Sobre o Alumínio
O alumínio é um metal branco prateado, macio, não magnético e dúctil do grupo do boro. Em massa, o alumínio compõe cerca de 8% da crosta terrestre; é o terceiro elemento mais abundante depois do oxigênio e do silício e o metal mais abundante na crosta, embora seja menos comum no manto abaixo.
Resumo
Elemento | Alumínio |
Número atômico | 13 |
Categoria do elemento | Pobre Metal |
Fase em STP | Sólido |
Densidade | 2,7 g/cm3 |
Resistência à tração | 90 MPa (puro), 600 MPa (ligas) |
Força de rendimento | 11 MPa (puro), 400 MPa (ligas) |
Módulo de elasticidade de Young | 70 GPa |
Escala de Mohs | 2,8 |
Dureza Brinell | 240 MPa |
Dureza Vickers | 167 MPa |
Ponto de fusão | 660 °C |
Ponto de ebulição | 2467 °C |
Condutividade térmica | 237 W/mK |
Coeficiente de Expansão Térmica | 23,1 µm/mK |
Calor específico | 0,9 J/gK |
Calor de fusão | 10,79 kJ/mol |
Calor da vaporização | 293,4 kJ/mol |
Resistividade elétrica [nanoOhm meter] | 26,5 |
Suscetibilidade Magnética | +16,5e-6 cm3/mol |
Aplicações de Alumínio
O alumínio e suas ligas são amplamente utilizados em aplicações aeroespaciais, automotivas, arquitetônicas, litográficas, de embalagens, elétricas e eletrônicas. É o principal material de construção para a indústria aeronáutica durante a maior parte de sua história. Cerca de 70% das fuselagens de aeronaves civis comerciais são feitas de ligas de alumínio, e sem alumínio a aviação civil não seria economicamente viável. A indústria automotiva agora inclui alumínio como peças fundidas de motores, rodas, radiadores e cada vez mais como peças de carroceria. O alumínio 6111 e a liga de alumínio 2008 são amplamente utilizados para painéis externos de carroceria automotiva. Blocos de cilindros e cárteres são muitas vezes fundidos em ligas de alumínio.
Produção e Preço do Alumínio
Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do alumínio puro estavam em torno de 18 $/kg.
O alumínio é extraído do minério principal, a bauxita. Depósitos significativos de bauxita são encontrados em toda a Austrália, Caribe, África, China e América do Sul. Técnicas de corte aberto são comumente usadas para minerar a bauxita. A bauxita é purificada pelo processo Bayer. A produção de alumínio é altamente consumidora de energia e, portanto, os produtores tendem a instalar fundições em locais onde a energia elétrica é abundante e barata. A partir de 2012, as maiores fundições de alumínio do mundo estão localizadas na China, Rússia, Bahrein, Emirados Árabes Unidos e África do Sul.
Fonte: www.luciteria.com
Propriedades Mecânicas do Alumínio
Força do Alumínio
Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.
Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.
Veja também: Resistência dos Materiais
Resistência à tração final do Alumínio
A resistência à tração final do Alumínio é de 90 MPa (puro), 600 MPa (ligas).
Força de Cedência de Alumínio
O limite de escoamento do Alumínio é 11 MPa (puro), 400 MPa (ligas).
Módulo de Elasticidade do Alumínio
O módulo de elasticidade de Young do Alumínio é 70 GPa.
Dureza do Alumínio
Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.
A dureza Brinell do alumínio é de aproximadamente 240 MPa.
O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.
A dureza Vickers do alumínio é de aproximadamente 167 MPa.
A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.
O Alumínio tem uma dureza de aproximadamente 2,8.
Veja também: Dureza dos Materiais
Alumínio – Estrutura Cristalina
Uma possível estrutura cristalina do Alumínio é a estrutura cúbica de face centrada.
Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.
Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais
Estrutura Cristalina de Alumínio
Propriedades Térmicas do Alumínio
Alumínio – Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição
O ponto de fusão do Alumínio é 660 °C.
O ponto de ebulição do Alumínio é 2467 °C.
Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.
Alumínio – Condutividade Térmica
A condutividade térmica do Alumínio é 237 W/(m·K).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
Coeficiente de Expansão Térmica do Alumínio
O coeficiente de expansão térmica linear do Alumínio é 23,1 µm/(m·K).
A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.
Alumínio – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização
O calor específico do Alumínio é 0,9 J/gK.
A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.
O calor latente de fusão do Alumínio é 10,79 kJ/mol.
O calor latente de vaporização do Alumínio é 293,4 kJ/mol.
Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.
Alumínio – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética
A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.
Veja também: Propriedades Elétricas
A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.
Veja também: Propriedades Magnéticas
Resistividade Elétrica do Alumínio
A resistividade elétrica do Alumínio é 26,5 nΩ⋅m.
A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o alumínio conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.
Suscetibilidade Magnética do Alumínio
A suscetibilidade magnética do Alumínio é +16,5e-6 cm3/mol.
No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do alumínio em resposta a um campo magnético aplicado.