CAPÍTULO 3 – TRATAMENTOS TÉRMICOS EM LIGAS DE ALUMÍNIO
Os tratamentos térmicos têm como finalidade causar modificações nas propriedades dos materiais pela alteração do tipo e proporção das fases presentes, pela variação da morfologia dos microconstituintes ou pela variação da concentração e distribuição de defeitos cristalinos. Segundo Pieske (1988), uma grande variedade de ligas é suscetível de ter suas propriedades aprimoradas por meio de tratamentos térmicos.
3.1 – DESIGNAÇÕES DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS DE LIGAS DE ALUMÍNIO
A têmpera é uma condição aplicada ao material ou liga através de deformação plástica a frio ou de tratamento térmico, propiciando estrutura e propriedades mecânicas características (CALLISTER, 2002).
Ainda que a resistência original possa ser aumentada agregando-se certos elementos, as propriedades mecânicas das ligas, com exceção de algumas ligas para fundição, não dependem apenas da sua composição química. Semelhante a outros metais, o alumínio e suas ligas endurecem e
aumentam sua resistência quando trabalhados a frio. Além disso, algumas ligas de alumínio possuem a valiosa característica de responder ao tratamento térmico, adquirindo resistências maiores do que as que podem ser obtidas apenas através do trabalho a frio (ABAL, 2004). Assim, as ligas de alumínio são divididas em dois grupos: aquelas que são tratadas termicamente, proporcionando-lhes maior resistência, e as que não são tratadas termicamente, cuja resistência só pode ser aumentada através do trabalho a frio.
De acordo com a ABAL (2004), as ligas tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer tratamento térmico para o aumento da resistência mecânica. As ligas não-tratáveis termicamente podem ser submetidas a outros tratamentos térmicos como o de estabilização e recozimentos plenos ou parciais. As têmperas são classificadas conforme a NBR 6835 e de acordo com os processos aos quais são submetidas, como apresenta a tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Designação das Ligas de Alumínio.
F Como fabricada: Aplica-se aos produtos obtidos através de processos de conformação em que não se emprega qualquer controle especial sobre as condições térmicas ou de encruamento.
O Recozida: Aplica-se aos produtos acabados, no estado em que apresentam o menor valor de resistência mecânica.
H
Encruada: Aplica-se aos produtos em que a resistência mecânica foi aumentada por deformação plástica a frio e, que podem ou não, ser submetidos a um recozimento complementar para produzir amolecimento parcial ou a um processo de estabilização. É utilizado para as ligas não-tratáveis termicamente. A letra “H” deverá sempre ser seguida de dois ou mais dígitos.
T Tratada termicamente: Aplica-se aos produtos que sofrem tratamento térmico com ou sem deformação plástica complementar. A letra “T” deve ser seguida de dígitos que indicam a seqüência dos processos básicos realizados: tratamentos térmicos ou deformações plásticas.
Fonte: ABAL (2004).
Como vimos, as designações H e T são seguidas de números que indicam mais detalhes sobre o tratamento que a liga recebeu. Para as ligas fundidas, tratadas termicamente tem-se, como mostra a tabela 3.2:
Tabela 3.2 – Designação dos Tratamentos térmicos das Ligas Fundidas.
T2 Liga recozida (aplicada somente para ligas fundidas).
T4 Liga solubilizada e precipitada à temperatura ambiente (envelhecida naturalmente).
T5 Precipitada artificialmente sem prévia solubilização. T6 Solubilizada e precipitada artificialmente.
T7 Solubilizada e estabilizada (por tratamentos de superenvelhecimento). Fonte: CALLISTER (2002).
Estes símbolos (T2 a T7) designam um conjunto definido de tratamentos térmicos para se obter propriedades mecânicas especificadas. Os símbolos não definem a temperatura e o tempo de tratamento térmico, e esses podem ser mudados conforme a conveniência, desde que as propriedades mecânicas finais obedeçam às especificações correspondentes (CALLISTER, 2002).
A maioria das ligas de alumínio fundidas podem ter suas propriedades mecânicas, estabilidade dimensional ou resistência à corrosão, melhoradas por meio de tratamentos térmicos, que têm por objetivo remover ou reduzir as segregações e controlar certas características metalúrgicas. O tipo de tratamento térmico a ser realizado depende, muitas vezes, das propriedades desejadas na peça fundida (VERRAN, 2005).
É freqüente em ligas de alumínio a aplicação de uma seqüência de dois tratamentos térmicos: solubilização e precipitação (BRADASHIA, 1988).
