Em muitos desenhos de engenharia, a secção de materiais indica simplesmente "Alumínio" ou até especifica graus forjados como 6061. No entanto, quando se entra na fase de fundição, torna-se claro que nem todo o alumínio pode ser utilizado para fundição. Se uma liga pode ser fundida com sucesso depende de tipos de fundição de alumínio concebidos para o enchimento do molde, controlo da retração e comportamento de solidificação. A compreensão destes graus é fundamental para avaliar os riscos de defeitos, a capacidade de produção e as possíveis opções de tratamento térmico.
Este artigo fornece uma visão geral informativa sobre os tipos de alumínio fundido: como diferem das ligas forjadas comuns, como 6061/7075, como os tipos de alumínio fundido são classificados em sistemas de liga, quais os tipos mais utilizados na indústria e como os sistemas de nomenclatura variam entre as diferentes normas em todo o mundo.
O que são graus de fundição de alumínio?
Os graus de alumínio para fundição são ligas formuladas especificamente para processos de fundição em vez de maquinagem ou extrusão. As suas composições são concebidas não principalmente para a resistência final, mas para a fluidez, caraterísticas de contração, resistência à fissuração a quente e estabilidade da estrutura solidificada. Estas ligas contêm normalmente silício, cobre, magnésio ou outros elementos que melhoram a capacidade de fundição e permitem o tratamento térmico quando necessário.
Ao contrário do alumínio forjado, que utiliza a nomenclatura familiar da série 5xxx/6xxx, as ligas de fundição são categorizadas utilizando um sistema 1xx-9xx. Cada categoria denota uma família de liga distinta, como alumínio-silício, alumínio-cobre ou alumínio-magnésio. Compreender os sistemas de ligas é mais importante do que memorizar os números das categorias individuais.
Como as ligas de fundição diferem dos graus de alumínio forjado
Os tipos de alumínio que os engenheiros encontram frequentemente - 6061, 5052, 7075 - pertencem a ligas de alumínio forjadoou seja, são optimizados para extrusão, laminagem ou forjamento. A conceção das suas ligas centra-se na deformação plástica, soldabilidade, formabilidade e velocidade de extrusão.
As ligas de fundição seguem uma lógica diferente. As suas formulações dão prioridade ao preenchimento de moldes complexos, ao controlo da retração da solidificação, à gestão da porosidade, à limitação da fissuração a quente e à interação com os materiais do molde. Uma liga forjada que parece forte no papel pode rachar, encolher excessivamente ou reter gás quando fundida. Da mesma forma, muitas ligas fundidas não podem ser transformadas em produtos forjados porque as suas composições não são adequadas para o processamento de deformação.
Em suma:
- Ligas forjadas são concebidos para "serem formados".
- Ligas de fundição são concebidos para "serem vertidos e solidificarem eficazmente".
Compreender esta distinção evita erros comuns, como tentar fundir 6061 simplesmente devido às suas propriedades mecânicas.
Vantagens dos componentes de alumínio fundido
A utilização do alumínio na fundição oferece vantagens distintas que advêm tanto dos sistemas de ligas como do próprio processo de fundição. O alumínio fundido pode formar geometrias complexas e leves diretamente a partir do molde, eliminando muitas operações de maquinação necessárias para o aço ou para o alumínio forjado. Caraterísticas como canais internos, paredes finas, nervuras e pontos de montagem integrados podem ser solidificados como parte da forma quase líquida, em vez de serem adicionados como peças separadas.
Grande plano da textura da superfície do alumínio fundido
As ligas de alumínio para fundição também apresentam uma baixa retração de solidificação, especialmente as ligas ricas em silício, reduzindo a rutura a quente e permitindo um controlo dimensional mais rigoroso em secções finas. A sua resistência natural à corrosão e a capacidade de serem submetidas a tratamentos térmicos expandem ainda mais a sua utilização em peças industriais, tais como caixas, suportes e componentes estruturais.
Em suma, a fundição de alumínio oferece uma combinação de peso leve, formação de formas quase líquidas, estabilidade dimensional e resistência à corrosão - atributos que são difíceis de alcançar num único processo utilizando outros sistemas metálicos.
Classificação das ligas de alumínio para fundição (Séries 100-900)
As ligas de alumínio para fundição utilizam 100-900 categorias numéricas, cada uma representando um sistema de liga diferente. Entre elas, as ligas de alumínio-silício 300/400 dominam a fundição industrial. As séries 200 de alumínio-cobre e 500 de alumínio-magnésio atendem a necessidades específicas de desempenho.
Série 100: Alumínio quase puro
Estas ligas contêm um teor de alumínio muito elevado com apenas pequenas adições. Embora sejam resistentes à corrosão e condutoras de eletricidade, a sua resistência é baixa e a sua capacidade de fundição é limitada. São utilizadas em aplicações especializadas e não em componentes estruturais.
Série 200: Ligas de alumínio-cobre
Estas ligas podem ser significativamente reforçadas através de tratamento térmico e são utilizadas em componentes estruturais ou de suporte de carga. Contudo, o teor de cobre reduz a resistência à corrosão, exigindo frequentemente revestimentos protectores para ambientes húmidos ou ricos em cloretos. A sua utilização exige normalmente um controlo experiente do processo devido à maior sensibilidade à fissuração térmica e ao tratamento térmico.
