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Alumínio: suas aplicações na indústria e tratamento térmico

O alumínio é o elemento metálico mais abundante na Terra, e o segundo metal mais utilizado no mundo, perdendo apenas para o aço. Por isso, ele é importante em diversas atividades econômicas e industriais.

Uma coisa que poucas pessoas sabem é que o alumínio não é encontrado na natureza em sua forma metálica, como ouro, prata e outros metais provenientes da mineração. 

A origem do alumínio começa com a mineração da bauxita, um metal que passa por diversos processos de refinaria e redução, até chegar no alumínio que conhecemos no dia a dia. Veja abaixo como como funciona o ciclo:

BAUXITA (mineração)-> HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO (calcinação) -> ALUMINA (redução) -> ALUMÍNIO METÁLICO

Características Físicas e Químicas Do Alumínio

O alumínio é um metal extremamente versátil devido às suas propriedades físico-químicas.

Isso permite que ele seja amplamente utilizado na indústria para a produção de diversos itens como: latas, utensílios de cozinha, tintas em forma de pó, cabos suspensos, embalagens com papel de alumínio, além da estrutura de aviões, barcos, automóveis e outros.

Veja abaixo as características físico-químicas do alumínio:

Ponto de Fusão em 660 °C 

O que é baixo, comparado ao aço, que tem ponto de fusão em 1570°C.

Leveza

Possui 35% do peso do aço e 30% do peso do cobre.

Resistência à Corrosão

Tem uma fina camada de óxido que protege contra oxidações.

Condutibilidade Elétrica

Conduz tanta eletricidade quanto o cobre, que é duas vezes mais pesado e caro.

Condutibilidade Térmica

Índice 4,5 vezes maior que a do aço.

Refletividade

Muito utilizado em luminárias, por ter refletividade acima de 87%.

Propriedade Antimagnética

Isso permite que ele seja muito utilizado como proteção de equipamentos eletrônicos. Além disso, por não produzir faíscas, pode ser utilizado no armazenamento de substâncias inflamáveis ou corrosivas.

Barreira

Impermeável contra umidade e oxigênio e também uma eficiente barreira contra a luz. Isso faz com que a folha de alumínio seja um dos materiais mais versáteis no mercado de embalagens.

Reciclagem

O alumínio é um metal infinitamente reciclável, sem perda de propriedades físico-químicas. Isso contribui para que só as latinhas de alumínio, por exemplo, tenham um índice de reciclagem de 97,4% no Brasil.

Tratamento Térmico no Alumínio 

As ligas de alumínio são classificadas em “tratáveis termicamente”, que respondem ao tratamento em solução, e “não-tratáveis termicamente”, cujas propriedades são melhoradas apenas com o trabalho a frio.

Os tratamentos térmicos realizados nesse tipo de metal podem variar de acordo com a finalidade desejada. 

Alguns dos tratamentos térmicos mais realizados no alumínio são: 

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Tão importante quanto adquirir equipamentos de qualidade para guindastes, é garantir a qualidade e boa conservação das peças da máquina. O objetivo de um bom tratamento térmico é prevenir falhas antes que elas ocorram, garantindo a segurança do operador, evitando acidentes e danos nas peças do equipamento.

Guindastes e Tratamento Térmico

O tratamento térmico das peças do guindaste é muito importante. Ele evita que ocorram desgastes, corrosões e até mesmo que a estrutura do guindaste quebre com o passar do tempo.

Veja abaixo algumas peças que necessitam de tratamento térmico para garantir o bom desempenho do guindaste:

  • Eixo da coluna;
  • Pião;
  • Pinos;
  • Batente;
  • Bucha;
  • Espera;
  • Pino bloqueio da lança e pino guia;
  • Outras

O guindaste é um tipo de equipamento que fica exposto a condições climáticas variadas, como o sol, calor, vento, chuva, etc. Essa rotina juntamente com o esforço que esse equipamento sofre, pode causar o desgaste em sua carcaça e peças. Por isso, o tratamento térmico das peças do guindaste é tão importante, ele melhora a resistência do aço ao desgaste, corte/quebra e corrosão.

Além disso, quando realizado de forma adequada, o tratamento térmico aumenta a resistência mecânica das peças do guindaste, característica essencial para equipamentos que carregam grandes pesos. Assim, as peças duram muito mais em tempo em boas condições, o que é mais seguro e econômico.

