Liga de alumínio 2024: conheça suas propriedades e métodos de processamento

A liga de alumínio 2024 é amplamente utilizada na fabricação de peças de aeronaves devido à sua alta relação resistência-peso. Sua composição única é responsável por suas propriedades e contribui para sua versatilidade e diversas aplicações industriais.

A aplicação bem-sucedida da Alloy 2024 só é possível através da compreensão de suas propriedades e processos. Portanto, discutiremos suas propriedades, processos de usinagem e aplicações.

O que é liga de alumínio 2024?

2024 é um tipo de liga de alumínio com propriedades excepcionais devido à composição química. Contém cobre (4,3-4,5%) como elemento de liga primário e outros elementos como manganês, magnésio, silício, níquel, bismuto, chumbo, zinco e cromo.

Elementos como o cobre melhoram a relação resistência-peso e a usinabilidade. Portanto, a liga de alumínio 2024 é ideal para a fabricação de peças estruturais. A tabela a seguir mostra os elementos de liga e sua composição percentual.

Propriedades da liga de alumínio 2024

2024 As propriedades do alumínio dependem de sua composição química e podem ser divididas em propriedades físicas, mecânicas e outras. Além disso, as propriedades variam dependendo do tratamento térmico, por isso é necessário entender o material para melhor utilizá-lo.

Propriedades físicas

As propriedades físicas do alumínio 2024 fornecem informações sobre seu comportamento e adequação às aplicações pretendidas. As propriedades físicas do alumínio 2024 são:

• densidade: A liga de alumínio 2024 tem densidade de 2,78 g/cm3. Isto é baixo (ligeiramente superior ao alumínio puro com 2,7 g/cm3), o que significa que o material pode fornecer resistência sem adicionar peso.
• Condutividade térmica: Sua condutividade térmica é de cerca de 120 W/(m·K). Portanto, é importante para peças que necessitam de dissipação de calor mais rápida, principalmente motores de aeronaves.
• Condutividade elétrica: 2024 As ligas de alumínio têm uma condutividade elétrica de 30% IACS devido ao cobre que contêm, embora não sejam tão condutivas quanto seu elemento de liga primário (cobre).
• Coeficiente de expansão térmica (CTE): O alumínio 2024 tem um CTE moderado (23,2 µm/m°C), o que significa que suas dimensões mudam pouco à medida que as temperaturas aumentam. Portanto, os fabricantes podem prever a expansão e contração do material e reduzir o risco de falha da peça devido a flutuações de temperatura.
• Maquinabilidade: A liga de alumínio 2024 é muito usinável, ou seja, é compatível com operações de usinagem como corte, furação, torneamento, etc. Além disso, é muito usinável, facilitando o corte e a extrusão. Sua excelente usinabilidade e usinabilidade os tornam um material valioso no processamento de chapas metálicas aeroespacial e automotiva.

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas da liga descrevem sua resposta a forças ou cargas mecânicas. Isso inclui:

• resistência à tração: O alumínio 2024 tem uma resistência à tração de 290 – 450 MPa (42.100 – 65.300 psi). Isso mostra que ele pode suportar uma força tremenda quando puxado ou esticado antes de quebrar. Além disso, é adequado para a produção de peças com propriedades estruturais/de suporte de carga.
• Limite de estiramento: Seu limite de escoamento é de 195-415 MPa (28.300-60.000 psi). Isso significa que é necessária muita tensão para sofrer deformação plástica irreversível. Portanto, é adequado para fabricação de peças com aplicações estruturais.
• dureza: Sua dureza depende da dureza térmica e está entre 50HB e 120HB. Além disso, mede sua resistência à deformação, abrasão e arranhões e pode orientar os fabricantes na aplicação da liga de alumínio 2024.
• resistência à fadiga: A liga de alumínio 2024 possui boa resistência à fadiga (138 MPa ou 20.000 psi), calculada em 500.000.000 de ciclos de carga abaixo do ponto de escoamento. Portanto, uma das aplicações da liga de alumínio 2024 é na produção de peças que possam suportar carregamentos cíclicos ou tensões repetitivas.
• Força pura: A resistência ao cisalhamento é uma medida da resistência da liga de alumínio 2024 a tensões de cisalhamento ou corte. Tem uma classificação de 283 MPa (41.000 psi), que é moderadamente forte.

Abaixo está uma tabela resumida das propriedades do alumínio 2024 com diferenças baseadas em durezas térmicas comuns:

Métodos para processamento e produção de ligas de alumínio 2024

As excelentes propriedades do alumínio 2024 tornam-no um material industrial popular. Abaixo estão vários métodos de processamento e fabricação usados ​​para criar a liga.

Liga e fundição

A composição química da liga de alumínio 2024 é cobre, magnésio, manganês e outros elementos como silício e ferro em 0,3%.

O processo de fabricação do alumínio 2024 começa com a fundição. Lingotes de alumínio e elementos de liga são derretidos em um forno e a forma fundida é vazada em vários formatos. O método de fundição pode ser fundição contínua ou fundição de lingotes, e a escolha do método de fundição depende dos requisitos e da forma do produto final.

