Quais são os diferentes tipos de alumínio?

Do smartphone no seu bolso aos aviões que sobrevoam a Terra, o alumínio desempenha um papel fundamental na engenharia e na manufatura modernas. Ele oferece diversas propriedades, como leveza, resistência e resistência à corrosão. No entanto, nem todo alumínio é igual. O metal é geralmente misturado com outros elementos para formar ligas, cada uma com propriedades distintas. Este guia abordará os diferentes tipos de alumínio utilizados na indústria de prototipagem rápida.

Tipos de alumínio: alumínio forjado e alumínio fundido

Todas as ligas de alumínio podem ser divididas em duas categorias principais: alumínio forjado e alumínio fundido. A diferença reside na forma como são processadas até atingirem sua forma final.

Alumínio Forjado

As ligas forjadas são trabalhadas mecanicamente, laminadas, extrudadas ou forjadas para atingir a forma desejada e propriedades mecânicas aprimoradas. Esse processo de trabalho alinha a estrutura granular do metal, resultando em maior resistência à tração e ductilidade em comparação com as ligas de alumínio fundidas. As ligas de alumínio forjadas são o tipo mais comum, representando a maior parte dos produtos de alumínio.

Eles são identificados por um sistema de numeração de 4 dígitos (por exemplo, 7075, 6061) estabelecido pela Associação do Alumínio.

• Primeiro dígito: Indica o principal elemento de liga ou série.
• Segundo dígito: Indica uma modificação da liga original.
• Terceiro e quarto dígitos: Identifique a liga específica dentro da série.

Alumínio fundido

As ligas fundidas são produzidas derretendo o alumínio e vertendo-o em um molde para criar uma forma específica. Este método é eficiente para produzir geometrias complexas, como blocos de motor ou carcaças de transmissão. Embora tenham menor resistência à tração do que suas contrapartes forjadas, as ligas de alumínio fundidas são economicamente vantajosas para produção em larga escala.

Eles são identificados por um sistema de 3 dígitos com um ponto decimal (ex.: 356.0).

• Primeiro dígito: Indica a série da liga.
• Segundo e terceiro dígitos: Identifique a liga específica.
• Dígito após a vírgula: Indica a forma (fundição ou lingote).

Tipos de ligas de alumínio forjado

A série de ligas forjadas é a mais extensa e é dividida pelo principal elemento de liga, que determina as características essenciais do material.

Série 1000

Esta série é composta por alumínio com pureza mínima de 99%, com traços de ferro e silício como principais impurezas. Essas ligas não podem ser reforçadas por tratamento térmico; em vez disso, são reforçadas por endurecimento por deformação ou trabalho a frio. Sua pureza confere-lhes excepcional resistência a ataques químicos e intempéries, além de condutividade elétrica e térmica superior. O alumínio 1100 é um grau comercialmente puro conhecido por sua excelente trabalhabilidade, o que o torna ideal para a conformação de formas complexas. É amplamente utilizado nas indústrias química e alimentícia para tanques e contêineres de armazenamento. O alumínio 1350 é um grau específico com pureza controlada para garantir alta condutividade elétrica, sendo o padrão para barramentos e fiação elétrica.

Vantagens:

• Resistência excepcional à corrosão: Sua alta pureza o torna altamente resistente a ataques químicos e intempéries.
• Excelente trabalhabilidade: É muito macio e dúctil, o que facilita a moldagem em formatos complexos.
• Alta condutividade: Possui condutividade elétrica e térmica superior, tornando-o ideal para aplicações relacionadas.

Desvantagens:

• Resistência muito baixa: Possui a menor resistência mecânica de todas as séries de alumínio, o que limita seu uso estrutural.
• Não tratável termicamente: Sua resistência só pode ser aumentada por meio de trabalho a frio (endurecimento por deformação).
• Baixa usinabilidade: Sua maciez pode torná-lo "pegajoso" e difícil de usinar com precisão.

Série 2000

O cobre é o principal elemento de liga nesta série, permitindo que essas ligas adquiram resistência significativa por meio de tratamento térmico de solubilização e endurecimento por precipitação. Elas possuem uma das melhores relações resistência/peso de qualquer liga de alumínio, rivalizando com a do aço macio. No entanto, a presença de cobre as torna mais suscetíveis à corrosão, muitas vezes exigindo um revestimento protetor ou revestimento de uma liga de alumínio mais pura (Alclad). Elas também são notoriamente difíceis de soldar usando métodos de fusão, pois isso pode levar a trincas. O alumínio 2024 é a liga aeronáutica por excelência, valorizada por sua alta resistência e excelente resistência à fadiga. É o material de escolha para estruturas sob tensão, como fuselagens e revestimentos de asas. O alumínio 2011, com adições de chumbo e bismuto, é conhecido como uma liga de "usinagem livre", projetada para produzir peças complexas em tornos automáticos.