Tipos de Tratamento Térmico Para Peças De Guindaste

Existem diversos tipos de tratamento térmico para todas as variações do aço e tipos de peças. No caso dos guindastes, os tratamentos térmicos realizados para garantir o bom desempenho do equipamento são:

Cementação

Este processo é indicado no tratamento térmico das peças do guindaste por se tratarem de materiais que necessitam de alta dureza externa, além de elevada resistência mecânica ao desgaste e à fadiga. A cementação aumenta a resistência do aço sem que ocorra perda de tenacidade, algo fundamental no caso de engrenagens, por exemplo. Para que isso ocorra é promovido um enriquecimento com carbono na superfície na peça.

A peça é aquecida em conjunto com um material rico em carbono a temperaturas elevadas, que podem chegar a 1000ºC. Assim, o carbono é absorvido pela superfície, que se torna mais resistente.

Indução

A indução é um método de aquecimento realizado somente na superfície da peça, provocado por indução eletromagnética, através de bobinas apropriadas. Esse processo também é indicado para peças de guindaste que necessitam de alta rigidez somente em suas superfícies, ou seja, apenas as regiões do contorno de sua geometria precisam ser endurecidas.

Normalização

O processo de normalização tem como objetivo obter microestruturas refinadas e homogêneas em peças de aço fundido, laminado ou forjado. É muito utilizado após o forjamento ou laminação de peças e preliminar aos  tratamentos de têmpera e revenimento.

A normalização consiste no aquecimento das peças seguido de resfriamento ao ar, o que resulta em uma granulação mais refinada e uniforme.

 

Grefortec – Excelência em tratamento térmico de peças de guindastes

A Grefortec é especializada no tratamento térmico de peças através dos melhores e mais modernos processos industriais. Presente há mais de 30 anos no mercado, a Grefortec garante a qualidade de todos os seus produtos e serviços, que são certificados com ISO 9001:2015.

Como fornecedora de equipamentos industriais e tratamento térmico, a Grefortec oferece os técnicos mais capacitados do mercado. Além de contar com um laboratório próprio com dispositivos, instrumentos, equipamentos e profissionais capacitados para realizar testes e assegurar a qualidade dos tratamentos realizados.

Nós tratamos bem a sua peça!

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O alumínio foi descoberto em 1800 e foi produzido em quantidade durante a virada do século 20 usando o processo de fusão hallHeroult. Curiosamente, Carl Benz estava patenteando com motor de combustão interna durante a mesma época. Durante esses tempos, automóveis ou carruagens sem cavalos eram um luxo e difícil para pessoas comuns.

Henry Ford logo seguiu com o desenvolvimento de seu modelo T produzido em massa, que colocou a América sobre rodas. Sabemos que a Ford estava preocupada com a integração de eficiência de fabricação em qualquer lugar que pudesse ser realizada. O resultado dessas medidas de redução de custos foi apresentado no início de outubro de 1908, quando a primeira linha de produção Ford Modelo T foi montada na fábrica da Piquette Avenue em Detroit. A Ford percebeu que o efeito da simplificação, padronização, escala e linhas de montagem moveis resultou na redução do custo do veículo de $ 825/unidade em 1908 para $206/unidade em 1925, permitindo que os veículos fossem acessíveis às massas em todos os lugares.

Pressões automotivas – CO2 e economia de combustível

A integração de materiais e componentes leves em automóveis tem sido uma força motriz da indústria automotiva global desde o embargo do petróleo no inicio dos 1970. Desde então, os fabricantes integram novas tecnologias leves que resultam em plataformas de eficiência de combustível aprimoradas e projetos de capacidade e tamanho do trem de força reduzido. Muitas dessas tecnologias foram derivadas de leis que variam de país para país, algumas com foco nos níveis de emissão e outras na economia de combustível.

Nos EUA, o foco foi nas emissões de CO₂ e nos padrões Corporate Average Fuel Economy (CAFE). Recentemente, os limites dos EUA foram alterados. Essas alterações aplicam-se aos modelos de veículos de 2021 a2026, onde os limites foram reduzidos para uma redução anual de 1,5%, em comparação com os requisitos anteriores para reduções anuais de 5%. É claro que, à medida que os governos mudam, as políticas também mudam, e os argumentos de ambos os lados certamente chegarão aos tribunais e manterão as pressões sobre os produtores automotivos.

Iniciativas de Peso Leve e Segurança

As iniciativas de redução de peso dos automóveis assumiram muitas formas nos últimos 35 anos. Eles incluem o redesenho dos sistemas de suspensão, projetando motores menores e mais potentes e integrando materiais leves alternativos. Além disso, os fabricantes automotivos e de mobilidade eletrônica enfrentam maiores expectativas de segurança.

