Aplicações Do Alumínio Na Indústria Aeronáutica e Aeroespacial

Workshop Alumnio 100% a favor | 26 de Maio 2014 |ISEP - Porto

Aplicaes do Alumnio na Indstria Aeronutica e Aerospacial

Hugo Cal Barbosa, Engenheiro Aeronutico


Desde o final da dcada de 1920, quando o primeiro avio comercial foi fabricado, que o alumnio est presente na sua configurao tendo a sua aplicao aumentado quase de forma exponencial, sendo atualmente o material mais importante no setor aeronutico e aerospacial.


O setor aeronutico e aerospacial um mercado crescente. Acompanhando o salto do poder econmico nos pases emergentes, esse segmento deve comportar, at 2030, passageiros suficientes (5% a mais por ano) para uma procura de 31,5 mil avies, sendo 23 mil deles novos, segundo estimativas da fabricante Airbus. Para crescer a par com o mercado, a indstria do alumnio tambm tem investido em pesquisa e desenvolvimento de ligas que permitam ao metal continuar na liderana como material principal para industria aeronutica e aerospacial. A procura hoje pela melhoria da eficincia econmica. O setor j tem respostas!


Mas antes, porqu o alumnio? A industria Aeronutica e Aerospacial, tem como critrios na escolha de materiais as sua propriedades referentes a:

Resistncia a fadiga, Resistncia a corroso, Resistncia mecnica, Peso

Assim sendo, os materiais de eleio nestes setores so:

Alumnio. Titnio. Madeira. Fibra de Vidro. Fibra de Carbono. Ao. Ligas Metlicas em Geral.


O Alumnio encabea a lista por ser o material mais amplamente usado e em diferentes partes dos aparelhos, tais como asas, fuselagem, motores, trens, interiores e revestimento. Apesar de amplamente usado como material exclusivo na configurao de componentes, tambm frequente encontra-lo combinado com outros maximizando a sua aplicao devido s suas propriedades nicas combinadas:

Leve e com baixa densidade Resistncia Elasticidade Plasticidade Fcil de trabalhar Fcil de soldar Fcil de montar Resistente corroso Bom condutor

Um material de construo verstil, altamente utilizvel e atrativo.


No entanto o Alumnio por si s no poder ser utilizado (amplamente) para a obteno de respostas s solicitaes de engenharia. As combinao de materiais para a obteno de ligas abriram portas produo de alumnio especifico para diferentes aplicaes, estando configuradas em series, da seguinte forma:

1XXX Alumnio com no mnimo 99% de pureza 2XXX Ligas de alumnio-cobre 3XXX Ligas de alumnio-mangans 4XXX Ligas de alumnio-slica 5XXX Ligas de alumnio-magnsio 6XXX Ligas de alumnio-magnsio-slica 7XXX Ligas de alumnio-zinco-magnsio 8XXX Ligas de alumnio-ltio


As ligas de alumnio das sries aeronuticas (2XXX e 7XXX) possuem como caractersticas principais os elevados nveis de resistncia mecnica que, aliadas a baixa densidade do metal e a facilidade de conformao e maquinao, transformam o alumnio em uma das melhores opes para a fabricao de dispositivos e estruturas aeronuticas.


Alumnio Aeronutico Srie 2XXX As ligas de alumnio da srie 2XXX so ligas com cobre 1,9-6,8% e muitas vezes contm adies de mangans, magnsio e zinco. Obtm-se um endurecimento por precipitao, processo que tem sido amplamente estudado. Tm menores taxas de crescimento de contaminantes e, portanto, tm melhor desempenho em fadiga do que as ligas da srie 7XXX. So utilizadas nas asas e na parte inferior da fuselagem. As ligas comumente utilizadas so 2224, 2324 e 2524 (ambas as verses modificadas de 2224). Estas ligas so geralmente compostas por 99,34% de alumnio puro para maior resistncia corroso.


Alumnio Aeronutico Srie 7XXX O sistema Al-Zn-Mg oferece o maior potencial de endurecimento por precipitao (tratamentos trmicos) das ligas de alumnio. O cobre muitas vezes adicionado para melhorar a resistncia corroso sob tenso (com o inconveniente de reduzir a soldabilidade). A fissurao por corroso tem sido o maior inconveniente no uso dessas ligas.


Exemplo de distribuio do alumnio no Airbus A320


Utilizao do Al no setor aeronutico e aerospacial 2014 A indstria aeronutica e espacial a grande impulsionadora do desenvolvimento dos materiais, por necessitarem de componentes de baixa densidade e que atendam aos severos requisitos de resistncia mecnica em servio. A constante necessidade de reduo de peso em aeronaves e estruturas espaciais tem continuamente impulsionado a tecnologia de processamento do alumnio. O uso de materiais compsitos (nomeadamente fibras de carbono e vidro), tem crescido no setor e nos ltimos anos tem-se verificado uma substituio de alguns componentes, outrora fabricados em alumnio, pela utilizao de compsitos.


Este aumento de uso est associado reduo de peso, com maiores valores de resistncias fadiga e corroso, em relao ao alumnio, facilidade na obteno de peas com geometrias complexas e flexibilidade de projeto na conceo de estruturas de forma integrada, reduzindo, assim, o nmero de componentes do aparelho. Atualmente os uso de materiais na industria aeronutica e aerospacial dispersa-se da seguinte forma vs 3 exmplos dos maiores fabricantes:

Boeing 777 Airbus A380 Embraer 170


Respostas do setor Industrial do Alumnio O setor produtor de material, tem apostado fortemente no desenvolvimento e melhoria continua da aplicao do alumnio. Recentes estudos tm levado ao desenvolvimento de novas ligas, combinao de materiais ao nvel microscpico (ligas compsitas de matriz metlica), combinao de materiais a nvel macroscpico (sandwich compsita com alumnio)


Solues de ligas avanadas e alumnio-ltio Recentemente Alcoa, anunciou uma soluo que promete diminuir em at 10% o peso da aeronave e em 30% os custos de manufatura e manuteno se comparadas s constitudas por materiais compsitos, como a fibra de carbono. Eric Roegner, presidente da Alcoa Forjados e Extrudidos, ressalta que "o peso mais baixo e as tecnologias aerodinmicas aumentaro a eficincia do combustvel em at 12%, valor que chega a 27% quando se leva em conta os novos motores". Ligas avanadas e alumnio-ltio prometem uma densidade 7% inferior em aplicaes estruturais e maior resistncia corroso. Segundo a empresa, a nova liga trar melhorias de aerodinmica para fuselagem, reduzindo o arrasto de superfcie em at 6%.


Solues de compsitas de matriz metlica (Al e carboneto de silcio) Materiais compsitos de matriz metlica, vem no seguimento da solicitude do aumento da temperatura de trabalho para compsitos de matrizes termoplsticas 170C . Atualmente a temperatura de um motor (fora cmara de combusto) pode atingir 1600C e a superfcie, em voo supersnico, a Mach 2.0 por exemplo, a temperatura na superfcie de uma aeronave pode chegar a mais de 300C. Vrias aplicaes aeroespaciais destes materiais compsitos tm sido recentemente desenvolvidas combinadas com vrios tipos de mtodos de fabricao e uso de metais como matriz. Alumnio e titnio, graas a suas altas resistncias oxidao, tem sido os principais metais estudados.


Solues de combinao de materiais a nvel macroscpico Glare Desenvolvido nos anos 70 e 80, denominado por FML (Fiber Metal Laminate). composto por laminado de finas folhas de alumnio e finas folhas de fibra de vidro pre-preg, unidos por uma matriz epxi. Excelente combinao de 2 materiais largamente usados na industria, que permite trazer vantagens sobre alumnio e compsitos:

melhor tolerncia a falhas (especialmente impacto e fadiga de metal) melhor resistncia a corroso melhor resistncia ao fogo menor peso especifico


Consideraes finais O alumnio o material mais utilizado na industria aeronutica e aerospacial, preenchendo uma cota superior a 50% entre os materiais comumente utilizados; Novas tendncias para a utilizao de tecnologias de novos materiais totalmente compatvel com ao uso do alumnio, se bem que desejvel pelo aumento das caractersticas final do produto; Novas ligas, processos de conformao e produo esto a ser desenvolvidos, com excelentes resultados, provando que ainda muito para fazer com a utilizao do alumnio; Setor em fraca expanso, com crescente necessidade de desenvolvimento e inovao;


Obrigado pela ateno! Perguntas

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