Ligas de alumínio são amplamente utilizados em diversos setores devido à sua favorável relação resistência-peso, excelente resistência à corrosão e alta trabalhabilidade. De aplicações aeroespaciais e automotivas a eletrônicos de consumo e componentes estruturais, esses materiais são essenciais para a fabricação moderna. No entanto, para aproveitar ao máximo o potencial das ligas de alumínio, o tratamento térmico é frequentemente necessário. O tratamento térmico melhora significativamente propriedades como resistência, dureza e resistência ao desgaste e à corrosão.
Dentre a ampla gama de ligas de alumínio, 6061 T6 e 7075 T6 se destacam por seu alto desempenho e versatilidade. Essas duas ligas são frequentemente utilizadas em aplicações de engenharia exigentes que exigem propriedades mecânicas e de resistência à corrosão específicas. Este artigo explorará os princípios de tratamento térmico de alumínio, fornecem análises detalhadas dos processos de tratamento térmico 6061 T6 e 7075 T6 e concluem com uma avaliação comparativa de seus procedimentos de tratamento e propriedades resultantes.
O que é tratamento térmico de alumínio?
Tratamento térmico de alumínio Engloba uma série de processos térmicos projetados para modificar a microestrutura de ligas de alumínio, adaptando assim suas propriedades mecânicas, como resistência, dureza, ductilidade e resistência à corrosão. O princípio fundamental por trás desses processos reside na manipulação da solubilidade sólida e na precipitação de fases intermetálicas dentro da matriz de alumínio. Os procedimentos de tratamento térmico mais comuns para ligas de alumínio endurecíveis por envelhecimento incluem tratamento térmico de solução, têmpera e envelhecimento (endurecimento por precipitação).
- Tratamento térmico de solução: Esta etapa inicial envolve o aquecimento da liga a uma temperatura elevada específica, tipicamente dentro de uma faixa estreita abaixo da sua temperatura de solidus, e a manutenção dessa temperatura por um período suficiente. Isso permite que os elementos de liga se dissolvam uniformemente na matriz de alumínio, formando uma solução sólida supersaturada. O objetivo é maximizar a quantidade de átomos de soluto dissolvidos.
- Têmpera: Após o tratamento de solubilização, a liga é resfriada rapidamente à temperatura ambiente ou um pouco abaixo dela. Esse resfriamento rápido, conhecido como têmpera, suprime a precipitação das fases de equilíbrio e mantém a solução sólida supersaturada à temperatura ambiente. O meio de resfriamento (água, soluções poliméricas, ar ou óleo) e a taxa de têmpera são parâmetros críticos que influenciam o grau de supersaturação e a subsequente resposta ao envelhecimento.
- Envelhecimento (endurecimento por precipitação): A solução sólida supersaturada obtida após a têmpera é termodinamicamente instável. O envelhecimento envolve o aquecimento da liga a uma temperatura mais baixa (naturalmente à temperatura ambiente ou artificialmente a temperaturas elevadas) e a manutenção dessa temperatura por um tempo específico. Durante o envelhecimento, precipitados finos, coerentes ou semicoerentes se formam uniformemente em toda a matriz. Esses precipitados atuam como obstáculos ao movimento de discordâncias, aumentando significativamente a resistência e a dureza da liga. A designação de têmpera "T6" indica que a liga foi tratada termicamente em solução, temperada e, em seguida, envelhecida artificialmente.
Diferentes séries de ligas de alumínio (por exemplo, 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx) apresentam respostas variadas ao tratamento térmico devido aos seus distintos elementos de liga. Por exemplo, as ligas das séries 2xxx e 7xxx, reforçadas principalmente com cobre e zinco/magnésio, respectivamente, são altamente endurecíveis por envelhecimento. A série 6xxx, contendo magnésio e silício, também responde bem ao endurecimento por precipitação. A compreensão dos constituintes específicos da liga é crucial para o projeto e a implementação de ciclos eficazes de tratamento térmico.
