Avdeling C

A fonte de alumínio empregada para obtenção das amostras foram latas de alumínio e cabos elétricos em cobre. A contribuição de alumínio para as amostras foram provenientes da liga 3004, de larga aplicação industrial, utilizada na fabricação do corpo da lata de acondicionamento de bebidas. Apresentando composição química que está listada na Tabela 3 logo abaixo:

Tabela 3 – Composição química da liga 3004 empregada em latas de bebidas.

Fonte: Adaptado de ASM Handbook (1992).

De acordo com Barbosa (2014) ao contrário das ligas Al-Cu, as ligas Al-Mn da série 3XXX não são endurecíveis por precipitação, ou seja, não apresentam ganho de dureza diante a algum tratamento térmico. Sendo que em ligas dos sistemas Al-Cu 2XXX e Al-Mg- Si 6XXX o magnésio é usado como elemento minoritário que, de modo geral aumenta a resistência mecânica das ligas trabalhadas, por meio de endurecimento por solução sólida ou formação de fases intermetálicas. A liga 3004 combina o endurecimento por dispersão com o

endurecimento por solução sólida devido à presença do magnésio. Possuindo algumas das propriedades descritas na tabela abaixo:

Tabela 4 – Propriedades mecânicas: Ligas da série 3XXX (Al-Mn).

Fonte: Barbosa (2014).

Entretanto, as latas empregadas, não são constituídas completamente pelo mesmo material em sua fabricação, o emprego das ligas, como por exemplo, a 5082 e 5182 da série 5XXX, segundo a AA, são classificadas como ligas Al-Mg, o magnésio contido permite as ligas da classe manterem um elevado nível de ductilidade, excelente resistência à corrosão e soldabilidade. Constituem um grupo de ligas de alumínio não tratáveis termicamente, pois não é evidenciado o aumento de dureza por tratamento de solubilização e envelhecimento. No entanto ocorre ganho de dureza por meio de solução sólida e encruamento.

Na literatura temos para a liga 5182 dados de composição química para enquadramento nesta liga, listado na Tabela 5 a seguir:

Tabela 5 – Composição química da liga 5182 empregada em tampas e anéis de latas de bebidas.

Fonte: Adaptado de ASM International (1992).

Abaixo segue agrupado algumas propriedades das ligas da série 5XXX incluindo as presentes neste trabalho:

Tabela 6 – Propriedades mecânicas: Ligas da série 5XXX (Al-Mg).

Fonte: Barbosa (2014).

Na fusão das ligas de alumínio das classes 3XXX e 5XXX os componentes listados anteriormente se difundiram na matriz dessa nova mistura, logo para chegarmos à obtenção de uma liga de alumínio similar a classe 2XXX, temos que incluir na liga o elemento cobre em uma estequiometria calculada para os fins desejados neste trabalho.

Smith (2003) cita que todas as ligas comerciais de alumínio trazem como impurezas, ferro e silício principalmente, pois, estes constituintes possuem insolubilidade na

matriz metálica. Esses elementos formam fases intermetálicas FeAl3, Fe3SiAl12, FeSiAl8(α),

FeSiAl5(β) e Fe2Si2Al9, de diferentes tamanhos, formas e distribuição. Entretanto Barbosa

(2014) relata que estas fases normalmente só prejudicam as propriedades da matriz quando são grosseiras, alongadas e concentradas nos contornos de grão.

Para esta finalidade e buscando ainda manter uma forma secundária de obtenção, o cobre obtido teve origem de cobre eletrolítico usado em cabos elétricos. Barbosa (2014) utilizou o sistema da Copper Development Association (CDA), que também é adotado pela American Society for Testing and Materials - ASTM, que divide as ligas de cobre segundo a classificação apresentada a seguir na Tabela 7:

Tabela 7 – Classificação das ligas de cobre.

Fonte: Barbosa (2014).

O Cobre utilizado proveniente de cabos elétricos é o cobre eletrolítico (ETP ou C110), para se enquadrar nesta classificação, deve apresentar cerca um teor mínimo de cobre em cerca de 99,90% e teor controlado de oxigênio. Barbosa (2014) relata que a norma ASTM B224 estabelece um teor de oxigênio na faixa de 0,02% e 0,07%, que depende também do teor de enxofre e impurezas, sendo o restante constituído de cobre.

O PF do cobre é 1083ºC bem maior comparado ao do alumínio, mas em solução fundida este valor é mais baixo, sendo que para a obtenção da liga desejada neste trabalho, devido ao tamanho e área superficial em que foi colocado na solução fundida de ligas de alumínio, este se dissolveu em breve agitação do metal fundido.

