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Fundamentos e Aplicações do Alumínio TÉCNICA COMUNICAÇÃO R. Humberto I, no 220 • 40 andar CEP 04018-030 sao paulo – sp Brasil Tel. (5511)5904-6450 Fax (5511)5904-6459 www. abal. org. br • e-mail: aluminio@abal. org. br As imagens usadas nesta publicação foram cedidas pelas empresas associadas da ABAL Sumário 1 – O Metal Alumínio – Obtenção do Alumí Características do Al Mecânicas to view nut*ge . 42 3- 4 – Ligas de Alumínio 16 5 – Propriedades . 24 6 – Caracterização das Propriedades Mecânicas – Têmperas 28 7 – Tratamentos Térmicos 8 – Processos Industriais .

Principais Aplicações Desenvolvmento Sustentável Brasileiras Introdução o 30 . — 349 58 10- 64 1 1 – Normas 682 aluminio, por suas excelentes propriedades físico-quimicas – entre as quais se destacam o baixo peso específico, a resistência fornecer aos estudantes e profissionais em geral, e aos iniciantes na metalurgia do aluminio, informações sobre as diversas etapas de fabricação deste importante metal – da obtenção do minério até o produto final —, com linguagem concisa e clara.

A expectativa é que este novo manual se constitua em um instrumento básico de consulta orientação para os profissionais atuais e futuros – dos vários segmentos da indústria do alumínio. O manual Fundamentos do Alumínio e suas Aplicações aborda aspectos relativos à obtenção do aluminio, caracteristicas do metal, ligas, propriedades mecânicas, têmperas, tratamentos térmicos, processos industriais, pnncpais aplicações, desenvolvimento sustentável e Normas Brasileiras sobre o alumínio.

A elaboração desta nova publicação é fruto de mais um trabalho sério e competente dos profissionais que integram a Comissão Técnica da ABAL e sua edição só foi possível graças ao prestígio e confiança dos atrocinadores, aos quais, mais uma vez, a Entidade agradece. Comissão Técnica Associação Brasileira do Alumínio – ABAL Maio/ 2007 3 Charles Martin Hall Paul Louis Héroult Usina hidroelétrica – CBA Escultura em alumínio Bauxita e Alumina Lingotes de alumínio O Metal prmeiros automóvels que já possuíam painéis revestidos de alumínio comercialmente puro.

Entretanto, a resistência limitada do metal comercialmente puro restringia sua aplicação, especialmente quando havia alguma dificuldade nas indústrias metalúrgicas em favor de materiais tradicionais com os quais elas estavam mais familiar üentemente, no início PAGF trabalhar na produção de ligas de alumínio com propriedades mecânicas mais elevadas. Os primeiros experimentos foram através de tentativas e erros, aliados a observações perspicazes, conduzindo a experiências postenores baseadas no aumento do conhecimento dos princípios metalúrgicos fundamentais envolvidos.

O rápido e notável crescimento da importância do alumínio na indústria é resultado de uma série de fatores: é um metal que possui excelente combinação de propriedades úteis resultando numa adequabilidade técnica para um campo extraordinário de aplicações em engenharia; ode ser facilmente transformado, através de todos processos metalúrgicos normais, sendo assim viável à indústria manufatureira em qualquer forma que seja requerida; as atividades de pesquisa desenvolvidas pela própria indústria do alumínio, pelos laboratórios acadêmicos e pelos seus usuarios têm levado a um maior conhecimento das características de engenharia deste metal, além do que técnicas de fabricação, de soldagem e de acabamento têm sido desenvolvidas, fazendo com que o alumínio seja considerado um material que não apresenta dificuldade nas suas aplicações; finalmente, um ator importante na aceitação geral do alumínio tem sido a livre divulgação da indústria quanto às recomendações aos usuários e potenciais usuários do metal.

Isto tem sido feito pelos fabricantes individualmente, por centros de pesquisa e pela ABAL. aumento espetacular no consumo de alumínio é prova do que este metal signiflca na indústria moderna. O aluminio segue o ferro/aço entre os metais de maior consumo anual, sendo o mais importante dos metais não ferrosos. A variedade de usos do alumínio está relacionada com suas características físico- quimicas, co variedade de usos do alumínio está relacionada com suas aracterísticas físico-quimicas, com destaque para seu baixo peso específico, comparado com outros metais de grande consumo, resistência à corrosão e alta condutibilidade elétrica/térmica.

O alumínio foi descoberto por Sir Humphrey Davy em 1 809, tendo sido isolado pela primeira vez em 1825 por H. C. Oersted. Porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um processo industrial econômico de redução. Neste ano, dois cientistas trabalhando independentemente, Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Paul Louis Héroult, na França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico para reduzir a alumina em alumínio. O procedimento Hall-Héroult é o que se usa atualmente e consome cerca de 14,8 kWhcc (médla brasileira) para a produção de um quilo de alumínio primário. O elemento “alumínio” é abundante na crosta terrestre na forma 4 de óxido de alumínio (A1203) e as reservas minerais são quase ilimitadas.