Essas pressões são tratadas com a implementação de medidas de segurança ativas, como pré-tensionamento do cinto, airbags, alarme de colisão, assistência para mudança de faixa e visão traseira, para citar alguns. As medidas de segurança passiva incorporadas aos projetos dos veículos incluem recursos estruturais que maximizam a capacidade de absorção de impacto e energia, rigidez dinâmica local e seções de alta resistência que minimizam as penetrações nas células de segurança.

Hoje, a maioria dos fabricantes utiliza uma abordagem híbrida para selecionar materiais estruturais e formas de produtos para cada classe de preço de plataforma individual. Esta abordagem híbrida pode incluir a integração de alumínio, aços de alta resistência, termoplásticos e materiais de fibra de carbono para atender aos requisitos de projeto.

As formas do produto podem incluir componentes formados, estampados, forjados e fundidos de alumínio e aço. Este artigo se concentrará em componentes estruturais leves de alumínio que podem ser moldados por meio de processos de gravidade, baixa pressão, metal semissólido ou fundição sob pressão (HPDC). Esses processos estão atualmente produzindo torres de choque de veículos; Pilares A-B-C; caixas de torque; caixas de bateria; armações da porta traseira; caixas de unidades de acionamento elétricas; nós traseiros e membros longitudinais; membros cruzados; berços de motor; estruturas de portas; colchetes; colunas de direção; e componentes do painel da console (Fig. 2).

No início dos anos 2000, vimos fabricantes de veículos premium integrarem componentes estruturais de alumínio. Hoje, é comum enquanto os engenheiros se concentram na próxima onda de plataformas de veículos e e-mobilidade. O Relatório Drucker Frontier da Associação de Alumínio (Fig. 3) informou recentemente aos leitores que o uso de alumínio em plataformas automotivas deve crescer de 30% em 2020 para até 45% em 2030, um aumento de 50% nos próximos 10 anos. Mais importante para os fabricantes é que os componentes de alumínio (excluindo chapas e produtos extrudados) devem crescer mais de 200% em relação aos níveis de 2018 até 2030.

Alumínio de Peso Leve – Avanços em Sistemas de Tratamento Térmico Flexível

O objetivo de introduzir o tratamento térmico no processo de fabricação é alterar as propriedades mecânicas dos componentes e desenvolver uma combinação ideal de níveis de desempenho de resistência e ductilidade. Dependendo dos requisitos do componente, esses processos podem incluir apenas o tratamento T-5 por envelhecimento artificial; o tratamento por solubilização T-6; resfriado e envelhecido artificialmente; tratamento por solubilização T-7; e resfriado e artificialmente sobre envelhecido.

Um exemplo de um perfil de processo térmico típico de três estágios T-6 é mostrado na Figura 4 e integra um estágio de tratamento de solubilização seguido por uma transferência rápida para um sistema de resfriamento preciso por ar (Precision Air Quench – PAQ ™). É aqui que a temperatura do produto cai rapidamente para o terceiro estágio, onde o produto é envelhecido artificialmente por um período de tempo com base na composição da liga de alumínio e nas propriedades de desempenho máximo.

As temperaturas de processamento e os tempos de imersão são selecionados para atingir as propriedades desejadas com base na capacidade da liga de alumínio de desenvolver uma solução sólida homogênea e a microestrutura antes do tratamento térmico. A uniformidade dos parâmetros do tratamento térmico é crítica para o sucesso dos processos de fabricação de alta qualidade. O controle altamente preciso contribui para a uniformidade das propriedades mecânicas do componente final, eliminação da distorção da peça e redução dos níveis de tensão residual

As demandas de uniformidade de temperatura de processamento estão constantemente sendo pressionadas. Como tal, é comum para sistemas de tratamento térmico atingir ± 5°C ou melhor uniformidade de temperatura de processamento. Além da uniformidade da temperatura, o processo de resfriamento é uma das etapas mais críticas e precárias no processo de tratamento térmico – particularmente no processamento de componentes estruturais de paredes finas e baixa massa.

Para resolver essas questões, os projetistas de sistemas de tratamento térmico garantem que os processos sejam validados usando uma combinação de ferramentas de modelagem dinâmica de fluidos computacional (CFD – Computational Fluid Dynamic) e equipamentos de teste de desenvolvimento de P&D disponíveis. Um exemplo de trabalho de modelagem CFD usado para validar o projeto do sistema antes da produção de equipamentos em grande escala é mostrado na Figura 5.

