As ligas de alumínio são classificadas em três categorias principais: ligas de alumínio forjadas, ligas de alumínio fundidas e ligas de alumínio moldadas. As ligas forjadas incluem as séries de 1xxx a 7xxx, com diferentes elementos de liga que proporcionam propriedades únicas, como resistência mecânica, resistência à corrosão, usinabilidade e desempenho no acabamento superficial. Grades comuns como 6061, 5052, 7075 e 2024 são amplamente utilizadas em aplicações de engenharia e manufatura. As ligas de alumínio fundidas são adequadas para componentes de formas complexas, enquanto as ligas de alumínio forjadas oferecem vantagens de alta resistência e leveza para aplicações aeroespaciais, automotivas e estruturais. A escolha da liga de alumínio correta depende dos requisitos mecânicos, dos processos de fabricação e das condições de uso final.
As ligas de alumínio podem, de modo geral, ser classificadas em três categorias principais com base em seu método de fabricação e nas características do material: ligas de alumínio forjadas, ligas de alumínio fundidas e ligas de alumínio moldadas.
Cada categoria inclui várias séries de ligas com diferentes propriedades mecânicas, usinabilidade, resistência à corrosão, desempenho em tratamentos de superfície e aplicações típicas.
As ligas de alumínio forjadas são ligas de alumínio que são processadas mecanicamente para a fabricação de produtos como chapas, placas, barras, tubos e extrusões, por meio de laminação, extrusão, trefilagem ou forjamento.
De acordo com seus principais elementos de liga, as ligas de alumínio forjadas são comumente divididas nas séries de 1xxx a 7xxx.
A série 1xxx é composta principalmente por alumínio comercialmente puro. Essas ligas geralmente contêm uma porcentagem muito alta de alumínio e são conhecidas por sua excelente resistência à corrosão, alta condutividade elétrica, alta condutividade térmica, resistência mecânica relativamente baixa e excelente ductilidade e formabilidade.
No entanto, seu desempenho em torneamento e fresagem é relativamente baixo, pois o material é macio e pode tender a grudar nas ferramentas de corte durante a usinagem. Sua resistência pode ser moderadamente aumentada por meio do endurecimento por deformação.
As aplicações típicas incluem equipamentos de processamento químico, refletores, trocadores de calor, condutores elétricos, capacitores, folhas para embalagem, componentes arquitetônicos e acabamentos decorativos.
O alumínio comercialmente puro apresenta, em geral, excelente desempenho na gravação de textura. É possível obter boas texturas superficiais utilizando sistemas de gravação ácidos ou alcalinos.
Para aplicações que exigem maior rugosidade superficial, um processo de gravação ácido-alcalina em duas etapas pode produzir uma textura superficial altamente uniforme.
Entre os materiais comumente utilizados, o alumínio coreano geralmente produz uma textura fina, enquanto os materiais de Taiwan e da China costumam apresentar um aspecto escovado fino e uniforme. O alumínio puro de alto brilho fornecido pela Sumitomo, do Japão, pode apresentar uma textura escovada claramente visível após o processo de decapagem. Certos materiais de alumínio puro alemães também podem alcançar acabamentos escovados semelhantes.
O alumínio comercialmente puro também responde bem ao polimento químico e eletrolítico e pode atingir uma superfície altamente brilhante após a anodização.
O cobre é o principal elemento de liga nas ligas de alumínio da série 2xxx. O magnésio e o manganês também são comumente adicionados como elementos de liga secundários.
Os sistemas de ligas mais comuns incluem alumínio-cobre-magnésio, alumínio-cobre-magnésio-manganês, alumínio-cobre-magnésio-ferro-níquel e alumínio-cobre-manganês.
Essas ligas são passíveis de tratamento térmico e são conhecidas por sua alta resistência, razão pela qual são frequentemente chamadas de ligas de alumínio de alta resistência ou ligas do tipo duralumínio.
Eles oferecem boa resistência ao calor e excelente usinabilidade. No entanto, sua resistência à corrosão é relativamente baixa, e algumas classes podem ser suscetíveis à corrosão intergranular.
Por esse motivo, as chapas de alumínio da série 2xxx costumam ser revestidas com alumínio de alta pureza ou com uma liga de alumínio-magnésio-silício da série 6xxx para melhorar a resistência à corrosão.
