A maioria das pessoas escolhe o alumínio porque é leve e resiste à corrosão. Mas isso não significa que tenha sempre o desempenho necessário, especialmente em situações de elevada tensão ou calor. Se estiver a conceber peças que exijam maior resistência ou tenacidade, o alumínio não tratado pode não ser suficiente. O tratamento altera a forma como o metal se comporta, tornando-o mais adequado para peças que precisam de durar.
O tratamento térmico não é apenas para o aço. O alumínio também beneficia, especialmente em peças estruturais ou móveis onde a resistência é importante. Eis como funcionam os métodos e porque vale a pena utilizá-los.
O que é o tratamento térmico do alumínio?
O tratamento térmico é um processo em que o alumínio é aquecido e depois arrefecido de uma forma específica. O objetivo é alterar a estrutura interna do metal. Esta alteração afecta a dureza, a resistência e a flexibilidade do metal.
O metal passa por um intervalo de temperatura definido. Depois, é arrefecido a ar, temperado com água ou arrefecido lentamente. Cada método dá resultados diferentes. A escolha depende do tipo de alumínio e do fim a que se destina a peça.
O alumínio tem uma estrutura cristalina no seu interior. Quando se aquece o metal à temperatura correta, os átomos começam a deslocar-se. Manter o metal a essa temperatura permite que ocorram alterações no seu interior.
A seguir, o arrefecimento fixa essas alterações. O arrefecimento rápido, ou têmpera, pode prender os átomos num novo estado. O arrefecimento mais lento permite que os átomos se fixem numa forma estável. O envelhecimento é por vezes adicionado para aumentar ainda mais a dureza e a resistência.
Classificação das ligas de alumínio
As ligas de alumínio existem em muitos tipos. Cada tipo comporta-se de forma diferente, dependendo da forma como é fabricado e como reage ao calor. Conhecer as diferenças ajuda a escolher o material correto para o trabalho.
Ligas de alumínio forjado vs. fundido
As ligas forjadas são fabricadas por laminagem, extrusão ou forjamento. São fortes e têm bons acabamentos de superfície. São utilizadas em produtos como folhas, barras e peças estruturais.
As ligas fundidas são vazadas em moldes. São boas para formas complexas, mas podem ter mais defeitos de superfície. São utilizadas em peças como caixas ou suportes.
As ligas forjadas são frequentemente mais fortes do que as fundidas. As ligas fundidas são melhores para peças com formas pormenorizadas.
Ligas tratáveis termicamente vs. ligas não tratáveis termicamente
As ligas tratáveis termicamente podem ser reforçadas por aquecimento e arrefecimento. Estas incluem as séries 2xxx, 6xxx e 7xxx. Obtêm a sua resistência através de um processo designado por endurecimento por precipitação.
As ligas não tratáveis termicamente não podem ser reforçadas pelo calor. Em vez disso, são endurecidas por trabalho a frio. Isto inclui as séries 1xxx, 3xxx, 4xxx e 5xxx. Estas são frequentemente utilizadas quando não é necessária uma elevada resistência, mas sim resistência à corrosão.
Séries comuns de alumínio e suas caraterísticas
- Série 1xxx: Alumínio puro. Muito macio. Grande resistência à corrosão e condutividade térmica. Não é suscetível de ser tratado termicamente.
- Série 2xxx: Ligas de alumínio-cobre. Alta resistência. Tratáveis termicamente, mas com menor resistência à corrosão.
- Série 3xxx: Alumínio-manganês. Boa conformabilidade e resistência à corrosão. Não tratável termicamente.
- Série 5xxx: Alumínio-magnésio. Forte e resistente à corrosão. Não é suscetível de ser tratado termicamente.
- Série 6xxx: Alumínio-magnésio-silício. Bom equilíbrio entre força e resistência à corrosão. Tratável termicamente.
- Série 7xxx: Alumínio-zinco. Resistência muito elevada. Tratável termicamente mas mais difícil de soldar.
Processos fundamentais de tratamento térmico
Cada método de tratamento térmico altera o alumínio de forma diferente. Alguns tornam-no mais macio para formando. Outros tornam-no mais difícil para nós. A escolha do processo correto depende da função da peça.
anelamento
anelamento amolece o alumínio. Isto torna-o mais fácil de dobrar ou forma sem rachar. Também ajuda a aliviar a tensão deixada pelo tempo frio. Esta etapa é útil antes da moldagem ou maquinagem.