O parâmetro do processo do sistema de tratamento térmico e a flexibilidade da capacidade são prioridade máxima ao avaliar a integração da capacidade do tratamento térmico aos processos de fabricação. Em um ambiente onde as decisões são baseadas em requisitos futuros para plataformas de veículos elétricos (EV – Electric Vehicle), veículos elétricos a bateria (BEV – Battery Electric Vehicle) e motores de combustão interna (ICE – Internal Combustion Engine), existem grandes incógnitas.

Essas decisões são difíceis porque cada plataforma terá diferentes necessidades de processamento de tratamento térmico com base nos produtos produzidos, os parâmetros necessários e os volumes previstos. O velho ditado “tamanho único” não se aplica mais, uma vez que os fabricantes exigem designs de equipamentos de tratamento térmico que sejam ultra flexíveis e adaptáveis aos requisitos de processamento de vários parâmetros de tratamento térmico e tipos de produtos.

 

Esses projetos também devem fornecer eficiência de custo operacional conforme flutua a demanda do produto.

As considerações do sistema de tratamento térmico flexível incluem o seguinte:

  • Operação escalável para alta eficiência, independentemente da demanda do produto
  • Configuração de carregamento para adaptação de geometria e massa de produto diferente
  • Ponto de ajuste de temperatura flexível, taxas de aquecimento, tempos de imersão e etapas de processo de temperatura variável
  • Sistemas flexíveis de transporte, entrega e transporte de produtos
  • Flexibilidade de resfriamento por meio de opções para água híbrida e PAQ ™, fluxo de meios de resfriamento, configurações de direção e temperatura
  • Rastreamento de transportadora, identificação de produto e sistemas de aquisição de parâmetros críticos de processamento.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Tim Donofrio, Can-Eng Furnaces
International, Ltd., Niagara Falls, Canada; tel: 905-390-6526; e-mail:
tdonofrio@can-eng.com; web: www.can-eng.com.

Tratamento térmico é um conjunto de processos que visa melhorar as propriedades dos metais. Pode agir de forma total (em toda a peça) ou de forma localizada (apenas em uma parte de peça).

O princípio básico é a reorganização estrutural dos átomos, visando adequar os parâmetros para o melhor aproveitamento da peça metálica. Isto ocorre quando a peça passa por aquecimento e resfriamento de forma controlada, proporcionando:

  1. Aumento de sua vida útil quando em uso;
  2. Melhoria das propriedades mecânicas;
  3. Maior proteção contra oxidações.

Tratamento térmico: como é realizado e quanto tempo dura na peça?

Dependendo do tipo de processo metalúrgico de tratamento térmico aplicado à peça, ele durará até o final da vida útil da peça tratada, desde que utilizada adequadamente.

No processo de tratamento térmico da peça metálica, diversos parâmetros são controlados, mas basicamente são 5 grandes variáveis técnicas:

1) Temperaturas:

É a temperatura de aquecimento e resfriamento, fator primordial para se obter o que se deseja.

2) Tempos:

Os tempos, em temperatura, são importantes para que se tenha homogeneidade em toda a seção da peça.

3) Velocidades:

Aquecimento ou resfriamento lento, moderado ou rápido para que se alterem as propriedades da peça.

4) Atmosfera:

Trata-se do produto que envolve a peça dentro do forno quando está sendo tratada. Esta pode ser sólida (como carvão), líquida (banho de sais) ou gasosa (gases especiais).

5) Material:

É a liga metálica envolvida. Milhares de ligas metálicas estão disponíveis para uso regular e comercial. Cada uma requer um determinado tipo de tratamento térmico para se obter os melhores resultados.

O controle adequado dessas variáveis dos processos de tratamento térmico é de extrema importância para garantir a sua eficácia.

Mas, afinal, para que serve o tratamento térmico?

O tratamento térmico serve para melhorar as propriedades de peças metálicas quando em uso ou utilização. Pode-se “amolecer” ou “endurecer” uma peça de acordo com o que se quer fazer. Tudo está atrelado a aplicação e o destino onde a peça será utilizada. Os tratamentos térmicos são processos metalúrgicos que objetivam melhorar as propriedades metalmecânicas de peças, elevar sua resistência, vida útil e durabilidade quando em uso.

O tratamento térmico também ajuda nos seguintes aspectos:

a) No aumento da resistência mecânica da peça metálica;

b) Auxilia na usinabilidade da peça;

c) Reduz o desgaste;

d) Elimina tensões evitando quebras;

e) Melhora as características e aumenta a vida útil de uma peça metálica.

