UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais

  DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR Vilmar Luis Rossi

  INFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356 Apresentada em 16 / 07 / 2004 Perante a Banca Examinadora: Dr. Guilherme Ourique Verran – UDESC (Presidente)

  

Dr. César Edil da Costa – UDESC (Membro)

Dr. Wilson Luiz Guesser – UDESC (Membro)

Dr. Ricardo Diego Torres – PUC/Paraná (Membro)

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM DISSERTAđấO DE MESTRADO Mestrando: VILMAR LUIS ROSSI – Engenheiro Mecânico Orientador: Prof. Dr. GUILHERME OURIQUE VERRAN CCT/UDESC – JOINVILLE

  INFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356

  DISSERTAđấO APRESENTADA PARA OBTENđấO DO TễTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA DE MATERIAIS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA, CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT, ORIENTADA PELO PROF. DR. GUILHERME OURIQUE VERAN

  Joinville 2004

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAđấO DE PốS-GRADUAđấO - CPG ỀINFLUÊNCIA DA COMPOSIđấO QUễMICA E DOS PARÂMETROS DE PROCESSO SOBRE A RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM PEÇAS FUNDIDAS USANDO AS LIGAS DE ALUMÍNIO 356 E A356”

  por

  Vilmar Luis Rossi Essa dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

  MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  na área de concentração “Fundição de Alumínio”, e aprovada em sua forma final pelo

  CURSO DE MESTRADO EM MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

  Dr. Guilherme Verran – UDESC (Presidente)

  Banca Examinadora:

  Dr. César Edil da Costa – UDESC Dr. Wilson Luiz Guesser – UDESC Dr. Ricardo Diego Torres – PUCPR iv

  FICHA CATALOGRÁFICA NOME: ROSSI, Vilmar Luis DATA DEFESA: 16/07/2004 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 39 – CCT/UDESC

FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Metais

TÍTULO: Influência da Composição Química e dos Parâmetros de Processo Sobre a Resistência à

  Corrosão em Peças Fundidas Usando as Ligas de Alumínio 356.1 e A356.1 PALAVRAS - CHAVE: ligas de alumínio, fundição, rotores, corrosão, corrosão intergranular.

  NÚMERO DE PÁGINAS: 101 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 4100201600P9 ORIENTADOR: Dr. Guilherme Ourique Verran PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Guilherme Ourique Verran

MEMBROS DA BANCA: Dr. César Edil da Costa, Dr. Wilson Luiz Guesser, Dr. Ricardo Diego Torres. v À minha esposa Ana e aos meus pais

  Avelino e Terezinha, que em todos os momentos sempre me apoiaram, ajudaram, investiram e me incentivaram. vi

  

AGRADECIMENTOS

  § Ao Prof. Dr. Guilherme Ourique Verran, que como orientador e amigo soube cobrar e não mediu esforços em oferecer todas as condições necessárias à realização deste trabalho.

  § A Deus pela vida, família, trabalho, estudo, conhecimento e amigos verdadeiros que Ele colocou ao meu redor.

  § À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC e ao Programa de Pós- graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM pela realização do presente trabalho.

  § Ao Centro de Ciências Tecnológicas – CCT e ao Departamento de Engenharia Mecânica – DEM pela infra-estrutura oferecida.

  § A todos os professores e colegas mestrandos do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de uma forma direta ou indireta contribuíram para a realização desse trabalho.

  § A minha esposa Ana pela compreensão, companheirismo e apoio durante esses anos de estudo.

  § Aos meus pais Avelino e Terezinha pelo apoio, investimento e incentivo transmitido durante todo o Curso de Mestrado.

  § Aos demais familiares e amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho. vii § As Indústrias Schneider S/A, pela colaboração pelo apoio financeiro para a realização desta pesquisa.

  § Aos funcionários das Indústrias Schneider, pala compreensão e apoio técnico e moral recebido durante o desenvolvimento desse trabalho.

  § A Tupy Fundições e seus funcionários, pela compreensão e colaboração na disponibilização de seus laboratórios para o desenvolvimento desta pesquisa, § Pelos alunos da Universidade do Estado de Santa Catarina, em especial aos alunos envolvidos diretamente nesta pesquisa, (Wagner e Ângelo), pela colaboração, dedicação e compreensão para auxiliar nas diversas etapas de desenvolvimento desta pesquisa.

