Análise abrangente de vários materiais comuns de alumínio

Introdução

O alumínio e as ligas de alumínio têm sido amplamente utilizados na indústria moderna e na vida diária devido à sua baixa densidade, alta resistência, boa resistência à corrosão, excelente desempenho de processamento e muitas outras vantagens. 6061-T6, 6063, 7075 e 5083 são alguns dos materiais de alumínio representativos, cada um com características de desempenho exclusivas e adequados para diferentes cenários de aplicação.

Alumínio 6061-T6

Composição química

• Os principais elementos de liga da liga de alumínio 6061 são magnésio (Mg) e silício (Si), e também contém uma pequena quantidade de cobre (Cu), manganês (Mn), cromo (Cr) e zinco (Zn). Entre eles, o magnésio e o silício formam uma fase de fortalecimento Mg₂Si, que desempenha um papel fundamental na melhoria da resistência da liga.

Propriedades físicas

• Sua densidade é de aproximadamente 2,7g/cm³, e possui boa condutividade térmica e elétrica, além de coeficiente de expansão térmica relativamente baixo, o que lhe confere boa estabilidade dimensional em ambientes com grandes variações de temperatura.

Propriedades mecânicas

• Força: No estado 6061-T6, a resistência à tração pode atingir cerca de 310MPa e a resistência ao escoamento é de cerca de 276MPa. Possui alta resistência e pode suportar uma determinada carga.
• Dureza: A dureza Brinell é geralmente em torno de 95HB, o que pode atender aos requisitos de dureza de muitos processamentos mecânicos e aplicações estruturais.
• Dureza: Tem boa tenacidade, não é propenso a fraturas frágeis quando impactado e pode absorver energia com eficácia.

Características de processamento

• Corte: Possui bom desempenho de corte e é fácil de processar utilizando diversos processos de corte convencionais, como torneamento, fresamento, furação, etc., podendo obter bom acabamento superficial.
• Formando: Pode ser processado em diversos formatos de perfis, tubos, barras e placas por meio de processos de conformação como extrusão, forjamento e laminação. Durante o processo de extrusão, possui forte capacidade de deformação e pode produzir produtos com formatos transversais complexos.

Processo de tratamento térmico

• O processo de tratamento térmico T6 inclui tratamento de solução e tratamento de envelhecimento artificial. O tratamento com solução sólida é geralmente realizado em torno de 530°C. A liga é aquecida a esta temperatura e mantida por um certo período de tempo e depois resfriada rapidamente para que os elementos da liga sejam totalmente dissolvidos na matriz de alumínio. Posteriormente, é realizado o tratamento de envelhecimento artificial. A temperatura de envelhecimento é cerca de 180°C e o tempo de envelhecimento é de várias horas. Através do tratamento de envelhecimento, a liga precipita a fase de fortalecimento, melhorando significativamente a resistência e a dureza da liga.

Resistência à corrosão

• 6061-T6 possui boa resistência geral à corrosão e pode manter boa estabilidade na atmosfera, água doce e outros ambientes. A película de óxido formada em sua superfície pode desempenhar um certo papel protetor, mas em alguns ambientes agressivos com ácidos fortes, álcalis ou alta salinidade, pode ocorrer um certo grau de corrosão. O elemento cromo na liga ajuda a melhorar sua resistência à corrosão e faz com que ela resista até certo ponto à corrosão local, como corrosão por corrosão.

Áreas de aplicação

• É amplamente utilizado na indústria aeroespacial, fabricação de automóveis, processamento mecânico, decoração arquitetônica e outros campos. Na indústria aeroespacial, é frequentemente usado para fabricar peças estruturais de aeronaves, peças de trens de pouso, etc.; na área automotiva, pode ser utilizado na fabricação de carrocerias, rodas, etc.; no processamento mecânico, é utilizado na fabricação de diversas peças mecânicas, acessórios de ferramentas, etc.; na decoração arquitetônica, muitas vezes é processado em perfis de portas e janelas, molduras de paredes cortina, etc.

6063 Alumínio

Composição química

• Os principais elementos de liga são o magnésio e o silício. Sua composição química é semelhante à do 6061, mas o conteúdo de cada elemento é ligeiramente diferente. Relativamente falando, o teor de silício em 6063 é ligeiramente superior e o teor de magnésio é ligeiramente inferior.

Propriedades físicas

• A densidade também é de cerca de 2,7g/cm³. Possui boa condutividade térmica e baixo coeficiente de expansão térmica. Possui bom brilho e é fácil de anodizar para obter uma superfície bonita e resistente à corrosão.