Tratamento térmico de liga de alumínio 6061 T6
1. Compreendendo a liga de alumínio 6061
6061 é uma liga de alumínio de média resistência, reconhecida por sua excelente soldabilidade, boa resistência à corrosão e usinabilidade moderada. Seus principais elementos de liga são magnésio (0.8-1.2%) e silício (0.4-0.8%), que se combinam para formar precipitados de siliceto de magnésio (Mg₂Si) durante o envelhecimento, proporcionando resistência. A liga de alumínio 6061 encontra ampla aplicação em componentes estruturais, peças automotivas, quadros de bicicletas e equipamentos recreativos, onde é necessário um equilíbrio entre resistência e conformabilidade.
2. O que é o processo de tratamento térmico 6061 T6?
O temperamento T6 para Liga de alumínio 6061 é obtido por meio de um processo específico de tratamento térmico de três etapas:
- Tratamento térmico de solução: A liga 6061 é aquecida a uma faixa de temperatura de 510-530 ° C (950-986 ° F) e mantida nessa temperatura por tempo suficiente para permitir que os átomos de magnésio e silício se dissolvam completamente na solução sólida de alumínio. O tempo de imersão depende da espessura da peça, normalmente variando de 1 a várias horas para garantir a homogeneização.
- Têmpera: Após o tratamento da solução, a liga é resfriada rapidamente à temperatura ambiente para reter a solução sólida supersaturada. Meios de têmpera comuns para o 6061 incluem têmpera em água (para máxima resistência) ou têmperas poliméricas (para redução da distorção). A taxa de resfriamento deve ser suficientemente rápida para evitar a formação de precipitados grosseiros de Mg₂Si em equilíbrio, o que prejudicaria a resposta de envelhecimento subsequente.
- Envelhecimento Artificial: A solução sólida supersaturada é então envelhecida artificialmente por aquecimento a uma temperatura de aproximadamente 160 ° C (320 ° F) e segurando-o por 4-10 horasDurante esta etapa, precipitados finos e coerentes de Mg₂Si se formam uniformemente em toda a matriz de alumínio, impedindo o movimento de discordâncias e aumentando significativamente a resistência e a dureza da liga. O tempo específico de envelhecimento é cuidadosamente controlado para atingir o equilíbrio ideal entre resistência e ductilidade.
3. Características de desempenho do alumínio 6061 T6
A têmpera T6 confere uma combinação desejável de propriedades mecânicas à liga de alumínio 6061. As propriedades típicas incluem:
| Imóvel | Valor |
| Resistência à Tração | Aproximadamente 290 MPa (42 ksi) |
| Resistência ao escoamento | Aproximadamente 240 MPa (35 ksi) |
| Alongamento na ruptura | Normalmente 12-17% |
| Dureza (Brinell) | Aproximadamente 95 HB |
Essas propriedades fazem 6061 T6 alumínio adequado para uma ampla gama de aplicações estruturais onde são necessárias resistência moderada e boa resistência à corrosão.
Tratamento térmico de liga de alumínio 7075 T6
1. Compreendendo a liga de alumínio 7075
7075 é uma liga de alumínio de alta resistência, frequentemente chamada de liga aeroespacial devido ao seu amplo uso em estruturas de aeronaves. Seus principais elementos de liga são zinco (5.1-6.1%), magnésio (2.1-2.9%) e cobre (1.2-2.0%). Esses elementos contribuem para a formação de precipitados finos de η' (eta prime) e η (eta) durante o envelhecimento, resultando em uma resistência significativamente maior em comparação ao 6061.
2. O que é o processo de tratamento térmico 7075 T6?
O temperamento T6 para Liga de alumínio 7075 envolve um ciclo de tratamento térmico ligeiramente diferente e muitas vezes mais crítico:
- Tratamento térmico de solução: A liga 7075 é tratada termicamente em solução em uma faixa de temperatura de 460-480 ° C (860-896 ° F)Semelhante à liga 6061, a liga é mantida nessa temperatura para garantir a dissolução dos constituintes de zinco, magnésio e cobre na matriz de alumínio. O tempo de imersão também depende da espessura da peça.
- Têmpera: A têmpera rápida é ainda mais crítica para o aço 7075 do que para o aço 6061 devido à sua maior suscetibilidade à formação de precipitados grosseiros que podem impactar negativamente a resistência e a corrosão. A têmpera em água é o método mais comum, e qualquer atraso na têmpera após o tratamento em solução pode reduzir significativamente as propriedades finais.
