Fundição de metais não ferrosos

Os metais ferrosos são amplamente utilizados na indústria de engenharia devido à sua superioridade, gama de propriedades mecânicas e custos mais baixos. Ainda assim, os metais não ferrosos também são utilizados em diversas aplicações devido às suas propriedades específicas em comparação com as ligas ferrosas, apesar do seu custo geralmente elevado. As propriedades mecânicas desejadas podem ser obtidas nestas ligas por endurecimento por trabalho, endurecimento por envelhecimento, etc., mas não através de processos normais de tratamento térmico usados ​​para ligas ferrosas. Alguns dos principais materiais não ferrosos de interesse são alumínio, cobre, zinco e magnésio

1. Alumínio

De todas as ligas não ferrosas, o alumínio e suas ligas são as mais importantes devido às suas excelentes propriedades. Algumas das propriedades do alumínio puro para as quais é utilizado na indústria de engenharia são:

• 1) Excelente condutividade térmica (0,53 cal/cm/C)
• 2) Excelente condutividade elétrica (376 600/ohm/cm)
• 3) Baixa densidade de massa (2,7 g/cm3)
• 4) Baixo ponto de fusão (658C)
• 5) Excelente resistência à corrosão
• 6) Não é tóxico.
• 7) Possui uma das mais altas refletividades (85 a 95%) e emissividade muito baixa (4 a 5%)
• 8) É muito macio e dúctil, pelo que possui propriedades de fabricação muito boas.

Algumas das aplicações onde o alumínio puro é geralmente usado são em condutores elétricos, materiais de aletas de radiadores, unidades de ar condicionado, refletores ópticos e de luz e materiais de folha e embalagem.

Apesar das aplicações úteis acima, o alumínio puro não é amplamente utilizado devido aos seguintes problemas:

• 1) Possui baixa resistência à tração (65 MPa) e dureza (20 BHN)
• 2. É muito difícil soldar ou soldar.

As propriedades mecânicas do alumínio podem ser substancialmente melhoradas através da liga. Os principais elementos de liga utilizados são cobre, manganês, silício, níquel e zinco.

O alumínio e o cobre formam o composto químico CuAl2. Acima de uma temperatura de 548 C dissolve-se completamente em alumínio líquido. Quando esta é temperada e envelhecida artificialmente (manutenção prolongada a 100 - 150C), obtém-se uma liga endurecida. O CuAl2, que não envelhece, não tem tempo de precipitar a partir da solução sólida de alumínio e cobre e, portanto, fica em uma posição instável (supersaturado à temperatura ambiente). O processo de envelhecimento precipita partículas muito finas de CuAl2, o que provoca o fortalecimento da liga. Este processo é chamado de endurecimento por solução.

Os demais elementos de liga utilizados são até 7% de magnésio, até 1,5% de manganês, até 13% de silício, até 2% de níquel, até 5% de zinco e até 1,5% de ferro. Além destes, titânio, cromo e colúbio também podem ser adicionados em pequenas porcentagens. A composição de algumas ligas de alumínio típicas usadas em moldagem permanente e fundição sob pressão é apresentada na Tabela 2.10 com suas aplicações. As propriedades mecânicas esperadas desses materiais após serem fundidos usando moldes permanentes ou fundição sob pressão são mostradas na Tabela 2.1

2. Cobre

Semelhante ao alumínio, o cobre puro também encontra ampla aplicação devido às suas seguintes propriedades

• 1) A condutividade elétrica do cobre puro é alta (5,8 x 105 /ohm/cm) em sua forma mais pura. Qualquer pequena impureza reduz drasticamente a condutividade. Por exemplo, 0,1% de fósforo reduz a condutividade em 40%.
• 2) Possui uma condutividade térmica muito alta (0,92 cal/cm/C)
• 3) É um metal pesado (gravidade específica 8,93)
• 4) Pode ser facilmente unido por brasagem
• 5) Resiste à corrosão,
• 6) Tem uma cor agradável.

