Classificação & Desempenho de ligas de alumínio fundido

Elenco alumínio ligas são materiais essenciais na indústria automotiva, Aeroespacial, máquinas industriais, e eletrônica de consumo, valorizado por suas propriedades leves (densidade 2,5–2,8 g/cm³), Excelente castabilidade, e desempenho mecânico ajustável.

Com base em seus elementos de liga primários, ligas de alumínio fundido são classificadas internacionalmente em quatro sistemas principais: Al-Si (alumínio-silício), Al-Cu (alumínio-cobre), Al-mg (alumínio-magnésio), e Al-Zn (alumínio-zinco).

Cada sistema exibe características distintas adaptadas aos requisitos específicos da aplicação, desde componentes aeroespaciais de alta resistência até peças marítimas resistentes à corrosão.

Este artigo fornece uma análise abrangente de sua classificação, Propriedades -chave, mecanismos de liga, e aplicações industriais - fundamentadas na ASTM B179, ISO 3116, e outras normas internacionais.

1. Classificação: quatro famílias principais de ligas de alumínio fundido

2. A família dominante na fundição — ligas Al-Si

Composição típica & microestrutura

• E: tipicamente 7–12% em peso em muitas classes de fundição; quase eutético (~12,6% em peso de Si) composições exibem a melhor fluidez e menor contração de fundição.
• Outras adições intencionais: Mg (≈0,3–0,6% em A356) para endurecimento por envelhecimento (Mg₂si precipita); Cu (em pistão ou ligas de alta temperatura) para resistência a temperaturas elevadas;
  Em em serviço em alta temperatura e ligas hipereutéticas para controlar a fragilidade do silício.
• Microestrutura fundida: primário α-Al dendritos mais silício eutético (um + E).
  Em ligas não modificadas, o Si eutético é grosso e semelhante a uma placa; após a modificação, o Si torna-se fino e fibroso.

Modificação eutética (propósito e agentes)

Meta: converter grosso, platey Si para uma morfologia fibrosa fina que melhora a ductilidade, usinabilidade e resistência à fadiga.

• Sódio (N / D) — modificador muito eficaz, mas volátil; requer dosagem selada e controle cuidadoso.
• Estrôncio (Sr) — o modificador comercial mais utilizado; dosagem típica 0.015–0,03% em peso; a sobredosagem é ineficaz e pode ser prejudicial.
• Antimônio (Sb) — usado em combinação com Sr em alguns sistemas para estabilizar a modificação.
• Terras raras — pequenas adições podem estabilizar e prolongar os efeitos de modificação em algumas ligas.

Impurezas nocivas e seu controle

• Ferro (Fe) - impureza vagabundo comum que se forma duramente, intermetálicos frágeis (Por exemplo, FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) que fragilizam as peças fundidas e degradam o acabamento superficial e a resistência à corrosão.
  Mitigação: adicionar Mn (≈0,3–0,5%) ou Cr (≈0,1–0,2%) para modificar as fases de Fe em morfologias menos prejudiciais (Al₆(Fe,Mn)), e controlar matéria-prima de sucata.
• Fósforo (P) — reage com Na e degrada a modificação; controlar rigorosamente o conteúdo de P da carga do forno.
• Sn/Pb - formam eutéticos de baixo ponto de fusão, causando falta de calor e queima; manter < ~0,05% se possível.
• Cálcio (Ca) — pode formar compostos de alto ponto de fusão que reduzem a fluidez e promovem o encolhimento; Controle de cálcio < ~0,05% para boa moldabilidade.

Ligas e aplicações representativas de fundição de Al-Si

• A356.0 / E AC-ALSI7MG (≈Si 7,0–7,5%, Mg 0,3–0,5%) - areia amplamente utilizada & liga de molde permanente; Trial (T6); Aplicações: Blocos do motor, caixas estruturais, rodas.
• A357 — semelhante ao A356, mas com controle mais rígido de Fe e propriedades mecânicas superiores.
• A319 / A380 (famílias de fundição) — Ligas de fundição sob pressão de Al–Si–Cu usadas em carcaças de bombas automotivas, Cubs de roda, Caixas da caixa de velocidades.
• Al-Si hipereutético (E > 12%) — usado para pistões e aplicações deslizantes devido à expansão térmica muito baixa e bom comportamento ao desgaste (frequentemente ligado com Ni/terras raras para reduzir a fragilidade). Composição de exemplo: AlSi12Cu2Mg para ligas de pistão de alta temperatura.

