Ligas de magnésio: aplicação, classificação e propriedades

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

As ligas de magnésio têm uma série de propriedades físicas e químicas únicas, sendo as principais a baixa densidade e alta resistência. A combinação dessas qualidades nos materiais com a adição de magnésio possibilita a produção de produtos e estruturas com características de alta resistência e baixo peso.

Características do magnésio

A produção industrial e o uso de magnésio começaram há relativamente pouco tempo - apenas cerca de 100 anos atrás. Este metal possui baixa massa, pois possui densidade relativamente baixa (1,74 g/cmᶟ), boa resistência ao ar, álcalis, meios gasosos contendo flúor e óleos minerais.

Seu ponto de fusão é de 650 graus. Caracteriza-se pela alta atividade química até a combustão espontânea no ar. A resistência à tração do magnésio puro é de 190 MPa, o módulo de elasticidade é de 4.500 MPa e o alongamento relativo é de 18%. O metal tem uma elevada capacidade de amortecimento (absorve eficazmente as vibrações elásticas), o que lhe confereexcelente tolerância ao choque e sensibilidade reduzida a fenômenos ressonantes.

Outras características deste elemento incluem boa condutividade térmica, baixa capacidade de absorver nêutrons térmicos e interagir com combustível nuclear. Devido à combinação dessas propriedades, o magnésio é um material ideal para criar invólucros hermeticamente selados de elementos de alta temperatura de reatores nucleares.

O magnésio liga-se bem com vários metais e é um dos fortes agentes redutores, sem o qual o processo metalotérmico é impossível.

Na sua forma pura, é usado principalmente como adição de liga em ligas com alumínio, titânio e alguns outros elementos químicos. Na metalurgia ferrosa, o magnésio é usado para dessulfuração profunda de aço e ferro fundido, e as propriedades deste último são melhoradas pela esferoidização do grafite.

Magnésio e aditivos de liga

As adições de liga mais comuns usadas em ligas à base de magnésio incluem elementos como alumínio, manganês e zinco. Através do alumínio, a estrutura melhora, a fluidez e a resistência do material aumentam. A introdução do zinco também possibilita a obtenção de ligas mais fortes com um tamanho de grão reduzido. Com a ajuda de manganês ou zircônio, a resistência à corrosão das ligas de magnésio é aumentada.

A adição de zinco e zircônio proporciona maior resistência e ductilidade das misturas metálicas. E a presença de certas terras raraselementos como neodímio, cério, ítrio, etc., contribuem para um aumento significativo da resistência ao calor e maximização das propriedades mecânicas das ligas de magnésio.

Para criar materiais ultraleves com densidade de 1,3 a 1,6 g/mᶟ, o lítio é introduzido nas ligas. Este aditivo permite reduzir o seu peso pela metade em comparação com as misturas de alumínio metálico. Ao mesmo tempo, seus indicadores de plasticidade, fluidez, elasticidade e manufaturabilidade atingem um nível mais alto.

Classificação das ligas de magnésio

As ligas de magnésio são classificadas de acordo com vários critérios. Isto é:

• de acordo com o método de processamento - para fundição e deformável;
• de acordo com o grau de sensibilidade ao tratamento térmico - em não endurecido e endurecido por tratamento térmico;
• por propriedades e aplicações - para ligas resistentes ao calor, de alta resistência e de uso geral;
• de acordo com o sistema de liga - existem vários grupos de ligas de magnésio forjado não endurecíveis e termicamente endurecíveis.

Ligas de fundição

Este grupo inclui ligas com adição de magnésio, destinadas à produção de diversas peças e elementos por fundição moldada. Possuem propriedades mecânicas diferentes, dependendo de quais são divididos em três classes:

• força média;
• alta resistência;
• resistente ao calor.

Em termos de composição química, as ligas também são divididas em três grupos:

• alumínio + magnésio + zinco;
• magnésio + zinco + zircônio;
• magnésio + terras raraselementos + zircônio.

