Em nossa vida diária, interagimos o tempo todo com diversos materiais metálicos. Você já se perguntou de que metal é feita a caixa do seu smartphone? Ou por que os carros e as bicicletas são tão leves, mas fortes? A resposta a estas perguntas reside frequentemente num metal que muitas vezes ignoramos, mas que desempenha um papel crucial: o alumínio.
O alumínio e suas ligas são conhecidos por suas propriedades como leveza, alta ductilidade, boa resistência à corrosão, alta condutividade elétrica e térmica, facilidade de reciclagem e excelente usinabilidade. Eles não são apenas materiais cruciais para a fabricação de produtos eletrônicos. e veículos, mas também são amplamente utilizados nas indústrias de construção, embalagens e aeroespacial.
Entre a família de ligas de alumínio, o alumínio 6061 e 7075 são particularmente populares devido ao seu excelente desempenho. Então, quais são as vantagens e características dessas duas ligas de alumínio? Quais são as diferenças entre eles? Neste artigo, revelaremos as respostas uma por uma.
Uma Visão Geral do Alumínio 6061
O alumínio 6061, derivado da série 6XXX, é a liga de alumínio de uso geral mais comum. Contém magnésio, silício e ferro como principais elementos de liga, que contribuem para um bom equilíbrio entre resistência, tenacidade e ductilidade. O alumínio 6061 apresenta excelente conformabilidade, soldabilidade e usinabilidade. Além disso, possui excelente resistência à corrosão, mesmo quando a superfície está arranhada. Se for necessária proteção adicional, ele pode ser anodizado para adicionar uma fina camada protetora, que pode estar disponível em várias cores.
O alumínio 6061 também possui excelente tratabilidade térmica. Condições comuns de tratamento térmico, como T4, T6 e T651, podem melhorar significativamente suas propriedades mecânicas, melhorando seu desempenho e tornando-o mais adequado para aplicações específicas.
Vale ressaltar que dentro da série 6XXX de ligas de alumínio, a 6063 também é uma escolha popular, tendo o magnésio e o silício como principais elementos de liga. Oferece excelente conformabilidade e acabamento superficial, tornando-o altamente preferido para processos de extrusão. No entanto, sua resistência é apenas metade da do 6061, por isso é usado principalmente em aplicações arquitetônicas e decorativas onde a alta resistência não é crítica, como caixilhos de janelas e caixilhos de portas decorativas.
Aplicação de Alumínio 6061
O alumínio 6061 é amplamente utilizado em diversas aplicações estruturais e de engenharia que exigem certa resistência e alta resistência à corrosão, tais como:
Construção de pontes, telhados e outros elementos estruturais.
Componentes automotivos, como chassis, chassis e rodas.
Cascos, conveses e outros componentes estruturais em barcos e construção naval.
Conectores elétricos, dissipadores de calor e invólucros em dispositivos eletrônicos.
Peças, ferramentas e acessórios usinados com precisão.
Artigos esportivos, como equipamentos de camping, varas de pesca e bastões de caminhada.
Uma Visão Geral do Alumínio 7075
O alumínio 7075, derivado da série 7XXX, contém cobre e zinco como principais elementos de liga. É conhecida por sua resistência superior à fadiga e é uma das ligas de alumínio de maior resistência disponíveis, comparável a muitos aços. Apesar da liga de alumínio 7075 também ser altamente tratável termicamente, permitindo-lhe atingir resistência extremamente alta e vários graus de resistência à corrosão sob tensão por meio de tratamento térmico. As condições comuns de tratamento térmico incluem T6, T651, T73 e T76. sua alta resistência, o 7075 mantém boa usinabilidade e pode ser usinado com tolerâncias restritas, embora exija mais potência e ferramentas específicas em comparação com o 6061. No entanto, o 7075 é uma escolha ruim para soldagem e não é tão resistente à corrosão quanto o 6061, muitas vezes exigindo proteção revestimentos e com um custo mais elevado.
A liga de alumínio 7075 também é altamente tratável termicamente, permitindo atingir resistência extremamente alta e vários graus de resistência à corrosão sob tensão por meio de tratamento térmico. As condições comuns de tratamento térmico incluem T6, T651, T73 e T76.