Vantagens:

• Altíssima resistência: Após tratamento térmico, sua resistência pode ser comparável à do aço de baixo carbono.
• Excelente relação resistência/peso: Oferece alta resistência com um peso muito baixo, o que é crucial para a indústria aeroespacial.
• Alta resistência à fadiga: Suporta ciclos repetidos de tensão sem falhar, o que a torna durável.

Desvantagens:

• Baixa resistência à corrosão: A presença de cobre torna o material suscetível à corrosão, muitas vezes exigindo revestimentos protetores.
• Baixa soldabilidade: É difícil soldar usando métodos de fusão, pois é propenso a rachaduras.
• Custo mais elevado: Estas são ligas especializadas de alto desempenho, mais caras do que as ligas de uso geral.

Série 3000

O manganês é o principal elemento de liga nesta série, proporcionando um aumento moderado na resistência em comparação com a série 1000. Essas ligas não são tratáveis ​​termicamente e dependem do endurecimento por deformação para obter resistência. Elas mantêm a excelente conformabilidade e resistência à corrosão do alumínio puro, tornando-as uma escolha popular para aplicações de uso geral. O alumínio 3003 é a liga de alumínio mais utilizada. É cerca de 20% mais resistente que a liga 1100, o que o torna um material prático e econômico para utensílios de cozinha, tanques de armazenamento e trocadores de calor. O alumínio 3004, com a adição de magnésio, é mais resistente que o 3003 e é a principal liga utilizada para formar o corpo das latas de alumínio para bebidas.

Vantagens:

• Boa conformabilidade: É altamente maleável e pode ser facilmente moldado em vários formatos.
• Boa resistência à corrosão: Mantém grande parte da resistência à corrosão do alumínio puro.
• Econômico: Oferece um bom equilíbrio de propriedades a um custo relativamente baixo para uso geral.

Desvantagens:

• Resistência moderada: Sua resistência é apenas ligeiramente superior à da série 1xxx.
• Não tratável termicamente: Assim como a série 1xxx, só pode ser reforçado por meio de trabalho a frio.

Série 4000

A adição de silício reduz significativamente o ponto de fusão do alumínio e aumenta sua fluidez quando fundido, sem tornar o metal quebradiço. Essa característica única torna a série 4000 ideal para uso como material de união. A maioria das ligas dessa série não é tratável termicamente, embora algumas com adição de cobre ou magnésio possam ser submetidas a tratamento térmico.

A liga 4043 é uma das ligas de enchimento mais populares para soldagem e brasagem, especialmente para unir ligas da série 6xxx. Suas excelentes características de fluxo garantem uma ligação limpa e resistente. A liga 4032, que também contém magnésio e níquel, é tratável termicamente e possui um baixo coeficiente de expansão térmica, o que a torna um material preferido para pistões forjados de motores de alto desempenho.

Vantagens:

• Excelente para soldagem/brasagem: Seu baixo ponto de fusão o torna um material de enchimento ideal para unir outras ligas de alumínio.
• Boa fluidez: Flui muito bem quando fundido, garantindo uma ligação completa e forte.
• Baixa expansão térmica: Certas ligas desta série (como a 4032) são valorizadas por sua estabilidade dimensional em altas temperaturas.

Desvantagens:

• Não indicado para uso estrutural: Geralmente não é utilizado em componentes estruturais primários.
• Baixa ductilidade: É mais quebradiço do que muitas outras séries de alumínio.
• Acabamento de anodização deficiente: O alto teor de silício pode fazer com que a superfície fique cinza-escura ou preta após a anodização.

Série 5000

O magnésio é o principal elemento de liga e proporciona uma poderosa combinação de resistência, ductilidade e resistência à corrosão. Essas ligas são reforçadas por endurecimento por deformação e por solução sólida, e possuem a maior resistência entre todas as ligas de alumínio não tratáveis ​​termicamente. São particularmente resistentes à corrosão em ambientes marinhos.

O alumínio 5052 é uma liga altamente versátil, com excelente conformabilidade e durabilidade. É um material de referência para aplicações marítimas, tanques de combustível e fabricação geral de chapas metálicas. O alumínio 5083 oferece resistência ainda maior e é utilizado em aplicações mais exigentes, como construção naval, vagões ferroviários e vasos de pressão.

Vantagens:

• Excelente resistência à corrosão: É altamente resistente à corrosão, especialmente em ambientes de água salgada.
• Alta resistência (não tratável termicamente): Possui a maior resistência entre todas as ligas de alumínio não tratáveis ​​termicamente.
• Boa soldabilidade: Pode ser facilmente soldado, mantendo grande parte de sua resistência na zona de solda.