O minério industrial mais importante é a “bauxita”, com um teor de óxido de alumínio entre 35% a 45%; suas jazidas localizam-se principalmente nas regiões tropicais e, no Brasil, concentram-se na área amazônica. O Brasil tem vocação para produção de alumino, pois além da abundante reserva de bauxita o Brasil detém a terceira maior reserva de bauxita do mundo), tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é um insumo primordial para obtenção do alumínio primário através da eletrólise, conforme já mencionado. Quando o alum[nio era ainda uma curiosidade com custo elevado de produção, as primeiras aplicações foram limitadas a trabalhos suntuosos, tais como, estatuetas e placas comemorativas. Então, quando o metal tornou-se disponível em grandes quantidades ( comemorativas.

Então, quando o metal tornou-se disponível em grandes quantidades (embora ainda medido em quilos em vez e toneladas) passou a ser usado na decoração Vitoriana como bandejas e escovas de cabelo ornamentais. No final do Século 19, com o aumento da produção e preços menores, foi gradualmente utilizado em utensílios de cozinha e alguns dos obtenção do alumínio a partir da bauxita efetua-se em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução. A bauxita é extraída, lavada e secada antes de ser enviada à Refinaria onde se produz o alumínio. Pátio de lingotes – Alumar Pátio de lingotes – Albras Obtenção do O processo químico denominado Bayer é o mais utilizado na indústria do aluminio.

Neste processo, a alumina é dissolvida em soda cáustica e, posteriormente, filtrada para separar todo o material sólldo, concentrando-se o filtrado para a cristallzação da alumina. Os cristais são secados e calcinados para eliminar a água, sendo o pó branco de alumina pura enviado à Redução para obtenção de alumínio, através de eletrólise, processo conhecido como Hall-Héroult, já mencionado no Capitulo 1. As principais fases da produção de alumina, desde a entrada do minério até a saída do produto, são: moagem, digestão, filtração/evaporação, precipitação e calcinação. As operações de alumina têm um luxograma de certa complexidade, que pode ser resumido em um circuito báslco simples (Figura 1).

No processo de eletrólise, para obtenção do alumínio, a alumina é carregada de forma controlada, em um eletrólito fundido, formado por sais de criolita e fluoreto de alumínio. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolitica promove a redu ão da alumina, decantando o alum[nio 6 PAGF s OF promove a redução da alumina, decantando o alumínio 6 2 Figura I 7 – Fluxograma básico de uma refinaria Forno de fundição de aluminio Alumina metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. A Figura 2 mostra o diagrama de uma célula de redução e a Figura 3, uma instalação típica de sala de cubas de redução. Em numeros redondos, são necessários 5 kg de bauxita para produzir 2 kg de alumina e 1 kg de alumínio primário.

Figura 2 – Diagrama de uma célula de redução para alumínio primário Os principais insumos para a produção de alumínio primário durante o processo de Redução são indlcados na tabela ao lado: Insumos para a produção de It de aluminio primário Figura 3 – Sala de cubas para redu 30 de alumínio primário esistência mecânica pode ser a liga 6060 . com ±2% de elementos de praticamente dobrada. Aumentos liga) funde-se entre 600DC e 6500C, maiores na sua resistência podem ser enquanto a liga 7075 . com de obtidos com pequenas adições de elementos de liga) funde-se entre outros metais como elementos de liga, 4750C e 6400C. tais como: silício, cobre, manganês, magnésio, cromo, zinco, ferro etc. Como o alumínio puro, as “ligas naoPeso especifico tratáveis” podem também ter sua A leveza é uma das principais resistência aumentada pelo trabalho caracter[sticas do alumínio. Seu peso a frio.

E as “ligas tratáveis” podem ainda specifico é de cerca de 2,70 g/cm3, apresentar aumento de resistência aproximadamente 35% do peso do aço através de tratamento térmico, tanto que e 30% do peso do cobre. Essa hoje algumas ligas podem ter característica, aliada ao aumento da resistência à tração de resistência mecânica por adição de aproximadamente 700 MPa. elementos de liga/tratamentos térmicos, possível obter-se uma grande torna o alumínio o metal de escolha variedade de caracter[sticas para a indústria aeronáutica mecânicas ou têmperas em ligas de e de transportes. 10 Aluminio alumínio, através das várias combinações de trabalho a frio e de ratamento térmico, que serão tratadas em capltulos específicos.