3. Ligas fundidas de Al-Cu — alta resistência e capacidade para temperaturas elevadas

Metalurgia & desempenho

• A força deriva de Al₂cu (th) precipitados formados no envelhecimento; Cu promove alta resistência fundida e tratada termicamente e boa resistência à fluência em temperaturas elevadas.
• Troca: Cu aumenta a tendência de falta de calor, segregação e encolhimento durante a solidificação; a prática de elenco deve abordar esses.

Composições típicas & usos

• Ligas fundidas com alto teor de Cu (Por exemplo, Al – Cu com 3–10% Cu): usado para válvulas, assentos, e componentes que requerem estabilidade térmica e resistência mecânica em temperaturas elevadas.
• Fortalecimento multicomponente (adição de Mn, Mg, etc.) pode produzir dispersões complexas que melhoram a resistência e a trabalhabilidade a quente.

4. Ligas fundidas de Al-Mg — resistência à corrosão e leveza

Atributos principais

• Mg 3–6% em peso em variantes fundidas produz fases Al₃Mg₂; quando devidamente processado, muitas ligas fundidas de Al-Mg apresentam excelente resistência à corrosão (particularmente na marinha, Ambientes portadores de cloreto) e densidade mais baixa do que ligas típicas de fundição de Al-Si.
• O acabamento superficial e a qualidade do óxido são importantes; O Mg é propenso à oxidação durante a fusão, portanto o controle da fusão é crítico.

Aplicações típicas

• Componentes marinhos, estruturas flutuantes, carcaças resistentes à corrosão e peças leves onde são necessárias alta resistência específica à corrosão e resistência moderada.

Processando notas

• Use atmosfera controlada ou fluxo, minimizar a turbulência para reduzir a escória e a captação de hidrogênio, e muitas vezes adicionam Si pequeno para melhorar a fundibilidade.

5. Al -zn (incluindo Al – Zn – Mg) ligas fundidas – alta resistência após tratamento térmico

Características

• Zn (frequentemente combinado com Mg) fornece um sistema de liga que responde bem ao tratamento de solução e ao envelhecimento (T6) produzindo rendimento e resistência à tração muito altos.
• A capacidade de fabricação fundida é menos amigável (maior tendência à porosidade e rasgamento a quente) portanto, é necessário um controle cuidadoso de gate e solidificação.

Aplicações

• Precisão, peças de alta resistência onde o tratamento térmico pós-fundição é aceitável — acessórios aeroespaciais e alguns componentes de instrumentação de precisão.

6. Castabilidade comparativa e orientação de seleção

7. Tratamento Térmico de Alumínio Fundido – Regras Práticas

O tratamento térmico é a principal ferramenta para converter uma microestrutura de alumínio fundido em uma estrutura controlada., condição útil.

Para ligas fundidas, os objectivos comuns são:

(1) aumentar a resistência por tratamento com solução + Querece + envelhecimento (Tratamentos T);

(2) reduzir a segregação e a falta de homogeneidade química por meio da homogeneização;

(3) aliviar as tensões de fundição e restaurar a ductilidade por recozimento;

(4) estabilizar a microestrutura para estabilidade dimensional em serviço.

Janelas de tratamento típicas (referência prática)

(Os valores são orientações de engenharia; verifique com o fornecedor da liga e o padrão do produto os regimes exatos.)

Importante: escala de tempos de imersão com tamanho da seção. Use cálculos de massa térmica ou tabelas de fornecedores para determinar tempos de espera para seções transversais de fundição específicas.

Defeitos comuns de tratamento térmico e prevenção

• Solução insuficiente (baixa temperatura / pouco tempo) → dissolução incompleta de fases solúveis; resulta em menor resposta à idade e propriedades mecânicas pobres.
  Prevenção: siga perfis de tempo-temperatura ajustados para o tamanho da seção; use termopares ou simulação para verificar a imersão.
• Excesso de soluções (temperatura muito alta / tempo muito longo) → fusão incipiente de fases eutéticas de baixo ponto de fusão (especialmente em ligas com alto teor de Cu) e engrossamento de grãos.
  Prevenção: aderir ao máximo T e evitar superaquecimento; usar controle de forno & gráficos.
• Têmpera rachaduras / distorção → gradiente térmico excessivo ou restrição durante a têmpera.
  Prevenção: luminárias de design, use têmpera escalonada ou têmpera de polímero para peças muito grandes; permitir extração de calor controlada.
• Suavização da idade no serviço → se o serviço se aproximar da temperatura de envelhecimento, ocorre amolecimento prematuro.
  Prevenção: escolha T7/condição para maiores de idade, ou selecione uma liga mais termicamente estável (Ni-estabilizado) para T elevado.
• Corrosão superficial após tratamento térmico → resíduos de sais de têmpera ou água contaminada podem atacar o alumínio.
  Prevenção: limpeza completa imediata (água desionizada), neutralizar sais de têmpera, e aplicar conversão ou revestimentos protetores.