Séries 300 / 400: Ligas de alumínio-silício
Esta é a categoria mais importante para a fundição de alumínio. O silício aumenta muito a fluidez e reduz a retração, permitindo geometrias complexas de paredes finas. Os tipos amplamente utilizados, como A356, A413, A380 e ADC12, pertencem a esta família. Equilibram a capacidade de fundição, o custo e as propriedades mecânicas em fundição por gravidade, fundição a baixa pressão, fundição em areia e fundição sob pressão.
Série 500: Ligas de alumínio e magnésio
Estas ligas oferecem uma excelente resistência à corrosão, especialmente em ambientes marítimos ou exteriores. O magnésio pode contribuir para um reforço moderado, mas estas ligas apresentam uma maior tendência para a fissuração a quente, o que torna crítico o controlo do processo. A sua janela de fundição é mais estreita do que a dos sistemas de alumínio-silício.
Séries 700 / 800: Ligas de uso especializado
Ao contrário das ligas forjadas 7xxx amplamente reconhecidas, as ligas de fundição 700/800 têm uso industrial limitado. São reservadas para aplicações especiais, e a maioria dos produtos de fundição convencionais continua a depender de sistemas de alumínio-silício, alumínio-cobre e alumínio-magnésio.
Graus de fundição de alumínio comuns na indústria
Na prática da engenharia, apenas alguns tipos de fundição são responsáveis pela maioria das peças comerciais e industriais. Abaixo estão breves exemplos de ligas amplamente utilizadas sem comparação de desempenho.
A356 (AlSi7Mg)
O A356 é amplamente utilizado em fundição por gravidade, fundição a baixa pressão e fundição em areia. O silício melhora a capacidade de fundição, enquanto o magnésio permite o tratamento térmico T6. Após o T6, o A356 atinge uma forte resistência à fadiga e uma resistência equilibrada, tornando-o adequado para componentes de suspensão automóvel, caixas de bombas e válvulas e peças estruturais de máquinas.
ADC12 (Família A383)
A ADC12 é a liga de fundição injectada mais comum. Conhecida pela sua excelente fluidez, preenche cavidades finas e complexas a alta velocidade e funciona bem em produções de grande volume. É amplamente utilizada em caixas de motores, coberturas de caixas de velocidades, caixas de produtos de consumo e estruturas electrónicas. O ADC12 não é normalmente utilizado com tratamento térmico de alta resistência devido às caraterísticas de porosidade da fundição injectada a alta pressão.
AlSi10Mg
Reconhecido pela boa estabilidade dimensional e qualidade da superfície, o AlSi10Mg é comum em fundições de precisão e fabrico de aditivos metálicos (impressão 3D). Com um tratamento térmico adequado, oferece resistência e ductilidade equilibradas para suportes aeroespaciais, caixas funcionais e estruturas leves que exigem precisão geométrica.
Relação entre as classes de fundição e os processos de fundição
A mesma liga pode comportar-se de forma diferente consoante o processo de fundição. A velocidade de enchimento, a taxa de arrefecimento, a pressão aplicada e as caraterísticas do molde influenciam os defeitos de contração, a porosidade e a fissuração a quente.
A fundição sob alta pressão favorece as ligas de alumínio-silício altamente fluidas, como a ADC12 ou a A380. A fundição a baixa pressão e por gravidade utiliza frequentemente A356 devido à sua capacidade T6 e microestrutura mais uniforme. A fundição em areia requer ligas com menor sensibilidade ao gás e comportamento de retração controlado, como o A356 e o AlSi10Mg.
Não existe uma única "melhor liga" para qualquer processo; em vez disso, a fundição bem-sucedida é alcançada combinando o comportamento de solidificação de um material com uma janela de processo apropriada.
Diferenças internacionais de nomes e designações
Os diferentes países utilizam sistemas de designação diferentes para as ligas de fundição. Para a mesma família de ligas, os EUA podem referir-se à A356, a Europa pode usar a EN AC-42100, enquanto o Japão pode listar a ADC12. Embora os nomes sejam diferentes, a química subjacente e as gamas de desempenho são normalmente comparáveis. A referência cruzada de padrões por química, em vez de apenas pelo nome, é a prática padrão de engenharia quando se faz um aprovisionamento internacional.
Quando se deparam com designações desconhecidas, os engenheiros devem verificar os sistemas de ligas, os elementos dominantes e as normas aplicáveis, em vez de assumirem a equivalência com base apenas na nomenclatura.
Resumo: Compreender os sistemas é o mais importante
As classes de fundição de alumínio não são meramente números, mas um sistema de materiais construído em torno da capacidade de fundição, comportamento de solidificação e compatibilidade de processos. Na prática, as ligas de alumínio-silício dominam a maioria das aplicações, enquanto as ligas de alumínio-cobre e alumínio-magnésio atendem a necessidades estruturais específicas ou de corrosão. Compreender os sistemas de ligas e a interação de processos é mais valioso do que memorizar códigos de classes.
Se estiver a avaliar um desenho de fundição ou uma opção de liga, sinta-se à vontade para partilhe os seus desenhos e deixe a nossa equipa de engenharia ajudá-lo com recomendações de materiais e processos.