  

SUMÁRIO

CAPễTULO 1 Ố INTRODUđấO GERAL ........................................................................ 1

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................ 4

  

2.1. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS ...................................................................................... 4

  2.1.1. Introdução.................................................................................................................... 4

  2.1.2. História do Alumínio - Obtenção do Alumínio........................................................... 5

  2.1.3. Obtenção do Alumínio Primário - Metal de Alta Pureza ............................................ 5

  2.1.4. Obtenção do Alumínio Secundário.............................................................................. 6

  2.1.5. Propriedades do Alumínio........................................................................................... 9

  2.1.6. Formas Usuais de Fornecimento ................................................................................. 9

  2.1.7. Designação das Ligas de Alumínio ............................................................................. 9

  2.1.8. Classificação e Processamento do Alumínio............................................................. 10

  

2.2. FUNDIđấO DO ALUMễNIO ................................................................................... 13

  2.2.1. Introdução.................................................................................................................. 13

  2.2.2. Características e Aplicações das Ligas de Alumínio para fundição.......................... 14

  2.2.3. Controle do Processo de Fundição do alumínio ........................................................ 17

  2.2.4. Cuidados no Processo de Fundição do Alumínio...................................................... 18

  

2.3. CORROSÃO ............................................................................................................... 22

  2.3.1. Introdução.................................................................................................................. 22

  2.3.2. Conceitos de Corrosão............................................................................................... 23

  2.3.3. Reações Eletroquímicas............................................................................................. 25

  2.3.4. Mecanismos de Corrosão........................................................................................... 26

  2.3.5. Meios Corrosivos....................................................................................................... 28

  2.3.6. Passivação.................................................................................................................. 29

  2.3.7. Formas de Corrosão................................................................................................... 30

  2.3.8. Corrosão sob Solicitações Mecânicas........................................................................ 31

  2.3.9. Corrosão em Ligas de Alumínio................................................................................ 33

  2.3.9.1. Corrosão por Pites (Corrosão Localizada).............................................................. 34

  2.3.9.2. Corrosão Intergranular e (ou) Intragranular ........................................................... 37

  2.3.10. Proteção Anticorrosiva ............................................................................................ 39

  2.3.11. Efeito das Impurezas e dos Elementos Residuais na Resistência à Corrosão ......... 39

  

2.4. ENSAIOS DE CORROSÃO...................................................................................... 41

  2.4.1. Introdução.................................................................................................................. 41

  2.4.2. Avaliação dos Ensaios de Corrosão........................................................................... 42

  

CAPÍTULO 3 - MÉTODOS EXPERIMENTAIS .......................................................... 45

  

3.1. Introdução ................................................................................................................... 45

  

3.2. Metodologia Experimental......................................................................................... 46

  3.2.1. Abordagem Inicial - Busca e Registro de Informações............................................. 46

  3.2.2. Avaliação de Matérias Primas ................................................................................... 47

  3.2.3. Avaliação da Influência dos Elementos Residuais (Cu e Zn) – Ensaios de Laboratório .......................................................................................................................... 47

  

3.3. Programação das Corridas Experimentais .............................................................. 48

  

3.4. Corridas Experimentais............................................................................................. 50

  3.4.1. Descrição das Corridas Experimentais...................................................................... 51

  3.4.2. Equipamentos ............................................................................................................ 52

  3.4.3. Materiais de Consumo............................................................................................... 53

  

3.5. Caracterização e Avaliação dos Resultados ............................................................. 53

  3.5.1. Análise Metalográfica................................................................................................ 54

  3.5.2. Análise Química ........................................................................................................ 54

  3.5.3. Ensaios de Corrosão .................................................................................................. 55

  3.5.4. Condições do Ensaio ASTM G110-92 ...................................................................... 57

  3.5.5. Análise da Profundidade do Ataque de Corrosão...................................................... 58

  3.5.6. Avaliação Superficial Após o Ensaios de Corrosão .................................................. 60

  

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES......................................................... 61

  

4.1. Introdução ................................................................................................................... 61

  

