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Nova técnica aumenta resistência de ligas de alumínio

Pesquisa de universidade australiana oferece boas perspectivas para a indústria de Transportes

Pesquisadores da Universidade Monash, de Melbourne, na Austrália, desenvolveram uma técnica capaz de aumentar a resistência à fadiga de ligas de alumínio de alta resistência, trazendo uma boa perspectiva para a aplicação na indústria de Transportes.

Em artigo publicado na Nature Communications, os pesquisadores relatam que a técnica conseguiu aumentar a vida útil das ligas, quando submetidas a processos de fadiga, em até 25 vezes quando comparadas à média resultante das mesmas ações em produtos atualmente disponíveis no mercado.

“De todas as falhas de ligas de engenharia, 80% são devido à fadiga que ocorre por causa de uma tensão alternada. Esse é um problema na indústria de manufatura e engenharia, uma consideração fundamental para todos os materiais usados em aplicações de Transporte, como automóveis, caminhões, trens e aviões”, explica Christopher Hutchinson, professor de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Monash e líder da pesquisa.

Ao usar ligas de alumínio em projetos de Transporte, é necessário compensar suas limitações de fadiga, ressalta Hutchinson. Com a nova técnica, seria possível utilizar menos material para se obter a mesma performance, promovendo redução de peso ainda maior. 

A pesquisa de Monash avaliou que a relativa baixa resistência à fadiga das ligas de alumínio de alta resistência ocorre em razão das fracas ligações das chamadas precipitate free zones (PFZs). Os precipitados são combinações de elementos, cujas partículas são distribuídas pela microestrutura das ligas — e, no caso, responsáveis por aumentar significativamente a resistência ao escoamento. 

Foi observado que as ligas produzidas pelo processo de endurecimento parcial (envelhecimento parcial) tinham uma performance de resistência ao escoamento menor em relação às produzidas com o processo de endurecimento total (envelhecimento total). Mas, por outro lado, tinham melhor performance em relação à fadiga. Ambas contêm as PFZs, mas se comportam de forma bastante diferente.

Nas ligas de envelhecimento parcial, o deslocamento das microestruturas no processo de fadiga acaba por abrir espaços nas PFZs, que resultam em uma precipitação dinâmica, fortalecendo essas áreas até então mais frágeis. Já nas ligas de endurecimento total, isso não acontece. 

Com esse entendimento, a abordagem adotada no estudo foi a de desenvolver um material de endurecimento parcial e, por meio de repetições cíclicas que simulam o processo de fadiga, reparar as PFZs por precipitação dinâmica.

Em outras palavras, ao invés de projetar uma microestrutura forte e esperar que ela permaneça estável pelo maior tempo possível durante o carregamento de fadiga, os pesquisadores criaram uma microestrutura inicial de menor resistência estática, mas que mudará de tal forma que seu desempenho em fadiga será significativamente melhorado.

No estudo, foram usadas as ligas AA2024, AA6061 e AA7050 — todas disponíveis comercialmente — e, nas três, o processo aumentou a durabilidade e a resistência à fadiga. No entanto, o conceito desenvolvido pode ser aplicado a outras ligas endurecidas por precipitação contendo PFZs.

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