Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui Ferro ou Alumínio, por exemplo. Mas isto vai muito além destes simples materiais.
Assim como plásticos e borrachas, a indústria química desenvolveu várias combinações de materiais, criando vários tipos de ligas metálicas diferentes, que se encaixam nas mais diversas aplicações.
Mas para sabermos definir a qualidade de um produto, precisamos conhecer as combinações destes materiais, as qualidades e defeitos que cada um possui e a vantagem e desvantagem de utiliza-los.
Outra coisa fácil de se ver na população leiga e até entre profissionais desses ramos é que muitos não conhecem de fato o produto que estão utilizando (ou pelo menos insistem em utilizar termos errôneos).
Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre as ligas metálicas não-ferrosas mais comuns e exemplos de utilização na indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém, com enfoque na eletrônica e mecânica.
As ligas metálicas não-ferrosas são aquelas em que o Ferro não é o elemento principal, e em muitos casos nem é adicionado ao material.
Dentre as ligas não-ferrosas mais comuns estão aquelas onde o Cobre, o Alumínio e o Níquel são os elementos base, e outros, como por exemplo o Estanho, Zinco, Cromo, Manganês, Magnésio, Silício e o Ferro estão presentes em quantidades menores, alterando características mecânicas, térmicas, elétricas e magnéticas do material.
Neste artigo, serão apresentados dois elementos-base para a criação de ligas não-ferrosas:
Alumínio
Imagem 1 - Posição do elemento Alumínio na Tabela Periódica
Extraído da bauxita, material que compõe cerca de 5% da crosta terrestre, possui uma fonte estável de produção.
Complemento 1 - Como foi possível a obtenção do Alumínio puro
A Bauxita contém de 35% a 55% de Óxido de Alumínio, e através dele se obtém a Alumina, um produto intermediário que leva à produção de Alumínio. O Brasil e a Austrália têm as maiores reservas de Bauxita do mundo.
Aqui vão algumas características deste material:
→ O Alumínio puro possui ponto de fusão de 660 °C, o que é relativamente baixo comparado ao do aço, que é da ordem de 1570 °C;
→ A leveza é uma das principais características do Alumínio. Seu peso específico é de cerca de 2,70 g/cm², aproximadamente 35% da massa do aço e 30% da massa do Cobre.
Gráfico 1 - Densidade do Alumínio em comparação com outros metais
→ Possui uma fina e visível camada de Óxido, a qual protege o metal de oxidações posteriores.
Imagem 2 - A oxidação superfícial em ligas de Alumínio
Essa característica de auto-proteção dá ao Alumínio uma elevada resistência à corrosão.
Complemento 2 - O Alumínio é mais reativo que o Ferro, no entanto, sofre menos corrosão
→ O Alumínio puro têm condutividade elétrica de 62% da IACS (International Annealed Copper Standard), a qual associada à sua baixa densidade significa que um condutor de Alumínio pode conduzir tanta corrente quanto um condutor de Cobre, que é duas vezes mais massudo e proporcionalmente mais caro.
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→ Possui condutibilidade térmica 4,5 vezes maior que a do aço;
→ Têm uma refletividade acima de 80%, a qual permite ampla utilização em luminárias (veja o farol da Imagem 26, onde a própria carcaça em ALDC possui estampa reflexiva em seu interior);
→ Por não ser magnético, o Alumínio é frequentemente utilizado como proteção em equipamentos eletrônicos. Além disso, o metal não produz faíscas, o que é uma característica muito importante para garantir sua utilização na estocagem e transporte de substâncias inflamáveis ou explosivas;
→ A característica de ser infinitamente reciclável, sem perda de suas propriedades físico-químicas.
Aqui serão mostrados alguns dos principais tipos de ligas metálicas não-ferrosas de Alumínio utilizadas pela indústria...
As ligas de Alumínio se dividem em grupos de acordo com os outros elementos em combinação. Veja:
Ligas de Alumínio 1xxx
Ligas com 99% de pureza de Alumínio. Muito utilizadas na indústria química e elétrica. Exemplos: Al-1050, Al-1070, Al-1100 e Al-1200;
Um bom exemplo de uso de ligas de Alumínio 1xxx é na fabricação de coolers de processador, onde é necessário um bloco com várias aletas e circulação de ar forçada (com ventoinha) para manter a temperatura da CPU estável. Veja abaixo o diagrama de um bloco dissipador destes:
Diagrama 1 - Perceba que este cooler, produzido pela Delta Electronics, possui o miolo em Cobre 1100 (99% de pureza)
Seguindo a lógica, quanto maior a eficiência que se deseja em um cooler, maior a pureza das ligas de Alumínio e Cobre utilizadas.