Aplicação de Alumínio 7075
O alumínio 7075 é usado principalmente em aplicações estruturais e de engenharia de alto desempenho que exigem uma relação resistência-peso excepcional e resistência à fadiga, particularmente em:
Estruturas de aeronaves, incluindo asas, estruturas de fuselagem e outros componentes críticos.
Equipamento militar, como blindagem, armas e componentes de mísseis.
Artigos esportivos de alto desempenho, como bicicletas de última geração, equipamentos de escalada e equipamentos esportivos competitivos.
Sistemas de freios, suportes de motores, chassis, cubos de rodas e outras peças de automóveis, trens e navios.
Matrizes de fundição, matrizes de extrusão, equipamentos de processamento de precisão, equipamentos de automação e outras máquinas de fabricação.
Comparação de propriedades: alumínio 6061 vs. 7075
A seguir, diferenciaremos essas duas ligas quanto às suas composições químicas, densidade, propriedades mecânicas, características químicas, soldabilidade e custo.
Composição
Elemento
Alumínio 6061
Alumínio 7075
Alumínio (Al)
97,9%
90,0%
Zinco (Zn)
-
5,6%
Magnésio (Mg)
1,0%
2,5%
Cromo (Cr)
0,2%
0,23%
Cobre (Cu)
0,28%
1,6%
Silício (Si)
0,6%
-
Na liga de alumínio 6061, o magnésio (Mg) combina-se com o silício (Si) para formar precipitados de Mg2Si, o que aumenta significativamente a resistência da liga.
Na liga de alumínio 7075, o zinco (Zn) é o principal elemento de liga, com seu teor de até 5,6% responsável pela notável resistência e dureza da liga, tornando-a adequada para aplicações de alto estresse. O Mg deve interagir com Zn e Cu para formar precipitados fortalecedores, aumentando a resistência excepcional da liga. Os efeitos do Si são ofuscados pelo Zn e Mg em 7075, sendo seu papel principal mais relacionado ao refinamento da estrutura do grão durante a fundição.
Densidade
O alumínio e suas ligas são leves e possuem densidades relativamente semelhantes. Especificamente, as ligas de alumínio 6061 e 7075 contêm grande quantidade de alumínio e outras quantidades específicas de materiais metálicos com diferentes densidades. Portanto as densidades das duas ligas variam apenas um pouco, medindo aproximadamente 2,7 g/cm³ e 2,81 g/cm³ respectivamente.
Esta ligeira variação de densidades sublinha a composição fundamental da liga e contribui para a sua ampla adoção em diversas indústrias onde a redução de peso é crucial.
Propriedades Mecânicas
Para obter uma comparação intuitiva, compilamos os dados na tabela a seguir, comparando o estado T6 tratado termicamente mais comumente usado, para ligas de alumínio 6061 e 7075.
Unid
Alumínio 6061 T6
Alumínio 7075 T6
Métrica
Inglês
Métrica
Inglês
Força de rendimento
276 MPa
40.000 psi
503 MPa
73.000psi
Módulo de elasticidade
68,9 GPa
10.000 ksi
71,7GPa
10.400 ksi
Condutividade térmica
167 W/m-K
1160 BTU-in/hr-ft2_0F
130 W/m-K
900 BTU-in/hr-ft2_0F
Ponto de fusão
1080-12050F
582 - 6520C
890-11750F
477-6350C
Resistividade elétrica
3,99 x 10-6 ohm-cm
-
5,15 x 10-6 ohm-cm
-
Dureza (Brinell)
95
-
150
-
Usinabilidade
Bom
Justo
Força de rendimento
A resistência ao escoamento refere-se à tensão máxima que um material pode suportar antes de sofrer deformação plástica permanente. Além deste ponto, o material não retornará à sua forma original quando a tensão for removida. O limite de escoamento do alumínio 7075 é muito maior do que o do 6061, o que é atribuído principalmente ao maior teor de zinco e magnésio no alumínio 7075. Esses elementos formam precipitados de reforço que aumentam muito a resistência da liga.
Embora o alumínio 6061 também melhore a sua resistência através do tratamento térmico e do endurecimento por precipitação, os seus principais elementos de liga, magnésio e silício, estão presentes em quantidades menores, resultando numa resistência relativamente menor. No entanto, o alumínio 6061 não deve ser considerado frágil, pois o seu limite de escoamento de 276 MPa é apenas ligeiramente inferior ao de alguns aços de baixo carbono.
Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade é uma medida da rigidez de um material. É a relação entre tensão e deformação dentro do limite elástico, representando a capacidade do material de resistir à deformação sob uma carga aplicada. Um módulo de elasticidade mais alto indica um material mais rígido e menos sujeito à deformação sob tensão.
7075 e 6061 têm módulos de elasticidade semelhantes (71,7 GPa vs. 68,9 GPa). Isso ocorre porque o módulo de elasticidade é determinado principalmente pela ligação atômica dentro do material, e não pelos elementos de liga específicos ou processos de tratamento térmico usados para produzir as ligas.
Condutividade Térmica
Embora todas as formas de ligas de alumínio sejam bons condutores térmicos, diferentes elementos de liga podem alterar a microestrutura do alumínio, afetando assim a sua condutividade térmica. A liga de alumínio 6061 tem uma condutividade térmica mais alta (167 W/m·K), principalmente porque seus elementos de liga, magnésio e silício, têm um impacto mínimo na condutividade térmica da matriz de alumínio. Em contraste, a liga de alumínio 7075 tem uma condutividade térmica mais baixa (130 W/m·K) devido ao seu alto teor de zinco e cobre. Esses elementos formam compostos complexos e precipitam que dispersam o fluxo de calor, reduzindo assim a condutividade térmica geral.
Dureza
A dureza da liga de alumínio 7075 é geralmente superior à da liga 6061. No alumínio 7075, o alto teor de zinco e magnésio facilita a formação de numerosos precipitados de MgZn2, que são excepcionalmente duros, melhorando significativamente a dureza geral do alumínio 7075. A presença de cobre amplifica ainda mais esse efeito. Embora o cobre por si só contribua minimamente para a dureza, a sua interação com o zinco e o magnésio eleva as propriedades mecânicas do material.
Por outro lado, no alumínio 6061, os precipitados de Mg2Si formados por magnésio e silício melhoram a dureza, mas devido ao seu menor teor, a melhoria é limitada. A têmpera T6 do alumínio 6061 é particularmente projetada para equilibrar resistência e trabalhabilidade.
Usinabilidade
Ambas as ligas de alumínio 6061 e 7075 possuem características louváveis de usinabilidade. No entanto, maior dureza e resistência geralmente tornam o corte e a modelagem mais difíceis, aumentando a dificuldade de usinagem. É por isso que o alumínio 7075 é mais difícil de usinar.
Em contraste, o alumínio 6061 pode ser facilmente cortado, fresado, perfurado e fundido, exibindo melhor usinabilidade do que o alumínio 7075 devido à sua resistência moderada, ductilidade e menores forças de corte durante a usinagem. Como resultado, a liga de alumínio 6061 é a escolha certa para vários componentes usinados, pois combina harmoniosamente usinabilidade com resistência e outras propriedades desejáveis.
Características Químicas
Aqui nos concentramos principalmente na resistência à corrosão e anodização para verificar a diferença de suas características químicas.
Resistência à corrosão
A liga de alumínio 6061 tem resistência à corrosão significativamente melhor em comparação com 7075. Isso ocorre porque 6061 contém magnésio e silício e tem menor teor de cobre. Os precipitados formados por magnésio e silício na matriz de alumínio, como o Mg2Si, não reduzem significativamente a resistência à corrosão da liga. Pelo contrário, a distribuição uniforme destes precipitados ajuda a prevenir a corrosão localizada. Em contraste, o alto teor de zinco e cobre na liga de alumínio 7075 forma precipitados propensos à corrosão, como Al2CuMg e MgZn2. Esses precipitados levam a células galvânicas localizadas, tornando a liga mais suscetível à corrosão quando exposta a ambientes úmidos ou corrosivos. Além disso, a presença de cobre promove ainda mais corrosão por pites e frestas.
Anodização
A anodização é um processo de passivação eletrolítica que aumenta a espessura da camada de óxido natural na superfície do alumínio e suas ligas. Este processo aumenta a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e a capacidade de aceitar corantes ou outros revestimentos.
