Ligas de alumínio versus tipos de aço

As ligas de alumínio têm tipicamente um módulo elástico de cerca de 70 GPa, que é aproximadamente um-terço do módulo elástico das ligas de aço. Portanto, para uma determinada carga, um componente ou unidade feito de uma liga de alumínio experimentará uma deformação maior no regime elástico do que uma peça de aço de tamanho e forma idênticos.

Com produtos metálicos completamente novos, as escolhas de design são muitas vezes regidas pela escolha da tecnologia de fabricação. As extrusões são particularmente importantes a este respeito, devido à facilidade com que as ligas de alumínio, particularmente a série Al-Mg-Si, podem ser extrudidas para formar perfis complexos.

Em geral, projetos mais rígidos e leves podem ser alcançados com liga de alumínio do que é viável com aços. Por exemplo, considere a flexão de um fino-tubo murado: o segundo momento de área está inversamente relacionado à tensão na parede do tubo, ou seja, tensões são menores para valores maiores. O segundo momento de área é proporcional ao cubo do raio vezes a espessura da parede, aumentando assim o raio (e peso) em 26% levará a um corte pela metade da tensão da parede. Por esta razão, os quadros de bicicletas feitos de ligas de alumínio fazem uso de diâmetros de tubo maiores do que o aço ou titânio, a fim de produzir a rigidez e resistência desejadas. Na engenharia automotiva, carros feitos de ligas de alumínio empregam quadros espaciais feitos de perfis extrudidos para garantir rigidez. Isso representa uma mudança radical da abordagem comum para o projeto atual do carro de aço, que dependem das conchas do corpo para a rigidez, conhecido como projeto unibody.

As ligas de alumínio são amplamente utilizadas em motores automotivos, particularmente em blocos de cilindros e cárteres devido à economia de peso que é possível. Uma vez que as ligas de alumínio são suscetíveis a deformação em temperaturas elevadas, o sistema de refrigeração de tais motores é crítico. Técnicas de fabricação e avanços metalúrgicos também foram fundamentais para a aplicação bem sucedida em motores automotivos. Na década de 1960, as cabeças de cilindro de alumínio da Corvair ganharam uma reputação de falha e descascamento de roscas, o que não é visto nas cabeças de cilindro de alumínio atuais.

Uma limitação estrutural importante das ligas de alumínio é sua menor resistência à fadiga em comparação com o aço. Em condições controladas de laboratório, os aços apresentam um limite de fadiga, que é a amplitude de tensão abaixo da qual não ocorrem falhas – o metal não continua a enfraquecer com ciclos de tensão prolongados. As ligas de alumínio não têm este limite de fadiga mais baixo e continuarão a enfraquecer com ciclos contínuos de tensão. As ligas de alumínio são, portanto, pouco utilizadas em peças que exigem alta resistência à fadiga no regime de alto ciclo (mais de 107 ciclos de tensão).