Propriedades mecânicas

• Força: A resistência à tração está geralmente entre 200 e 250MPa, e a resistência ao escoamento é de cerca de 180MPa, que é ligeiramente inferior à do 6061-T6.
• Dureza: A dureza Brinell é de cerca de 70HB, o que é relativamente pequeno.
• Dureza: A tenacidade é boa e pode atender a alguns cenários de aplicação que não exigem resistência particularmente alta, mas possuem requisitos de conformabilidade e aparência.

Características de processamento

• Moldagem por extrusão: Possui excelente desempenho de moldagem por extrusão, pode extrusar perfis com formas complexas e alta precisão dimensional e possui excelente qualidade de superfície. É um dos principais materiais para perfis arquitetônicos de alumínio.
• Usinagem: Possui bom desempenho de corte e pode realizar furação, fresamento, rosqueamento e outras operações de processamento. O acabamento superficial após o processamento é alto.

Processo de tratamento térmico

• O processo de tratamento térmico T5 ou T6 geralmente é usado. O tratamento T5 consiste em resfriar diretamente o ar após a extrusão em alta temperatura e, em seguida, realizar o tratamento de envelhecimento artificial; O tratamento T6 consiste primeiro em realizar o tratamento com solução sólida e depois realizar o tratamento de envelhecimento artificial. Após o tratamento térmico, a resistência e a dureza da liga são melhoradas, mantendo boa tenacidade e resistência à corrosão.

Resistência à corrosão

• O material de alumínio 6063 apresenta boa resistência à corrosão na atmosfera, água e alguns ambientes ácidos e alcalinos fracos. Após a anodização, sua superfície pode aumentar ainda mais sua resistência à corrosão e formar uma película de óxido dura e densa, que evita efetivamente a erosão por meios externos e pode ser utilizada por muito tempo na área de decoração arquitetônica, mantendo uma boa aparência.

Campos de aplicação

• Utilizado principalmente na indústria da construção, como portas e janelas de construção, molduras para paredes cortina, faixas decorativas, etc .; também utilizado na fabricação de alguns acessórios para móveis, carcaças de equipamentos eletrônicos e outros produtos com elevados requisitos de aparência e conformabilidade.

material de alumínio 7075

Composição química

• É uma liga de alumínio de alta resistência, tendo zinco (Zn), magnésio (Mg) e cobre (Cu) como principais elementos de liga, e também contém uma pequena quantidade de cromo (Cr) e outros elementos. O zinco e o magnésio formam uma fase de fortalecimento e o cobre melhora ainda mais a resistência e a dureza da liga.

Propriedades físicas

• A densidade é de cerca de 2,81g/cm³, a condutividade térmica é boa, o coeficiente de expansão térmica é relativamente baixo e ainda pode manter uma certa estabilidade de desempenho em ambientes de alta temperatura.

Propriedades mecânicas

• Força: A resistência à tração pode ser tão alta quanto 570MPa ou mais, e a resistência ao escoamento é de cerca de 500MPa. É o de maior resistência entre vários materiais de alumínio e possui capacidade de carga extremamente alta.
• Dureza: A dureza Brinell pode atingir cerca de 150HB, com alta dureza e boa resistência ao desgaste.
• Dureza: Embora a resistência seja alta, a tenacidade é um pouco pior que 6061 e 6063. No entanto, sob condições razoáveis ​​de projeto e uso, ele ainda pode atender aos requisitos da maioria das aplicações de alta resistência.

Características de processamento

• Corte: Cortar é difícil. Devido à sua alta resistência, o desgaste da ferramenta é grave. É necessário usar ferramentas de alta dureza e alta resistência ao desgaste e selecionar razoavelmente os parâmetros de corte para garantir a qualidade e a eficiência do processamento.
• Formando: Pode ser formado por forjamento, laminação e outros processos, mas devido à sua grande resistência à deformação, possui elevados requisitos para equipamentos e processos de processamento.

Processo de tratamento térmico

• Geralmente, o processo de tratamento térmico T6 é adotado, a temperatura de tratamento da solução é de cerca de 470°C e a temperatura de tratamento de envelhecimento é de cerca de 120°C. Ao controlar com precisão os parâmetros do processo de tratamento térmico, pode-se obter a melhor combinação de resistência e tenacidade.

Resistência à corrosão

• A resistência à corrosão do alumínio 7075 é relativamente fraca, especialmente em um ambiente contendo íons cloreto, onde é propensa a ocorrer trincas por corrosão sob tensão. Embora seu alto teor de cobre ajude a melhorar a resistência, reduz até certo ponto a resistência à corrosão. Durante o uso, geralmente é necessário tratamento de superfície especial, como pintura, anodização, etc., para aumentar sua resistência à corrosão, e deve ser evitado tanto quanto possível em condições ambientais propensas à corrosão sob tensão durante o projeto.