 

No processo de fundição se formam muitas tensões na peça quando ocorre a mudança do estado físico do líquido para o sólido. Estas tensões normalmente ocasionam pontos frágeis, pontos demasiadamente tensionados, deformações e/ou falhas dimensionais, que é algo indesejado, pois pode comprometer a peça como um todo. O processo de tratamento térmico irá reorganizar os átomos e deixar a peça mais adequada para uso. Isso gera consequências, tais como:

  1. Aliviar tensões;
  2. Melhorar e/ou padronizar da estrutura metalúrgica;
  3. Elevar a resistência, homogeneizando a coisa como um todo, ou seja, preparando a peça para a etapa seguinte, que pode ser, por exemplo, a usinagem da peça.

Quais são os tipos de tratamento térmico mais utilizados?

No tratamento térmico, os processos mais utilizados são:

Recozimento:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada, seguindo-se de um resfriamento lento. O objetivo deste tratamento é de conferir uma dureza baixa e uma ductilidade alta.

Normalização:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada com resfriamento lento normalmente ao ar. Visa obter dureza baixa, boa ductibilidade e eliminar estruturas provenientes de tratamentos anteriores.

Austêmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada, seguido de um resfriamento em um meio brando, normalmente em banho de sal, visando uma estrutura especial chamada baianítica que é dúctil e tenaz.

Martêmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada seguido de um resfriamento em meio brando, normalmente em banho de sal, visando uma estrutura chamada martensítica que é dura e frágil.

Têmpera:

Consiste em aquecer a peça a uma temperatura adequada seguida de um resfriamento rápido, normalmente em água ou óleo visando aumentar a sua dureza.

Revenido:

Tratamento térmico posterior à têmpera. A peça é reaquecida a uma faixa normalmente entre 150°C e 600°C e visa aliviar as tensões e ajustar a dureza.

Cementação:

É um processo termoquímico de endurecimento superficial. Consiste em aquecer a peça em meio rico em carbono fazendo com que este se difunda para o exterior da peça com o objetivo de obter-se uma camada superficial mais dura.

Carbonitretação:

Processo similar a cementação, porém com adição de nitrogênio e que após temperado apresenta camada com elevada dureza.

Nitretação:

Processo de endurecimento superficial normalmente em temperatura de 495°C a 575°C. Consiste na introdução de nitrogênio na superfície do aço conferindo-lhe uma camada dura resistente do desgaste, corrosões e fadiga.

A Indução é um tratamento térmico superficial: o que isso significa?

Em alguns casos existe a necessidade ou apenas a possibilidade de realizar tratamento térmico de forma localizada, ou seja, em apenas uma parte da peça, seja pela sua complexidade, utilização, tamanho, geometria ou aplicação. O processo de tratamento térmico por indução eletromagnética é uma forma de fazer isto de maneira controlada, trazendo enormes benefícios práticos e econômicos. O tratamento térmico ocorre deforma localizada, ele não abrange toda a peça, atua apenas em uma região específica.

Quais os produtos que sofrem o processo de tratamento térmico?

Inúmeras e infinitas são as possibilidades, tudo dependerá daquilo que se deseja realizar na peça e a sua aplicação no momento. Ele é utilizado em vários itens com os quais lidamos no nosso dia a dia, tais como:

– Cintos de segurança;

– Alicates de unha;

– Peças de navio, carro, caminhão, trator, máquinas e equipamentos;

– Salto de sapato;

– Facas;

–  Instrumentos cirúrgicos;

– Moldes e matrizes para diversas aplicações industriais.

Tratamento térmico: quais os materiais envolvidos no processo?

Temos três grandes grupos que são:

1)Ferrosos:

São aqueles que em sua base majoritariamente apresentam ferro. Um exemplo é o aço cuja mistura é de dois elementos fundamentais, o ferro + carbono. Aço baixo carbono, médio e auto carbono, aços inoxidáveis, aços ferramenta, ferro fundido são exemplos de materiais ferrosos. Nesse caso podem apresentar outros elementos químicos além do carbono na sua composição química.

2)São ferrosos:

São aqueles que apresentam outros elementos químicos fundamentais em sua base que não é o ferro. O alumínio, cobre, magnésio e suas ligas são um bom exemplo disso.

3)Superligas:

São uma composição ou conjunção de elementos metálicos fundamentais que não se encaixam em nenhum dos casos acima.

 

Link: Quer conhecer mais sobre tratamento térmico? Assista ao vídeo do Telecurso 2000, que auxilia no entendimento deste processo de transformação!

https://www.youtube.com/watch?v=dBjwz15UVDU