Liga de alumínio-lítio - Aluminium–lithium alloy

Ligas de alumínio-lítio ( ligas de Al-Li) são um conjunto de ligas de alumínio e lítio , muitas vezes incluindo cobre e zircônio . Como o lítio é o metal elementar menos denso , essas ligas são significativamente menos densas que o alumínio. As ligas comerciais de Al-Li contêm até 2,45% de lítio em massa.

Estrutura de cristal

A liga com lítio reduz a massa estrutural por três efeitos:

Deslocamento 
Um átomo de lítio é mais leve que um átomo de alumínio; cada átomo de lítio então desloca um átomo de alumínio da rede cristalina, enquanto mantém a estrutura da rede. Cada 1% em massa de lítio adicionado ao alumínio reduz a densidade da liga resultante em 3% e aumenta a rigidez em 5%. Esse efeito atinge o limite de solubilidade do lítio no alumínio, que é de 4,2%.
Endurecimento por deformação
A introdução de outro tipo de átomo no cristal deforma a rede, o que ajuda a bloquear os deslocamentos . O material resultante é, portanto, mais forte, o que permite que menos dele seja usado.
Endurecimento por precipitação
Quando adequadamente envelhecido, o lítio forma uma fase Al 3 Li metaestável (δ ') com uma estrutura cristalina coerente. Esses precipitados fortalecem o metal impedindo o movimento de deslocamento durante a deformação. Os precipitados não são estáveis, no entanto, e deve-se tomar cuidado para evitar o envelhecimento com a formação da fase estável AlLi (β). Isso também produz zonas livres de precipitado (PFZs), normalmente nos limites dos grãos e pode reduzir a resistência à corrosão da liga.

A estrutura cristalina do Al 3 Li e Al – Li, embora baseada no sistema de cristal FCC , é muito diferente. Al 3 Li mostra quase a estrutura de rede do mesmo tamanho que o alumínio puro, exceto que os átomos de lítio estão presentes nos cantos da célula unitária. A estrutura do Al 3 Li é conhecida como AuCu 3 , L1 2 ou Pm 3 me tem um parâmetro de rede de 4,01 Å. A estrutura Al-Li é conhecida como estrutura NaTl, B32 ou Fd 3 m, que é feita de lítio e alumínio assumindo estruturas de diamante e tem um parâmetro de rede de 6,37 Å. O espaçamento interatômico para Al – Li (3,19 Å) é menor do que lítio puro ou alumínio.

Uso

As ligas Al-Li são principalmente de interesse para a indústria aeroespacial por sua vantagem de peso. Em aviões comerciais estreitos , a Arconic (anteriormente Alcoa ) afirma redução de peso de até 10% em comparação com os compostos , levando a uma eficiência de combustível até 20% melhor , a um custo menor do que o titânio ou os compostos. As ligas de alumínio-lítio foram usadas pela primeira vez nas asas e no estabilizador horizontal da aeronave militar norte-americana A-5 Vigilante . Outras ligas de Al-Li foram empregadas nas películas da asa inferior do Airbus A380 , a estrutura interna da asa do Airbus A350 , a fuselagem do Bombardier CSeries (onde as ligas compõem 24% da fuselagem), o piso de carga de o Boeing 777X e as pás do ventilador do motor turbofan com engrenagens Pratt & Whitney PurePower . Eles são também utilizados em tanques de combustível e oxidante no SpaceX Falcon 9 veículo de lançamento, de Fórmula Um pinças de freio, e o AgustaWestland EH101 helicóptero .

A terceira e última versão dos EUA Space Shuttle 's tanque externo foi feito, principalmente, de Al-Li 2195 liga . Além disso, as ligas de Al-Li também são usadas no adaptador Centaur Forward no foguete Atlas V , na espaçonave Orion , e deveriam ser usadas nos planejados foguetes Ares I e Ares V (parte do programa Constellation cancelado ).

As ligas Al-Li são geralmente unidas por soldagem por fricção e agitação . Algumas ligas de Al-Li, como Weldalite 049 , podem ser soldadas convencionalmente; no entanto, essa propriedade tem o preço da densidade; Weldalite 049 tem aproximadamente a mesma densidade do alumínio 2024 e módulo de elasticidade 5% maior . Al – Li também é produzido em rolos de até 220 polegadas (18 pés; 5,6 metros), o que pode reduzir o número de junções.

Embora as ligas de alumínio-lítio sejam geralmente superiores às ligas de alumínio-cobre ou alumínio-zinco na relação resistência-peso final, sua fraca resistência à fadiga sob compressão continua a ser um problema, que foi apenas parcialmente resolvido em 2016. Além disso, altos custos ( cerca de 3 vezes ou mais do que para ligas de alumínio convencionais), baixa resistência à corrosão e forte anisotropia das propriedades mecânicas dos produtos laminados de alumínio-lítio resultaram em uma escassez de aplicações.

