O alumínio é o metal mais comum do planeta, então faz sentido que seja amplamente utilizado na indústria e na produção de peças. Mas será que ele é tão usado só porque é fácil de encontrar? Claro que não! O alumínio é até superior ao aço em termos de relação resistência-peso. Os diferentes graus de ligas de alumínio são flexíveis e fáceis de processar. Portanto, são usados em uma ampla gama de aplicações.
Como mencionado anteriormente, existem diferentes graus de alumínio, cada um com suas próprias propriedades. Portanto, este artigo servirá como um guia para a escolha de um material. Primeiramente, serão descritos os diferentes graus de alumínio metálico, suas aplicações e como funcionam. Além disso, serão descritos os diferentes tipos de usinagem de amostras que podem ser realizados com cada grau de alumínio. Role até o final para aprender como selecionar rapidamente o melhor grau de metal para a fabricação de peças.
Índice
Propriedades do Alumínio
As ligas de alumínio são compostas principalmente de alumínio, mas cobre, zinco, magnésio e silício também são adicionados para aprimorar certas propriedades específicas. Os diferentes graus de ligas de alumínio são baseados em sua composição química, e cada grau tem suas próprias vantagens para diferentes usos. O tipo de liga de alumínio utilizada é muito importante para a prototipagem rápida. Isso ocorre porque afeta a eficácia do protótipo final, seu custo e sua adequação aos requisitos.
- Propriedades físicas. O alumínio puro é um metal muito macio. No entanto, a liga de alumínio é um metal muito forte. Devido à sua densidade relativamente baixa, as ligas de alumínio apresentam a melhor relação resistência-peso entre todos os metais. As ligas de alumínio também são resistentes ao frio e à corrosão.
- Propriedades térmicas e elétricas. O alumínio é um bom material para a fabricação de componentes de troca de calor em automóveis devido à sua alta condutividade térmica. Além disso, diferentes ligas de alumínio podem conduzir e resistir à eletricidade. Portanto, algumas ligas de alumínio podem ser usadas para fabricar fios elétricos, enquanto outras são utilizadas onde a resistividade é necessária.
- Propriedades mecânicas. A resistência à tração do alumínio pode ser alta ou baixa, dependendo do grau de alumínio. Alguns alumínios apresentam resistência à tração de até 100 ksi, enquanto outros chegam a apenas 1,5 ksi.
- Refletância. Se o alumínio for polido, ele pode ficar com uma superfície muito brilhante. Como resultado, as ligas de alumínio são excelentes em refletir energia radiante, uma qualidade desejada em muitas luminárias e acessórios decorativos.
Vantagens e desvantagens do alumínio para fins de usinagem
O alumínio é um metal muito útil que pode ser utilizado de diversas maneiras. Algumas de suas propriedades o tornam muito popular para usinagem. No entanto, assim como todas as outras coisas boas, o alumínio tem vantagens e desvantagens.
Vantagens do Alumínio na Usinagem
Resistência à corrosão
O alumínio não enferruja nem corrói. Uma camada protetora de óxido de alumínio se forma rapidamente na superfície das ligas de alumínio, o que as ajuda a resistir à corrosão causada pelas intempéries. Se o alumínio receber um bom tratamento de superfície e manutenção regular, não sofrerá corrosão, mesmo nos ambientes mais adversos. Devido a essa propriedade do alumínio, ele pode ser usado na fabricação de componentes expostos a condições ambientais adversas.
Baixo custo
O alumínio não tem o menor custo de produção, mas quando se consideram suas vantagens, o custo é bastante baixo. Isso significa que é mais barato do que outros metais com os mesmos benefícios e é a melhor escolha na maioria dos casos.
Forte e leve
O alumínio é o metal com a melhor relação resistência-peso e, portanto, muito resistente. Por isso, pode ser usado onde é necessária resistência extra. A alta relação resistência-peso indica que essa resistência não se dá em detrimento do peso. Ligas de alumínio são usadas em peças mecânicas que precisam ser o mais leves possível, mas ainda assim muito resistentes. Isso ocorre porque as ligas de alumínio são quase três vezes mais densas que o aço.
Reciclabilidade
O alumínio pode ser reciclado inúmeras vezes. Além disso, é mais fácil de reciclar do que muitos outros metais, o que o torna uma boa escolha para o meio ambiente.
