O alumínio é o metal mais abundante do mundo e o terceiro elemento mais comum, compondo 8% da crosta terrestre. Sua versatilidade o torna o metal mais utilizado, depois do aço.

Produção de Alumínio

O alumínio é derivado do mineral bauxita. A bauxita é convertida em óxido de alumínio (alumina) através do Processo Bayer. A alumina é então convertida em alumínio metálico usando células eletrolíticas e o Processo Hall-Heroult.

Demanda anual de alumínio

A demanda mundial por alumínio gira em torno de 29 milhões de toneladas por ano. Cerca de 22 milhões de toneladas são de alumínio novo e 7 milhões de toneladas são sucata de alumínio reciclado. O uso de alumínio reciclado é economicamente e ambientalmente vantajoso. São necessários 14.000 kWh para produzir 1 tonelada de alumínio novo. Por outro lado, são necessários apenas 5% para refundir e reciclar uma tonelada de alumínio. Não há diferença de qualidade entre ligas de alumínio virgem e reciclado.

Aplicações do Alumínio

PuroalumínioÉ macio, dúctil, resistente à corrosão e possui alta condutividade elétrica. É amplamente utilizado em cabos de alumínio e condutores, mas a liga com outros elementos é necessária para fornecer as resistências mais elevadas necessárias para outras aplicações. O alumínio é um dos metais de engenharia mais leves, com uma relação resistência/peso superior à do aço.

Utilizando diversas combinações de suas propriedades vantajosas, como resistência, leveza, resistência à corrosão, reciclabilidade e conformabilidade, o alumínio vem sendo empregado em um número cada vez maior de aplicações. Essa gama de produtos abrange desde materiais estruturais até finas películas para embalagens.

Designações de ligas

O alumínio é mais comumente ligado a cobre, zinco, magnésio, silício, manganês e lítio. Pequenas adições de cromo, titânio, zircônio, chumbo, bismuto e níquel também são feitas, e o ferro está invariavelmente presente em pequenas quantidades.

Existem mais de 300 ligas forjadas, das quais 50 são de uso comum. Elas são normalmente identificadas por um sistema de quatro dígitos, originário dos EUA e hoje universalmente aceito. A Tabela 1 descreve o sistema para ligas forjadas. Ligas fundidas têm designações semelhantes e utilizam um sistema de cinco dígitos.

Tabela 1.Designações para ligas de alumínio forjado.

Para ligas de alumínio forjado não ligado designadas como 1XXX, os dois últimos dígitos representam a pureza do metal. Eles são equivalentes aos dois últimos dígitos após a vírgula decimal quando a pureza do alumínio é expressa com precisão de 0,01%. O segundo dígito indica modificações nos limites de impurezas. Se o segundo dígito for zero, indica alumínio não ligado com limites naturais de impurezas, e de 1 a 9, indicam impurezas individuais ou elementos de liga.

Para os grupos 2XXX a 8XXX, os dois últimos dígitos identificam as diferentes ligas de alumínio no grupo. O segundo dígito indica modificações na liga. Um segundo dígito, igual a zero, indica a liga original e números inteiros de 1 a 9 indicam modificações consecutivas na liga.

Propriedades físicas do alumínio

Densidade do Alumínio

O alumínio tem uma densidade em torno de um terço da do aço ou do cobre, tornando-o um dos metais mais leves disponíveis comercialmente. A alta relação resistência-peso resultante o torna um importante material estrutural, permitindo maiores cargas úteis ou economia de combustível, especialmente para as indústrias de transporte.

Resistência do Alumínio

O alumínio puro não possui alta resistência à tração. No entanto, a adição de elementos de liga como manganês, silício, cobre e magnésio pode aumentar as propriedades de resistência do alumínio e produzir uma liga com propriedades adaptadas a aplicações específicas.

AlumínioÉ adequado para ambientes frios. Sua vantagem sobre o aço é que sua resistência à tração aumenta com a diminuição da temperatura, mantendo sua tenacidade. O aço, por outro lado, torna-se quebradiço em baixas temperaturas.

Resistência à corrosão do alumínio

Quando exposto ao ar, uma camada de óxido de alumínio se forma quase instantaneamente na superfície do alumínio. Essa camada possui excelente resistência à corrosão. É bastante resistente à maioria dos ácidos, mas menos resistente a álcalis.

