Onde as ligas de alumínio são utilizadas em aeronaves?

O desenvolvimento das ligas de alumínio sempre esteve intimamente ligado à aviação. Já no início do século XX, a aeronave dos irmãos Wright utilizava uma peça fundida de Al-Cu-Mn para o cárter do motor. A descoberta do endurecimento por envelhecimento nas ligas de Al-Cu-Mg, em 1906, tornou as ligas de alumínio-cobre materiais estruturais primários viáveis para as estruturas das aeronaves.

O desenvolvimento de ligas para a aviação passou por várias etapas. Na década de 1950, os principais objetivos eram reduzir o peso e aumentar a rigidez e a resistência específicas. Durante as décadas de 1960 e 1970, o foco passou a ser a durabilidade e a tolerância a danos, levando aos tratamentos T73 e T76 para as ligas da série 7xxx, a liga 7050 e as ligas de alta pureza. O aumento dos preços dos combustíveis impulsionou uma redução ainda maior de peso na década de 1980. Desde a década de 1990, o desenvolvimento tem combinado a redução de peso com maior durabilidade, tolerância a danos, resistência, tenacidade e resistência à corrosão. Chapas espessas com baixa tensão residual também permitem que grandes estruturas integrais substituam conjuntos compostos por muitas peças, reduzindo o peso e, ao mesmo tempo, melhorando a consistência.

Ligas de alumínio fundido para aeronaves

As aeronaves modernas contêm aproximadamente 1.500 a 2.000 tipos de peças fundidas de liga de alumínio. Três grupos básicos são selecionados de acordo com as condições de operação e a localização:

• Ligas de fundição de alta resistência: Trata-se principalmente de ligas de Al-Cu fabricadas por fundição em areia. Elas são utilizadas em peças da fuselagem, compartimentos de motor, assentos e sistemas de controle, podendo, muitas vezes, substituir peças de alumínio forjadas em matriz.
• Ligas de fundição resistentes ao calor: Materiais de Al-Cu-Ni altamente ligados, utilizados nas proximidades de motores e em sistemas de troca de ar a temperaturas de aproximadamente 200 a 400 °C, onde a resistência à deformação térmica é importante.
• Ligas de fundição resistentes à corrosão: Ligas de Al-Mg que combinam resistência, ductilidade, tenacidade ao impacto, resistência à fadiga e soldabilidade. São adequadas para estruturas de hidroaviões expostas a ambientes corrosivos.

Ligas de alumínio forjadas para aeronaves

Os materiais forjados mais utilizados na aviação incluem as ligas de Al-Cu da série 2xxx, as ligas de Al-Zn da série 7xxx e as ligas de Al-Li. Eles são comumente utilizados em revestimentos, asas, estruturas, vigas de piso e outras estruturas de suporte de carga.

Aplicações típicas das ligas de Al-Cu

A série 2xxx foi a primeira família de ligas de alumínio tratáveis termicamente amplamente adotada na aviação.

Aplicações típicas das ligas de Al-Zn

A série comercial 7xxx inclui algumas das ligas de alumínio forjado mais resistentes. Esses materiais oferecem alta resistência específica e rigidez, boa resistência à corrosão e a danos, além de boa usinabilidade. Ao longo de mais de 90 anos, o desenvolvimento evoluiu da otimização de uma única propriedade para o equilíbrio do desempenho geral, enquanto os tamanhos dos produtos cresceram substancialmente. As famílias sucessivas incluem as ligas 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 e 7136/7056.

Aplicações típicas das ligas de Al-Li

O lítio é o elemento metálico mais leve, e sua solubilidade máxima no alumínio é de 4,2%. A adição de 1% de Li a uma matriz de liga de alumínio pode reduzir a densidade em cerca de 3% e aumentar o módulo de elasticidade em cerca de 5% a 6%. Em comparação com as ligas convencionais de alta resistência das séries 2xxx e 7xxx, as ligas de Al-Li oferecem baixa densidade, alto módulo de elasticidade, alta resistência específica e alto módulo específico, baixa taxa de propagação de trincas por fadiga e bom desempenho em altas e baixas temperaturas. Em comparação com os compósitos, elas também apresentam vantagens em termos de resistência ao impacto, ductilidade e capacidade de reparo.

Outras ligas de alumínio utilizadas em aeronaves

Outras séries também têm funções específicas. A fonte identifica as séries 3003 e 5052 como materiais comuns para tanques, tubulações e peças resistentes à corrosão, e indica a série 5052 para estruturas de revestimento. Sua tabela detalhada de aplicações utiliza as designações chinesas de ligas 5A02 e 5A05.