4.2. Primeira Etapa - Levantamento e Caracterização do Problema ........................... 61

  4.2.1. Abordagem Inicial do Problema................................................................................ 61

  4.2.2. Ensaios de Campo Realizados na Indústria............................................................... 66

  4.2.3. Considerações Sobre a Primeira Etapa...................................................................... 72

  

4.3. Segunda Etapa - Avaliação de Matérias Primas...................................................... 72

  4.3.1. Microestrutura das Ligas Avaliadas .......................................................................... 73

  4.3.2. Perda em Massa para as Ligas Avaliadas.................................................................. 74

  4.3.3. Profundidade do Ataque de Corrosão ASTM G110-92 para as Ligas Avaliadas ..... 75

  4.3.4. Considerações Sobre a Segunda Etapa...................................................................... 80

  

4.4. Terceira Etapa - Influência dos Elementos (Cu, Zn) na Resistência à Corrosão . 81

  4.4.1. Influência dos Elementos Cobre e Zinco de Forma Combinada ............................... 82

  4.4.2. Influência do Elemento Cobre................................................................................... 85

  4.4.3. Influência do Elemento Zinco ................................................................................... 87

  4.4.4. Considerações Sobre a Terceira Etapa ...................................................................... 88

  

4.5. Avaliações da Superfície Após os Ensaios Normalizados ASTM........................... 89

CAPÍTULO 5 – CONCLUSÃO GERAL ........................................................................ 91

  

CAPÍTULO 6 – SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS............................... 92

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 93

ANEXOS ............................................................................................................................ 98

  CAPễTULO 1 Ố INTRODUđấO GERAL

  Os processos de fundição de ligas leves vêm conquistando cada vez mais espaço no segmento industrial, porém o domínio das técnicas de fundição e de projetos não acompanhou esta evolução, fazendo com que, na maioria das vezes o projeto e a fabricação de peças fundidas passem por novas avaliações e definições visando adequações aos requisitos dos produtos. Na fundição de peças em ligas de alumínio, além dos problemas inerentes ao processo de fabricação, existe a necessidade de análises criteriosas de como o processo pode influenciar no desempenho e na durabilidade dos produtos obtidos.

  Apesar do elevado nível de desenvolvimento do estado da arte e do razoável conhecimento científico e tecnológico dos fenômenos e mecanismos de corrosão em ligas de alumínio, em algumas situações, como no caso do presente estudo, existe uma grande combinação de fatores das mais diferentes origens que podem contribuir para a degradação das ligas de alumínio fundidas.

  Este trabalho descreve uma pesquisa realizada no Labfund - Laboratório de Fundição do DEM/CCT/UDESC - que investigou a ocorrência de corrosão severa em rotores de motobombas, através de um estudo metalúrgico que envolveu a análise dos requisitos necessários ao produto, as principais características das ligas de alumínio e os procedimentos de fundição utilizados na fabricação destes rotores, bem como os possíveis mecanismos de corrosão em função da presença de elementos na forma de impurezas na liga base utilizada, no caso a liga Al7Si0,3Mg.

  O componente em estudo (rotor de motobomba – ilustrado pela figura 1.1 e figura 1.2), trata-se de um produto onde devem ser consideradas as variáveis dependentes (material metálico, meio corrosivo, condições operacionais) estando sujeito, quando em serviço, a condições agressivas, tanto sob o ponto de vista mecânico como químico fazendo com que o mesmo deva ser fabricado sob rigoroso controle do processo de fabricação e das matérias primas utilizadas.

  As figuras 1.1 e 1.2 ilustram a forma característica da aplicação do referido rotor e uma das várias formas de corrosão possíveis neste componente.

Figura 1.1 – Conjunto motobomba. Figura 1.2 – Rotor com corrosão.

  (cortesia Indústrias Schneider S.A.) (corrosão localizada)

  A parte inicial deste estudo – Capítulo 2 – apresenta uma revisão bibliográfica sobre alumínio e suas ligas, fundição do alumínio, corrosão, e ensaios de corrosão, assuntos estes fundamentais para o entendimento posterior dos procedimentos e resultados experimentais.

  A parte experimental – Capítulo 3 – destaca a necessidade de buscar e registrar informações para uma abordagem completa do componente em estudo e a avaliação de matérias primas quanto à influência dos seus elementos residuais (Cu e Zn).