Pode ser usado para fabricação rápida de moldes
Um método de produção chamado ferramentaria rápida tornou-se popular, pois economiza custos e reduz os prazos de entrega. O alumínio é um material comumente usado na fabricação rápida de moldes. As ligas de alumínio são fáceis de formar e não custam muito. As razões pelas quais os fabricantes o preferem são óbvias.
Não há necessidade de manutenção excessiva
As peças de alumínio mantêm sua qualidade e desempenho mesmo nas piores condições. Portanto, são uma boa escolha para peças cuja manutenção é difícil regularmente. Além disso, o alumínio também suporta temperaturas extremamente baixas sem quebrar ou rachar.
Personalizável
Como o alumínio é fácil de trabalhar, ele pode ser moldado em praticamente qualquer formato. Além de pintar bem, sua superfície também retém bem a maioria dos acabamentos.
Desvantagens do Alumínio na Usinagem
- Fácil condutividade. Isso é tanto uma vantagem quanto uma desvantagem, dependendo de onde é usado. No entanto, significa que ligas de alumínio não podem ser usadas em certas aplicações onde a resistência elétrica é importante.
- Baixo ponto de fusão. Como o alumínio tem um ponto de fusão baixo, não é adequado para uso em locais com altas temperaturas. No entanto, existem algumas ligas de alumínio que podem resolver esse problema.
Graus de liga de alumínio
Existem dois tipos principais de ligas de alumínio: ligas forjadas e ligas fundidas.
Ligas Forjadas
Em sua maioria, esses tipos de ligas de alumínio são mais resistentes do que os metais fundidos. Eles também utilizam o método de quatro dígitos, mas sem vírgula decimal. O primeiro dígito indica o elemento de liga primário, assim como o nome do ferro fundido. Se não for zero, o segundo dígito indica que a liga mudou, e os dois últimos números indicam a qual liga da série ela pertence. Abaixo está uma lista das sete séries de ligas de forjamento:
Série 1xxx
Essas ligas de alumínio são às vezes chamadas de "alumínio puro" porque devem conter pelo menos 99% de alumínio. Não são muito resistentes, mas os mecânicos optam por utilizá-las. Isso ocorre porque não enferrujam e são bem energizadas. Também é possível soldá-las, mas o mecânico deve ter muito cuidado, pois têm um ponto de fusão muito baixo.
Série 2xxx
O cobre é o principal elemento que compõe esta série. O melhor método para tratar esses metais é o tratamento térmico por solução sólida. Como resultado, as ligas desta série são muito fortes e duras, mas não tão resistentes à corrosão quanto as outras séries. Por esse motivo, quando é necessário usar essas ligas em áreas propensas à corrosão, o maquinista geralmente as pinta ou aplica uma camada de metal que não enferruja.
Série 3xxx
O manganês é o principal elemento que compõe essas ligas. Elas não são muito fortes, mas têm ótima resistência ao calor e à ferrugem. Isso as torna ideais para uso como utensílios de cozinha. Essas séries de alumínio são comumente usadas em usinas de energia e automóveis para peças de reposição.
Série 4xxx
As ligas da série 4xxx são utilizadas como metais de adição em soldagem devido ao seu baixo ponto de fusão. Nessas séries, o metal é feito de uma mistura de alumínio e silício.
Série 5xxx
Essas ligas de alumínio não podem ser aquecidas, mas apresentam a maior resistência à tração. Seu principal elemento de liga é o magnésio. Como resultado, não enferrujam e são fáceis de soldar, o que as torna uma boa escolha para veículos navais e componentes de equipamentos. Além disso, sua resistência à tração máxima está entre 18 ksi e 51 ksi.
Série 6xxx
As ligas desta série apresentam boa resistência à corrosão. Sua resistência máxima à tração está entre 18 ksi e 58 ksi. Magnésio e silício são os principais elementos de liga nesta combinação de ouro. Essas ligas são usadas para revestimentos de metais propensos à corrosão. Esses metais também contêm magnésio e silício, resultando em siliceto de magnésio. Este material pode ser aquecido em solução, tornando-o mais resistente.