Seguindo a mesma lógica, os radiadores de veículos automotores também são feitos de Alumínio 1xxx. Os tubos por onde passa a água são montados juntos de aletas, formando uma grande colmeia dissipadora de calor.
Em cada extremidade é montada uma 'caixa' para entrada / saída de água e sua distribuição na tubulação de Alumínio. Esta caixa, antigamente, era feita de metal, mais especificamente uma liga semelhante ao da colmeia. Por exemplo, se a colmeia fosse de Cobre puro, as caixas laterais seriam de latão (liga Cobre + Zinco).
Atualmente, as 'caixas' são feitas em PA66-GF e coladas / crimpadas nas extremidades da colmeia, como mostra a imagem abaixo:
Imagem 3 - Note as caixas laterais, geralmente confeccionadas em Poliamida com lã de vidro
Note que a região de interface da caixa com a colmeia. Veja esta outra imagem:
Imagem 4 - Crimpagem da caixa lateral. Ela também recebe uma junta de vedação líquida
As pontas dos tubos de Alumínio são conectadas nesta interface, que recebe um 'banho' de solda, como se fosse um processo de galvanização a quente nas extremidades da colmeia, deixando esta região muitas vezes com uma aparência cromada contrastando com o fosco da colmeia. Isto se torna mais visível em radiadores feitos com Cobre e latão.
CURIOSIDADE: Não é diferente com os radiadores: Assim como todas as outras peças de um veículo, existem aquelas de valor bem mais baixo e que obviamente têm qualidade inferior. Portanto, se fazer uma análise mais aprofundada, com certeza se encontrará radiadores que utilizam-se de ligas de Alumínio ao invés do material puro para baratear o custo de produção.
O Alumínio puro também se faz presente e condensadores e evaporadores de sistemas de ar-condicionado, pois estes nada mais são que radiadores projetados para operarem num circuito preenchido com gás.
Na elétrica, o Alumínio se faz presente em fiações. Quando não utilizam Liga de Alumínio, faz-se uso de A1350, com cerca de 99,5% de pureza:
Tabela 1 - Composição do Alumínio 1350. Outros valores de têmpera além da H14 e H24 também são comuns
Na imagem abaixo, vemos a plaqueta de um transformador trifásico da Trael indicando o uso de fios de Alumínio esmaltado:
Imagem 5 - Dada a menor condutividade elétrica, o fio de Alumínio precisa ser mais espesso que um de Cobre eletrolítico para a mesma aplicação
Tranformadores podem fazer uso de Alumínio 1050, 1060, 1070 ou 1350, a depender do projeto e aplicação. Os enrolamentos da parte de baixa tensão são compostos por Alumínio lâminado, assim como nos transformadores que usam Cobre...
Imagem 6 - Bobinas de Al-1070
...tal qual em capacitores eletrolíticos. No entanto, nesta aplicação o polo definido como negativo passa por um processo de anodização para admitir uma superfície oxidada, formando o dielétrico do condensador:
Imagem 7 - Um Rubicon de 65 µF por 450 Volts com sua secção de ruptura rompida
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre capacitores de òxido de Alumínio, CLIQUE AQUI!
Na imagem abaixo vemos um fragmento de um catálogo de fios de Alumínio, com características elétricas, mecânicas e sugestões de aplicação:
Tabela 2 - A carga de ruptura é dada em kN e representa a força de tração máxima suportada
É muito comum o uso de Alumínio em linhas de transmissão de baixa, média e alta tensão, no entanto, é proibido o seu uso em instalações elétricas domésticas e industriais. O Alumínio é menos denso (mais leve) que o Cobre, e mesmo conduzindo menos corrente (o cabo precisa ser mais 'grosso') ele ainda é vantajoso na transmissão de energia elétrica aérea e em longas distâncias. Além do mais, os cabos de Alumínio possuem maior durabilidade até mesmo em ambientes hostis, como por exemplo regiões litorâneas, onde há muita maresia (e, consequentemente, corrosão).