  A partir dos ensaios efetuados e seus respectivos resultados – Capítulo 4 – analisou- se a matéria prima, o comportamento do componente (em ensaios de campo) e dos corpos de prova (em ensaios de laboratório), correlacionando os resultados com a qualidade da matéria prima e com processo de fabricação, onde estes começam a influenciar com maior intensidade na resistência à corrosão para o referido componente em estudo.

  Finalmente, no Capitulo 5 e Capítulo 6, são enumeradas as conclusões do trabalho e apresentadas algumas possíveis vias de prosseguimento deste estudo.

  CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. ALUMÍNIO E SUAS LIGAS

2.1.1. Introdução

  Em razão de suas boas propriedades físicas e químicas, o alumínio e suas ligas tornaram-se materiais imprescindíveis na construção civil, nas indústrias, em máquinas e instalações em geral (MAGNESIUM, 2001).

  A grande importância técnica do alumínio deve-se as propriedades como sua baixa

  3

  densidade (2,6 a 2,8 g/cm ), elevada relação resistência/peso, elevada resistência à corrosão, endurecibilidade de muitas ligas, boa aparência, fabricabilidade, possibilidade de tratamentos superficiais, boas propriedades físicas e mecânicas.

  Quanto a usinabilidade, as ligas de alumínio são consideradas, de uma maneira geral, de fácil usinabilidade, oferecendo várias vantagens importantes, incluindo velocidades de corte quase ilimitada, baixas forças de corte, excelente acabamento, bom controle dimensional e longa vida da ferramenta.

  Quanto à fundição, as ligas de alumínio, oferecem várias vantagens, como por exemplo, o baixo ponto de fusão. Porém, com o aumento das possibilidades de utilização dos componentes de alumínio, as exigências em qualidade também aumentaram, fazendo com que muitos parâmetros de qualidade fossem revisados e aperfeiçoados, entre eles, a qualidade do banho fundido que tem uma grande influência sobre as propriedades técnicas da peça fundida e, por isto, sobre a qualidade do produto final (FOSECO, 2000).

  2.1.2. História do Alumínio - Obtenção do Alumínio

  Apesar de ser o mais abundante metal na crosta terrestre, o alumínio não se encontra naturalmente na forma de metal. Porém, segundo pesquisas, este material já era usado há mais de sete mil anos quando os ceramistas da Pérsia faziam seus vasos de um tipo de barro contendo óxido de alumínio, o que hoje conhecemos como alumina. Trinta séculos depois, os Egípcios e Babilônicos usavam outro tipo de alumínio em suas fábricas de cosméticos e produtos medicinais. Até então, ninguém sabia sobre o alumínio. Mas a história do alumínio como hoje a conhecemos é recente. Começou em 1808, quando Humphrey Davy, provou a existência do alumínio, dando-lhe este nome. Após esta descoberta, passou por varias melhorias de processo, até que Charles Martin Hall, em 1886, colocou num recipiente um banho de criolita contendo alumina e passou uma corrente elétrica produzindo o alumínio puro, dando origem ao primeiro processo de transformação do alumínio em quantidade (ALCOA, 2003).

  2.1.3. Obtenção do Alumínio Primário - Metal de Alta Pureza

  Embora existam numerosos minérios que originam o alumínio, encontrados em grandes quantidades no mundo todo, o minério normalmente utilizado na produção de alumínio é a bauxita. Ela é composta de uma variedade de substâncias, com o óxido de alumínio sendo o seu componente dominante (ALCOA, 2003). A alumina sai da mina, e é enviada à usina metalúrgica, onde isola-se o óxido de alumínio por meio da retirada dos outros componentes (óxidos de ferro e de silício).

  O metal primário é obtido a partir da redução eletrolítica da alumina (Ligas Primárias Especiais, podendo alcançar 99,999% de pureza) (ASM, 1996). Ele pode ser solidificado em sua forma pura (metal primário e de alta pureza) ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003).