O cobre puro é usado na fabricação de fios elétricos, barramentos, cabos de transmissão, tubos e tubulações para refrigeradores.

As propriedades mecânicas do cobre no seu estado mais puro não são muito boas. É macio e relativamente fraco. Pode ser ligado de forma lucrativa para melhorar as propriedades mecânicas. Os principais elementos de liga utilizados são zinco, estanho, chumbo e fósforo.

As ligas de cobre e zinco são chamadas de latão. Com um teor de zinco de até 39%, o cobre forma uma estrutura de fase única (fase α). Essas ligas possuem alta ductilidade. A cor da liga permanece vermelha até um teor de zinco de 20%, mas além disso torna-se amarela. Um segundo componente estrutural denominado fase β aparece entre 39 a 46% do zinco. Na verdade, é o composto intermetálico CuZn o responsável pelo aumento da dureza. A resistência do latão aumenta ainda mais quando pequenas quantidades de manganês e níquel são adicionadas.

As ligas de cobre com estanho são chamadas de bronzes. A dureza e a resistência do bronze aumentam com o aumento do teor de estanho. A ductilidade também é reduzida com o aumento da porcentagem de estanho acima de 5. Quando também é adicionado alumínio (4 a 11%), a liga resultante é denominada bronze-alumínio, que possui uma resistência à corrosão consideravelmente maior. Os bronzes são comparativamente caros em comparação com os latões devido à presença de estanho, que é um metal caro.

3. Outros metais não ferrosos

Zinco

O zinco é usado principalmente na engenharia devido à sua baixa temperatura de fusão (419,4 C) e maior resistência à corrosão, que aumenta com a pureza do zinco. A resistência à corrosão é causada pela formação de uma camada protetora de óxido na superfície. As principais aplicações do zinco são na galvanização para proteger o aço da corrosão, na indústria gráfica e na fundição sob pressão.

As desvantagens do zinco são a forte anisotropia exibida sob condições deformadas, a falta de estabilidade dimensional sob condições de envelhecimento, uma redução na resistência ao impacto a temperaturas mais baixas e a suscetibilidade à corrosão intergranular. Não pode ser usado para serviços acima de uma temperatura de 95°C porque causará redução substancial na resistência à tração e na dureza.

Seu uso generalizado em fundições sob pressão ocorre porque requer pressão mais baixa, o que resulta em maior vida útil da matriz em comparação com outras ligas de fundição sob pressão. Além disso, possui usinabilidade muito boa. O acabamento obtido pela fundição sob pressão de zinco é muitas vezes adequado para garantir qualquer processamento posterior, exceto para a remoção da rebarba presente no plano de partição.

Magnésio

Devido ao seu peso leve e boa resistência mecânica, as ligas de magnésio são utilizadas em velocidades muito altas. Para a mesma rigidez, as ligas de magnésio requerem apenas 37,2% do peso do aço C25, economizando assim peso. Os dois principais elementos de liga utilizados são o alumínio e o zinco. As ligas de magnésio podem ser fundidas em areia, fundidas em molde permanente ou fundidas sob pressão. As propriedades dos componentes de liga de magnésio fundidos em areia são comparáveis ​​às dos componentes fundidos em molde permanente ou fundidos sob pressão. As ligas fundidas geralmente possuem alto teor de cobre, de modo a permitir que sejam fabricadas a partir de metais secundários para reduzir custos. Eles são usados ​​para fabricar rodas de automóveis, cárteres, etc. Quanto maior o conteúdo, maior a resistência mecânica das ligas forjadas com magnésio, como componentes laminados e forjados. As ligas de magnésio podem ser facilmente soldadas pela maioria dos processos de soldagem tradicionais. Uma propriedade muito útil das ligas de magnésio é a sua alta usinabilidade. Eles requerem apenas cerca de 15% de energia para usinagem em comparação com o aço de baixo carbono.