Sendo o mais amplamente disponível na Terra, é normal que o alumínio tenha uma ampla gama de usos na fabricação e na produção de peças. No entanto, é apenas a sua abundância que atribui ao seu uso generalizado? Definitivamente não! O alumínio tem uma relação resistência/peso muito alta, maior até do que o aço. Aliado à sua grande ductilidade e usinabilidade, justifica-se o uso de diversos tipos de alumínio em diversas indústrias.
Assim como mencionado acima, existem diferentes graus de alumínio, cada um com propriedades diferentes. Portanto, este artigo servirá como um guia de seleção de materiais. Primeiro, discutirá os diferentes tipos de grades de alumínio, os usos do alumínio e suas propriedades. Também abordará os tipos de usinagem de protótipo processos para os quais cada grau de alumínio é adequado. Em seguida, leia até o final para descobrir a maneira mais fácil de escolher o melhor tipo de alumínio para a produção de peças.
Propriedades do Alumínio
Propriedades físicas do alumínio
O alumínio em sua forma pura é um metal muito macio. No entanto, possui ligas com excelente resistência. Combinadas com a densidade relativamente baixa do alumínio, as ligas de alumínio possuem a maior relação resistência/peso entre os metais. As ligas de alumínio também são resistentes a baixas temperaturas e corrosão.
Propriedades térmicas e elétricas of Alumínio
O alumínio possui grande condutividade térmica, tornando-o adequado para a fabricação de peças de troca térmica em automóveis. Além disso, algumas ligas de alumínio são eletricamente condutivas ou resistivas, o que significa que os fios consistem em ligas, enquanto outras são usadas em situações em que há necessidade de resistividade elétrica.
Propriedades Mecânicas do Alumínio
Dependendo do tipo de alumínio, ele pode ter resistência à tração muito alta ou muito baixa. Por exemplo, alguns graus de alumínio têm resistência à tração tão alta quanto 100ksi ou tão baixa quanto 1.5ksi.
Refletividade do Alumínio
O alumínio pode ter uma superfície altamente reflexiva ao ser polido. Isso torna o alumínio ótimo para refletir a energia radiante, uma característica importante para luminárias e acessórios decorativos.
Prós e Contras do Alumínio na Usinagem
O alumínio não é um dos metais mais usados sem motivo. Possui características que a tornam muito procurada na indústria de usinagem. Mas, como todas as coisas boas, o alumínio tem suas vantagens e desvantagens.
Vantagens do alumínio na usinagem
É resistente à corrosão
O alumínio resiste à corrosão e à ferrugem. A superfície das ligas de alumínio oxida rapidamente, dando-lhe uma camada protetora de óxido de alumínio, que ajuda a resistir à corrosão pelos elementos. Com bom acabamento e manutenção saudável, o alumínio pode permanecer livre de corrosão mesmo nas piores condições. Essa propriedade do alumínio o torna adequado para uso em peças expostas a condições ambientais adversas.
É econômico
Os custos de produção do alumínio, embora não sejam os mais baratos, são baratos em relação às suas vantagens. Isso significa que é mais barato do que outros metais que oferecem as mesmas vantagens e, portanto, a escolha ideal para a maioria dos casos de uso.
É forte e leve
O alumínio é excepcionalmente forte, sendo o metal com a maior relação entre resistência e peso. Isso o torna aplicável em peças onde há necessidade de resistência excepcional. Como fica evidente pela alta relação resistência/peso, essa resistência não vem à custa do peso. Com uma densidade quase três vezes menor que o aço, as ligas de alumínio são adequadas para peças de máquinas que precisam ser o mais leves possível, mantendo grande resistência.
é reciclável
O alumínio é cem por cento reciclável. O alumínio também requer menos energia para reciclar do que muitos outros metais, tornando-o uma escolha de material ecologicamente correta.
É adequado para fabricação rápida de ferramentas
Fabricação rápida de ferramentas é um método de fabricação que ganhou força devido às suas vantagens de redução de custos e prazos de entrega mais rápidos. Um dos principais materiais usados em ferramentas rápidas é o alumínio. Devido à sua alta ductilidade e custo acessível, é fácil ver porque as ligas de alumínio são as favoritas dos fabricantes.