Ligas de Alumínio 2xxx
Ligas base Alumínio-Cobre. Um dos tipos de Alumínios aeronáuticos, possui muita resistência mecânica e leveza, além de grande capacidade de conduzir calor. Exemplos: Al-2011, Al-2014 e Al-2024;
Ligas de Alumínio 3xxx
Ligas base Alumínio-Manganês. Utilizadas em aplicações arquitetônicas e setor alimentício. Exemplos: Al-3003, Al-3104 e Al-3105.
No setor alimentício, o uso de Al-3104 é comum para a confecção de embalagens de bebidas, como por exemplo cervejas e energéticos, ou então alimentos, como por exemplo Sardinha e Atum.
Imagem 8 - O Alumínio no setor alimentício
CURIOSIDADE: Para evitar a contaminação do alimento com o Alumínio (o que poderia gerar intoxicações), internamente a embalagem de Al-3xxx é revestida com polímero, que pode ser o mesmo utilizado em garrafas, isto é, o PET (polietileno Tereftalato). Para saber mais sobre este e outros tipos de plásticos, comece CLICANDO AQUI!
Ligas de Alumínio 4xxx
Ligas base Alumínio-Silício, também consideradas não tratáveis termicamente, são muito utilizadas como ligas de fundição, ou seja, para a fabricação de peças fundidas, como por exemplo, pistões para motores de automóveis, mas também encontram algumas aplicações como produtos trabalhados, como metais de adição para soldagem (caso da liga 4043), principalmente, embora também possam ser usados para a fabricação de pistões forjados e também em algumas aplicações arquitetônicas. Exemplos: Al-4104 e Al-4004.
O amplo uso das ligas Al-Si em aplicações nas quais a qualidade da estrutura resultante da solidificação é tão importante (fundição e soldagem) está relacionado com as características que o seu principal elemento de liga, o Silício, confere às ligas 4XXX. Nelas, o Si é usado em teores de até 12 ~ 13 %, aumentando a fluidez do Alumínio líquido, permitindo que o mesmo flua melhor através das cavidades do molde de fundição, aprimorando a obtenção de produtos com formatos geométricos mais complexos. Também propicia a redução da contração durante o resfriamento, reduz a porosidade nas peças fundidas, reduz o coeficiente de expansão térmica e melhora a soldabilidade, todavia, em teores mais elevados dificulta a usinagem.
Ao ser combinado com o Magnésio torna a liga tratável termicamente. Deve estar preferencialmente presente sob a forma de cristais arredondados e dispersos na liga de Alumínio, o que pode ser obtido pelo tratamento de "modificação", que consiste na adição de um pequeno teor de Sódio, alterando a microestrutura da liga favoravelmente sob o ponto de vista das propriedades mecânicas, já que a microestrutura de placas angulares de Silício provocariam concentração de tensões, prejudicando a usabilidade do material. O tratamento térmico (recozimento) permite o coalescimento e a esferoidização do Silício, cuja dureza das partículas formadas promove o aumento da resistência ao desgaste. O sistema Al-Si, com solubilidade sólida limitada em ambas as extremidades, forma um eutético simples à temperatura de 580 ºC para um teor de 12,5 % de Silício.
O ferro, normalmente presente nas ligas de Alumínio como impureza, se estiver presente em teores elevados (acima de 1,5 %), pode levar à formação de partículas grosseiras de fase AlFeSi, prejudicando as propriedades mecânicas desses materiais. Entretanto, em teores mais baixos o Ferro minimiza a tendência da liga Al-Si soldar-se ao molde metálico durante fundição em coquilha, por exemplo. As duas fases ternárias AlFeSi que podem estar em equilíbrio com o Alumínio são 'Alfa' (Al8Fe2Si) e 'Beta' (Al5FeSi). Outras fases, menos comuns, são a 'Delta' (Al4FeSi), que aparece em ligas de alto teor de Silício, e a 'Gama' (Al3FeSi), que se forma em ligas com alto teor de Fe e de Si.
Como a maioria das ligas comerciais são produzidas em condições de não equilíbrio termodinâmico, é frequente o aparecimento de outras fases como Al6Fe, Al3Fe, Al6FeSi e Al4FeSi2. O tratamento térmico, ao proporcionar a difusão dos átomos, permite modificar a forma dessas partículas, o que inviabiliza sua identificação através da morfologia somente.