Tratamento térmico

O endurecimento térmico é um processo que fortalece um metal ou sua liga. Isso inclui processos como:

• Através do recozimento em solução, os elementos de liga podem se dissolver na matriz de alumínio e formar uma microestrutura homogênea. O processo ocorre em alta temperatura (tipicamente 480°C a 495°C), mantendo a temperatura por um tempo pré-determinado.
• A têmpera é um resfriamento rápido e controlado da liga após o tratamento térmico. Isto congela a microestrutura da liga e evita a formação de grandes precipitados.
• Outro processo pelo qual passa a liga 2024 é o envelhecimento, que resulta em uma dureza diferente. Pode ser natural, como visto em (T3), ou ocorrer em temperatura mais baixa (normalmente 120°C e 190°C). Isto leva à precipitação de partículas finas dentro da matriz de alumínio e aumenta a resistência e a dureza da liga.
• O trabalho a frio envolve moldar a liga 2024 a frio usando técnicas como laminação, extrusão e trefilação. Isto aumenta a resistência da liga e permite que ela seja posteriormente submetida a técnicas de usinagem como fresamento e torneamento.

Devido ao endurecimento térmico, a liga de alumínio 2024 tem propriedades mecânicas ligeiramente diferentes. Cada grau de dureza tem uma designação, “Tx”, onde x é um número de um a cinco dígitos que codifica as propriedades da liga.

O primeiro dígito indica o método de tratamento térmico, enquanto o segundo ao quinto dígito indica qualidades de fabricação específicas. Por exemplo, para a dureza T42, o número 4 representa o recozimento por solução e o envelhecimento natural, e “2” significa que o próprio comprador deve tratar termicamente o metal.

No entanto, é confuso, os fabricantes precisam conversar com especialistas que conheçam as propriedades da liga. Os níveis de dureza comuns da liga de alumínio 2024 incluem:

2024-T3

2024-T3 passa por recozimento em solução a aproximadamente 485°C, trabalho a frio (ou laminação a frio) e envelhecimento natural em temperatura ambiente. Tem uma resistência à tração de 400-430 MPa (58-62 ksi) e uma resistência ao escoamento de 270-280 MPa (39-40 ksi). Sua boa conformabilidade e resistência o tornam adequado para a produção de peças com formatos complexos.

2024-T4

A liga de têmpera T4 passa por tratamento de recozimento por solução e envelhecimento natural em temperatura ambiente. Isto leva a uma melhor ductilidade e conformabilidade. Portanto, são adequados para produzir peças que exijam melhor conformabilidade sem reduzir a resistência.

2024-T6

Esta liga foi submetida ao recozimento em solução e depois ao envelhecimento artificial a aproximadamente 190-205°C (375-400°F). Isso o torna a dureza mais forte e mais dura. Portanto, é adequado para a produção de peças onde a resistência é crucial.

2024-T62

Esta liga de alumínio T6 2024 passou por tratamento térmico de estabilização após envelhecimento artificial. Isso significa que tem melhor resistência à corrosão sob tensão. Além disso, é adequado para peças utilizadas em ambientes corrosivos.

2024-O

Esta liga de alumínio 2024 não foi tratada termicamente, mas foi totalmente recozida. Isto aumenta a sua conformabilidade, mas reduz a sua resistência em comparação com outros níveis de dureza. Tem uma resistência à tração de 140 – 210 MPa e uma resistência máxima ao escoamento de 97 MPa (14.000 psi). É adequado para produzir peças que requerem flexibilidade.

Conformação a frio e usinagem

Os processos de trabalho a frio incluem laminação, extrusão e trefilação, que aumentam a resistência e outras propriedades mecânicas do alumínio 2024. Além disso, eles podem moldar a liga no design desejado. A liga de alumínio 2024 também pode ser facilmente usinada usando técnicas de usinagem convencionais, como fresamento, torneamento e furação.

Soldagem

A liga de alumínio 2024 também pode ser processada com métodos de soldagem, como soldagem TIG, soldagem por resistência e soldagem por fricção. A soldagem do alumínio 2024 é crítica devido à sua tendência a formar microfissuras. Devido à sua fraca soldabilidade, a rebitagem e a colagem são técnicas de união mais comuns.

Liga de alumínio 2024 em usinagem CNC

A usinagem CNC é um processo de fabricação subtrativo no qual uma máquina controlada por computador remove partes de uma peça de acordo com projetos e especificações predefinidos e molda o produto desejado. O alumínio 2024 pode ser processado usando técnicas de fresamento, torneamento e furação.

O processo CNC é adequado para prototipagem e fabricação de peças de liga de alumínio 2024 pelos seguintes motivos:

Alta precisão e exatidão

As máquinas CNC são altamente precisas e precisas, permitindo conformidade com o projeto. Isso também significa que há pouca ou nenhuma diferença entre os diferentes lotes de produtos. Portanto, sua capacidade de atingir tolerâncias restritas os torna adequados para montagem de produtos em muitas aplicações.