Considerações especiais por família de ligas

• Al-Si-Mg (Por exemplo, A356/A357): comum T6: solução ~495 °C, Querece, idade 160–180 °C.
  Suscetível a efeitos de porosidade; o tratamento térmico melhora a resistência, mas o gás aprisionado pode reduzir a eficiência mecânica.
• Ligas de Al-Cu: requerem homogeneização para peças fundidas grandes para reduzir a segregação antes da solubilização; controle cuidadoso para evitar fusão incipiente de constituintes de baixo ponto de fusão.
• Ligas Al – Zn – Mg: altamente responsivo ao T6, mas muito sensível à extinção; risco de fissuração por corrosão sob tensão se existirem sequências inadequadas de envelhecimento/têmpera e tensões residuais — controlar os níveis de impurezas e aliviar a tensão.
• Ligas Al-Mg: muitos não são endurecíveis por precipitação (ou apenas minimamente); o tratamento térmico concentra-se no recozimento/alívio de tensões em vez do fortalecimento T6.

8. Exemplos práticos de ligas e adequação às aplicações

• Estrutural geral, peças fundidas tratáveis ​​termicamente: A356/A357 (Al-Si-Mg) - carcaças de motor, engrenagens, peças de roda.
• Peças estruturais fundidas (automotivo): A380 / Família A319 (Al-Si-Cu fundido) - carcaças de bombas, caixas de caixa de velocidades, Cubs de roda.
• Pistões de alta temperatura / peças de baixa expansão: Al-Si hipereutético (Si 12–18% em peso) com adições de Ni/RE – pistões, Rolamentos de precisão.
• Marinho / crítico contra corrosão: Variantes de elenco Al – Mg (Mg 3–6% em peso) — acessórios e alojamentos para água do mar.
• Alta resistência, peças tratadas termicamente: Ligas fundidas Al – Zn – Mg (sujeito a tratamento T6) — componentes de precisão que exigem alta resistência estática.

9. Conclusões

As ligas de alumínio fundido são uma família versátil que pode ser ajustada em uma ampla gama de aplicações mecânicas., desempenho térmico e contra corrosão através de seleção criteriosa de ligas, prática de derretimento, modificação, tratamento térmico e formação.

Ligas de Al-Si são a espinha dorsal do mundo do alumínio fundido porque combinam fundibilidade superior com bom desempenho mecânico e resposta ao tratamento térmico.

Al-Cu e Al -zn sistemas fornecem maior resistência e resistência ao calor ao custo da moldabilidade; Al - mg as ligas são insubstituíveis onde a resistência à corrosão e a baixa densidade são fundamentais.

Para desempenho confiável dos componentes, acoplar uma escolha de liga apropriada (usar designações internacionais reconhecidas, como A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg etc.) com rigoroso controle de impurezas, prática de modificação correta para famílias Al – Si (Sr/Na) e a rota correta de fundição/tratamento térmico.

 

Perguntas frequentes

Qual é a liga de alumínio fundido mais utilizada?

A356.0 (Série Al) é o mais comum, representando cerca de 40% da produção global de alumínio fundido devido à sua moldabilidade equilibrada, força, e resistência à corrosão.

Qual liga de alumínio fundido é melhor para aplicações marítimas?

535.0 (Série Al-Mg) oferece excepcional resistência à corrosão da água do mar (taxa de corrosão <0.005 mm/ano) e propriedades leves, tornando-o ideal para equipamentos marítimos.

As ligas Al-Cu podem ser usadas para fundições complexas??

Não – as ligas de Al-Cu têm baixa fundibilidade (baixa fluidez, Alto encolhimento) e são inadequados para geometrias complexas. Use A356.0 ou A380.0 para peças complexas que exigem alta resistência.

Qual tratamento térmico é necessário para ligas de Al-Zn-Mg?

Ligas Al-Zn-Mg (Por exemplo, 712.0) requerem tratamento térmico T6 (tratamento de solução + envelhecimento artificial) para obter alta resistência - a resistência no estado fundido é muito baixa (~180MPa) e não é adequado para aplicações práticas.

Como melhorar a fundibilidade de ligas Al-Mg?

Adicione 0,5–1,0% de Si para formar fases eutéticas, melhorar a fluidez, e usar proteção de gás inerte durante a fusão para evitar a oxidação do Mg.