Lista de ligas de alumínio-lítio

Além de sua designação formal de quatro dígitos derivada de sua composição de elemento , uma liga de alumínio-lítio também está associada a gerações particulares, com base principalmente em quando foi produzida pela primeira vez, mas secundariamente em seu conteúdo de lítio. A primeira geração durou desde a pesquisa inicial no início do século 20 até sua primeira aplicação em aeronaves em meados do século 20. Consistindo em ligas que deveriam substituir as populares ligas 2024 e 7075 diretamente, a segunda geração de Al-Li tinha alto teor de lítio de pelo menos 2%; esta característica produziu uma grande redução na densidade, mas resultou em alguns efeitos negativos, particularmente na tenacidade à fratura. A terceira geração é a geração atual do produto Al – Li que está disponível e ganhou ampla aceitação pelos fabricantes de aeronaves, ao contrário das duas gerações anteriores. Esta geração reduziu o conteúdo de lítio para 0,75–1,8% para mitigar essas características negativas enquanto retém parte da redução da densidade; as densidades de Al-Li de terceira geração variam de 2,63 a 2,72 gramas por centímetro cúbico (0,095 a 0,098 libras por polegada cúbica).

Ligas de primeira geração (1920-1960)

Ligas Al-Li de primeira geração
Nome / número da liga Formulários
1230 (VAD23) Tu-144
1420 Fuselagens, tanques de combustível e cockpits do MiG-29 ; Su-27 ; Tu-156 , Tu-204 e Tu-334 ; Fuselagens Yak-36 e Yak-38
1421
2020 A-5 Vigilante asas e estabilizadores horizontais

Ligas de segunda geração (1970-1980)

Ligas de Al-Li de segunda geração
Nome / número da liga Formulários
1430
1440
1441 Be-103 e Be-200
1450 An-124 e An-225
1460 Veículo lançador reutilizável McDonnell Douglas ( DC-X ); Tu-156
2090 (destinado a substituir 7075 ) Bordas de ataque A330 e A340 ; C-17 Globemaster ; Adaptador de carga útil Atlas Centaur
2091 (CP 274) (destinado a substituir 2024 ) Portas de acesso Fokker 28 e Fokker 100 na carenagem inferior da fuselagem
8090 (CP 271) (destinado a substituir 2024 ) Fuselagem EH-101 ; Bordas de ataque A330 e A340 ; Adaptador de carga útil Titan IV

Ligas de terceira geração (1990-2010)

Ligas de Al-Li de terceira geração
Nome / número da liga Formulários
2050 (AirWare I-Gauge) Veículo de lançamento da tripulação Ares I - estágio superior; Costelas da asa do A350 ; Reforço da asa inferior do A380
2055
2060 (C14U)
2065
2076
2096
2098
2099 (C460) Longarinas A380 , vigas transversais extrudadas, vigas longitudinais e trilhos do assento; Boeing 787
2195 Veículo de lançamento da tripulação Ares I - estágio superior; Última revisão dos tanques de propelente Tanque Externo Super Leve do Ônibus Espacial Falcon 9
2196 Vigas transversais extrudadas A380 , vigas longitudinais e trilhos do assento
2198 (AirWare I-Form) Pele de fuselagem do A350 e CSeries ; Foguete de segundo estágio Falcon 9
2199 (C47A)
2296
2297 F-16 anteparas
2397 Anteparas F-16 ; Painéis de impulso entre tanques externos super leves do ônibus espacial
Al – Li TP – 1
C99N

Outras ligas

  • Liga de alumínio 1424
  • Liga de alumínio 1429
  • Liga de alumínio 1441K
  • Liga de alumínio 1445
  • Liga de alumínio V-1461
  • Liga de alumínio V-1464
  • Liga de alumínio V-1469
  • Liga de alumínio 2094
  • Liga de alumínio 2095 ( Weldalite 049 )
  • Liga de alumínio 2097
  • Liga de alumínio 2197
  • Liga de alumínio 8025
  • Liga de alumínio 8091
  • Liga de alumínio 8093
  • CP 276

Sites de produção

Os principais produtores mundiais de produtos de liga de alumínio-lítio são Arconic , Constellium e Kamensk-Uralsky Metalurgical Works .

  • Centro Técnico Arconic (Upper Burrell, Pensilvânia, EUA)
  • Arconic Lafayette (Indiana, EUA); capacidade anual de 20.000 toneladas métricas (22.000 toneladas curtas; 20.000.000 kg; 44.000.000 lb) de alumínio-lítio e capaz de fundir lingotes redondos e retangulares para aplicações laminadas, extrudadas e forjadas
  • Arconic Kitts Green (Reino Unido)
  • Fábrica da Rio Tinto Alcan Dubuc (Canadá); capacidade 30.000 t (33.000 toneladas curtas; 30.000.000 kg; 66.000.000 lb)
  • Constellium Issoire (Puy-de-Dôme), França; capacidade anual de 14.000 t (15.000 toneladas curtas; 14.000.000 kg; 31.000.000 lb)
  • Obras Metalúrgicas Kamensk-Uralsky (KUMZ)
  • Aleris (Koblenz, Alemanha)
  • FMC Corporation
  • Southwest Aluminum (PRC)

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos