LIGAS METÁLICAS E PONTO DE FUSÃO
As ligas metálicas são o resultado da mistura de dois ou mais componentes metálicos e não metálicos da tabela periódica. Além disso, este metal também precisa ser encontrado em maior quantidade dentro dessa mistura. Isso acontece porque os metais puros (como ouro e o alumínio) não apresentam todos os atributos necessários para serem aplicados no cenário industrial.
Assim, as ligas metálicas acabam oferecendo propriedades que os metais isoladamente não possuem, o que permite que elas sejam utilizadas e empregadas nas mais diferentes finalidades.
O que é ponto de fusão?
O ponto de fusão é, basicamente, a temperatura na qual uma substância (no caso, o metal) muda do seu estado sólido para o líquido. Além disso, na temperatura de fusão, a fase sólida e a fase líquida de um metal estão em equilíbrio.
A questão é importante porque cada metal atinge o ponto de fusão em temperaturas diferentes e isso torna o processo de fundição de metais mais complexo, visto que cada liga metálica tem uma “receita” de componentes químicos diferentes, tornando a produção de algumas ligas mais complexas e outras mais simples.
A fusão do metal é uma fase muito importante no processo de fundição de metais. Depois da preparação de um molde o metal fundido deve ser vazado para da origem a uma peça, sendo que para preparação do metal fundido, é necessária a utilização de fornos de fusão. É importante salientar os diferentes fornos usados nos processos de fundição e a temperatura de fusão dos metais e ligas, como mostrado na tabela 2.1 (KARUNAKAR, 2009). Existe diferença entre a temperatura de fusão e temperatura de vazamento. A temperatura de fusão é a temperatura na qual o metal sólido derrete, mas não é o suficiente para poder vazar o metal liquido na cavidade do molde, pois a essa temperatura o metal pode se solidificar em pouco tempo, após ser retirado no forno. Já que o metal fundido deve ser movido do forno para o vazamento em um molde, ele deve atingir uma temperatura ideal para o vazamento, onde sua temperatura deve ser maior que a temperatura de fusão (Karunakar, 2009, in Correia Junior, 2016).
Temperatura interna máxima
Durante o teste de fundição foram coletados, com o auxilio do sensor de temperatura, dados das temperaturas alcançadas, no interior do forno ao longo do processo de fusão do metal para condicões máximas de operacão do queimador a gás. O gráfico (figura 4.6) com os dados (temperatura × tempo) colhidos durante o experimento permite ter uma noção da eficiência do sistema. Nota-se que o forno alcançou a temperatura máxima de 1250 °C em 25 minutos, isso garante que a temperatura para promover o vazamento de metais não ferrosos será atingida em operações de fusão de metal, sendo assim o forno proposto atingiu uma temperatura limite que permite fundir qualquer metal não ferroso, tendo em vista, que a temperatura de vazamento é a temperatura ideal para que o metal líquido apresente uma viscosidade adequada para ser vazado no molde (Correia Junior, 2016).
Se tratando do alumínio, que foi o material utilizado no experimento, uma temperatura entre 700 e 760 °C (Tabela 2.1) já seria suficiente para poder vazá-lo no molde. Porém, metais como o cobre que fundem em torno de 1080 °C, necessitam de temperatura de vazamento próximas a 1200 °C (Tabela 2.1), sendo assim, a temperatura máxima atingida no forno não permite que esse tipo de metal entre no estado ideal de escoamento com tanta facilidade como o alumínio, sendo que para fundir cobre é necessário um tempo em torno de 20 minutos com o forno operando continuamente, já a temperatura para promover o vazamento desse tipo de metal e atingida em 25 minutos. Devido a essa restrição, é necessário buscar um queimador que possa promover uma maior combustão, e assim, gerar uma temperatura interna maior para facilitar a fusão de metais com pronto de fusão relativamente elevado, como o do cobre, que entre os metais não ferrosos é o que necessita de maior gasto energético e mais tempo para ser completamente fundido. A troca do combustível, o aumento da vazão e a utilização de botijões em paralelo seriam alternativas viáveis para aprimorar o desempenho do sistema e torna-lo, assim, mais eficaz.
Obteve-se exito no design circular da parede, sendo que durante os testes notou-se que a chama, promovida pelo queimador, manteve estabilidade e apresentou circularidade durante o processo, garantindo, assim, a uniformidade da temperatura no interior do forno. A parede suportou razoavelmente a alta temperatura, visto que após o experimento notou-se a presença de algumas rachaduras no seu revestimento refratário, em consequência disso algumas alternativas podem ser praticadas para melhorar o seu desempenho como a utilização de uma argamassa composta por óxidos de alumina ou magnésia, que dariam maior resistência ao isolamento.
Portanto, o forno desenvolvido exerceu uma atuação eficiente ao ser utilizado como câmara de combustão do queimador a gás para fundir sucatas de alumínio.