  Segundo ALCOA (2003) E ALCAN (2003), a obtenção do alumínio primário normalmente segue as seguintes etapas:

  

1º) Processo químico: obtém-se a alumina a partir da bauxita com o uso de uma solução

  concentrada de soda cáustica para separar o óxido de alumínio das impurezas existentes no minério. Em seguida, este material é precipitado e transformado em hidrato de alumínio para se tornar novamente um produto sólido, que é calcinado a uma temperatura de cerca de 1.000ºC e transformado na alumina metalúrgica (matéria-prima para a produção do alumínio) ou especial (usadas nas indústrias de cerâmicas e refratários especiais) (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

  

2º) Fornos de reduções: esta alumina produzida pelo processo químico passa para a

  segunda parte do processo, a etapa eletrolítica, que utiliza a eletricidade para produzir uma reação química. A alumina é depositada nos fornos das reduções, que possuem dois eletrodos para a condução de energia (anodo e o catodo). O primeiro é a pasta Soderberg e o segundo é formado por blocos de carbono. A eletrólise ocorre com a adição de banhos de sais de flúor fundidos (criolita e fluoreto de alumínio) (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

  

3º) Refusão: Finalmente, o alumínio líquido é encaminhado a refusão, onde é feita a

  correção química, ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003; ALCAN, 2003).

2.1.4. Obtenção do Alumínio Secundário

  O alumínio secundário é obtido através do reaproveitamento da sucata e de restos de seus materiais por refusão e refino. É um processo economicamente importante e que produz aproximadamente 25% do total de alumínio utilizado no mundo. A atividade de reciclagem era pouca conhecida no Brasil, começou há pouco mais de uma década. Foi principalmente o setor de alumínio (com destaque para a reciclagem de latas para bebidas) que colocou a atividade de reciclagem na ordem do dia de empresas, ambientalistas, autoridades governamentais e cidadãos comuns interessados em preservar o meio ambiente (ALCAN, 2003).

  O processo de reciclagem de metais é economicamente viável, pois elimina as etapas de mineração e redução, que são etapas caras, e agrega a etapa de coleta e separação do material. O processo pode então ser reduzido à coleta, fusão e conformação.

  O conceito de metal “secundário” leva ao conceito de sucata. “A sucata é todo metal ou ligas inservíveis no estado em que se acha, por motivo de obsolência, ou como decorrência do processo de produção, como: cavacos, rejeitos de controle de qualidade, restos de estamparia, de fundição (canais e montantes), ou ainda, borras, cinzas ou escórias” (BRADASCHIA, 1987). Existem muitos autores que descrevem o ciclo dos metais, mas de forma simplificada será utilizada a Figura 2.1 (BRADASCHIA, 1987), para ilustrar este item da Dissertação, que é de caráter geral para qualquer material não ferroso e mostra o ciclo do metal primário e do metal secundário (BRADASCHIA, 1987).

  MINÉRIOS RECOLHEDOR (SUCATEIRO) PRODUTOR

  PRIMÁRIO RECUPERADOR METAL METAL PRIMÁRIO SECUNDÁRIO

  

TRANFORMADORES SUCATA

(FABRICANTES) NOVA

SUCATA USUÁRIOS

  VELHA Figura 2.1 - Ciclo do metal primário e do metal secundário (BRADASCHIA, 1987). Os metais secundários podem ser tão bons quanto os primários para a maioria das aplicações. Todavia, propriedades tais como forjabilidade, condutividade elétrica e resistência à corrosão podem ser seriamente afetadas por diminutos teores de impurezas metálicas ou de inclusões não metálicas (BRADASCHIA, 1987). No entanto, a qualidade dos metais secundários pode ser bastante melhorada, desde que as técnicas de reciclagem e os processos de seleção sejam convenientemente aperfeiçoados (BRADASCHIA, 1987; CAMPBELL, 1994).

  As fundições para “uso interno”, principalmente as fundições que operam com diversos metais e ligas não ferrosas, devem ter o cuidado para que as segregações de sucata seja a mais cuidadosa possível, evitando-se contaminações desnecessárias que irão baixar a qualidade do metal recuperado (BRADASCHIA, 1987; CAMPBELL, 1994).

