Que microestruturas ocorrem no alumínio e em suas ligas?

Microestruturas de ligas de alumínio fundido

Microestruturas de ligas de Al-Si

A fração mássica de silício w_Si é geralmente 5%-13%. Essas ligas hipoeutéticas e eutéticas não podem ser endurecidas por tratamento térmico. Uma liga eutética binária simples de Al-Si, como a ZL102, apresenta uma estrutura eutética α + Si no estado de fundição. O silício apresenta-se na forma de agulhas grossas e polígonos. A modificação com sais de sódio, fósforo ou outros elementos refina o silício eutético de granulação grossa e melhora as propriedades mecânicas e a usinabilidade.

As ligas de Al-Si contêm relativamente poucos elementos de reforço, e sua temperatura de têmpera está longe do ponto eutético; por isso, o superaquecimento é incomum durante o tratamento de solução. Se uma temperatura excessiva durante o tratamento de solução causar fusão incipiente, a estrutura desenvolve glóbulos refundidos, fusão nos limites dos grãos e silício aglomerado e com granulometria aumentada.

Microestruturas de ligas de Al-Cu

A fração mássica de cobre w_Cu é 4%-11%. Essas ligas podem ser reforçadas por tratamento térmico, principalmente por meio da fase θ, Al₂Cu. Pequenas adições de magnésio e zinco podem formar a fase S, Al₂CuMg, ou fase T, e AlCuZn, para reforço adicional. As elevadas propriedades mecânicas à temperatura ambiente e em temperaturas elevadas tornam esse sistema a base para ligas de alumínio fundido de alta resistência e resistentes ao calor.

Microestruturas de ligas de Al-Mg

As ligas de Al-Mg apresentam a menor densidade e a maior resistência à corrosão entre as ligas de alumínio, especialmente contra a corrosão eletroquímica. No estado de têmpera, a estrutura é monofásica α. Se o Mg₂Se o Si estiver presente, seu potencial de eletrodo mais baixo o torna anódico em relação ao α, portanto, o Mg₂O Si é consumido continuamente durante a corrosão eletroquímica até que permaneça uma superfície monofásica α e a corrosão cesse. Essas ligas apresentam baixa moldabilidade, um processo de fusão complexo e baixa resistência a quente. As ligas com alto teor de magnésio podem tornar-se frágeis durante um longo período de uso, o que limita sua aplicação.

Microestruturas de ligas de Al-Zn

No estado de fundição, as fases incluem α, silício e Mg₂Sim, e uma pequena quantidade da fase β preta, prejudicial, com aparência de agulha, Al₉Si₂Fe₂. Mg .₂O Si costuma ser difícil de observar devido ao seu baixo teor.

Microestruturas do alumínio trabalhado e de suas ligas

Microestruturas de alumínio comercialmente puro

A fração mássica do alumínio w_Al no alumínio comercialmente puro é geralmente de 98,80% a 99,99%; o ferro e o silício constituem as principais fases de impureza. Com baixos teores de ferro e silício, o silício se dissolve na matriz e o ferro forma Al em forma de agulhas ou finas tiras₃Fe. Em teores mais elevados, formam-se compostos ternários. Se o ferro exceder o silício, forma-se uma fase α irregular, em forma de placas ou esquelética, Al₁₂Fe₃Sim, formas. Se o silício for maior que o ferro, fase β em forma de agulha ou de finas tiras, Al₉Si₂Fe₂, formulários.

Ligas de alumínio resistentes à corrosão

O alumínio resistente à corrosão compreende os sistemas de ligas Al-Mn e Al-Mg.

Microestruturas de ligas de Al-Mn

Uma liga comum é a 3A21, tendo o manganês como principal elemento de adição. Quando w_Mn > 1.6%, com grande quantidade de Al frágil₆Os compostos de Mn tornam a liga propensa a rachaduras durante a deformação. Além da solução sólida α e do Al₆Mn; as fases podem incluir Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) e β(Al₉Si₂Fe₂).

Ligas de Al-Mg

Após o recozimento, uma liga de Al-Mg com w_Mg < 2% é uma solução sólida monofásica do tipo α. À medida que o magnésio aumenta, β(Al₈Mg₅) aparece. Acima de 5% Mg, a estrutura é composta por α + β(Al₈Mg₅), e a ductilidade diminui. As fases principais podem incluir α, β(Al₈Mg₅), Al₆Mn, Al₇Cr e Al₃Ti, com fases de impureza como o Al₃Fe, (FeMn)Al₆, e Mg₂Sim. A fase β no eutético é esquelética e apresenta-se na cor cinza claro antes da gravação.

Ligas de duralumínio

As ligas de duralumínio são passíveis de tratamento térmico e incluem os sistemas Al-Cu-Mg e Al-Cu-Mn.

Microestruturas de ligas de Al-Cu-Mg

No canto rico em alumínio do diagrama ternário de equilíbrio Al-Cu-Mg, a solidificação pode produzir S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), e α. Os teores reais de magnésio são relativamente baixos, o que coloca as ligas nos campos de fase α + S, α + θ + S ou α + θ. As duas principais fases de reforço são, portanto, θ e S.

Ligas de Al-Cu-Mn

A fração mássica de cobre pode atingir 6%-7%. O cobre e o alumínio formam a fase de reforço Al₂Cu, que reforça a liga após o resfriamento rápido e o envelhecimento artificial. Em w_Mn = 0,4%-0,5%, T(Al) finamente disperso₂CuMn₂) melhora a resistência ao calor. O excesso de manganês aumenta e torna mais grossa a fase T, ampliando os limites de fase e acelerando a difusão. A resistência ao calor, então, diminui e a tendência à fissuração a quente durante a soldagem aumenta.

Ligas de super-duralumínio

As ligas comuns de superduralumínio contêm α, MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), um α + T(Al₂Mg₃Zn₃) eutéticas e fases de impureza, como (FeMn)Al₆ e Mg₂Sim.

Forjamento de ligas de alumínio

As ligas de alumínio para forjamento são geralmente divididas em dois sistemas.

Ligas de Al-Mg-Si-Cu

Quando o teor de cobre é muito baixo e a razão de massa magnésio/silício é de 1,73, Mg₂O Si se transforma e todo o cobre se dissolve na matriz. Com teores mais elevados de cobre e uma relação magnésio/silício inferior a 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Si₄) pode se formar, com o cobre restante formando θ(Al₂Cu). A adição de cobre às ligas de Al-Mg-Si pode, portanto, introduzir os parâmetros ω, S e θ, além do Mg₂Sim.

Ligas de Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Essas ligas contêm menos cobre e magnésio do que o duralumínio e, portanto, apresentam maior quantidade da fase S, Al₂CuMg. O ferro e o níquel formam o Al₉FeNi, que apresenta boa estabilidade térmica. O excesso de ferro forma Al₇Cu₂Fe, enquanto o excesso de níquel pode formar AlCuNi.