As famosas "rodas de liga leve" são componentes que podem ser feitos de Alumínio-Silício com um pequena porcentagem de outros materiais, em geral Magnésio. Esta liga é fundida para gerar os mais diversos designs de rodas. Na próxima imagem, uma roda de liga leve da marca Mangels, cuja composição química é informada na parte de dentro, em alto relevo:
Imagem 9 - Liga de AlSi11Mg. O tampão central que cobre os furos de fixação é composto de resina plástica ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno)
Na próxima imagem, uma roda original Nissan também fornecida pela Mangels e feita em AlSi7Mg:
Imagem 10 - Rodas de liga-leve se resumem a isso
O Alumínio-Silício é utilizado na construção de motores modernos. Em caminhões, enquanto o bloco e o cabeçote do motor são de ferro fundido vermicular, o cárter de óleo - se já não é feito de PA66-GF ou UP-GF - é confeccionado em liga de Alumínio-Silício com pequenas porcentagens de outros elementos, como vemos na próxima imagem:
Imagem 11 - O cárter de um Scania PGR Series com a inscrição "AlSi9Cu3Fe"
Em motores de combustão interna atuais para carros de passeio, cujo bloco e cabeçote são confeccionados em Alumínio, há uma composição diferenciada na região dos cilindros, e esta composição pode ser Alusil (marca registrada da Kolbenschmidt AG). A formulação mais comum de Alusil é o "AlSi17Cu4Mg" (ou A390), que contém aproximadamente o 78% de Alumínio e 17% de Silício, sendo o restante Cobre e Magnésio. O uso de ligas Alumínio-Silício traz uma maior dureza (já que o Alumínio puro é demasiado mole), bem como forma uma superfície de rolamento com atrito menor e uma certa retenção / distribuição mais eficiente de óleo lubrificante. Ao fazer uma retífica de bloco (o famoso "passe", que pode retirar em geral 0,25 ou 0,50 mm de material), a espessura deste revestimento é diminuída, deixando o componente mais fragilizado, na maioria dos casos o condenando.
Já a aplicação do AlSiFe pode ser vista em algumas peças banais, como por exemplo esta interface de fixação do suporte do para-lama em alguns Volvo FH:
Imagem 12 - Note que é uma peça fundida
Ou o par de 'alça de capô' dos Scania NTG, feitos a partir do final de 2018:
Imagem 13 - Externamente esta peça se confunde com as demais partes feitas em plástico
E também na carcaça do coxim do motor (lado direito) aplicado no Hyundai HB20:
Imagem 14 - Se trata de um HB20 1.0 3 cil. ano 2024
Perceba a incrição "EN AC43400<" - também designada ">AlSi10Mg(Fe)<" -, significando uma liga de Alumínio com 10% de Silício, com cerca de 0,5% de Magnésio e em torno de 1% de Ferro.
OBSERVAÇÃO: Note que nesta marcação há um zero a mais, isto é, ao invés de "AC4340" vemos "AC43400". Obviamente não há erro, apenas estamos sob mercê de várias padronizações mundo afora.
Assim como nas outras ligas destacadas neste texto, quantidades irrisórias de outros elementos da Tabela Periódica também são encontrados neste material, como prova o datasheet acima.
Ligas de Alumínio 5xxx
Ligas base Alumínio-Magnésio. Conhecidas como “alumínio naval”, devido a sua excelente resistência a corrosão em ambientes agressivos. Usada amplamente em moldes de Alumínio para injeção e sopro de materiais poliméricos de baixa densidade. Exemplos: Al-5754, Al-5052 e Al-5083.
