Por que as ligas de alumínio são mais duras do que o alumínio puro?

O alumínio puro é macio porque as dislocações se movem com relativa facilidade através de sua rede cristalina cúbica de faces centradas. As ligas de alumínio são mais duras porque a ligação e o tratamento térmico introduzem obstáculos que resistem a esse movimento.

Fortalecimento por solução sólida

Quando os átomos de liga se dissolvem no alumínio, seus diferentes tamanhos atômicos distorcem a rede cristalina. Os campos de tensão locais resultantes interagem com as dislocações, de modo que é necessária uma tensão aplicada maior para que ocorra a deformação plástica. O efeito de reforço depende do tipo e da quantidade do soluto, bem como da quantidade que permanece na solução sólida.

Compostos intermetálicos e segundas fases

Os elementos de liga também podem formar compostos intermetálicos ou outras segundas fases. Essas partículas são, em geral, muito mais duras do que a matriz de alumínio e impedem o movimento das deslocações. Uma mistura mecânica de matriz macia e composto duro apresenta, portanto, maior dureza do que o alumínio puro, embora compostos excessivamente frágeis possam reduzir a ductilidade e a tenacidade.

Endurecimento por envelhecimento

As ligas de alumínio tratáveis termicamente podem ser submetidas a tratamento de solução, têmpera e envelhecimento. Durante o envelhecimento, forma-se uma dispersão fina de precipitados a partir da solução sólida supersaturada. Partículas coerentes ou semicoerentes, intimamente espaçadas, obstruem fortemente as dislocações. À medida que os precipitados crescem e seu espaçamento se altera, a dureza atinge inicialmente um pico e pode, posteriormente, diminuir durante o envelhecimento excessivo.

Por que a composição e o estado metalúrgico são importantes

A dureza não é determinada apenas pelo teor de alumínio. Ela reflete o sistema de liga, o nível de soluto, o tipo e a distribuição dos compostos, a estrutura granular, o trabalho a frio e as condições do tratamento térmico. É por isso que duas ligas de alumínio, ou a mesma liga em diferentes estados de endurecimento, podem apresentar valores de dureza muito diferentes.