  A classificação das sucatas, de uma maneira geral, poderá ser:

  • Sucata de retorno, ou sucata interna: esta sucata é constituída de canais, montantes e peças defeituosas refugadas. Esta, uma vez que convenientemente selecionada por tipo de liga, voltará para refusão, na composição de uma nova carga, na própria fundição (BRADASCHIA, 1987).
  • Cavacos de usinagem, rebarbas e outros fragmentos semelhantes: estes tipos de sucata poderão ser recuperados por empresas especializadas (recuperadores) ou pela própria fundição, devendo ser adotada uma técnica de fundição como: secagem, separação magnética de partículas, fusão em condições adequadas, lingotagem adequada e análise da composição química para controle das perdas e das impurezas. Mesmo tomando-se todos estes cuidados, não é aconselhável o preparo de cargas usando somente este tipo de sucata recuperada, em virtude dos possíveis teores elevados de inclusões metálicas e (ou) não metálicas (BRADASCHIA, 1987).
  • Pingos de metal misturados com areias de moldagem ou outros resíduos de

  varredura: é recomendável que esse tipo de sucata seja recuperado pelas empresas especializadas e não pela própria fundição (BRADASCHIA, 1987).

  • Bôrras, óxidos e escórias: estas sucatas só poderão ser eficientemente recuperadas pelas empresas especializadas que, depois de extraírem a parte metálica, utilizarão os resíduos para fabricar produtos químicos a base de óxidos, cloretos, sulfatos, entre outros (BRADASCHIA, 1987).

  2.1.5. Propriedades do Alumínio

  As propriedades do alumínio são as mais diversas e o conhecimento de suas propriedades torna-se importante dependendo da aplicação e da forma que se pretende processar o alumínio, como por exemplo: peso específico, ponto de fusão, condutividade térmica, ductibilidade, resistência mecânica e à corrosão, entre muitas outras propriedades que podem variar de uma liga para a outra como será visto no decorrer desta Dissertação e que o usuário deve conhecer antes de especificar uma liga de alumínio para uma determinada aplicação.

  2.1.6. Formas Usuais de Fornecimento

  O alumínio pode ser fornecido na forma pura (metal primário e de alta pureza) ou misturado com elementos de ligas que concederão características próprias de resistência, dureza e outras propriedades, formando as ligas especiais de alumínio (ALCOA, 2003). As ligas são materiais com propriedades metálicas, compostas por dois ou mais elementos químicos, dos quais um é sempre metal. As ligas de alumínio são misturas intencionais de elementos onde o alumínio é o predominante (ALCOA, 2003).

  2.1.7. Designação das Ligas de Alumínio

  Não há um sistema universal que identifique cada liga de alumínio. Um dos sistemas mais conhecidos é o da Aluminum Association “AA”, este sistema também é adotado pelo sistema Brasileiro, cuja classificação se encontra na norma ABNT-NBR

  6864, onde as ligas para fundição são classificadas em séries, sendo que cada série agrupa as ligas que possuem na sua composição o(s) elemento(s) de liga principal(is). A designação é feita por quatro dígitos, sendo que o último é separado por um ponto dos três primeiros (xxx.x), e indica a forma de fornecimento do produto. Sendo ‘0’ (zero) – peça fundida, o ‘1’ – lingote fundido geralmente a partir de peças, retornos (liga secundárias), o ‘2’ – lingotes de ligas geralmente feitas a partir de alumínio primário. As principais aplicações podem ser resumidas, de acordo com a designação, da seguinte forma (TONOLLI, 1978; ALEXANDER, 2003; WOOD, 2003).

  • Liga 1xxx: Indústrias química e elétrica
  • Liga 2xxx: Aeronaves (graças a sua elevada resistência mecânica)
  • Liga 3xxx: Aplicações arquitetônicas e produtos de uso geral
  • Liga 4xxx: Varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem
  • >Liga 5xxx: Produtos expostos à atmosfera marinha como cascos de ba
  • Liga 6xxx: Produtos extrudados de uso arquitetônico
  • Liga 7xxx: Componentes onde se requer elevados requisitos de resistência. Esta liga é a que possui a maior resistência mecânica entre as ligas de alumínio.

  Obs: Em muitas ligas uma letra antecede os números. Esta letra serve para distinguir as ligas em relação a pequenas variações de impurezas ou de elementos com pequenos percentuais. Ex: A liga A356 apresenta melhores propriedades em relação à liga 356, por apresentar teores mais baixos de Fe, Cu, Zn e Ti (ASM, 1996; 24).