Um exemplo de uso da liga Al-5083 é na construção de tanques rodoviários para transporte de combustíveis, como é o caso do modelo cuja plaqueta com especificações técnicas é exibida na imagem abaixo:
Imagem 15 - A plaqueta de especificações é sempre soldada ou rebitada num porta-placas situado na lateral esquerda, parte dianteira do implemento
Outro exemplo de uso do Alumínio 5xxx em implementos rodoviários:
Imagem 16 - Tanque rodoviário da RANDON feito em Al-5088-O
Mais um exemplo:
Imagem 17 - Tanque em liga de Alumínio produzido pela ENOVA
Agora, um exemplo de uso da liga de Alumínio 5xxx que envolve curiosidades sobre o fabricante:
Imagem 18 - Semi-reboque da norte-americana Heil Trailer, produzido no Brasil em meados de 2007 e utilizando liga 5086-0
CURIOSIDADE: A estadunidense Heil Trailer tentou vender sua tecnologia por aqui fazendo parceria com a metalúrgica Boreal, de Quatro Barras, região metropolitana de Curitiba. No entanto, apesar de implementos mais leves utilizando liga de Alumínio (inclusive o chassi), ela não conseguiu o mesmo sucesso que galgou na Argentina com a filial HTI (Heil Trailer International). De qualquer forma pode ser dito que a marca, no Brasil, foi pioneira no que se refere aos tanques rodoviários feitos em liga de Alumínio, mercado que anos depois veio a ser "dominado" pela Metalúrgica Biasi, pela Rhodoss e Triel-HT.
Outro marco da Heil foi fazer tanques policêntricos de Alumínio, algo bem incomum por estas bandas, que atualmente minou-se de gigantescos tanques cilíndricos da Triel-HT, RANDON/Triel-HT, Biasi e Enova. Talvez tenha faltado marketing na época...
Não só estes grandes tanques sobre chassi, mas também os pequenos tanques de combustível dos caminhões podem ser feitos de AlMg, como mostra a imagem abaixo:
Imagem 19 - Tanque de combustível de um Scania R420
As marcas Mercedes-Benz e Volvo também utilizam tanques de Diesel feitos em AlMg.
Se tratando de eletrônicos, as carcaças de HDs (discos rígidos), na maioria dos casos são feitas de liga de Alumínio fundido, com uma pequena porcentagem de Magnésio e Ferro, como podemos ver no seguinte Infográfico:
Infográfico 1 - Composição de carcaças de HDs
Ligas de Alumínio 6xxx
Ligas base Alumínio-Magnésio-Silício. Utilizada em produtos extrudados, como perfis estruturais e arquitetônicos. Liga que aceita muito bem processos posteriores como anodização, soldagem, texturização, etc. Exemplos: 6061, 6082 e 6351.
O uso de ligas 6xxx também se faz presente em coolers de computador, porém, aqueles mais simples, geralmente as soluções térmicas enviadas junto do processador e feitas apenas para o uso normal (nada de overclock :v). Veja abaixo o diagrama de um bloco dissipador de cooler box Intel:
Diagrama 2 - Bloco dissipador feito pela Nidec utilizando liga Al-6063
Agora, outro diagrama:
Diagrama 3 - Bloco dissipador feito pela Delta Electronics utilizando-se de Al-6063, e CU1100 para o 'miolo'
Um exemplo pouco relevante do uso de ligas 6xxx é nas proteções laterais das carretas atuais (no Brasil se tornou obrigatório após 2011). Se trata de um dispositivo de segurança - funciona como se fosse um "para-choque lateral" - instalado nos espaços vazios entre os eixos da carroceria e que tem como objetivo impedir que pedestres, motociclistas e ciclistas sejam “atropelados” pelos pneus do veículo.
Imagem 20 - Note que não há inscrição de composição química, apenas uma plaqueta indicando homologação do sistema
Em rebocadores, isto é, cavalos mecânicos, o uso das barras não é necessário, no entanto, é feito como reforço de carenagens laterais, que são itens opcionais na compra de um veículo do tipo.
Imagem 21 - As carenagens são feitas de resina plástica - tal como PP+PBT -, porém, há travessas de reforço feitas de AlMgSi (EN AW 6063)
CURIOSIDADE: O que acabamos de ver é um grande exemplo da discrepânica de informações técnicas de muitas peças dependendo da região do planeta em que foram produzidas. Enquanto na Europa a carenagem do Volvo da imagem acima traz a composição química, o part number do fabricante e um genérico selo de homologação "E11 73R-010152" ("E11" significa que foi certificado no Reino Unido), um componente semelhante projetado e produzido aqui traz informações do fabricante, a norma que rege a aplicação da peça e o número do relatório de ensaio juntamente do organismo de inspeção que o fez.
Quando você se deparar com um vidro automotivo verá que há como piorar!
