Os metais leves e suas ligas são materiais de densidade relativamente baixa e altas relações resistência-peso. Esses metais e ligas são de grande importância em aplicações de engenharia para uso em transporte terrestre, marítimo, aéreo e espacial. Magnésio, alumínio e titânio são metais leves de significativa importância comercial. Esses três metais e suas ligas compreendem a maior parte dos materiais metálicos de alta relação resistência/peso usados em sistemas industriais. O alumínio é o mais versátil desses materiais e o titânio é o mais resistente à corrosão com resistência muito alta, enquanto o magnésio tem a densidade mais baixa. Suas densidades de 1,7 (magnésio), 2,7 (alumínio) e 4,5 g/cm3 (titânio) variam de 19 a 56% das densidades dos metais estruturais mais antigos, ferro (7,9 g/cm3) e cobre (8,9 g/cm3). Os metais comumente classificados como metais leves são aqueles cuja densidade é menor que a densidade do aço (7,8 g/cm3, ou 0,28 lb/in.3).
Como esses metais puros são geralmente materiais mais macios com resistência insuficiente, eles devem ser ligados para atingir as propriedades mecânicas desejadas. Por exemplo, o alumínio de alta pureza é um material macio com resistência máxima de aproximadamente 10 MPa, o que limita sua usabilidade em aplicações industriais. Por outro lado, a resistência à tração da liga de alumínio 6061 pode atingir mais de 290 MPa, dependendo do temperamento do material. Portanto, estamos discutindo principalmente as ligas em vez de metais puros.
Propriedades Térmicas de Metais Leves e Ligas
As propriedades térmicas dos materiais referem-se à resposta dos materiais às mudanças de temperatura e à aplicação de calor. À medida que um sólido absorve energia na forma de calor, sua temperatura aumenta e suas dimensões aumentam. Mas diferentes materiais reagem à aplicação de calor de forma diferente.
A capacidade térmica, a expansão térmica e a condutividade térmica são propriedades frequentemente críticas no uso prático de sólidos.
Ponto de Fusão de Metais Leves e Ligas
O ponto de fusão da liga de alumínio 6061 é de cerca de 600°C.
O ponto de fusão do Elektron 21 – UNS M12310 é de cerca de 550 – 640°C.
O ponto de fusão da liga de titânio Ti-6Al-4V – Grau 5 é de cerca de 1660°C.
Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a fase líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ocorre essa mudança de fase. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio.
Condutividade Térmica de Metais Leves e Ligas
A condutividade térmica da liga de alumínio 6061 é de 150 W/(mK).
A condutividade térmica do Elektron 21 – UNS M12310 é de 116 W/(mK).
A condutividade térmica da liga de titânio Ti-6Al-4V – Grau 5 é de 6,7 W/(mK).
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.
A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. Em geral:
A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto podemos geralmente escrever k = k (T). Definições semelhantes estão associadas às condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.
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