Alumínio para fundição: Um guia abrangente

A fundição é um dos processos mais antigos e versáteis de trabalho com metais que permite aos fabricantes produzir formas complexas da mais alta precisão. Devido às excelentes propriedades do alumínio para fundição, como sua natureza leve, resistência à corrosão e alta condutividade térmica, entre os vários metais usados na fundição, o alumínio para fundição é especial. O artigo trata do uso do alumínio para fundição, seus benefícios, tipos, aplicações e técnicas. Alguns dos metais mais comumente usados na fundição se devem principalmente às propriedades de peso do alumínio, à excelente resistência à corrosão e à alta condutividade térmica. Para obter a forma desejada, o alumínio é derretido e derramado ou injetado em um molde para fundição. Há vários métodos principais de fundição, como fundição em areia, fundição sob pressão, fundição de investimento e fundição em molde permanente, dependendo dos requisitos da aplicação. A decisão sobre o método de fundição deve se basear no tamanho dos componentes, na precisão necessária, nas propriedades mecânicas e no volume de produção.

A seleção da composição da liga de fundição de alumínio é uma das decisões mais importantes na produção de peças fundidas de alumínio. As diferentes ligas comuns de fundição de alumínio incluem A356, 319 e 380, bem como 7075, que podem oferecer diferentes níveis de força, ductilidade e resistência à corrosão para uma variedade de aplicações. O controle de temperatura, a aplicação de pressão, as taxas de resfriamento e a mitigação de defeitos também influenciam muito a produção de peças fundidas de alumínio de alta qualidade com pouca porosidade ou defeitos de contração. Avanços recentes na tecnologia de fundição, incluindo fundição assistida a vácuo, processamento de metal semissólido e impressão 3D de moldes, criaram grandes melhorias em termos de precisão, eficiência e sustentabilidade da fundição de alumínio. Além disso, os setores estão se concentrando ainda mais na reciclagem de alumínio para reduzir o impacto ambiental e, ao mesmo tempo, manter os mesmos níveis de desempenho.

É explorado o guia mais abrangente sobre alumínio para fundição, abrangendo fatores-chave como temperatura, controle de pressão, propriedades mecânicas e químicas, prevenção de defeitos e seleção de ligas. O conhecimento desses aspectos permite que engenheiros e fabricantes realizem um processo produtivo de fundição de alumínio, produzam produtos de melhor qualidade e obtenham maior eficácia na produção.

Por que usar alumínio para fundição?

As excelentes propriedades do alumínio justificam seu uso na indústria de fundição e, por isso, ele é uma opção de metal adequada para fabricantes que trabalham em vários setores. Há algumas das principais razões para se optar pelo uso da fundição de alumínio.

1. Leve e resistente: Como é de se esperar, o alumínio é muito leve em comparação com outros metais, o que o torna ideal para ser usado em setores em que a redução de peso é importante na construção de veículos ou aeronaves.

2. O alumínio oferece excelente resistência à corrosão: As peças fundidas se beneficiam da camada de óxido natural, que é uma barreira contra a ferrugem e ajuda a prolongar a vida útil da peça fundida.

3. Alta condutividade térmica e elétrica:  Isso torna o alumínio extremamente adequado para uso em trocadores de calor, gabinetes eletrônicos e componentes de motores.

4. Fundições de alumínio - excelente usinabilidade: O alumínio fundido pode ser facilmente usinado, polido e acabado para uma aplicação de alta precisão.

5. Menos dispendioso:  O alumínio é muito mais barato do que a maioria dos outros metais e sua capacidade de reciclagem o torna ecologicamente correto.

Tipos de alumínio usados na fundição

Várias ligas de alumínio diferentes são usadas para fundição e têm características adequadas para diferentes aplicações. Quais são as ligas de alumínio mais comumente usadas para fundição?

1. Ligas de alumínio-silício (Al-Si)

• Entretanto, essas ligas possuem excelente capacidade de fundição, resistência à corrosão e resistência ao desgaste.
• Seu uso em peças de motores automotivos (cabeçotes, etc.) e carcaças de bombas é comum.