As ligas de alumínio da série 2xxx são especialmente adequadas para componentes que exigem uma alta relação resistência/peso.
As aplicações típicas incluem componentes de rodas de caminhões e aeronaves, componentes de suspensão de caminhões, revestimentos da fuselagem de aeronaves e componentes estruturais que devem manter boa resistência em temperaturas de até aproximadamente 150 °C (302 °F).
Com exceção da liga 2219, a maioria das ligas dessa série apresenta soldabilidade limitada. No entanto, muitas ligas da série 2xxx oferecem excelente usinabilidade.
Uma das classes mais utilizadas nessa série é o alumínio 2024, que corresponde aproximadamente à classe chinesa 2A12.
Após o processo de decapagem alcalina de textura em uma única etapa, a chapa de alumínio 2024 pode atingir uma rugosidade superficial superior a Ra 1,5, mantendo, ao mesmo tempo, excelente brilho e uniformidade superficial.
O desempenho na anodização do alumínio da série 2xxx é relativamente baixo. Quando a película de óxido anódico fica espessa, a superfície pode adquirir um tom amarelado, tornando essas ligas menos adequadas para tingimento decorativo em tons claros.
Para aplicações aeroespaciais, o decapamento alcalino geralmente não é recomendado após a desengraxagem. O tratamento ácido é preferível para a remoção da camada superficial passiva.
É comum utilizar a anodização com ácido bórico-sulfúrico ou com ácido crômico, seguida de selagem com ácido crômico diluído. Quando for necessária uma coloração clara, pode-se utilizar um processo modificado de anodização com ácido bórico-sulfúrico.
O manganês é o principal elemento de liga da série 3xxx.
Essas ligas geralmente não são passíveis de tratamento térmico, mas sua resistência é aproximadamente 20% maior do que a do alumínio da série 1xxx.
Como apenas uma quantidade limitada de manganês, normalmente em torno de 1,5%, pode ser efetivamente adicionada ao alumínio, o manganês é utilizado como principal elemento de liga em apenas um número relativamente pequeno de ligas comerciais.
As três ligas de uso geral mais utilizadas nessa série são a 3003, a 3004 e a 3105. A liga chinesa 3A21 é aproximadamente equivalente à 3003.
As ligas de alumínio da série 3xxx oferecem maior resistência mecânica do que as ligas da série 1xxx, mantendo, ao mesmo tempo, boa ductilidade e soldabilidade. Sua resistência à corrosão é apenas ligeiramente inferior à do alumínio comercialmente puro.
As aplicações típicas incluem latas de bebidas, utensílios de cozinha, trocadores de calor, tanques de armazenamento, toldos, móveis, sinalização rodoviária, painéis para telhados e painéis para fachadas cortina.
Após o processo de gravação da textura, o alumínio da série 3xxx costuma apresentar uma combinação de textura fosca, semelhante à areia, e textura linear escovada.
A gravação alcalina de textura em uma única etapa proporciona bons resultados decorativos e é comumente utilizada como pré-tratamento para placas de identificação e painéis antes da serigrafia.
Para aplicações que exigem maior rugosidade superficial, um processo de gravação ácido-alcalina em duas etapas geralmente produz texturas semelhantes às da areia e às de acabamento escovado.
No entanto, devido às diferenças nos métodos de processamento entre os fabricantes, algumas ligas de alumínio semelhantes podem apresentar, após o tratamento ácido-alcalino, uma aparência com textura de areia, com muito pouca textura escovada visível.
O silício é o principal elemento de liga da série 4xxx e pode ser adicionado ao alumínio em quantidades relativamente elevadas, chegando, por vezes, a aproximadamente 12%.
Essas ligas geralmente não são passíveis de tratamento térmico e são comumente utilizadas como fio de soldagem e material de adição para brasagem em produtos de alumínio.
Durante a anodização, as ligas da série 4xxx geralmente apresentam uma aparência superficial que varia do cinza escuro ao preto carvão.
A liga 4032 apresenta um baixo coeficiente de expansão térmica e alta resistência ao desgaste, o que a torna particularmente adequada para pistões forjados de motores e outros componentes que exigem estabilidade dimensional em temperaturas elevadas.
O magnésio é o principal elemento de liga da série 5xxx.
Quando o magnésio é utilizado como principal elemento de liga, seja sozinho ou em combinação com o manganês, produz-se ligas endurecíveis por deformação com resistência média a alta.
Essas ligas apresentam boa soldabilidade, excelente resistência à fadiga e forte resistência à corrosão, especialmente em ambientes marinhos.
As ligas de alumínio da série 5xxx não são passíveis de tratamento térmico, mas geralmente apresentam maior resistência do que as ligas das séries 1xxx e 3xxx.
As aplicações típicas incluem materiais de construção, acabamentos arquitetônicos e decorativos, latas e tampas de latas, eletrodomésticos, componentes de iluminação pública, estruturas marítimas, tanques de combustível criogênicos, componentes de guindastes e peças estruturais automotivas.
As características de gravação da textura do alumínio da série 5xxx são semelhantes às das ligas da série 3xxx.
Eles também apresentam bom desempenho na anodização. Certas classes podem atingir um acabamento brilhante, semelhante ao de um espelho, após tratamento superficial adequado, tornando-as adequadas para componentes decorativos automotivos.
As ligas de alumínio da série 6xxx contêm magnésio e silício como principais elementos de liga e são passíveis de tratamento térmico.
Essas ligas apresentam resistência média, embora sua resistência seja, em geral, inferior à da maioria das ligas das séries 2xxx e 7xxx.
Uma das principais vantagens da série 6xxx é sua combinação equilibrada de conformabilidade, soldabilidade, usinabilidade, resistência à corrosão e resistência mecânica.
As aplicações típicas incluem materiais de construção, quadros de bicicleta, equipamentos de transporte, corrimãos de pontes, estruturas soldadas, componentes de maquinário e perfis de alumínio extrudados.
As ligas mais utilizadas nessa série são a 6061 e a 6063.
O alumínio 6061 é comumente escolhido para componentes mecânicos e peças estruturais devido à sua boa resistência, usinabilidade, resistência à corrosão e desempenho versátil.
O alumínio 6063 é amplamente utilizado em perfis extrudados e componentes arquitetônicos devido ao seu excelente desempenho na extrusão e à sua atraente aparência anodizada.
A liga 6463 foi desenvolvida para aplicações como acabamentos automotivos extrudados, molduras de dispositivos digitais e molduras de televisores. Após a anodização, a liga 6463 pode apresentar um acabamento superficial brilhante, semelhante a um espelho.
No entanto, o teor de impurezas de ferro no alumínio deve ser mantido o mais baixo possível. Um teor excessivo de ferro pode reduzir significativamente o brilho da superfície após a anodização.
O zinco é o principal elemento de liga nas ligas de alumínio da série 7xxx, geralmente em teores que variam de aproximadamente 1% a 8%.
Essas ligas são passíveis de tratamento térmico e podem oferecer níveis de resistência que variam de médio a extremamente alto.
Devido à sua excelente relação resistência/peso, as ligas de alumínio da série 7xxx são amplamente utilizadas em componentes estruturais submetidos a grandes tensões.
As aplicações típicas incluem componentes estruturais de aeronaves, equipamentos móveis, peças aeroespaciais, componentes mecânicos de alta resistência e outras aplicações sujeitas a altas cargas e tensões.
As ligas de alumínio para fundição são projetadas especificamente para a fabricação de componentes por meio de processos de fundição.
De acordo com seus principais elementos de liga, as ligas de alumínio fundido podem, de modo geral, ser divididas em quatro categorias principais:
Diferentes países utilizam diferentes sistemas de designação de ligas.
Na China, as ligas de alumínio fundido são comumente designadas por meio das letras ZL seguido de três dígitos.
O primeiro dígito identifica o principal sistema de liga:
O segundo e o terceiro dígitos identificam a liga específica dentro dessa série.
Para produzir peças fundidas de precisão de alta qualidade em uma ampla variedade de formas e tamanhos, as ligas de alumínio para fundição geralmente apresentam várias características importantes.
As ligas de alumínio fundido oferecem excelente desempenho na fundição e podem ser utilizadas para produzir componentes com geometrias complexas.