Propriedades de fundição de ligas

As melhores propriedades de fundição entre os produtos desses três grupos são as ligas de alumínio-magnésio. Pertencem à classe dos materiais de alta resistência (até 220 MPa), por isso são a melhor opção para a fabricação de peças de motores para aeronaves, automóveis e outros equipamentos que operam sob cargas mecânicas e térmicas.

Para aumentar as características de resistência, ligas de alumínio-magnésio também são ligadas com outros elementos. Mas a presença de impurezas de ferro e cobre é indesejável, pois esses elementos têm um efeito negativo na soldabilidade e resistência à corrosão das ligas.

As ligas de magnésio fundido são preparadas em vários tipos de fornos de fusão: fornos reverberatórios, fornos de cadinho com aquecimento a gás, óleo ou elétrico, ou fornos de indução de cadinho.

Fluxos e aditivos especiais são usados para evitar a combustão durante a fusão e a fundição. As peças fundidas são produzidas por fundição em moldes de areia, gesso e concha, sob pressão e utilizando modelos de revestimento.

Ligas forjadas

Em comparação com as ligas fundidas, as ligas de magnésio forjado são mais fortes, mais dúcteis e mais resistentes. Eles são usados para a produção de blanks por laminação, prensagem e estampagem. Como tratamento térmico de produtos, o endurecimento é usado a uma temperatura de 350-410 graus, seguido de resfriamento arbitrário sem envelhecimento.

Quando aquecidoas propriedades plásticas de tais materiais aumentam, portanto, o processamento de ligas de magnésio é realizado por meio de pressão e a altas temperaturas. A estampagem é realizada a 280-480 graus sob prensas por meio de matrizes fechadas. Na laminação a frio, são realizados freqüentes recozimentos intermediários de recristalização.

Na soldagem de ligas de magnésio, a resistência da costura do produto pode ser reduzida nos segmentos onde a soldagem foi realizada, devido à sensibilidade desses materiais ao superaquecimento.

Campos de aplicação de ligas de magnésio

Vários produtos semi-acabados - lingotes, placas, perfis, chapas, forjados, etc. são produzidos por fundição, deformação e tratamento térmico de ligas. Esses blanks são utilizados para a produção de elementos e peças de dispositivos técnicos modernos, onde a eficiência de peso das estruturas (peso reduzido) desempenha um papel prioritário, mantendo suas características de resistência. Comparado ao alumínio, o magnésio é 1,5 vezes mais leve e 4,5 vezes mais leve que o aço.

Atualmente, o uso de ligas de magnésio é amplamente praticado nas indústrias aeroespacial, automotiva, militar e outras, onde seu alto custo (alguns graus contêm elementos de liga bastante caros) é justificado do ponto de vista econômico pelo possibilidade de criar um equipamento mais durável, mais rápido, potente e seguro que possa funcionar de forma eficaz em condições extremas, inclusive quando exposto a altas temperaturas.

Devido ao seu alto potencial elétrico, essas ligas são o material ideal para a criação de protetores que fornecem proteção eletroquímica de estruturas de aço, como peças de automóveis, estruturas subterrâneas, plataformas de petróleo, embarcações marítimas, etc., dos processos de corrosão que ocorrem sob a influência da umidade, água doce e do mar.

Ligas com adição de magnésio também têm sido usadas em vários sistemas de engenharia de rádio, onde são usadas para fazer dutos de som para linhas ultrassônicas para retardar sinais elétricos.

Conclusão

A indústria moderna exige cada vez mais materiais em termos de resistência, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e capacidade de fabricação. O uso de ligas de magnésio é uma das áreas mais promissoras, portanto, as pesquisas relacionadas à busca de novas propriedades do magnésio e as possibilidades de sua aplicação não param.

Atualmente, o uso de ligas à base de magnésio na criação de diversas peças e estruturas permite reduzir seu peso em quase 30% e aumentar a resistência à tração em até 300 MPa, mas, segundo os cientistas, isso está longe do limite para este metal único.