2.1.8. Classificação e Processamento do Alumínio

  As ligas de alumínio são divididas em dois grandes grupos e podem ser processadas de várias maneiras, dependendo da necessidade, da forma de fornecimento da matéria prima e das propriedades e acabamento desejados, podendo ser citado: a) Ligas para deformação plástica: São ligas desenvolvidas para obtenção de produtos através da conformação mecânica. Essas ligas apesar de possuírem baixos teores de elementos de liga, apresentam elevadas propriedades mecânicas, principalmente as ligas que são tratadas termicamente. Em função da sua composição química, suportam deformações plásticas, podendo ser trabalhadas a quente e/ou a frio dependendo da necessidade, da forma de fornecimento da matéria prima e das propriedades e acabamento desejados, entre estes processos podemos citar: trefilação, extrusão, repuxo, laminação, forjamento. A forma de fornecimento pode ser: lingote, perfis, barra, arame, tubo, chapa, tarugo, entre outras formas (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  A tabela 2.1 mostra o sistema de classificação de ligas de conformação mecânica conforme The Aluminum Association Inc., Associação dos Produtores Norte-Americanos.

Tabela 2.1 - Designação das ligas de alumínio de conformação mecânica

  Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga

  • 1xxx Alumínio puro (99% pureza mínima) 2xxx Cu Mg , Li 3xxx Mn Mg, Cu - 4xxx Si - 5xxx Mg 6xxx Mg , Si - 7xxx Zn Cu, Mg, Cr, Zr - 8xxx Sn, Li, Fe, Cu, Mg - 9xxx Reservado para uso futuro

  b) Ligas para fundição: São as ligas usadas na obtenção de peças com dimensões e formas definidas, vazadas em moldes pelos processos: areia verde, em molde Schell, em coquilha, sob-pressão, em modelo perdido (cera, isopor), em molde cerâmico, Tixofundição. A forma de fornecimento é geralmente em peças com dimensões e formas bem definidas (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  • 7xxx Zn - 8xxx Sn -

  0.03

  0.02

  0.05 P 0506 99.90 0.05 0.06 0.03 0.03

  0.02

  0.10 P 0610 99.85 0.06 0.10 0.03 0.04

  0.03

  0.10 P 1015 99.80 0.10 0.15 0.03 0.04

  0.10 P 1020 99.70 0.10 0.20 0.03 0.04

  A tabela 2.2 mostra a designação das ligas de alumínio para fundição, conforme The Aluminum Association Inc . (MOLINARI, 1978; ASM, 1996).

  0.03

  CÓD Mínim o Alum ínio Si Fe Mg Ti Sr Ca Cu Sb N i Sn Pb Mn Zn Ga Out ros% Tot al P 1535 99.50 0.15 0.35 0.03 0.04

Tabela 2.3 - Composição química do metal primário (ALCOA, 2003)

  Como exemplo de fornecimento de metal primário, segue abaixo as tabelas contendo a Composição química do metal primário e de ligas fornecido pela Alcoa [ALCOA, 2003]. Como pode ser verificado, o alumínio é fornecido pelos seus elementos principais, porém, segundo as Tabelas 2.3 e 2.4, as ligas de alumínio primário podem conter algum residual de elementos, como é o caso da liga A356.2, utilizada nesta pesquisa que poderá ser fornecida, com os limites residuais máximos de 0,12% de Fe e de 0,03% de Cu. A tabela 2.3 apresenta a composição química do metal primário.

  2xxx Cu - 3xxx Si, Mg, Cu - 4xxx Si - 5xxx Mg - 6xxx -

  Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga 1xx.x Alumínio puro (99% pureza mínima) -

Tabela 2.2 - Designação das ligas de alumínio para fundição

  0.05 A tabela 2.4 apresenta a composição química do de ligas de alumínio fornecidas pela Alcoa (ALCOA, 2003).

Tabela 2.4 - Composição de ligas [ALCOA, 2003]

  

Código Lim it es Si Fe Mg Ti Sr Ca Cu B Mn Zn Cr Oc Tot al

A356.2 Sr CÓD S1

  Fundição é o processo metalúrgico que consiste em obter um produto sólido a partir do metal de alumínio em estado líquido, mediante solidificação em um molde. Há muitas

  

Aluminum Association Inc , pois segundo (WEINGAERTNER, 1991), os metais

secundários podem ser tão bons quanto os primários para a maioria das aplicações.