Requer pouca manutenção
As peças de alumínio mantêm sua qualidade e propriedades mesmo nas piores condições. Isso os torna uma boa escolha para peças de difícil acesso para manutenção de rotina. O alumínio também pode resistir a temperaturas muito baixas sem rachar ou falhar.
É customizável
Devido à sua grande usinabilidade, o alumínio pode assumir quase qualquer formato. O alumínio também retém bem a tinta e sua superfície pode reter a grande maioria dos acabamentos com sucesso.
Contras do Alumínio na Usinagem
Conduz eletricidade facilmente
Isso pode ser uma vantagem, bem como uma desvantagem, dependendo de onde será usado. No entanto, torna as ligas de alumínio inutilizáveis em certas situações em que a resistência elétrica é importante.
Tem baixo ponto de fusão
Devido ao seu baixo ponto de fusão, o alumínio não é adequado para uso em áreas com alto nível de calor. No entanto, existem tipos de alumínio que corrigem esse problema.
Graus de Ligas de Alumínio
As ligas de alumínio podem ser agrupadas em duas classes principais, ligas fundidas e ligas forjadas.
Ligas forjadas
Essas ligas de alumínio geralmente têm maior resistência do que as ligas fundidas. Eles também têm um sistema de quatro dígitos, embora sem o ponto decimal. Assim como a designação do ferro fundido, o primeiro número indica o elemento primário de liga. Se for diferente de zero, o segundo número refere-se a uma alteração da liga, enquanto os dois últimos dígitos identificam a liga específica da série. Existem sete séries de ligas forjadas listadas abaixo:
série 1xxx
Essas ligas de alumínio devem ter 99% de teor de alumínio e, portanto, são frequentemente chamadas de alumínio puro. Eles têm baixa resistência e os mecânicos os selecionam para uso com base em sua excelente resistência à corrosão e condutividade elétrica. Eles também são soldáveis, mas os maquinistas tomam muito cuidado ao soldá-los por causa de seus baixos pontos de fusão.
série 2xxx
Esta série tem o cobre como principal elemento de liga. Um procedimento de tratamento térmico de solução é a melhor maneira de tratar essas ligas. Como resultado, as ligas desta série possuem resistência e robustez excepcionais, mas carecem da resistência à corrosão de outras séries de ligas. Devido a isso, os maquinistas geralmente os pintam ou revestem com uma liga resistente à corrosão quando sua aplicação ocorre em um ambiente de alta corrosão.
série 3xxx
Essas ligas têm manganês como elemento de liga primário. Eles possuem resistência moderada, mas têm excelente resistência ao calor e à corrosão. Isso os torna extremamente adequados para uso como utensílios de cozinha. Peças de reposição de veículos e usinas elétricas são exemplos de áreas comuns de aplicação dessas séries de alumínio.
série 4xxx
As ligas da série 4xxx têm pontos de fusão baixos, tornando-as adequadas para uso como materiais de adição durante a soldagem. A combinação de alumínio com silício forma o metal nesta série.
série 5xxx
Estas são as ligas de alumínio não tratáveis termicamente com a maior resistência à tração. Eles são formados com magnésio como o principal elemento de liga. Como resultado, possuem grande resistência à corrosão e são facilmente soldáveis, tornando-os uma boa escolha para veículos marítimos e peças de equipamentos. Além disso, eles possuem resistência à tração máxima, que varia de 18ksi a 51ksi.
série 6xxx
As ligas desta série são excepcionalmente resistentes à corrosão. Eles possuem resistência à tração final variando de 18ksi a 58ksi. Os principais elementos de liga nesta série são o magnésio e o silício. Essas ligas podem servir como material de revestimento para metais suscetíveis à corrosão. Além disso, o teor de magnésio e silício dessas ligas leva à produção de silicieto de magnésio, que permite receber tratamento térmico de solução, fortalecendo-o ainda mais.
série 7xxx
Essas ligas de alumínio usam zinco como agente de liga primário. Eles possuem algumas das maiores resistências à tração de todas as ligas de alumínio, com resistência à tração variando de 32 a 88ksi. Os maquinistas usam metais desta série para fabricar peças de máquinas e equipamentos que sofrerão alta tensão, como equipamentos aeroespaciais e esportivos. Outros elementos, como o cobre, também podem ser adicionados para ajustar as propriedades desta série de alumínio fundido forjado.