Campos de aplicação

• É amplamente utilizado no campo aeroespacial, como vigas de aeronaves, asas, trens de pouso e outros componentes estruturais importantes; na indústria militar, é utilizado na fabricação de peças para armas e equipamentos; na área de equipamentos esportivos de alta qualidade, como quadros de bicicletas e cabeças de tacos de golfe, suas características de alta resistência e leveza são utilizadas para melhorar o desempenho do produto.

material de alumínio 5083

Composição química

• O principal elemento de liga é o magnésio e também contém uma pequena quantidade de manganês (Mn) e outros elementos. O alto teor de magnésio confere à liga boa resistência à corrosão e resistência.

Propriedades físicas

• A densidade é de cerca de 2,66g/cm³, que é relativamente baixo entre esses materiais de alumínio. Possui boa condutividade térmica e elétrica e um coeficiente de expansão térmica moderado.

Propriedades mecânicas

• Força: A resistência à tração pode atingir cerca de 315MPa e a resistência ao escoamento é de cerca de 230MPa. A resistência é alta e pode suportar grandes cargas de tração e flexão.
• Dureza: A dureza Brinell é de cerca de 90HB e pode atender aos requisitos gerais de aplicação de engenharia.
• Dureza: Possui excelente tenacidade, especialmente em ambientes de baixa temperatura, ainda pode manter boa tenacidade e não é fácil de fraturar. É adequado para algumas ocasiões que exigem desempenho em baixas temperaturas.

Características de processamento

• Desempenho de soldagem: O desempenho da soldagem é excelente e uma variedade de métodos de soldagem (como soldagem a arco, soldagem por resistência, etc.) podem ser usados ​​para soldagem. A junta soldada possui alta resistência e boa qualidade de solda. É amplamente utilizado na fabricação de peças estruturais soldadas.
• Corte: Bom desempenho de corte, fácil de processar em peças de vários formatos.

Processo de tratamento térmico

• Normalmente nenhum tratamento térmico é realizado para fortalecer e a resistência é melhorada pelo endurecimento por trabalho. Durante o trabalho a frio, como laminação a frio e trefilação a frio, a resistência da liga aumentará gradualmente, mantendo uma certa plasticidade e tenacidade.

Resistência à corrosão

• O alumínio 5083 possui excelente resistência à corrosão, especialmente em ambientes marinhos e meios contendo íons cloreto. A composição de seus elementos de liga permite formar uma película de óxido estável em sua superfície, resistindo efetivamente à erosão da água do mar, água salgada, etc., e é um material ideal para construção naval, engenharia naval e outras áreas. Mesmo quando exposto a ambientes marinhos agressivos por um longo período, pode manter boa integridade estrutural e estabilidade de desempenho.

Campos de aplicação

• Usado principalmente na construção naval, engenharia naval, vasos de pressão, equipamentos de refrigeração e outros campos. Na construção naval é utilizado na fabricação de estruturas de cascos, conveses, anteparas, etc.; na engenharia naval, pode ser utilizado na fabricação de plataformas offshore, dutos submarinos, etc.; na área de vasos de pressão, devido à sua boa resistência à corrosão e desempenho de soldagem, pode ser utilizado na fabricação de recipientes para armazenamento de diversos líquidos ou gases; em equipamentos de refrigeração, sua tenacidade a baixas temperaturas e resistência à corrosão são usadas para fabricar carrocerias de caminhões refrigerados, painéis de parede para armazenamento refrigerado, etc.

Conclusão

Os quatro materiais de alumínio 6061-T6, 6063, 7075 e 5083 apresentam diferenças óbvias na composição química, propriedades físicas, propriedades mecânicas, características de processamento, processo de tratamento térmico, resistência à corrosão e campos de aplicação. Em aplicações reais de engenharia, é necessário considerar e selecionar de forma abrangente os materiais de alumínio apropriados com base nos requisitos específicos de uso, como resistência, dureza, tenacidade, resistência à corrosão, dificuldade de processamento, custo e outros fatores. Somente desta forma as vantagens dos materiais de alumínio podem ser plenamente utilizadas para atender às necessidades de diferentes áreas e projetos de engenharia e promover o desenvolvimento e o progresso das indústrias relacionadas. Seja no campo de alta tecnologia aeroespacial ou em indústrias comuns, como decoração de edifícios e fabricação de necessidades diárias, esses materiais de alumínio desempenham um papel insubstituível e importante. Com o desenvolvimento contínuo da ciência e tecnologia dos materiais, o seu desempenho será ainda mais otimizado e expandido, e as suas perspectivas de aplicação serão mais amplas.