Os vidros são grandes exemplos de uma sopa de letrinhas que envolve, aqui no Brasil, símbolo do fabricante e fornecedor, classe (temperado-laminado, temperado, temperado-tintado), símbolo do Inmetro e número de homologação, homologação norte-americana (DOT), homologação europeia ("Ex 43R") e informações de transparência e coloração. Para saber mais sobre estes vidros, CLIQUE AQUI!
Em alguns caminhões, como por exemplo projetos da sueca Scania, o suporte das molas pneumáticas dianteiras que sustentam a cabine são feitas em EN AW 6083:
Imagem 22 - Interface entre a carcaça da cabine e a mola pneumática num Scania R500
Quando redes de transmissão de energia não utilizam Alumínio 1350, podem fazer uso de uma liga 6201. Observe a seguinte imagem:
Imagem 23 - Cabos de Al6201 são aplicados na transmisssão de média e alta tensão
Mesmo podendo ter uma condutividade elétrica levemente menor, o uso de uma liga de Alumínio com Magnésio e Silício se dá em projetos onde é necessário uma maior resistência mecânica, isto é, módulos de tração e cisalhamento superiores, além de uma durabilidade ainda maior em ambientes degradantes (corrosivos).
Lembre-se que não apenas as características elétricas devem ser levadas em conta numa rede de transmissão, mas sim questões ambientais e mecânicas, como por exemplo massa do fio, distância entre postes, altura em relação ao chão (consequentemente o engastamento, a fundação dos postes), temperatura de trabalho e até mesmo a velocidade das correntes de vento e umidade.
Continuando, peças de suspensão de automóveis, bem como peças de suporte do motor e câmbio podem ser feitas em Alumínio-Magnésio-Silício-Manganês, como é o caso do sistema de suspensão pneumática do Porsche Cayenne, mostrado na imagem abaixo:
Imagem 24 - Parte inferior da torre (bandeja e base da bolsa) com as inscrições "EN AC AlMg5Si2Mn"
Ligas de Alumínio 7xxx
Ligas base Alumínio / Zinco. Também conhecida como "Alumínio Aeronáutico" ou “Duralumínio”. Entre as ligas desta série, destacam-se os subgrupos "Al-Zn-Mg" e "Al-Zn-Mg-Cu". Assim como as ligas "Al-Cu" e "Al-Mg-Si", são ligas endurecíveis por precipitação, ou seja, mediante tratamento térmico controlado em condições específicas, geralmente de solubilização e envelhecimento, apresentam ganhos significativos de dureza.
São excelentes para moldes de injeção de polímeros de alta densidade (tipo o plástico PEHD). Exemplos: Al-7018, Al-7021 e Al-7075.
Um exemplo de uso de ligas Alumínio-Zinco é na fundição de tampas para tanques rodoviários, tal como o modelo da Enova mostrado na Imagem 17. Veja a imagem de uma tampa deste tipo:
Imagem 25 - Tampa de escotilha Metacal "Mod. 2"
Neste tópico trazemos informações suplementares que complementam o conteúdo como um todo...
Die Casting
Recentemente me deparei com um componente automotivo cujas inscrições na carcaça e sua textura remetiam à algum polímero - para a minha pequena experiência no assunto. Se tratava de um pequeno farol em uma empilhadeira Clark, modelo GTS30, fabricada na Coreia do Sul à uns cinco anos atrás.
No componente, assim como na maioria dos faróis genuínos havia a inscrição dos principais materiais utilizados em sua construção.
Imagem 26 - O farol dessa empilhadeira me incentivou a escrever sobre Die Casting
Pois bem, marcado na peça "HOUSING >ALDC<", resolvi jogar no Google ciente de que se tratava de um polímero. Me deparei com "Aluminium Die Casting". Não se trata de nenhum material diferente do que vimos anteriormente neste texto, mas sim de uma liga Alumínio-Magnésio que passou por um processo de fundição injetada, mais conhecida como "Die Casting". A questão é que o fornecedor, ao invés de colocar a abreviação de composição química colocou o método de produção!
A "fundição injetada" ou "fundição sob pressão" é um processo de fundição de metal que envolve a alimentação de ligas não ferrosas fundidas em matrizes (fôrmas) sob alta pressão e em alta velocidade para criar rapidamente produtos moldados. Os principais materiais utilizados na fundição sob pressão são ligas de Alumínio, Magnésio e Zinco.
