Mecanismos de endurecimento das ligas metálicas e alumínio

1) Mecanismos de endurecimento das ligas metálicas

Resposta:

• Precipitação: partículas extremamente pequenas e uniformemente dispersas formam uma segunda fase na matriz e atuam como reforço, impedindo o movimento de discordâncias.
• Redução do tamanho do grão: um maior número de contornos de grão dificulta a movimentação das discordâncias; grãos menores tendem a aumentar a resistência (relacionamento Hall–Petch).
• Tratamento térmico por solubilização: todos os átomos de soluto são dissolvidos na solução sólida durante alta temperatura; resfriamento e envelhecimento controlados permitem formação de precipitados que endurecem a liga.
• Encruamento (trab. a frio): aumento da resistência por deformação plástica realizada à temperatura ambiente, devido ao acúmulo de discordâncias.
• Solução sólida: quando as propriedades mecânicas de um sólido são modificadas pela introdução de átomos de soluto que se acomodam na rede (substitucionais ou intersticiais), dificultando o movimento das discordâncias.

2) Ligas encruáveis vs. ligas tratáveis termicamente

Diferença:

• Ligas tratáveis termicamente: sua resistência pode ser aumentada por tratamentos térmicos (solubilização + envelhecimento, têm resposta ao tratamento térmico).
• Ligas encruáveis: o aumento da resistência ocorre exclusivamente por trabalho a frio (encruamento); não respondem significativamente a tratamentos térmicos para endurecimento.

3) Deformação por deslizamento e por maclagem

Deformação por deslizamento: é dada pela movimentação das discordâncias através dos planos de escorregamento; o movimento é comparável ao deslocamento em série, semelhante ao movimento de uma lagarta. Esse mecanismo permite grande ductilidade em baixas temperaturas.

Deformação por maclagem: ocorre o aparecimento de maclas de deformação, em que os átomos de um lado do plano ficam em posição de espelho em relação aos átomos do outro lado; é um mecanismo típico em materiais com baixa mobilidade de discordâncias ou em certas orientações cristalográficas.

4) Precipitados coerentes e incoerentes; envelhecimento Al–Cu

Precipitado coerente: apresenta baixa energia de interface e mantém uma relação de orientação com a matriz (as redes cristalinas têm orientação compatível), causando deformação elástica local da matriz.

Precipitado incoerente: precipitado e matriz apresentam diferentes estruturas cristalinas e não há relação de orientação; a interface é de alta energia e não impõe a mesma deformação na matriz.

Mecanismo de endurecimento por envelhecimento na liga Al–Cu:

1. Em temperaturas de envelhecimento baixas formam-se os precipitados GP1 (pré-precipitados), que são agrupamentos de átomos de Cu que se separam da solução sólida formando placas ou discos com interface coerente.
2. Com temperaturas um pouco maiores surgem os precipitados GP2, associados a aumento notável da dureza devido à interface coerente (máxima dureza no gráfico).
3. Após a máxima dureza, forma-se a fase θ' (semi-coerente) com a matriz; como a rede está menos deformada localmente, ocorre queda da dureza.
4. Com aumento adicional do tempo ou da temperatura de tratamento, as fases podem decompor-se formando a fase θ (theta) totalmente incoerente; nessa fase a interface não deforma a matriz e a dureza é menor.

Gráfico esquemático da variação da tensão de escoamento (ou dureza) com o tempo de envelhecimento:

5) Principais características das ligas de alumínio e aplicações

Características:

• Elevada resistência à corrosão (formação de filme passivo de óxido).
• Boa condutividade térmica e elétrica (embora menor que a do cobre, é significativa).
• Baixa densidade — razão força/peso favorável.

Aplicações: devido às características acima, o alumínio é amplamente usado em automóveis, embarcações, aviões, estruturas leves, trocadores de calor, carcaças e componentes elétricos.

6) Por que se diz que o alumínio tem maior condutividade térmica que o cobre?

Correção importante: o cobre possui condutividade térmica intrínseca maior que a do alumínio. No entanto, em algumas aplicações o alumínio é preferido por reprojetos que aproveitam sua menor densidade, custo e resistência à corrosão. A oxidação do cobre pode afetar a transferência de calor em condições específicas (se a superfície oxidada aumentar a resistência térmica à interface), mas isso não muda a condutividade térmica intrínseca do cobre, que é superior. Assim, afirmar que o alumínio tem maior condutividade que o cobre é incorreto sem contextualização.

7) Ao que se atribui a resistência à corrosão do alumínio?

O alumínio forma uma camada fina e aderente de óxido (Al2O3) na sua superfície por oxidação natural. Essa película passiva protege o metal subjacente do contato direto com o oxigênio e outros agentes corrosivos, reduzindo a taxa de corrosão.