Ambas as ligas de alumínio 6061 e 7075 podem ser anodizadas com sucesso para obter melhor resistência à corrosão e propriedades de superfície. O alumínio 6061, com sua microestrutura mais uniforme, é mais fácil de anodizar, formando uma camada de óxido uniforme, densa e fortemente aderente. Por outro lado, devido ao alto teor de zinco e cobre, a anodização do alumínio 7075 tende a produzir uma camada de óxido com espessura irregular e muitos poros locais. A camada de óxido no 7075 também tende a ter uma adesão mais fraca ao substrato, tornando-o propenso a descascar ou rachar. Portanto, a anodização do alumínio 7075 pode exigir medidas de controle de qualidade mais rigorosas e custos mais elevados para garantir uma camada de óxido uniforme e livre de defeitos.
Soldabilidade
O alumínio 6061 é conhecido por sua excelente soldabilidade. Sua resistência moderada e boa resistência à trinca durante a soldagem contribuem para sua soldabilidade geral. Esta liga pode ser soldada usando vários métodos, incluindo soldagem a arco de gás metálico (GMAW), soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW) e soldagem por resistência.
Embora a liga de alumínio 7075 também seja soldável, ela apresenta mais desafios em comparação com o alumínio 6061. A alta resistência e dureza da liga podem causar aumento de tensão e rachaduras nas juntas soldadas. Além disso, como o ponto de fusão do zinco é muito inferior ao do alumínio, o zinco derreterá antes do alumínio durante o processo de soldagem. A fusão e volatilização precoce do zinco resultará na formação de fases ricas em zinco na área de soldagem, que são propensas a porosidade e rachaduras durante o processo de soldagem, reduzindo assim a qualidade da soldagem. Se for necessário conectar peças de alumínio 7075, elas só poderão ser conectadas com rebites ou outros fixadores.
Custo
Em geral, o alumínio 7075 tende a ser mais caro que o alumínio 6061. Principalmente, o 7075 contém uma proporção maior de zinco e cobre, que são mais caros, levando a custos mais elevados de matéria-prima. Além disso, a processabilidade da liga de alumínio 7075 é relativamente pobre, principalmente durante processos de corte e soldagem, que exigem maiores demandas tecnológicas e custos. Além disso, a alta dureza e resistência do 7075 resultam em desgaste mais rápido da ferramenta e tempos de processamento mais longos, aumentando assim os custos de fabricação.
Alumínio 6061 vs. 7075: Qual é o melhor para sua aplicação?
Até agora, temos uma compreensão geral das diferenças entre as ligas de alumínio 6061 e 7075. Ambos possuem excelentes propriedades mecânicas e são amplamente utilizados. Mas em relação à sua aplicação, qual é a mais adequada? A seleção depende principalmente de ambientes de uso específicos, requisitos de desempenho e considerações de custo. Resumimos alguns conselhos abaixo para ajudá-lo a tomar decisões informadas.
1. Geralmente, a liga de alumínio 6061 pode ser a escolha principal. Porque é mais econômico e sua boa processabilidade e soldabilidade facilitam seu trabalho. Apesar de sua resistência média, o alumínio 6061 pode atender aos requisitos de uma ampla gama de aplicações em construção, transporte e eletrônica.
2. Quando seus produtos são utilizados em ambientes marinhos, é melhor escolher o alumínio 6061. Isto não se trata apenas da maior resistência à corrosão do 6061 do que do 7075, mas de uma preocupação de adequação econômica da liga selecionada. Embora através de tratamentos de superfície adequados, ambas as ligas possuam excelente resistência à corrosão, o alumínio 7075 usado em tais condições parece desperdiçar seu potencial para outros usos exigentes.
3. Nas situações a seguir, o alumínio 7075 é mais eficaz para atingir as funções de sua aplicação.
O custo não é uma preocupação principal.
São necessárias maior resistência e dureza. Isso se aplica principalmente a áreas como indústria aeroespacial, militar e automotiva de alta tecnologia.
Seus produtos serão usados sob carregamento cíclico de longo prazo. Porque a boa resistência à fadiga do alumínio 7075 pode manter um desempenho estável sob tais circunstâncias.
Conclusão
As ligas de alumínio estão entre os metais mais utilizados nos processos de fabricação. Porém, com a grande variedade de ligas de alumínio disponíveis, seria confuso escolher a liga certa para o seu projeto. Como um dos maiores fabricantes com certificação ISO 9001, especializado em peças de hardware personalizadas na China, nossos especialistas podem ajudá-lo no processo de seleção de materiais. Se você está procurando serviços de usinagem CNC ou serviços de extrusão de alumínio para seu projeto de alumínio 6061 ou 7075, não hesite em nos contatar.
