimental Caracterização do material: Liga de alumínio 2024: A liga 2024 possui manganês em teores relativamente altos, que causa a formação da fase Al12(Fe,Mn)3Si, presente também em outras ligas, que sob a forma de partículas despersuades retardam os processos de recristalização e crescimento de grão. De um modo geral as ligas Al-Cu(-Mg) apresentam elevada resistência mecânica após tratamento térmico de endurecimento por precipitação, entretanto, apesar dessa vantagem, apresentam algumas desvantagens quando comparadas com outros tipos de ligas de alumínio, que vão desde a resistência à corrosão relativamente baixa e a conformabilidade limitada (são pouco adequadas a processos com elevada deformação) até a soldabilidade igualmente restrita (em geral são soldadas somente por processos de resistência eléctrica). Os valores mais elevados de dureza são obtidos para teores de cobre da ordem de 4 a 6 %, dependendo da influência de outros elementos de liga presentes . Fazem parte da sua composição quimica os seguintes elementos:  Cobre 4,4%  Magnésio 1,5%  Silicio 0%  Manganês 0,6% Liga de alumínio 6082: As ligas da série 6xxx têm despertado um elevado interesse industrial e científico. Para além da possibilidade de optimizar as suas propriedades mecânicas através de mecanismos de endurecimento por envelhecimento, estas ligas representam cerca de 90% das ligas de alumínio extrudidas. A liga 6082, estudada neste trabalho, é aquela que apresenta maior resistência mecânica do grupo. Esta liga apresenta um excesso de silício em relação ao necessário para formar o composto Mg2Si. As propriedades mecânicas máximas desta liga são conseguidas na condição metalúrgica T6. Esta liga é extremamente sensível. Os sucessivos aquecimentos e arrefecimentos durante o processamento devem ser devidamente controlados. Da sua composição química fazem parte os seguintes elementos:  Si 0,930%  Fe 0,210%  Cu 0,001%  Mn 0,490%  Mg 0,690%  Cr 0,001%  Zn 0,003% Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 8 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 10. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Equipamento utilizado: Na limpeza e preparação da placa de alumínio foram utilizados:  Escova de aço  Lima  Lixa pneumática  Lixa de grão 120 e 80  Bancada de trabalho  Mufla tradicional  Tanque com água corrente  Tripés para suporte das placas de alumínio  1 placa de alumínio 2024  1 placa de alumínio 6082  Durómetro TH – 110 Universal Hardness Tester penetrador tipo D, escala HL (Leeb)  Paquimetro digital  Rugosímetro Mitutoyo, Surftest SJ-301,  Pinças e tenaz  Engenho de furar com brocas de 4mm e de 5mm (para retirar possíveis limalhas) 100 mm 200 mm 200 mm Fig. 5 Placa de alumínio 2024 Fig. 6 Placa de alumínio 6082 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Revisto por Engª Maria Ferreira Página 9 msofiagv@hotmail.com ml.ferreira@netcabo.pt
  • 11. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Procedimento experimental 1: 1) Medição das dimensões 2) Foi feita uma limpeza mecânica com lima bastarda e lixa de diferentes grãos para eliminar a possíveis gorduras e sujidades na superficie da placa 3) Divisão da peça em células quadradas 20 x 20 mm 4) Medição da dureza em cada uma das células (ao centro) 5) Furação em cada célula com uma broca de ≈ Φ4 mm (de preferência aproveitando as marcas deixadas pelo durómetro 6) Solubilização (Colocação das placas na mufla tradicional a 515ºC com patamar de 30 minutos) relativamente à liga 2024 7) Arrefecimento – em água (em menos de 10 segundos) 8) Medição da dureza em cada uma das células 9) Envelhecimento forçado (Colocação das placas na mufla a 190ºC com patamar de de 24 horas) relativamente à liga 2024 10) Medição da dureza em cada uma das células 11) Relatório do trabalho com interpretação dos resultados através de gráficos de superfície e de linhas Fig. 7 Divisão da peça de alumínio 2024 em células quadradas 20 x 20 mm Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 10 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 12. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Dados experimentais e tratamento dos mesmos C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 167 126 137 106 119 118 77 146 147 215 L2 88 107 127 136 143 129 133 129 105 222 L3 87 112 132 128 127 121 124 125 102 172 L4 124 97 101 100 109 113 113 104 106 199 L5 157 130 52 120 54 69 75 85 176 206 Média: Desvio 124 Padrão: Tabela 1. Valores da 1ª medição de durezas após o riscamento relativamente á liga 2024 37 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 240 99 156 172 94 157 127 142 205 208 L2 136 107 115 115 128 122 126 126 101 79 L3 188 95 116 115 124 116 113 120 113 83 L4 154 86 103 115 117 118 112 115 90 119 L5 189 118 67 74 66 92 59 67 108 161 Média: Desvio 121 Padrão: Tabela 2. Valores da 2ª medição após furação da peça 38 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 94 136 81 87 72 61 63 160 112 100 L2 94 50 63 67 61 57 55 63 61 66 L3 86 54 77 68 57 64 64 63 47 60 L4 56 56 68 104 103 118 88 96 60 94 L5 172 202 151 247 209 193 181 138 258 169 Média: Desvio 100 Padrão: Tabela 3. Valores da 3ª medição após solubilização 53 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 139 216 66 155 78 78 95 76 73 141 L2 149 209 92 81 81 84 85 131 64 180 L3 158 187 95 127 80 137 75 119 91 179 L4 117 141 79 81 115 119 144 61 143 150 L5 141 183 141 63 150 89 77 67 94 163 Média: Desvio 117 Padrão: Tabela 4. Valores da 4ª medição após envelhecimento 117 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 11 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 13. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Gráfico 1. . Valores da 1ª medição de durezas após o riscamento relativamente á liga 2024 250 200-250 200 150-200 150 100-150 100 L1 50-100 L2 50 0-50 L3 0 L4 C2 C3 C4 C5 C6 C7 L5 C8 C9 C10 Gráfico 2. Valores da 2a medição após 250 200-250 furação da peça 200 150-200 150 100-150 100 Series1 50-100 50 0-50 Series3 0 1 2 3 4 5 6 Series5 7 8 9 10 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 12 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 14. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Gráfico 3. Valores da 3ª medição após 300 250-300 250 200-250 solubilização 200 150-200 150 100-150 Series1 100 50-100 50 Series3 0-50 0 1 2 3 4 5 Series5 6 7 8 9 10 600 Gráficc0 4. Valores da 3ª medição após 500 400 500-600 300 400-500 envelhecimento 200 300-400 100 200-300 0 100-200 C1 C2 0-100 C3 C4 C5 L1 C6 L2 C7 L3 C8 C9 L4 L5 C10 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 13 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 15. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Procedimento experimental 2: 1) Medição das dimensões 2) Foi feita uma limpeza mecânica com lima bastarda e lixa de diferentes grãos para eliminar a possíveis gorduras e sujidades na superficie da placa 3) Divisão da peça em células quadradas 20 x 20 mm 4) Medição da dureza em cada uma das células (ao centro) 5) Furação em cada célula com uma broca de ≈ Φ4 mm (de preferência aproveitando as marcas deixadas pelo durómetro) 6) Solubilização (Colocação das placas na mufla tradicional a 550ºC com patamar de 30 minutos) relativamente à liga 6082 7) Arrefecimento – em água (em menos de 10 segundos) 8) Medição da dureza em cada uma das células 9) Envelhecimento forçado (Colocação das placas na mufla a 190ºC com patamar de de 24 horas) relativamente à liga 6082 10) Medição da dureza em cada uma das células 11) Relatório do trabalho com interpretação dos resultados através de gráficos de superfície e de linhas Fig 8. Divisão da peça de alumínio 6082 em células quadradas 20 x 20 mm Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 14 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 16. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Dados experimentais e tratamento dos mesmos C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 557 542 539 537 524 535 515 521 504 551 L2 544 523 517 509 506 567 499 432 478 543 L3 523 483 496 520 505 465 477 480 472 520 L4 514 498 508 567 517 509 567 490 517 567 L5 543 490 508 520 543 513 521 514 523 539 Média: Desvio 517 Padrão: Tabela 1. Valores da 1ª medição de durezas após o riscamento relativamente á liga 6082 28 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 372 323 251 252 223 254 249 239 309 235 L2 337 315 267 298 323 305 316 287 325 365 L3 368 236 237 253 225 225 265 245 334 253 L4 415 345 319 341 308 313 308 308 294 354 L5 472 419 495 422 459 467 67 540 544 545 Média: Desvio 324 Padrão: Tabela 2. Valores da 2ª medição após furação da peça 94 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 303 334 281 222 300 270 289 283 290 275 L2 398 325 234 229 277 262 298 303 298 394 L3 343 233 165 276 206 215 297 271 308 370 L4 298 302 285 298 277 245 234 306 333 294 L5 342 322 312 311 273 230 350 326 351 285 Média: Desvio 290 Padrão: Tabela 3. Valores da 3ª medição após solubilização 46 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 L1 345 394 249 229 167 379 358 315 312 289 L2 454 333 354 356 263 373 365 365 321 321 L3 476 397 305 333 263 321 361 321 322 312 L4 433 397 239 247 304 281 227 344 257 345 L5 460 472 455 476 448 396 432 484 487 476 Média: Desvio 352 Padrão: Tabela 4. Valores da 4ª medição após envelhecimento 79 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 15 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 17. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Gráfico 1. . Valores da 1ª medição de durezas após 600 500 o riscamento relativamente á liga 6082 400 500-600 300 400-500 200 300-400 100 200-300 0 100-200 C1 C2 0-100 C3 C4 C5 L1 C6 L2 C7 L3 C8 C9 L4 L5 C10 Gráfico 2. Valores da 2a medição após 600 500 400 500-600 furação da peça 300 400-500 200 300-400 100 200-300 0 C1 100-200 C2 C3 C4 0-100 C5 L1 C6 L2 C7 L3 C8 C9 L4 C10 L5 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 16 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 18. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 600 Gráfico 3. Valores da 3ª medição após 500 400 500-600 300 400-500 200 solubilização 300-400 100 200-300 0 100-200 C1 C2 0-100 C3 C4 C5 L1 C6 L2 C7 L3 C8 C9 L4 L5 C10 Gráficc0 4. Valores da 3ª medição após 600 500 400 500-600 envelhecimento 300 400-500 200 300-400 100 200-300 0 100-200 C1 C2 C3 0-100 C4 C5 L1 C6 L2 C7 L3 C8 C9 L4 L5 C10 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 17 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 19. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Tabela das Médias e Desvios Padrão das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 e respectivos Gráficos Relativamente Medida Após Após Após à Média Inicial Furação Solubilização Envelhecimento Al 2024 124 121 100 117 Al 6082 517 324 290 352 600 500 517 400 324 352 300 290 200 Al 2024 100 124 121 100 117 Al 6082 0 Relativamente Medida Após Após Após ao Desvio Padrão Inicial Furação Solubilização Envelhecimento Al 2024 37 38 53 117 Al 6082 28 94 46 79 140 120 117 100 94 80 79 60 53 40 46 Al 2024 37 38 28 Al 6082 20 0 Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 18 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 20. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Análise dos resultados No plano prático este trabalho permitiu tirar conclusões ou confirmar um conjunto de ideias que responderam ao interesse original em optimizar as condições de processamento das ligas 2024 e 6082, e compreender de forma mais completa a razão para a influência dos diferentes parâmetros de processamento. O endurecimento das ligas de alumínio durante o envelhecimento deve-se à precipitação de partículas de segunda fase na matriz da liga. As partículas de precipitados actuam como obstáculos ao movimento das deslocações provocando o aumento da dureza e da resistência mecânica do material. Durante o envelhecimento várias fases metaestáveis são precipitadas até que se atinja a fase estável. No inicio do envelhecimento as partículas precipitadas são finas e apresentam a mesma estrutura cristalina da matriz, ou seja são coerentes. À medida que o envelhecimento vai decorrendo os precipitados crescem, tornando-se semi-coerentes e depois incoerentes, ou seja, adquirem uma estrutura cristalina própria. Concluimos ainda que aplicados aos á liga 6082 que não sofre deformação plástica, depois do tratamento térmico de solubilização, ou nos quais o efeito de encruamento, devido ao endireitamento, pode ser “desprezado” ao serem fixados os limites de propriedades mecânicas. Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 19 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 21. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Sugestões para futuros trabalhos A minha sugestão vai no intuito de realizar um estudo sobre o processo de conversão química por imersão de provetes da liga Al 2024 T3 e subsequente foco no ensaio de resistência à corrosão (nevoeiro salino), assentando no facto de ter-se vindo a observar, através da minha pesquiza, corrosão por pitting em algumas destas ligas de alumínio. Finalmente, um outro trabalho que seria importante desenvolver é o estudo de outras condições de TT de envelhecimento interrompido. Seria importante explorar outros tempos de pré-envelhecimento, de envelhecimento natural e outras temperaturas de envelhecimento de forma a maximizar as propriedades mecânicas conseguidas neste tipo de envelhecimento. Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 20 ml.ferreira@netcabo.pt
  • 22. Relatório dos Trabalhos Práticos das Ligas de Alumínio 2024 e 6082 Tratamento Térmico de Envelhecimento e Solubilização Técnico/a de Tratamento de Metais 004 Bibliografia  Vários sites de Internet  Wook livraria online|wook.pt  Relatório elaborado por Mariana Vaquinhas Página Revisto por Engª Maria Ferreira msofiagv@hotmail.com 21 ml.ferreira@netcabo.pt