Condutividade térmica do alumínio

A condutividade térmica do alumínio é cerca de três vezes maior que a do aço. Isso o torna um material importante tanto para aplicações de resfriamento quanto de aquecimento, como trocadores de calor. Aliada à sua atoxicidade, essa propriedade faz com que o alumínio seja amplamente utilizado em utensílios de cozinha.

Condutividade elétrica do alumínio

Assim como o cobre, o alumínio possui uma condutividade elétrica alta o suficiente para ser usado como condutor elétrico. Embora a condutividade da liga condutora comumente usada (1350) seja de apenas cerca de 62% da do cobre recozido, ela tem apenas um terço do peso e, portanto, pode conduzir o dobro de eletricidade quando comparada ao cobre de mesmo peso.

Refletividade do Alumínio

Do UV ao infravermelho, o alumínio é um excelente refletor de energia radiante. Sua refletividade de luz visível, em torno de 80%, significa que é amplamente utilizado em luminárias. As mesmas propriedades de refletividade tornamalumínioideal como material isolante para proteger contra os raios solares no verão, enquanto isola contra a perda de calor no inverno.

Tabela 2.Propriedades do alumínio.

Propriedades mecânicas do alumínio

O alumínio pode ser severamente deformado sem apresentar falhas. Isso permite que o alumínio seja moldado por laminação, extrusão, trefilação, usinagem e outros processos mecânicos. Também pode ser fundido com alta tolerância.

Ligas, trabalho a frio e tratamento térmico podem ser utilizados para adaptar as propriedades do alumínio.

A resistência à tração do alumínio puro é de cerca de 90 MPa, mas pode ser aumentada para mais de 690 MPa para algumas ligas tratáveis ​​termicamente.

Padrões de Alumínio

A antiga norma BS1470 foi substituída por nove normas EN. As normas EN são apresentadas na tabela 4.

Tabela 4.Normas EN para alumínio

As normas EN diferem da antiga norma BS1470 nas seguintes áreas:

• Composições químicas – inalteradas.
• Sistema de numeração de ligas – inalterado.
• As designações de têmpera para ligas tratáveis ​​termicamente agora abrangem uma gama mais ampla de têmperas especiais. Até quatro dígitos após o T foram introduzidos para aplicações não padronizadas (por exemplo, T6151).
• Designações de têmpera para ligas não tratáveis ​​termicamente – as têmperas existentes permanecem inalteradas, mas agora são definidas de forma mais abrangente em termos de como são produzidas. A têmpera macia (O) agora é H111 e uma têmpera intermediária H112 foi introduzida. Para a liga 5251, as têmperas agora são mostradas como H32/H34/H36/H38 (equivalente a H22/H24, etc.). H19/H22 e H24 agora são mostrados separadamente.
• Propriedades mecânicas – permanecem semelhantes aos valores anteriores. 0,2% de tensão de prova agora deve ser citado nos certificados de teste.
• As tolerâncias foram reforçadas em vários graus.
  

  Tratamento térmico de alumínio

  Uma variedade de tratamentos térmicos podem ser aplicados às ligas de alumínio:

  • Homogeneização – remoção da segregação por aquecimento após a fundição.
  • Recozimento – usado após trabalho a frio para amolecer ligas de endurecimento por trabalho (1XXX, 3XXX e 5XXX).
  • Endurecimento por precipitação ou envelhecimento (ligas 2XXX, 6XXX e 7XXX).
  • Tratamento térmico de solução antes do envelhecimento de ligas endurecíveis por precipitação.
  • Estufa para cura de revestimentos
  • Após o tratamento térmico, um sufixo é adicionado aos números de designação.
  • O sufixo F significa “como fabricado”.
  • O significa “produtos forjados recozidos”.
  • T significa que foi “tratado termicamente”.
  • W significa que o material foi tratado termicamente por solução.
  • H refere-se a ligas não tratáveis ​​termicamente que são “tratadas a frio” ou “endurecidas por deformação”.
  • As ligas não tratáveis ​​termicamente são aquelas dos grupos 3XXX, 4XXX e 5XXX.