A fundição sob pressão oferece alta precisão dimensional e permite a produção em massa de produtos finos e de formato complexo.
Vídeo 1 - Animação sobre o processo de produção Die Casting
CURIOSIDADE: Se você gosta de colecionar miniaturas, provavelmente já deve ter ouvido o termo "Die-cast". Pois bem, é o nome popularmente atribuído a modelos de carrinhos em miniatura fabricados com metal injetado.
Na indústria automobilística e até eletrônica o processo de fundição die casting é fundamental.
Imagem 27 - Várias peças de carros podem ser feitas em liga de Alumínio moldadas através de fundição sob pressão. Créditos: Ryobi Limited
Os modernos carros elétricos fazem uso de ligas de Alumínio produzidas através de Die Casting nas carcaças de motores e caixas de redução, suportes e agregados, e um bom exemplo disso é o BYD Tan da próxima imagem:
Imagem 28 - Eixo traseiro com agregado comportando sistema de propulsão elétrica
Para a eletrônica podemos citar, por exemplo, o bloco óptico de leitores de CD, DVD e Blu-Ray!
Imagem 29 - Cabeçotes de players de discos ópticos possuem uma carcaça em liga de Alumínio produzida através de Die Casting
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre leitores e gravadores de mídias ópticas, CLIQUE AQUI!
Alguns produtos mais 'comuns' (porém, não menos complexos e trabalhados) podem ser produzidos ainda em molde de coquilha, isto é, sem alta pressão ou outros processos muito rebuscados, tendo uma densidade de massa um tanto menor e geometrias menos complexas quando comparado ao die casting, como é caso da peça mostrada na Imagem 25. No vídeo abaixo, alguns detalhes sobre fundição de ligas de Alumínio em coquilha:
Vídeo 2 - Vídeo retirado da página da Vlados, uma tradicional manufatura de ligas de Alumínio e Cobre de São Paulo
Quebras em peças de liga de Alumínio feitas em moldes de coquilha ou de areia podem ter a seguinte aparência:
Imagem 30 - Quando são peças feitas por Die Casting percebe-se uma densidade maior na estrutura
Para peças que não vão ser produzidas em grande escala, moldes de areia são mais indicados, tornando a produção ainda mais simples!
CURIOSIDADE: Durante a década de 1990, o empresário Eike Batista resolveu produzir um veículo de uso fora-de-estrada, para satisfazer a demanda do grupo minerador EBX, que não encontrava substituto para os descontinuados Jeep Ford, visto que os demais 4x4 produzidos no Brasil não atendiam os quesitos de suspensão, bitola e esterçamento para trabalho em minas, qualidade e relação custo-benefício necessários pela empresa. Ele então resolveu pegar um projeto pronto - o francês Auverland A-3 - e adapta-lo ao nosso mercado.
Com uma equipe um tanto limitada e zero experiência na indústria automobilística, incorporaram um motor diesel 1.9 aspirado de injeção indireta Peugeot XUD9-A de 70 cv e 12,4 kgfm de torque a 2500 RPM. Ao perceber a falta de ímpeto da usina térmica, resolveram turbina-lo, modificando todo o sistema de admissão e incorporando uma turbina japonesa IHI, elevando o desempenho para 17,4 kgfm a 2.250 RPM e 90,5 cv a 4.600 RPM.
Enquanto a parte superior do coletor de admissão original era feita de PA66-GF, a adaptação da JPX contava com uma peça em liga de Alumínio, eliminando uma fantasmagórica possibilidade de trincas / estufamento da tubulação em decorrência da pressão da turbina.
Imagem 31 - Na esquerda o XUD9-A da JPX e na direita o original Peugeot
A parte inferior do coletor já era originalmente feita em liga de Alumínio, dado o fato de ser um cabeçote de fluxo unilateral, ou seja, dutos de escape e admissão localizados no mesmo lado, logo, uma peça de PA66-GF ia sofrer com a concentração de calor dos dutos de escape e ter uma vida útil reduzida. Podemos notar uma diferença de textura entre a parte inferior (original) e a superior (brasileira) justamente pelo fato de tais construções em Alumínio já utilizarem técnicas de Die Casting nessa época, enquanto a adaptação tupiniquim usava molde de coquilha.