- Envelhecimento Artificial: 7075 T6 normalmente passa por uma processo de envelhecimento artificial em duas etapas para atingir resistência ideal e resistência à corrosão sob tensão:
- - A liga é aquecida a uma temperatura mais baixa de 120-130 ° C (248-266 ° F) e segurou por 6-8 horas. Esse envelhecimento inicial em baixa temperatura promove a formação de zonas finas e coerentes de Guinier-Preston (GP) e precipitados η' intermediários.
- - A liga é então aquecida a uma temperatura mais alta de 160-170 ° C (320-338 ° F) e mantido por um período adicional 2-4 horas. Esse segundo envelhecimento em temperatura mais alta leva ao crescimento e à transformação adicionais dos precipitados, resultando no pico de resistência.
3. Características de desempenho do alumínio 7075 T6
O processo de envelhecimento em dois estágios permite que o 7075 T6 atinja níveis de resistência significativamente maiores em comparação ao 6061 T6:
| Imóvel | Valor |
| Resistência à Tração | Aproximadamente 570 MPa (83 ksi) |
| Resistência ao escoamento | Aproximadamente 500 MPa (73 ksi) |
| Alongamento na ruptura | Normalmente 10-11% |
| Dureza (Brinell) | Aproximadamente 150 HB |
Essas propriedades de resistência superiores tornam o alumínio 7075 T6 ideal para aplicações de alto estresse, especialmente na indústria aeroespacial.
Comparação das diferenças entre os processos de tratamento térmico 6061 T6 e 7075 T6
Embora tanto o 6061 T6 quanto o 7075 T6 passem pelos estágios fundamentais de tratamento de solução, têmpera e envelhecimento artificial, existem diferenças significativas em seus parâmetros de processamento específicos, principalmente devido às suas composições químicas distintas:
| Característica | 6061 T6 | 7075 T6 |
| Temperatura do tratamento da solução | 510-530 ° C (950-986 ° F) | 460-480 ° C (860-896 ° F) |
| Sensibilidade de têmpera | Água, Soluções de Polímeros | Água (essencial para resfriamento rápido) |
| Processo de envelhecimento | Estágio único: ~160°C (320°F) por 4 a 10 horas | Dois estágios: 120-130°C por 6-8 horas, depois 160-170°C por 2-4 horas |
| Precipitados de Fortalecimento Primário | Mg₂Si | Zonas GP, η', η |
| Resistência à Tração | ~290 MPa | ~570 MPa |
| Resistência ao escoamento | ~240 MPa | ~500 MPa |
| soldabilidade | Excelente | Pobre |
| Resistência à Corrosão | Alta | Moderado |
A temperatura mais baixa de tratamento da solução para o 7075 reflete as diferentes características de solubilidade de seus elementos de liga. A necessidade crítica de têmpera rápida em água no 7075 ressalta sua maior sensibilidade às taxas de resfriamento, prevenindo a formação de precipitados grosseiros que reduzem a resistência. A diferença mais notável reside no processo de envelhecimento: O 6061 T6 normalmente emprega um envelhecimento artificial de etapa única, enquanto o 7075 T6 utiliza um processo de envelhecimento de duas etapas para otimizar a sequência de precipitação e atingir resistência superior e melhor resistência à corrosão sob tensão.
Resumindo
O tratamento térmico é um processo vital que influencia drasticamente as propriedades das ligas de alumínio. Por meio de uma análise detalhada do 6061 T6 e do 7075 T6, observamos diferenças distintas nas temperaturas de tratamento térmico, nos protocolos de envelhecimento e nas propriedades mecânicas resultantes. Essas diferenças são motivadas principalmente pela composição química da liga e pelos requisitos de uso final pretendidos.
Compreender as nuances do tratamento térmico do alumínio permite que engenheiros e fabricantes selecionem a combinação de liga e processo mais adequada. À medida que a pesquisa avança em novos mecanismos de precipitação e métodos de processamento mais eficientes em termos de energia, o futuro do tratamento térmico do alumínio promete um desempenho de material ainda mais otimizado para aplicações de próxima geração.