O alumínio é normalmente recozido a temperaturas entre 300°C-410°C (570°F e 770°F). O metal é mantido a essa temperatura e depois arrefecido lentamente. O arrefecimento em forno é comum. Este arrefecimento lento mantém o metal macio.
Tratamento térmico de solução
Nesta etapa, a liga é aquecida até que os elementos de liga se dissolvam. Isto cria uma solução sólida uniforme. Mantê-la à temperatura correta garante uma boa mistura dos elementos.
As temperaturas do tratamento térmico em solução situam-se normalmente entre 475°C-530°C (890°F e 980°F). O metal é embebido a esta temperatura durante várias horas, dependendo da espessura da peça. O controlo preciso da temperatura é fundamental para evitar a fusão ou um tratamento desigual.
Têmpera
Após o tratamento térmico da solução, a peça é arrefecida rapidamente. Este passo retém os elementos dissolvidos no local. A água é o meio mais comum. Também são utilizadas soluções de ar e de polímeros, consoante a liga e a forma da peça.
Algumas ligas arrefecem demasiado lentamente e formam fases indesejadas. Estas ligas são designadas por ligas sensíveis ao arrefecimento. As ligas das séries 2xxx e 7xxx são especialmente sensíveis. O arrefecimento rápido ajuda a manter a estrutura correta para o envelhecimento posterior.
Envelhecimento (endurecimento por precipitação)
Após a têmpera, o envelhecimento torna a liga mais forte. O envelhecimento natural ocorre à temperatura ambiente. O envelhecimento artificial utiliza o calor para acelerar o processo e controlar os resultados.
O envelhecimento natural pode demorar vários dias. O envelhecimento artificial utiliza temperaturas entre 115°C-190°C (240°F e 375°F) durante várias horas. Cada liga tem um tempo e uma temperatura de envelhecimento ideais para obter a melhor resistência.
Métodos especializados de tratamento térmico
Algumas peças de alumínio necessitam de passos adicionais de tratamento para atingirem a resistência ou estabilidade corretas. Estes métodos especiais ajudam a controlar as tensões internas, a melhorar a estrutura ou a afinar a dureza.
Explicação da têmpera T5 e T6
T5 e T6 são tratamentos de têmpera comuns utilizados após o tratamento térmico. T5 significa que a peça é arrefecida a partir de um processo a alta temperatura e depois envelhecida artificialmente. Não é efectuado qualquer tratamento térmico de solução.
T6 significa que a peça passa por um tratamento térmico de solução, têmpera e envelhecimento artificial. Oferece maior resistência do que o T5. O T6 é muito utilizado em peças estruturais, estruturas e componentes que têm de resistir ao stress.
Homogeneização para alumínio fundido
A homogeneização é utilizada principalmente para o alumínio fundido. Reduz a segregação e melhora a uniformidade do metal.
Esta etapa envolve o aquecimento da peça fundida a uma temperatura elevada, imediatamente abaixo do ponto de fusão. Ajuda a equilibrar os elementos de liga que se separam durante a fundição. Este tratamento melhora a forma como o metal responde ao processamento posterior, como extrusão ou maquinagem.
Tratamentos de estabilização e de alívio do stress
A estabilização é utilizada quando as peças são expostas a temperaturas variáveis em serviço. Ajuda a evitar a distorção.
O alívio de tensões elimina as forças internas acumuladas durante a conformação ou a maquinagem. Isto é feito aquecendo a peça a uma temperatura moderada e depois arrefecendo-a lentamente.
Controlo de equipamentos e processos
Um bom tratamento térmico depende da utilização das ferramentas corretas e do controlo rigoroso do processo. Sem isso, os resultados podem ser irregulares ou imprevisíveis.
Fornos e sistemas de aquecimento
A maior parte do tratamento térmico do alumínio é feita em fornos eléctricos ou a gás. Os fornos de lote lidam com cargas individuais. Os fornos contínuos movem as peças através de uma correia ou calha.
A escolha depende do volume, do tamanho da peça e das necessidades de aquecimento. O forno deve aquecer as peças uniformemente e manter a temperatura correta durante todo o ciclo.