Desvantagens:

• Suscetível à fissuração por corrosão sob tensão (SCC): A exposição prolongada a temperaturas acima de 65°C (150°F) pode torná-lo vulnerável à SCC.
• Não tratável termicamente: a resistência só pode ser aumentada por meio de endurecimento por deformação.
• Extrusão mais difícil: É menos adequada para criar formas extrudadas complexas em comparação com a série 6xxx.

Série 6000

Esta série contém magnésio e silício, que juntos formam o silicieto de magnésio. Este composto permite que as ligas sejam submetidas a tratamento térmico de solubilização e envelhecimento artificial (endurecimento por precipitação) para aumentar significativamente sua resistência ao escoamento. Essas ligas são conhecidas por sua excelente extrudabilidade, boa resistência mecânica, conformabilidade e resistência à corrosão. No entanto, podem ser suscetíveis a trincas durante a soldagem. O alumínio 6061 é uma das ligas tratáveis ​​termicamente mais versáteis e amplamente utilizadas. Possui uma ótima combinação de propriedades mecânicas e é usado em uma vasta gama de produtos, incluindo quadros de bicicletas, componentes estruturais e cilindros de mergulho. O alumínio 6063 é conhecido como a “liga arquitetônica” por seu acabamento superficial superior e alta resistência à corrosão, tornando-o ideal para extrusões como esquadrias de janelas e portas.

Vantagens:

• Tratável termicamente: Sua resistência pode ser significativamente aumentada por meio de tratamento térmico.
• Excelente para extrusões: É a série de ligas mais fácil de extrudar em formatos complexos e possui um ótimo acabamento superficial.

Desvantagens:

• Resistência moderada: Não é tão resistente quanto as séries 2xxx e 7xxx.
• Redução da resistência após a soldagem: A área ao redor de uma solda perde uma quantidade significativa de sua resistência até que seja submetida a um novo tratamento térmico.
• Suscetível a fissuras: Certos procedimentos de soldagem podem causar fissuras se não forem realizados corretamente.

Série 7000

O zinco é o principal elemento de liga nesta série, frequentemente combinado com magnésio e cobre. Essas adições permitem que a série 7xxx seja tratada termicamente para atingir a maior resistência de qualquer liga de alumínio. Sua excepcional relação resistência/peso as torna indispensáveis ​​em aplicações de alto desempenho. No entanto, essa alta resistência tem como contrapartida uma menor tenacidade à fratura e baixa resistência à corrosão sob tensão, embora novas têmperas tenham melhorado essas propriedades. Elas também são difíceis de soldar. O alumínio 7075 é a liga de referência para uso aeronáutico, utilizada em peças altamente solicitadas, como longarinas de asas e trem de pouso. O alumínio 7050 é uma liga mais avançada que oferece um equilíbrio aprimorado entre resistência, tenacidade à fratura e resistência à corrosão, principalmente em seções espessas, tornando-a ideal para estruturas de fuselagem e anteparas de aeronaves.

Vantagens:

• Maior resistência: Estas são as ligas de alumínio mais resistentes, com níveis de resistência que podem superar alguns aços.
• Excelente relação resistência/peso: Oferece o melhor desempenho para aplicações onde peso e resistência são fatores críticos.
• Boa usinabilidade: Pode ser usinado com um padrão e acabamento muito elevados.

Desvantagens:

• Baixa soldabilidade: É muito difícil de soldar e não é recomendado para métodos de soldagem por fusão.
• Custo mais elevado: É uma das ligas de alumínio mais caras devido aos seus elementos de liga e aos requisitos de processamento.
• Menor resistência à corrosão: É mais suscetível à corrosão e à fissuração por corrosão sob tensão do que as séries 5xxx e 6xxx.

Classes comuns para usinagem CNC

Para usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC), as propriedades de uma liga devem permitir que ela seja cortada de forma limpa, sem desgaste excessivo da ferramenta.

Classes comuns para fabricação de chapas metálicas

Para a fabricação de chapas metálicas, que envolve dobra e conformação, a ductilidade de uma liga é fundamental para evitar rachaduras.

Qual é o tipo de alumínio mais resistente?

De modo geral, as ligas da série 7000 são as ligas de alumínio mais resistentes disponíveis comercialmente. O alumínio 7075-T6 (um tratamento térmico específico) oferece uma resistência à tração superior à de muitos tipos de aço, com apenas um terço do peso.

No entanto, "mais forte" nem sempre significa "melhor". A extrema resistência das ligas da série 7000 tem suas desvantagens:

• Menor resistência à corrosão: São mais suscetíveis à corrosão do que as ligas 5000 ou 6000.
• Baixa soldabilidade: São difíceis de soldar usando métodos convencionais.
• Custo mais elevado: São mais caros de produzir.

A escolha da liga metálica é sempre uma decisão de engenharia que busca equilibrar a necessidade de resistência com outros fatores críticos, como durabilidade, facilidade de fabricação e custo.