Porém, alguns empecilhos como à falta de um soprador com maior vazão e um revestimento refratário de melhor qualidade impediram que temperaturas superiores a 1250 °C fossem alcançadas (Correia Junior, 2016).
Ponto de fusão das principais ligas metálicas usadas na Indústria
Como já falamos anteriormente, uma liga metálica é uma mistura de duas ou mais substâncias, sendo que uma delas precisa ser, necessariamente, um metal. Veja a seguir suas temperaturas de fusão:
Aço
O aço é formado majoritariamente pelo ferro (com 98,5% da sua composição), mas também apresenta traços de carbono, enxofre, oxigênio e silício. Em geral, o aço é usado na confecção de peças que sofrem bastante tração, visto que ele é mais resistente a essa força do que o ferro puro.
Além disso, o aço também é uma liga metálica comumente usada para produzir outras ligas e o seu ponto de fusão está em torno de 1370 a 1510 ºC.
Aço Inox
O aço é composto por 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel. Por ser bastante inoxidável, ele costuma ser usado na produção de peças de carros, talheres, brocas e outros utensílios. Seu ponto de fusão gira em torno de 1510 ºC.
Ouro 18 quilates
Essa é uma das ligas metálicas mais conhecidas, sendo formada por 75% de ouro puro, 13% de prata e 12% de cobre. O ouro 18 quilates também é mais macio do que o metal puro, mantendo seu brilho, durabilidade e qualidade. Seu ponto de fusão é de 1.025ºC (ouro amarelo) e 1.035ºC (ouro branco).
Ouro Branco
Ponto de fusão entre 943°C e 1.079 °C
O ouro branco é uma mistura de 50% a 90% de ouro e ao menos um outro metal como manganês, paládio ou níquel.
Bronze
Amplamente utilizado desde a era do bronze, para utensílios como machados, cinzéis, e em esculturas o bronze hoje possui diversas aplicações na indústria. As ligas de bronze podem ser combinadas, além do cobre e do estanho, com outros elementos como zinco, alumínio, níquel, fósforo, antimônio, chumbo e alguns outros. Essas misturas rendem características superiores, resultando em uma liga de bronze mais resistente e dura sem, porém, comprometer a sua ductilidade.
O bronze é formado por 67% de cobre e 33% de estanho, sendo que a sua principal característica é a resistência ao desgaste, por isso, ele é muito utilizado na confecção de sinos e medalhas. O ponto de fusão do Bronze varia entre 900º C e 1000ºC. Algumas fontes, citam mais de uma “receita” para produção de bronze, como uma que leva três metais. Muito provavelmente os alquimistas chineses da idade do bronze desenvolveram ligas de bronze para diferentes fins. Assim, encontramos uma receita, onde o bronze é uma liga metálica constituída de 85% de cobre, 10% de estanho e o restante de chumbo, e tem a propriedade de se expandir um pouco enquanto resfria, ressaltando todos os detalhes do molde.
Na era dos metais primeiras armas e ferramentas metálicas eram confeccionadas de bronze, é também foi e ainda é utilizado para a produção de estátuas. Material que, polido, chega ao amarelo ouro, é usado também em esculturas e peças industriais. Sua grande popularidade se deve à sua enorme resistência estrutural, à não corrosão atmosférica, devido à página que se desenvolve em sua superfície, à facilidade de fundição e uma capacidade de acabamento que permite excelente polimento ou o uso de diversas cores e tipos. Hoje, dado ao seu alto custo, vem sendo substituído em esculturas, pelo Latão (Liga metálica dourada) de idêntica resistência e textura.
Latão
Essa liga é formada pela mistura de 55 a 95% de cobre e de 45% a 5% de zinco. Outros metais como o alumínio, o chumbo e o estanho também podem ser adicionados, variando assim quantidade de materiais e alterando as propriedades da liga. Por ser bem flexível, o latão é muito usado na fabricação de instrumentos musicais, como a flauta e o saxofone, além de tubos e torneiras. No geral, o ponto de fusão do latão fica entre 900ºC-940ºC.
Amálgama
Conhecida por ser usada em obturações dentárias, a amálgama é uma liga formada pela mistura de prata (70%), estanho (18%), cobre (10%) e mercúrio (2%). Nesse sentido, ela se caracteriza por ser resistente a oxidação e a corrosão, além de ser muito maleável, o que facilita a sua moldagem. Outra característica marcante dessa liga é sua baixa temperatura de fusão, em torno de 68ºC.
As ligas metálicas e o setor industrial
Por serem modificadas e mais aprimoradas que os metais puros, as ligas metálicas podem ser utilizadas em inúmeras finalidades. Por exemplo, elas são de extrema importância para o setor industrial brasileiro, e são utilizadas em metalúrgicas, construção civil, usinas e em muitas outras o que comprova a sua importância e necessidade.
Continuará…
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