Uniformidade e monitorização da temperatura
É fundamental manter toda a carga à temperatura correta. Se uma parte do lote estiver mais fria ou mais quente, o tratamento não funcionará corretamente.
Os termopares e os sistemas de controlo ajudam a verificar e a manter a temperatura. O aquecimento uniforme assegura que cada peça atinge o mesmo nível de resistência e estrutura.
Controlo da atmosfera para evitar a oxidação
Quando o alumínio é aquecido ao ar livre, pode oxidar. Isto cria uma superfície rugosa que pode afetar a resistência ou o aspeto.
A utilização de atmosferas controladas, como o azoto ou o árgon, ajuda a reduzir a oxidação. Em alguns casos, são adicionados revestimentos ou envoltórios de proteção antes do aquecimento.
Melhorias nas propriedades mecânicas e físicas
O tratamento térmico altera o comportamento do alumínio. Aumenta a resistência, mas também pode afetar a facilidade com que o material se dobra, o seu aspeto e a forma como resiste a danos.
Melhorias na resistência e na dureza
O alumínio tratado termicamente pode ser muito mais forte do que as versões não tratadas. Processos como o tratamento por solução e o envelhecimento aumentam a dureza e a resistência à tração.
Isto é útil em peças que suportam cargas, resistem ao desgaste ou precisam de manter tolerâncias apertadas. Séries como 6xxx e 7xxx respondem bem a este tipo de reforço.
Ductilidade e formabilidade após tratamento térmico
Enquanto a resistência aumenta, a ductilidade pode diminuir. Isto significa que o material se torna mais difícil de dobrar ou moldar após o tratamento.
Alguns tratamentos térmicos, como o recozimento, fazem o oposto. Eles tornam o alumínio mais macio e mais maleável. A escolha do processo correto depende do facto de a peça necessitar de ser moldada ou de se manter resistente.
Alterações do acabamento da superfície e da resistência à corrosão
O tratamento térmico pode afetar o aspeto da superfície. Alguns tratamentos podem escurecer ou tornar o acabamento áspero. A têmpera pode deixar marcas ou provocar uma ligeira deformação.
A resistência à corrosão também pode mudar. As ligas da série 2xxx, por exemplo, perdem alguma resistência à corrosão após o tratamento. Outras, como a 5xxx, mantêm uma boa resistência mesmo sem tratamento térmico.
Melhores práticas de tratamento térmico
Obter resultados consistentes do tratamento térmico requer mais do que apenas aquecimento e arrefecimento. Cada passo - antes, durante e depois - deve ser tratado com cuidado.
Parâmetros de tratamento específicos da liga
Cada liga reage de forma diferente ao calor. A temperatura correta, o tempo de imersão e o método de arrefecimento variam consoante a série de ligas.
Por exemplo, o 6061 necessita de cerca de 985°F para o tratamento da solução. O 7075 pode necessitar de um intervalo diferente. A utilização de definições incorrectas pode conduzir a uma fraca resistência ou mesmo a fissuras.
Requisitos de limpeza pré-tratamento
Antes do aquecimento, a superfície deve estar limpa. A sujidade, o óleo e os óxidos podem afetar a forma como o calor flui através da peça.
A limpeza pode ser efectuada com solventes, lavagens alcalinas ou esfregamento mecânico. Em alguns casos, é utilizado um banho de ácido suave para remover os óxidos da superfície.
Manuseamento e armazenamento pós-tratamento
Após a têmpera ou o envelhecimento, as peças devem ser manuseadas com cuidado. Deixá-las cair ou dobrá-las pode criar tensões ou alterar a estrutura do metal.
Armazenar as peças tratadas em ambientes secos e limpos. Evitar empilhar objectos pesados sobre elas.
Conclusão
O tratamento térmico do alumínio é um processo fundamental para melhorar a resistência, a durabilidade e o desempenho. Métodos como o recozimento, o tratamento em solução, a têmpera e o envelhecimento têm cada um o seu objetivo. A escolha do método correto depende da liga, do design da peça e da aplicação.
Precisa de peças de alumínio de precisão com o tratamento térmico correto? Contacte-nos hoje para discutir o seu projeto. Estamos prontos para o ajudar a escolher a melhor solução para as suas necessidades.
Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