Série 7xxx
O zinco é o principal elemento de liga nessas ligas de alumínio. Elas apresentam a maior resistência à tração entre todas as ligas de alumínio, com resistências à tração variando de 32 a 88 ksi. Esse tipo de metal é usado por mecânicos para fabricar ferramentas e engrenagens sujeitas a tensões mais elevadas, como equipamentos esportivos e aeroespaciais. Além do alumínio, outros metais, como o cobre, podem ser adicionados para alterar o funcionamento do alumínio forjado.
Ligas fundidas
Essas ligas podem ser tratadas com ou sem calor. Elas utilizam o método de quatro dígitos, com uma vírgula decimal antes do último dígito. O primeiro número indica os principais elementos que compõem o metal. Os dois números seguintes indicam o tipo de material e o número após a vírgula indica se se trata de um lingote ou de uma peça fundida.
Diferenças entre ligas forjadas e fundidas
- A resistência à tração das ligas fundidas é geralmente menor do que a das ligas forjadas devido à dificuldade de eliminar defeitos durante a processo de fundição.
- Pelo mesmo peso, ligas fundidas custam menos que ligas forjadas.
- Ligas de alumínio forjado são mais fáceis de usinar do que metais fundidos.
- Peças feitas de ligas de alumínio forjado podem ter um acabamento superficial melhor do que peças feitas de metal fundido.
Tipos comuns de alumínio
Alumínio 6061-T6
Esta liga de alumínio pertence à série 6xxx, como você pode perceber pelo nome. Como o segundo algarismo é zero, sabemos que esta liga é alumínio industrial com uma variedade de impurezas. Os dois últimos algarismos, 61, indicam a composição deste metal: 97,9% de alumínio, 0,6% de silício, 1,0% de magnésio, 0,2% de cromo e 0,28% de cobre.
Neste caso, T6 indica tratamento térmico de solução e envelhecimento. São necessários 40 ksi para esticar o alumínio 6061 e 45 ksi para separá-lo completamente. Isso significa que o metal é muito forte e pode ser usado em estruturas de construção. O alumínio 6061 não enferruja. É usado principalmente na fabricação de peças automotivas, trocadores de calor e eletrônicos.
Alumínio 7075-T6
O número de série do alumínio 7075, 7xxx, indica que o zinco é seu principal elemento de liga e que este metal possui alta resistência à tração. É composto principalmente de alumínio (90%), zinco (5,6%), manganês (2,5%), cobre (1,6%) e manganês (0,23%). O alumínio 7075 é uma das ligas de alumínio mais fortes e leves. Possui densidade de 2,81 g/cm³ e resistência à tração máxima de 83 ksi. Além disso, o número T6 significa que é tratado termicamente. Este metal é comumente utilizado na fabricação de engrenagens de máquinas-ferramentas e componentes de aeronaves.
Alumínio 5052
O alumínio 5052 é bastante forte e possui excelente resistência à corrosão. Por não conter cobre, é muito útil em aplicações em água salgada. Como este metal pertence à série 5xxx, não pode ser aquecido e sofrer alterações de forma. Esta liga é comumente usada na fabricação de peças para ferramentas marítimas.
Alumínio 6063
O alumínio 6063, também conhecido como alumínio decorativo, é uma liga de alumínio feita de magnésio e silício. Esta liga é moderadamente forte e dúctil, tornando-a ideal para a fabricação de moldes. É altamente resistente à corrosão e pode ser usado em ambientes externos devido ao seu baixo teor de cobre e siliceto de magnésio. O metal usado na fabricação dessas peças pode ser usado em materiais de construção, tubos e móveis.
Como escolher o tipo certo de alumínio?
Você pode escolher diferentes graus de alumínio. Diferentes graus de alumínio têm propriedades diferentes, como soldabilidade, resistência mecânica e resistência à corrosão. Você pode escolher o grau de alumínio com base nas características importantes que você precisa para o seu caso de uso. Antes de tomar uma decisão, considere os seguintes pontos.
Compreendendo sua classificação de usinabilidade
Classificar a facilidade de usinagem de uma liga de alumínio dará uma ideia de quão bem a liga funcionará em uma máquina CNC. Uma liga de alumínio fácil de usinar é fácil de cortar e dar acabamento. Como resultado, ela pode ser usada para fabricar peças complexas de máquinas. Por exemplo, o alumínio de 2011 é muito fácil de usinar.
