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Ligas Al-Mn

Ao contrário das ligas Al-Cu, as ligas Al-Mn (série 3XXX da Aluminum Association entre as ligas trabalhadas) não são endurecíveis por precipitação, ou sejam, não obtêm nenhum ganho de dureza mediante tratamento térmico (o chamado envelhecimento). Como as ligas dos sistemas Al-Si (série 4XXX) e Al-Mg (série 5XXX) (Al-Mg), as ligas Al-Mn somente podem ser endurecidas por encruamento (trabalho mecânico). Entretanto, as ligas não tratáveis termicamente contendo mais de 1 % de manganês, como por exemplo a 3003, muito utilizada na fabricação de panelas, possuem considerável importância comercial. Outro exemplo de liga do sistema Al-Mn de larga aplicação industrial é a 3004, utilizada na fabricação de latas para acondicionamento de bebidas. O manganês também é usado como elemento de liga minoritário em ligas dos sistemas Al-Cu (série 2XXX) e Al-Mg-Si (série 6XXX) e de um modo geral aumenta a resistência mecânica das ligas trabalhadas, seja através da formação de fases intermetálicas como AlFeMnSi e AlMnSi, ou por meio de endurecimento por solução sólida. Entretanto, em quantidade excessiva as fases intermetálicas podem reduzir a dutilidade. Outro efeito importante do manganês no alumínio e suas ligas é a redução da susceptibilidade à corrosão sob tensão [3].

Nas ligas Al-Mn a temperatura eutética é 660 ºC a um teor de 1,9 %. O limite de solubilidade do manganês no alumínio nesta temperatura é 1,8 %. A fase intermetálica, que existe em equilíbrio com a solução sólida de alumínio, tem uma composição que corresponde praticamente à fórmula Al6Mn. Esta fase separa-se da fase líquida que contém 1,9 a 4,1 % de manganês. Quando as soluções sólidas possuem maiores teores, ela se forma pela reação peritética entre Al4Mn e a fase líquida a 710 ºC [3].

A única fase metaestável conhecida no sistema Al-Mn tem a composição Al12Mn com 14,5 % de manganês. Ferro e silício acima de 0,2 % suprimem a formação de Al12Mn. Por outro lado, a presença de cromo estabiliza essa fase. No sistema Al-Mn-Cr existe uma fase ternária que se forma apenas no estado sólido por reação peritetóide a 590 ºC. Esta fase é a Al12(CrMn) com uma composição de 2 % a 4 % de cromo e 10 a 12 % de manganês. Esta fase ternária é isomórfica com a fase Al12Mn [3]. A liga 3003, bastante utilizada, consiste basicamente na adição de manganês ao alumínio comercialmente puro. As fases preponderantes são Al6(Mn.Fe) e Al12(Fe,Mn)3Si. Durante a solidificação predomina a fase que não contém silício, porém o aquecimento posterior leva à formação da fase que contém silício. O manganês também precipita sob a forma de partículas dispersóides, os quais dificultam muito a recristalização durante o recozimento posterior à deformação, quando comparada com o alumínio comercialmente puro, que praticamente não contem esses dispersóides. Entretanto, nas ligas 3xxx parte do manganês permanece em solução sólida. Algumas ligas desse sistema também contêm magnésio, que devido à sua grande afinidade com o silício tende a favorecer a formação da fase Al6(Mn,Fe) [3]. A liga 3003 é a liga Al-Mn mais antiga no mercado, tendo sido introduzida em 1906, mas ainda é a de maior importância econômica. A liga 3004 é a mais antiga entre as ligas Al-Mn-Mg, tendo surgido em 1929. A resistência mecânica da liga 3003 é significativamente mais elevada do que a do alumínio comercialmente puro 1100, ao passo que a liga 3004 possui resistência mecânica mais alta do que a da liga 3003. A liga 3004 é um exemplo de liga endurecida por dispersão, enquanto a liga 3004 combina o endurecimento por dispersão com o endurecimento por solução sólida proporcionado pela presença de magnésio. A liga 3004 é indicada para aplicações nas quais se exige maior estabilidade de tamanho de grão. Entretanto, as duas ligas apresentam excelente resistência à corrosão, combinada com razoável resistência mecânica razoável, podendo ser usadas em muitas das aplicações para as quais são utilizados o alumínio comercialmente puro e as ligas alumínio-magnésio [3].

Posteriormente, nos anos 50 e 60 foram desenvolvidas outras ligas, como a 3005 e a 3105, com o objetivo de ampliar o campo de aplicações desse grupo de ligas, ao oferecer combinações de resistência mecânica, conformabilidade e resistência à corrosão para aplicações em construção e produtos especiais [3]. 

De um modo geral pode-se dizer que as ligas Al-Mn possuem melhores propriedades mecânicas que o alumínio comercialmente puro, dutilidade ligeiramente inferior e boa resistência à corrosão [1]. As tabelas mostradas a seguir apresentam a composição química e propriedades mecânicas de algumas ligas do sistema Al-Mn [3]:

Composição química: ligas Al-Mn

Liga Manganês Magnésio Cobre Alumínio
3102 0,22 - - Bal.
3003 1,20 - 0,12 Bal.
3004 1,20 1,00 - Bal.
3104 1,10 1,00 - Bal.
3005 1,20 0,40 - Bal.
3105 0,60 0,50 - Bal.

Propriedades mecânicas: ligas Al-Mn

Liga Limite de resistência mecânica (MPa) Limite de resistência ao escoamento (MPa) Alonga-
mento (%) em 50 mm
Dureza Brinell Limite de resistência à fadiga (MPa)
3003 recozida 110 40 30 28 50
3003 encruada (H18) 200 185 4 55 70
3004 recozida 180 70 20 45 95
3004 encruada (H38) 285 250 5 77 110
3104 encruada (H19) 290 260 4 - -
3005 recozida 130 55 25 - -
3005 encruada (H18) 240 225 4 - -
3105 recozida 115 55 24 - -
3105 encruada (H18) 215 195 3 - -

 

 

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