Elas também oferecem vantagens como economia de material, custos de fabricação mais baixos, prazos de produção mais curtos e menor necessidade de equipamentos de fabricação adicionais.
Como resultado, as ligas de alumínio fundido são amplamente utilizadas nos setores aeroespacial, automotivo, de maquinário e em aplicações industriais em geral.
Entre os produtos típicos estão vigas, pás de turbinas a gás, carcaças de bombas, suportes, rodas, bordas de entrada e carcaças de motores.
Eles também são comumente utilizados na fabricação de cabeçotes de cilindro automotivos, carcaças de transmissão, pistões, carcaças de instrumentos e carcaças de bombas de superalimentação.
As ligas de alumínio para forjamento são projetadas para oferecer boa plasticidade e formabilidade em temperaturas elevadas, o que as torna adequadas para processos de forjamento.
Muitas ligas de alumínio para forjamento são baseadas em sistemas de ligas de alumínio-magnésio-silício e também podem conter cobre, magnésio e silício como importantes elementos de liga.
Sua principal vantagem é a excelente formabilidade a quente, o que possibilita a fabricação de componentes forjados de grandes dimensões, complexos e de alta resistência.
A substituição de certos componentes de aço por ligas de alumínio pode reduzir significativamente o peso total dos produtos mecânicos, mantendo um bom desempenho estrutural.
Devido à sua excelente relação resistência/peso, o alumínio e as ligas de alumínio tornaram-se materiais essenciais nos setores aeroespacial, de aviação, automotivo e de defesa.
As aeronaves, por exemplo, utilizam um grande número de componentes de alumínio forjado.
O alumínio também é amplamente utilizado na construção civil, na fabricação de automóveis e em embalagens, que se tornaram três das áreas de aplicação mais importantes do alumínio na indústria moderna.
Nos últimos anos, as peças forjadas de alumínio para o setor automotivo têm se desenvolvido rapidamente.
O aquecimento global, a escassez de energia, os requisitos mais rigorosos de eficiência de combustível e as crescentes expectativas dos consumidores em relação ao conforto de condução e à dirigibilidade dos veículos aceleraram o desenvolvimento de estruturas automotivas leves.
A redução do peso do veículo em aproximadamente 10% pode diminuir o consumo de combustível em cerca de 6% a 8%.
De acordo com os dados disponíveis do setor, o uso de ligas de alumínio em componentes automotivos forjados e estampados nos Estados Unidos atingiu aproximadamente 36,3%, enquanto o uso de alumínio em veículos produzidos na Europa e no Japão pode representar mais de 15% do peso total do veículo.
Historicamente, a quantidade de liga de alumínio utilizada nos veículos produzidos na China tem sido relativamente menor.
Especialistas do setor automotivo prevêem que um número cada vez maior de peças forjadas em liga de alumínio substituirá as peças forjadas tradicionais em aço, à medida que a tendência de redução do peso dos veículos continua a se desenvolver.
As diferentes séries de ligas de alumínio oferecem combinações muito distintas de resistência mecânica, resistência à corrosão, usinabilidade, soldabilidade, desempenho em tratamentos de superfície e características de fabricação.
O alumínio comercialmente puro da série 1xxx é ideal para aplicações que exigem alta condutividade e resistência à corrosão, enquanto as ligas das séries 2xxx e 7xxx são preferidas para aplicações estruturais de alta resistência.
As ligas das séries 3xxx e 5xxx oferecem boa resistência à corrosão e boa formabilidade, enquanto o alumínio da série 6xxx apresenta uma das melhores combinações gerais de resistência, usinabilidade, soldabilidade, desempenho na anodização e custo.
As ligas de alumínio fundidas são adequadas para a produção eficiente de formas complexas, enquanto as ligas de alumínio forjadas são particularmente úteis para componentes estruturais submetidos a cargas elevadas, nos quais a resistência e a redução de peso são fundamentais.
A escolha da liga de alumínio correta deve sempre se basear nas propriedades mecânicas exigidas, no processo de fabricação, no acabamento superficial, na resistência à corrosão, no ambiente operacional e no custo total do componente acabado.
Compartilhe seu desenho, material, meta de tolerância ou pergunta sobre a aplicação. Nossa equipe de engenharia pode ajudar a analisar a rota de usinagem e sugerir uma próxima etapa prática.
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