Custo e disponibilidade
Uma das considerações mais importantes ao escolher um tipo de alumínio para um trabalho é o custo da liga. Uma etapa importante no início do processo de produção é encontrar a adequação entre o custo-alvo e as melhores propriedades nessa faixa de preço. Quanto à disponibilidade do tipo de alumínio metálico selecionado, isso também depende do seu preço. A disponibilidade também é muito importante, pois ligas de alumínio raras e difíceis de obter podem atrasar o processo de produção.
Quão prático é isso?
Isso se refere à facilidade de moldar uma determinada liga de alumínio. Ligas com alta ductilidade são fáceis de trabalhar e são usadas principalmente onde a resistência à fadiga é necessária, como em componentes de aeronaves.
Pode ser soldado?
É importante considerar a soldabilidade de uma liga se a peça fabricada precisar ser soldada a outras peças. Se for necessário soldar, o alumínio 3003 é uma boa escolha.
Resistência à corrosão
O local onde a peça será utilizada determina se ela precisa ser resistente à corrosão. Por exemplo, peças usadas em ambientes químicos ou marítimos devem ser altamente resistentes à corrosão.
Pode ser tratado termicamente?
A têmpera do alumínio envolve aquecê-lo a temperaturas muito altas ou muito baixas. Esse processo, chamado tratamento térmico, torna o alumínio mais resistente. Observe quais séries de ligas de alumínio podem ser aquecidas e quais não.
Quão forte é?
A quantidade de força que uma liga pode suportar antes de se deformar depende de sua resistência. É natural usar alumínio de alta resistência em peças submetidas a altas forças.
Dependendo do projeto, você também pode precisar usar aço. Então, como escolher o tipo certo de aço? Você pode consultar o Guia de seleção de aço inoxidável 304 e 316 para ajuda profissional.
Diferentes usos do alumínio
O alumínio tem diversas aplicações em diferentes setores. A seguir, algumas das áreas onde produtos e peças de alumínio são comumente utilizados:
Área Médica
Peças e produtos de alumínio são muito comuns em indústrias que exigem limpeza e biocompatibilidade. Instrumentos médicos, como instrumentos cirúrgicos e ortopédicos, são feitos de diferentes tipos de alumínio. Além disso, o alumínio é um componente importante de alguns itens do dia a dia, como bandejas e baldes.
Aeroespacial
Os materiais usados na construção de aviões devem ser leves e resistentes. O alumínio é ideal para essa tarefa devido à sua leveza e alta resistência. Por isso, pode suportar o mesmo peso que metais mais fortes. Além disso, como o alumínio é altamente resistente à corrosão, ele pode ajudar a proteger os aviões contra danos quando expostos a condições climáticas adversas.
Indústria Elétrica
Ligas de alumínio são sempre utilizadas por empresas que fabricam eletrônicos de consumo devido à sua excelente condutividade térmica. Componentes elétricos, como radiadores e componentes de resfriamento para sistemas gráficos, utilizam ligas de alumínio.
Indústria automotiva
Os melhores automóveis devem ser leves, duráveis e ecologicamente corretos. As ligas de alumínio podem alcançar esse objetivo, pois são um material leve e resistente. Portanto, os carros podem ser flexíveis e resistentes. Além disso, as peças de alumínio podem ser recicladas, o que torna os carros com peças metálicas de alumínio mais ecologicamente corretos.
Conclusão
O alumínio é um metal muito flexível que muda suas qualidades quando misturado a outros elementos. Diferentes tipos de alumínio também são adequados para diferentes negócios devido às suas diferentes propriedades. No entanto, com a grande variedade de ligas de alumínio disponíveis, pode ser difícil decidir qual liga de alumínio usar no projeto da sua amostra.
Na Yonglihao Machinery, podemos ajudá-lo escolha o melhor material para o seu trabalho de usinagem. Entre em contato conosco hoje mesmo e nós o ajudaremos na seleção do seu material. Ao selecionar materiais, também é importante entender as propriedades das diferentes ligas e como elas se comportam em diferentes aplicações. Você pode consultar Aço inoxidável 316 e 316L em prototipagem rápida para informações mais especializadas.