Acabamento de superfície

O processamento do alumínio 2024 cria um acabamento superficial fino. Isto é ideal para peças que requerem propriedades estéticas ou funcionais, como baixo atrito. Isto significa que há menos necessidade de outros processos de acabamento superficial, reduzindo os custos de pós-processamento.

versatilidade

A usinagem CNC pode trabalhar com diferentes tamanhos e formatos de liga. Além disso, uma única configuração pode acomodar muitas ferramentas e permitir cortar, tornear ou fresar a liga. Isto consequentemente facilita a fabricação de diversas peças.

automação

As máquinas CNC não dependem da operação humana. Eles não apenas garantem uma produção livre de erros, mas também aceleram bastante o processo, razão pela qual são amplamente utilizados em muitas indústrias.

Vantagens da liga de alumínio 2024 em comparação com outras ligas

Devido às suas vantagens, a liga é uma candidata notável em diversas indústrias. Abaixo estão algumas vantagens da liga em comparação com outras.

Alta relação resistência/peso

A liga de alumínio 2024 tem uma relação resistência/peso excepcional em comparação com o alumínio 6061 e a liga 7075. No entanto, as ligas 6061 e 7075 apresentam melhor resistência à corrosão sob tensão.

Boa resistência à fadiga

Sua resistência à fadiga o torna adequado para carregamentos cíclicos repetidos de peças. Isto a torna uma opção melhor do que a liga de alumínio 6063, que é conhecida por sua excelente conformabilidade e resistência à corrosão, mas baixa resistência à fadiga.

Maquinabilidade

É mais usinável que a liga de alumínio 7075 porque esta última é mais dura. Portanto, é mais adequado para usinagem de precisão. Além disso, é melhor que a liga de alumínio 6063, que só é adequada para perfis e formatos mais simples devido à sua extrusabilidade.

Limitações da liga de alumínio 2024 na produção

A liga de alumínio 2024 também tem suas desvantagens, incluindo:

Suscetibilidade à corrosão sob tensão

A liga de alumínio 2024 é suscetível à corrosão sob tensão. Isto limita a sua utilização em ambientes agressivos, a menos que seja galvanizado e revestido. Isso é diferente das ligas de alumínio 7075 e 6061, que são conhecidas por sua excepcional resistência à corrosão sob tensão.

Baixa soldabilidade

Também possui soldabilidade limitada porque é suscetível a trincas, o que pode comprometer a integridade da junta soldada. Isso é diferente das ligas de alumínio 6061 e 6063, que apresentam boa soldabilidade.

Formabilidade limitada

A conformabilidade da liga de alumínio 2024 limita seu uso em peças complexas ou profundamente moldáveis. Em vez disso, é melhor usar as ligas de alumínio 3003 e 5052, cuja excelente conformabilidade as torna adequadas para a fabricação de chapas metálicas automotivas.

Aplicações de peças de liga de alumínio 2024

Indústria aeroespacial

A liga de alumínio 2024 é o material mais importante na indústria aeroespacial devido à sua excelente relação resistência-peso e resistência à corrosão. É usado para componentes estruturais de aeronaves, como revestimentos de asas, painéis de fuselagem e fixadores/rebites.

Indústria automobilística

As propriedades fortes e o peso leve do alumínio 2024 tornam-no aplicável na indústria automotiva, pois melhora a eficiência de combustível e o desempenho do veículo. É adequado para produzir componentes de suspensão, como braços de controle e juntas de direção, bem como peças de veículos de alto desempenho, como juntas de direção, eixos de rodas e rodas.

Equipamentos esportivos

A liga de alumínio 2024 também é usada para produzir peças de equipamentos esportivos duráveis, robustas e resistentes à corrosão, como quadros de bicicletas, tacos de beisebol e equipamentos de escalada, como mosquetões e polias.

Aplicações marítimas

A liga 2024 também pode ser usada bem em condições ambientais adversas, especialmente após galvanização ou galvanização. É, portanto, adequado para a produção de peças utilizadas no setor marítimo. Isto inclui estruturas de cascos e mastros de barcos, acessórios de navios, escadas, corrimões e fixadores.

Concluindo

O alumínio 2024 é leve e um material importante na indústria aeroespacial devido à sua resistência. O uso bem-sucedido do material só é possível se você compreender suas propriedades.

Perguntas frequentes

Qual é a faixa de temperatura operacional para o alumínio 2024?

A faixa superior de temperatura operacional para a liga de alumínio 2024 não é conhecida diretamente, pois depende do tipo de dureza utilizada e das aplicações industriais.

O alumínio 2024 é bom para soldagem?

Não, o Alumínio 2024 pode apresentar microfissuras resultando em perda de integridade estrutural. Portanto não é bom para soldagem.

Quão forte é o alumínio 2024?

O alumínio 2024 tem uma resistência à tração de 290 – 450 MPa (42.100 – 65.300 psi).

Quais são os nomes comerciais comuns do alumínio 2024?

Os nomes comerciais comuns do alumínio 2024 são:

• EUA A82024, EUA A82024, EUA A92024
• Al2024-O, Al2024-T4, Al2024-T3
• AA2024-T3,
• Alclad 2024-T3, Alclad 2024-T4/T351, Alclad 2024-T851 e Alclad 2024-O