Ligas fundidas
Estes podem ser tratáveis termicamente ou não tratáveis termicamente. Eles usam um sistema de quatro dígitos com um ponto decimal antes do dígito final. Este primeiro dígito nos diz o principal elemento de liga. Os próximos dois dígitos identificam a liga, enquanto o número atrás do ponto decimal nos diz se é um lingote ou uma peça fundida.
Diferenças entre ligas fundidas e forjadas
- As ligas fundidas geralmente possuem resistência à tração mais baixa do que as ligas forjadas devido à dificuldade de eliminar defeitos que surgem no processo de fundição.
- As ligas fundidas custam menos por quilo do que as ligas forjadas.
- As ligas de alumínio forjado têm usinabilidade mais fácil do que as ligas fundidas.
- Peças usinadas a partir de ligas de alumínio forjado podem fornecer melhores acabamentos de superfície do que aquelas usinadas a partir de ligas fundidas.
Tipos de alumínio comumente usados
Alumínio 6061-T6
Como você pode ver pelo nome, esta liga de alumínio pertence à série 6xxx. O segundo dígito é um zero, e isso nos diz que esta liga é alumínio comercial com todas as suas impurezas. Os dois últimos dígitos, 61, indicam a composição desta liga específica (97.9% de alumínio, 0.6% de silício, 1.0% de magnésio, 0.2% de cromo e 0.28% de cobre). T6 significa que foi solubilizado termicamente e envelhecido. O alumínio 6061 tem uma resistência à tração de 40 ksi e uma resistência à tração de 45 ksi. Isso significa que esse alumínio tem alta resistência e é adequado até mesmo para aplicações estruturais. O alumínio 6061 também é resistente à corrosão. Encontra uso principalmente em peças para trocadores de calor, equipamentos eletrônicos e veículos.
Alumínio 7075-T6
O alumínio 7075 é da série 7xxx, indicando que usa zinco como elemento de liga primário e possui alta resistência à tração. 90% desta liga é alumínio, 5.6% é zinco, 2.5% é manganês, 0.23% é manganês e 1.6% é cobre. Com uma densidade relativamente leve de 2.81g/cm3 e uma resistência à tração final de 83 ksi, o alumínio 7075 é uma das ligas de alumínio mais fortes e leves disponíveis. O T6, claro, significa que passou por tratamento térmico. Engrenagens de máquinas e acessórios de aeronaves usam esta liga.
alumínio 5052
O alumínio 5052 é moderadamente forte e oferece excelente resistência à corrosão. Como não contém cobre, é excepcionalmente útil em aplicações de água salgada. Vale ressaltar que esta liga é da série 5xxx e, portanto, não é tratável termicamente. As peças usinadas a partir desta liga são frequentemente para equipamentos marítimos.
alumínio 6063
O alumínio 6063, muitas vezes referido como alumínio arquitetônico, é uma liga de magnésio-silício de alumínio. Esta liga é de resistência moderada e é altamente dúctil, o que a torna adequada para moldagem. A presença de siliceto de magnésio e seu baixo teor de cobre o torna muito resistente à corrosão e, portanto, adequado para uso exposto. Peças usinadas a partir deste alumínio encontram uso em produtos arquitetônicos, tubos e tubulações e móveis.
Como escolher o tipo certo de alumínio
Existem vários tipos de grades de alumínio para escolher. Diferentes tipos de graus de alumínio têm diferentes propriedades de soldabilidade, força, resistência à corrosão, etc. Você escolhe um grau com base nas características que são importantes para seu caso de uso específico. Você deve considerar os seguintes fatores antes de fazer uma escolha.