Quanto à caracterização do cobre eletrolítico, Barbosa (2014) descreve que este possui fases estabilizadas indicadas no diagrama Cu-O. No intervalo de composição química

de interesse comercial, a liga sofre uma reação eutética a 1066ºC para um teor de oxigênio de 0,39%, formando na etapa pós-resfriamento, a fase α e Cu2O. A estrutura fundida é

constituída de dendritas da fase α com segregação da fase eutética de cobre e Cu2O nos

contornos de grão, mas devido a intensas deformações plásticas dos processos de fabricação dos produtos finais, pode apresentar óxidos de forma isolada na estrutura, sendo que este efeito é considerado pequeno nas propriedades mecânicas.

3.5 – Ligas de Alumínio – Cobre – Magnésio

Sendo as ligas desta classe passíveis de endurecimento por precipitação, Smith (2003) classificou a liga 2014 com 4,4% Cu, 0,5% Mg, 0,8% Mn e 0,8% Si, foi desenvolvida para ser uma liga mais sensível ao envelhecimento artificial em relação a liga 2017. A liga 2024 com 4,5% Cu, 1,5% Mg e 0,6% Mn, foi originalmente desenvolvida como uma liga envelhecida artificialmente, com alta resistência, em substituição ao uso da liga 2017. O aumento da resistência é obtido pelo acréscimo de Mg nesta liga, em torno de 0,5 a 1,5%.

Tabela 8 – Composição química e aplicações de liga Al-Cu-Mg.

Fonte: Adaptado de Smith (2003).

Ainda segundo Smith (2013) os detalhes dos processos de precipitação das ligas Al-Cu-Mg não são entendidos. Barbosa (2014) explica que essas ligas apresentam razoável endurecimento quando mantidas por tempos relativamente longos em temperatura ambiente. A sequência geral de precipitação é indicada abaixo, visto a presença em teores elevados de

magnésio, que acelera e intensifica o endurecimento durante o envelhecimento natural, resultado de interações entre as lacunas e dois tipos de átomos de soluto diferentes, formando pares de átomos de magnésio e cobre que afetam o movimento de discordâncias:

Solução sólida supersaturada zonas GP S’(Al2CuMg) S(Al2CuMg) (1)

Smith (2003) sugere que as zonas GP (Guinier-Preston) é formada em estágios anteriores ao envelhecimento a baixas temperaturas, que são constituídas de átomos de Cu e Mg. As micrografias dessas sequências são apresentadas na Figura 5.

LIN et al. (2012 apud Cavalcante, 2016) apresentam uma razão para previsão de aparecimento de precipitados, para ligas com elementos como Cu e Mg em sua composição. Sendo a razão Cu/Mg entre 8 e 4 os precipitados principais na estrutura são o _{ (Al}2Cu) e o S

(Al2CuMg). Quando esta razão estiver entre 4 e 1,5, o principal precipitado presente é a fase S

(Al2CuMg), logo apresenta outra sequência de precipitação, que está apresentada abaixo:

Solução sólida supersaturada zonas GPB S”+ S’ S(Al2CuMg) (2)

Figura 5 – Micrografia da Liga 2024 com aumento de 50000X (Microscópio Eletrônico de Transmissão – MET).

Segundo Smith (2003), a estrutura apresentada em a) consiste em zonas GP e placas grosseiras de S’ para a liga 2024 submetida ao tratamento T6 onde foi solubilizada, temperada e envelhecida por 12h a 190ºC. Em b) temos zonas GP e placas de S’ menores e mais numerosas do que encontrado em a) para a liga 2024 submetida ao tratamento T81 sendo solubilizada, temperada, com 1,5% de deformação e envelhecida por 12h a 190ºC. Em c) temos a estrutura das zonas GP e pequenas placas de S’ mais finas e numerosas que as encontradas em b) para a liga 2024 submetida ao tratamento T86 onde foi solubilizada, resfriada, com 6% de laminação a frio e envelhecida por 12h a 190ºC.

Cavalcante (2016) caracteriza as zonas GPB (Guinier-Preston-Bagaryatsky) como pequenas ordenações de átomos de soluto de cobre e magnésio. Mesma definição utilizada por Siqueira (2015) quando cita que as zonas GPB definida por Bagaryatsky (1952).

Cavalcante (2016) destaca a liga 2024, que foi usada como referência devido à aproximação de composição química com a amostra obtida por meio de fundição, que quando envelhecidas naturalmente apresentam considerável endurecimento quando mantidas em tempos relativamente longos à temperatura ambiente, devido à formação de zonas GP no formato de discos, sendo responsáveis pelos ganhos de dureza.