  Quando não se necessita da um alumínio de elevada qualidade, pode ser utilizado alumínio fornecido por empresas especializadas na reciclagem do alumínio que podem fornecer ligas de alumínio de acordo com normas como, por exemplo, a Norma da The

  Onde, na tabela acima, USL refere-se aos limites máximos permitidos e LSL refere- se aos limites mínimos permitido para as ligas.

  0,01 0,03 0,1

  CÓD E1 USL LSL 0,10 0,20 0,01 0,003 0,01 0,02

  11 0,30 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,13

  13

  AlSi 11% CÓD B19 USL LSL

  0,04 0,002 0,03 0,1 0,05 0,05 0,1

  11 0,10 0,05 0,13 0,09 0,06

  12

  USL LSL

  0,03 0,025 0,01 0,1 0,015 AlSi Mn 11% CÓD F1

  0,24 0,15 0,10 0,04

  USL LSL 7,5 6,5

  0,12 0,45 0,30 0,20 0,10

  0,03 0,01 0,003 0,03

  0.05

  0.05 A356.2 Mn CÓD N1 USL LSL

  7,5 6,5 0,12 0,45 0,30

  0,20 0,10 0,03 0,1

  0.05 ALSi 7% CÓD A1 USL LSL

  7,5 6,5 0,12 0,30 0,22

  0,12 0,08 0,05 0,03

  0,003 0,03 0,05 0,05 0,1 ALSi 9% CÓD G1 USL

  LSL 9,8 9,2 0,10 0,32

E.C.

2.2. FUNDIđấO DO ALUMễNIO

2.2.1. Introdução

  técnicas usadas em fundição de alumínio, dependendo do tamanho, complexidade e quantidade do produto final desejado, produtividade, grau de automação, precisão dimensional, acabamento superficial (ALCOA, 2003).

  Entretanto o tipo de molde pode influenciar nas propriedades físicas do material resultante, como por exemplo, a taxa de extração de calor através do molde que determinar o tamanho final de grão e, portanto a característica de resistência mecânica da peça, por este e outros motivos, os processos de fundição são muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado, podendo ser classificados em quatro grupos básicos: areia verde (molde é descartável), molde permanente (molde é metálico, bipartido), injeção (molde é metálico, e o metal líquido entra sob pressão), cera perdida (molde e modelo são descartáveis) (MOLINARI, 1978; ALCOA, 2003; HATCH, 1994).

2.2.2. Características e Aplicações das Ligas de Alumínio para fundição

  A composição química das ligas de alumínio de uso comercial é de grande importância no desenvolvimento de um produto. Teoricamente as melhores combinações de resistência e ductilidade em ligas metálicas resultam de uma estrutura monofásica, onde todos os elementos estão dissolvidos na matriz. Para o alumínio, isto não é possível, pois a solubilidade dos elementos é muito limitada. A maioria das ligas do alumínio são polifásicas, isto é, formadas de uma matriz (solução sólida) e de fases precipitadas. A quantidade, tamanho, forma e distribuição destes precipitados dependem da: Composição química, processo e técnica de fundição, tratamentos térmicos. De forma geral, pode-se separar a influência dos elementos nos seguintes grupos: (MOLINARI, 1978; TONOLLI, 1978).

  • Elemento principal (endurecedores): são responsáveis pelas propriedades mecânicas

    (Ex. Silício, Cobre, Magnésio, Zinco e Manganês).
  • Elementos secundários: cujos percentuais são menores e tem como objetivo uma ação específica para se obter uma determinada propriedade de uso ou característica de fundição (Ex. Níquel, Chumbo e estanho).

  • Elementos modificadores, refinadores ou neutralizadores: são usados em pequenas quantidades com a finalidade de alterar a microestrutura (Ex. Sódio, Estrôncio, Titânio, Boro, Fósforo e Antimônio).
  • Elementos tidos como impurezas: devem ser controlados ou balanceados

  rigorosamente, em geral exercem influência negativa sobre as propriedades ou características de fundição. (Ex. Hidrogênio, Ferro, Sódio, Fósforo) Conforme a tabela 2.2 que mostra a designação das ligas de alumínio para fundição, segundo The Aluminum Association Inc. a qual é indicada e aceita por vários autores

  (GENTIL, 1994; MOLINARI, 1978; TONOLLI, 1978; BURTON e al, 1964) pode-se as principais características de cada série como:

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