Segundo Coutinho (1980), a solubilização é um tratamento térmico, cíclico, preliminar que visa dissolver totalmente as fases microscópicas, simples ou intermediárias, presentes na matriz de uma liga pelo aquecimento a temperaturas elevadas e em seguida, resfriadas tão rapidamente para que se mantenha uma estrutura monofásica supersaturada, metaestável. Esse tratamento é típico para ligas que serão endurecidas por precipitação (também chamado de envelhecimento).
O endurecimento por precipitação é um tratamento térmico muito importante das ligas não-ferrosas, sendo utilizado tanto em ligas trabalhadas como em ligas fundidas. A condição necessária para que ocorra a precipitação é a existência de uma solução sólida supersaturada que é conseguida através da solubilização (VERRAN, 2005).
Nos tratamentos de precipitação, a escolha das variáveis temperatura e tempo deve ser feita com cuidado, pois os ciclos devem permitir obter combinações desejadas de propriedades mecânicas, elétricas ou da resistência à corrosão (PIESKE, 1988).
De um modo geral, o tratamento térmico de ligas de alumínio fundidas (tratáveis termicamente), consta então de duas partes (BRADASCHIA, 1988):
1. Tratamento de Solubilização: Aquecimento à temperatura da ordem de 480oC a 540oC, seguido de resfriamento em água.
2. Tratamento de Precipitação (ou envelhecimento artificial): A temperaturas variando de 150oC a 300oC.
De acordo com Callister (2002), no tratamento térmico de solubilização, todos os átomos de soluto são dissolvidos para formar uma solução sólida monofásica. Uma liga com composição C0 está apresentada na figura 3.1, a
solubilização consiste em tratar a liga até uma temperatura dentro do campo de fases α, neste caso T0, e aguardar até que toda fase β que possa ter estado
presente seja completamente dissolvida. Neste ponto, a liga consiste em apenas uma fase α, cuja composição é C0. Depois, é realizado um resfriamento
rápido até a temperatura T1, indicada no diagrama. Para um grande número de
ligas a temperatura T1 é a temperatura ambiente. Esse procedimento é
efetuado a fim de que qualquer difusão e a conseqüente formação de qualquer fração da fase β sejam evitadas. Assim, uma situação com ausência de equilíbrio é adquirida, onde somente a solução sólida α, supersaturada com átomos de B, está presente à temperatura T1.
Figura 3.1 – Diagrama de fases hipotético A-B. Fonte: CALLISTER (2002)
No sistema Al-Cu pode-se observar uma grande região de solubilidade sólida (figura 3.2). O limite máximo de solubilidade sólida é de 5,65% de Cu em Al, o que propicia que as ligas desse sistema sejam tratadas termicamente através de solubilização (VERRAN, 2005).
Fonte: GEMELLI (2001).
Uma liga com 4% de cobre resfriada sob condições normais de equilíbrio vai tender a apresentar uma microestrutura com formação de precipitados de Al2Cu em uma matriz de solução sólida Al α. Dependendo das condições de
resfriamento, esses precipitados serão mais (ou menos) grosseiros; quanto mais lento o resfriamento mais grosseiros serão esses precipitados (VERRAN, 2005).
Submetendo essa liga a um ciclo de aquecimento durante um período razoável de tempo dentro dessa região de máxima solubilidade sólida, serão propiciados mecanismos de difusão que farão com que o cobre entre em solução sólida dentro do reticulado cristalino do alumínio, eliminando assim, todo e qualquer precipitado presente no material (CALLISTER, 2002; VERRAN, 2005).
Como resultado tem-se uma estrutura monofásica composta apenas por grãos de solução sólida α. Em seguida é realizado resfriamento rápido para que essa condição se mantenha. Obtém-se assim, uma solução sólida supersaturada, ou seja, uma condição que não é estável (metaestável). Submetendo-se esse material a longos ciclos de aquecimento a temperaturas mais baixas, ocorrerá precipitação de Al2Cu extremamente finos e dispersos
dentro da matriz de solução sólida (CALLISTER, 2002; COUTINHO, 1980; VERRAN, 2005). A figura 3.3 apresenta a seqüência de tratamentos.
Figura 3.3 – Tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento. Fonte: VERRAN (2005).
3.3 – CONSIDERAÇÕES
Como visto, as ligas de alumínio são submetidas a uma variedade de tratamentos térmicos durante a sua produção. Esses tratamentos visam a vários fins, desde ao aquecimento necessário na manufatura, como também ao controle das propriedades. Deve-se, entretanto, salientar que além das propriedades mecânicas, há outras propriedades que podem igualmente ser modificadas, como por exemplo, propriedades elétricas, magnéticas e resistência à corrosão (PIESKE, 1988).
Tendo em vista a diversidade de benefícios possíveis de obter pelo tratamento térmico, esta técnica é de grande valor na atividade industrial.