O alumínio e suas ligas perdem parte de sua resistência a elevadas temperaturas, embora algumas ligas conservem boa resistência em temperaturas entre 2000C e 2600C. Em temperaturas abaixo de zero, entretanto, sua resistência aumenta sem perder a ductilidade e a tenacidade, tanto que o alumínio é um metal particularmente utilizado em aplicações a baixas temperaturas. tempo, mesmo em atmosferas industriais, que frequentemente PAGF 7 aplicações a baixas temperaturas. corroem outros metais. É também resistente a vários ácidos. Os ?lcalis estão entre as poucas substâncias que atacam a camada de óxido e, consequentemente, podem corroer o alumínio.

Embora o metal possa seguramente ser usado na presença de certos álcalis moderados com a ajuda de inibidores, em geral o contato direto com substância alcalina deve ser evitado. Algumas ligas são menos resistentes à corrosão do que outras, particularmente certas ligas de elevada resistência mecânica. Tais Ilgas podem ser efetivamente protegidas da maioria das influências corrosivas, através do revestimento das superfícies expostas com uma fina camada de alumínio puro ou ligas de alta esistência à corrosão. A pintura da superfície seria a alternativa mais simples. Uma palavra de alerta deve ser mencionada com relação às características de resistência à corrosão do alumínio.

Contatos diretos com alguns metais devem ser evitados na presença de um eletrólito, caso contrário, a corrosão galvânica do Resistência à corrosão Quando o alumínio líquido é exposto ? atmosfera, forma-se imediatamente uma fina e invisível camada de óxido, a qual protege o metal de oxidações posteriores. Essa característica de autoproteção dá ao alumínio uma elevada esistência à corrosão. A menos que seja exposto a uma determinada substância ou condição agressiva que destrua essa película de óxido de proteção, o metal fica totalmente protegido contra a corrosão. O alumínio é altamente resistente ao Refrigerador de motores Cabos nus de alumínio Folha para embalagem PAGF 8 OF Cobertura de alumínio Transporte de substâncias inflamáveis Características do alumínio pode surgir na região da área de contato.

Quando houver necessidade de se unir o alumínio com esses metais, recomenda-se o isolamento da área com pinturas betuminosas ou materiais isolantes. Na série galvânica, mostrada na tabela ao lado, qualquer material tende a ser corroído através do contato com qualquer outro metal inferior a ele. Apesar da sua baixa posição na série, o aço inoxidável pode ser seguramente acoplado ao aluminio em vários ambientes porque o aço é altamente polarizado. Em ambientes com elevados teores de cloretos, o aço inoxidável pode causar substancial corrosão de contato no alumínio. A adição de outros metais afeta muito pouco o coeficiente de dilatação.

Condutibilidade elétrica O alumínio puro possui resistividade de 0,00000263 ohm/cm3 e condutividade elétrica e 62% da IACS (International Annealed Copper Standard), a qual associada à sua baixa densidade significa que um condutor de alumínio pode conduzir tanta corrente quanto um condutor de cobre que é duas vezes mais pesado e proporcionalmente mais caro. Condutibilidade térmica Essa característica é um importante meio de transferência de energia térmica, tanto no aquecimento, como no resfriamento. Assim, os trocadores ou dissipadores de calor em alumínio são comuns nas indústrias alimentícia, química, petrolifera, aeronáutica, etc. O alumínio é também um excelente efletor de energia radiante devido ao grande alcance dos comprimentos de onda desde os raios ultravioletas, através dos espectros visíveis, até os raios infravermelhos e ondas de calor, tanto quanto ondas eletromagnéticas de rádio e radar. calor, tanto quanto ondas eletromagnéticas de rádio e radar.

O aluminio puro possui uma condutibilidade térmica (k) de 0,53 calorias por segundo por centímetro quadrado por centímetro de espessura por grau Celsius, de forma que sua condutibilidade térmica é 4,5 vezes maior que a do aço doce. A alta condutividade térmica do alumínio é um fator que influencia positivamente eu uso na indústria de alimentos e de produtos químicos. Refletividade O alumínio tem uma refletividade acima de 80%, a qual permite ampla utilização em luminárias. Coberturas de alumínio refletem uma alta porcentagem do calor do Sol, tanto que edificações cobertas com esse material são menos quentes no verão. Propriedade anti-magnética O metal não é magnético sendo freqüentemente utilizado como proteção em equipamentos eletrônicos.

Também não produz faíscas, o que é uma característica muito importante, sendo, dessa forma, bastante utilizado na estocagem de substâncias inflamáveis ou xplosivas, bem como em caminhões-tanque de transporte de 13 Coeficiente de dilatação térmica O alumínio puro possui um coeficiente de dilatação térmica linear de 0,0000238 mm/0C, na faixa de 200C a 1000C. Este coeficiente é aproximadamente duas vezes o do aço. Porém, devido ao baixo módulo de elasticidade do alumínio, induzem-se menores tensões na estrutura do alum[nio, com a variação de temperatura, que na do aço. 12 Folha para conservação de alimentos Sucata reciclada infinitamente Fardos de latas para reciclagem materiais combust[veis, a eeurança em casos de