Considere sua classificação de usinabilidade
A taxa de usinabilidade das ligas de alumínio dará uma ideia sobre sua compatibilidade com usinagem CNC processos. Uma liga de alumínio com boa usinabilidade será fácil de cortar e terminar. Isso o torna adequado para a produção de peças de máquinas intrincadas e complexas. O alumínio 2011, por exemplo, possui excelente usinabilidade.
Qual é o seu custo e disponibilidade?
O custo da liga de alumínio é um dos principais fatores a serem considerados ao escolher um tipo de alumínio para um projeto. Encontrar uma interseção entre seu custo-alvo e as propriedades mais adequadas nessa faixa de preço será uma boa base para um processo de produção. Além disso, o preço do tipo de alumínio escolhido determinará a disponibilidade do tipo de alumínio. A disponibilidade também será muito importante, pois uma liga de alumínio rara pode desacelerar o processo de produção devido à dificuldade de sua aquisição.
Quão viável é a liga de alumínio?
Isso se refere à facilidade com que um grau de alumínio pode assumir diferentes formas. As ligas altamente dúcteis têm uma trabalhabilidade muito boa e encontram uso em casos onde a excelente resistência à fadiga é fundamental, como peças de aeronaves.
É soldável?
A soldabilidade de uma liga é um fator importante a ser considerado se a peça fabricada tiver que ser soldada a outras peças. Por exemplo, o alumínio 3003 é uma boa escolha se a soldabilidade for importante.
É resistente à corrosão?
O local de uso de uma peça fabricada determina se ela precisa ser resistente à corrosão ou não. Por exemplo, peças feitas para aplicações marítimas ou químicas devem ter excelente resistência à corrosão.
É tratável termicamente?
O tratamento térmico é o uso de temperaturas extremas para temperar ligas de alumínio. O tratamento térmico ajuda a aumentar a resistência de uma liga de alumínio. Você deve observar quais tipos de séries de alumínio são tratáveis termicamente e quais não são.
Quão forte é a liga?
A resistência determina quanta tensão uma liga pode suportar antes de se deformar. Portanto, as peças expostas a altas tensões naturalmente devem consistir em ligas de alumínio de alta resistência.
Aplicações do Alumínio
O alumínio é um metal com amplas aplicações em diversas indústrias. Abaixo estão alguns exemplos de setores onde as peças e produtos de alumínio encontram uso generalizado:
Setor Médico
Em uma indústria onde a limpeza e a biocompatibilidade são obrigatórias, as peças e produtos de alumínio estão à altura da tarefa. Instrumentos médicos consistem em vários tipos de alumínio, como instrumentos cirúrgicos e ortopédicos. Além disso, alguns equipamentos de uso geral, como bandejas e recipientes, também possuem o alumínio como principal componente
Indústria da aviação
As aeronaves exigem materiais de construção leves e resistentes. Com a alta relação resistência/peso do alumínio, ele se encaixa perfeitamente no projeto. Esse atributo também garante que ele possa carregar tanto carga quanto metais mais fortes que ele. Além disso, com sua alta resistência à corrosão, também ajuda a evitar que a aeronave seja danificada quando exposta a condições ambientais adversas.
Indústria Elétrica
Os fabricantes de eletrônicos de consumo utilizam constantemente ligas de alumínio em seus produtos devido à sua excelente condutividade térmica. Este atributo tem sido utilizado em componentes elétricos como dissipadores de calor e componentes de refrigeração para processadores gráficos.
Indústria automobilística
Os veículos ideais devem ser leves, duráveis e ecológicos. O alumínio é um metal que pode ajudar a atingir esses objetivos. Devido à sua propriedade leve e alto nível de durabilidade, os veículos podem ser ágeis, mantendo sua robustez. Além disso, o uso de alumínio torna as peças de automóveis recicláveis, melhorando assim a sustentabilidade dos carros que utilizam peças de alumínio.
Conclusão
O alumínio é um metal extremamente versátil e possui diferentes propriedades dependendo dos elementos com os quais é combinado. Além disso, diferentes tipos de alumínio possuem características distintas, o que os torna adequados para uso em diferentes indústrias. No entanto, devido à ampla gama de opções de ligas de alumínio disponíveis à sua disposição, pode ser difícil escolher uma para o design do seu protótipo.
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