Quais as maneiras utilizadas para endurecimentos dos alumínios e suas ligas?
Passo 1
O enunciado pede para identificarmos as formas de endurecer o alumínio e suas ligas. Esse tema faz parte de Tratamentos Térmicos e Mecânicos de Materiais Metálicos. Vamos ver as principais estratégias e o fundamento físico de cada uma.
Passo 2
Endurecimento por deformação a frio (strain hardening)
Quando deformamos plasticamente o alumínio (laminagem, extrusão a frio, estiramento), aumentamos a densidade de discordâncias. Essas discordâncias começam a se impedir mutuamente, tornando o metal mais duro e resistente. É um processo puramente mecânico, sem calor:
O aumento de resistência vem à custa de ductilidade.
Pode ser revertido ou atenuado se houver recozimento.
Quando deformamos plasticamente o alumínio (laminagem, extrusão a frio, estiramento), aumentamos a densidade de discordâncias. Essas discordâncias começam a se impedir mutuamente, tornando o metal mais duro e resistente. É um processo puramente mecânico, sem calor:
Passo 3
Endurecimento por solução sólida
Adiciona-se átomos “solutos” (por exemplo, silício, zinco, cobre) ao retículo de alumínio. Esses átomos solutos distorcem o retículo e dificultam o movimento de discordâncias. Quanto maior a concentração e maior a diferença de tamanho entre soluto e solvente, maior o endurecimento.
É estável exatamente na faixa de temperatura em que a liga permanece sólida.
Por si só, geralmente dá ganhos modestos de dureza.
Adiciona-se átomos “solutos” (por exemplo, silício, zinco, cobre) ao retículo de alumínio. Esses átomos solutos distorcem o retículo e dificultam o movimento de discordâncias. Quanto maior a concentração e maior a diferença de tamanho entre soluto e solvente, maior o endurecimento.
Passo 4
Endurecimento por precipitação (age hardening ou precipitation hardening)
. Solubilização: aquece-se a liga até dissolver o máximo de soluto em solução sólida.
. Quench (têmpera): resfria-se rápido para “congelar” essa solução supersaturada.
. Envelhecimento (aging): tempera-se a temperaturas moderadas (natural à temperatura ambiente ou artificial em
–
C) para que precipitem partículas finas da fase intermetálica.
Essas nano-precipitações bloqueiam o deslocamento de discordâncias e elevam muito a dureza e resistência. É o método mais eficaz para ligas séries xxx,
xxx e
xxx.
Essas nano-precipitações bloqueiam o deslocamento de discordâncias e elevam muito a dureza e resistência. É o método mais eficaz para ligas séries
Passo 5
Endurecimento por dispersão de óxidos ou cerâmicas (dispersion strengthening)
Introduz-se intencionalmente partículas estáveis e muito finas (por exemplo, Al O
em Al fundido ou reforços ODS – oxide dispersion strengthened). As partículas atuam como obstáculo imobilizando discordâncias (mecanismo de Orowan).
Mantém a resistência a temperaturas mais elevadas que os métodos de precipitação convencionais.
Exige técnicas de fabricação especiais (mecanoquímica, powder metallurgy).
Introduz-se intencionalmente partículas estáveis e muito finas (por exemplo, Al
Passo 6
Refinamento de grão (grain-size strengthening)
Grãos mais finos significam mais contornos de grão, que barram o movimento de discordâncias (efeito Hall–Petch). Pode ser obtido por:
Termomecânica controlada (combinação de deformação e tratamentos térmicos).
Inoculação de nucleantes na fusão ou processos de recristalização controlada.
Grãos mais finos significam mais contornos de grão, que barram o movimento de discordâncias (efeito Hall–Petch). Pode ser obtido por:
Resposta
As principais maneiras de endurecer alumínio e suas ligas são:
. Endurecimento por deformação a frio (strain hardening).
. Endurecimento por solução sólida (solid solution strengthening).
. Endurecimento por precipitação (age hardening).
. Endurecimento por dispersão de partículas estáveis (dispersion strengthening).
. Refinamento de grão (grain-size strengthening).