Mas, apesar do XUD9 / XUD9-A ter boa fama em terras colonialistas devido ao fato de ser aplicado em regiões com climas não muito tropicais e apenas em automóveis de passeio - tais como o Pug 205, Citroën BX, FSO Polonez, Rover 200 e até mesmo no jipão Lada Niva -, aqui ele sofreu, pois mesmo sobrealimentado os 17,4 kgfm era pouco pra um jipe todo-terreno. Somando ao nosso clima tropical e ao amadorismo do fabricante, o propulsor se tornou uma exímia usina de calor (no pior sentido da expressão), um devorador de juntas de cabeçote!
Quando uma peça em ALDC é quebrada, percebe-se uma estrutura diferente:
Imagem 32 - Estribos de porta de um Scania NTG R500 ano 2022
Quebrando um carrinho da HotWheels ou da MatchBox, você verá algo parecido com a imagem acima, isto pois o processo Die Casting também se aplica a eles.
Sputtering
O Sputtering é um termo um tanto genérico para os processos de Deposição Catódica, amplamente conhecidos como PVD, sigla para Physical Vapor Deposition, que em português significa Deposição Física de Vapor. Um dos materiais amplamente utilizados como revestimento é o Alumínio, que faz uso de tais técnicas.
Neste tópico vou exemplificar duas aplicações para o revestimento de Alumínio...
Já faz décadas que os faróis e lanternas dos automóveis deixaram de usar ligas metálicas e sua construção, isto pois as resinas plásticas foram barateando e se revelando uma ótima pedida pra se fazer componentes mais complexos que sigam as tendências de design e eficiência, todavia, com um custo de produção mais baixo e sem perder a qualidade.
Pois bem, mas como que um refletor confeccionado em Policarbonato (PC), ou Policarbonato com Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (PC+ABS), ou então Poliéster Insaturado com fibra de vidro (UP-GF) consegue ter uma face altamente refletiva?
Para tal, faz-se uso de um revestimento de Alumínio depositado através de Sputtering!
Imagem 33 - Parte do farol de um Ford Focus MK1.5, datado de 2006
Por debaixo da grande lente de PC (e desta pequena lente âmbar de PMMA também) se esconde um refletor feito de UP-GF15 revestido com uma ultra-fina camada de Alumínio!
Para além dos faróis e lanternas, a produção de mídias ópticas, tais como CDs e DVDs, pode fazer uso de técnicas PVD para a deposição de filmes metálicos, que formam as camadas para gravação e leitura dos dados. Dentre estes metais está o Alumínio! Para saber mais, CLIQUE AQUI!
Tratamentos térmicos
O Alumínio é um metal não-ferroso que também pode passar por tratamentos térmicos afim de uniformizar sua estrutura atômnica de forma a ter características mecânicas específicas, e isso inclui alívio de tensões e recozimento...
Complemento 3 - Os tratamentos térmicos aplicados às ligas de Alumínio
Para compreender melhor o alívio de tensões, recomendo que CLIQUE AQUI!
Complemento 4 - Os tratamentos térmicos aplicados em ligas de Alumínio
Podemos perceber que os implementos apresentados na Imagem 15 e Imagem 16, feitos com ligas Al-5083-O e Al-5088-O, respectivamente, utilizam chapas recozidas. Já o implemento da Imagem 18, feito em Al-5086-T0, passou por um processo de têmpera não detalhado em nenhuma tabela encontrada na internet (até o momento).
Este é só um 'pequeno' resumo do uso de tais materiais pela indústria mecânica e elétrica / eletrônica. Apesar de existirem vários padrões internacionais, como por exemplo o ASTM - que é um dos mais comuns -, são milhares as ligas não-ferrosas com base em Alumínio e Níquel, e aqui só foram apresentadas algumas delas, juntamente com um 'punhado' de exemplos de uso no nosso cotidiano, mas que já servem pra embasar a magnitude e complexidade da CTM nessa área.
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FONTES e CRÉDITOS
Texto: Leonardo Ritter.
Imagens: Leonardo Ritter; Google Imagens
Diagramas: Intel Corporation.
Fontes: Infomet; astm.org; Universidade Federal do Rio Grande do Sul; metalhaga; documentos técnicos da Intel; Ryobi Limited; Livro de química (ens. médio) da época da escola; Wikipedia (somente artigos com Fontes Verificadas!).
Última atualização: 23 de Agosto de 2024.
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