2. Ligas de alumínio-cobre (Al-Cu)

• Alta resistência e excelente usinabilidade.
• Ele é usado em aplicações aeroespaciais e militares em que essa durabilidade é necessária.

3. Ligas de alumínio e magnésio (Al-Mg)

• Leve e com excelente resistência à corrosão, ideal para aplicações marítimas.
• Comum nos setores de componentes estruturais e aeroespacial.

4. Ligas de alumínio-zinco (Al-Zn)

• Alta resistência, mas menor resistência à corrosão.
• É usado quando é necessária alta resistência ao desgaste, por exemplo, em aplicações em que as engrenagens e os rolamentos precisam atender a essas condições.

Ligas de alumínio para fundição sob pressão  

O processo de fabricação de fundição sob pressão é muito eficiente, no qual um molde de precisão é usado para injetar alumínio fundido sob alta pressão. Esse processo se tornou um caminho bem conhecido para a fabricação de componentes metálicos complexos, duráveis, leves e dimensionalmente precisos. A baixa densidade, a boa resistência à corrosão e a excelente condutividade térmica do alumínio fazem dele o material preferido para a fundição sob pressão.

Existem várias ligas de alumínio especificamente formuladas para uso em fundição sob pressão para oferecer propriedades mecânicas e físicas para várias aplicações. Descrevemos abaixo as ligas de alumínio mais consumidas para fundição sob pressão.

1. Liga de alumínio 380 (A380)

A liga de alumínio A380 é a liga de alumínio mais comum empregada na fundição sob pressão devido à sua versatilidade e características superiores de fundição.

Principais propriedades

• É um fluido de alta qualidade (que pode permitir a moldagem de formas complexas e paredes finas).
• Possui boa resistência à corrosão e, portanto, é ideal para uso em aplicações externas.
• A excelente relação resistência/peso o torna durável em condições exigentes.
• E um com boa usinabilidade, reduzindo assim os custos de processamento pós-fundição.

Aplicativos comuns

Essas propriedades fazem com que o A380 seja amplamente utilizado em aplicações automotivas, aeroespaciais e de eletrônicos de consumo, em que a relação resistência/peso, a capacidade de fundição e a eficiência de custo são necessárias.

2. Liga de alumínio 383 (A383)

Uma alternativa ao A380 com melhor resistência à corrosão e desempenho em condições de alta temperatura é o A383.

Principais propriedades

• Estabilidade térmica aprimorada, adequada para uso em peças aquecidas.
• Melhor resistência a rachaduras a quente durante a fundição.
• Menor resistência que o A380, mas é melhor para fundição sob pressão em câmara quente.

Aplicativos comuns

Aplicável em carcaças e invólucros elétricos, bem como em peças de maquinário industrial que exigem estabilidade dimensional e resistência ao calor.

3. Liga de alumínio 360 (A360)

No entanto, o A360 é conhecido por ter excelentes propriedades mecânicas, como alta resistência e ductilidade.

Principais propriedades

• É super resistente à corrosão e, portanto, adequado para aplicações marítimas ou externas.
• A resistência à tração é maior do que a do A380 e do A383.
• Um material com excelente resistência ao desgaste que diminui a degradação da superfície ao longo do tempo.

Aplicativos comuns

Por exemplo, nos casos de transmissão automotiva, carcaças de motores, indústria aeroespacial e peças que precisam de alta integridade mecânica, o A360 é usado com frequência.

4. Liga de alumínio 413 (A413)

O A413 é um material de alta pressão projetado para alta fluidez e estanqueidade à pressão.

Principais propriedades

• Excelente capacidade de fundição para projetos complexos e de paredes finas.
• No entanto, ele não é adequado para produtos deixados selados crus, pois não suporta a pressão profunda (geralmente, 100 ou mais).
• Alta condutividade térmica, benéfica para componentes de dissipação de calor.

Aplicativos comuns

Geralmente usado em componentes hidráulicos, carcaças de bombas e trocadores de calor, onde é usado para fabricar peças que precisam ser à prova de vazamentos e de alta resistência.

5. Liga de alumínio 390 (A390)

O A390 foi projetado para alta carga e extrema resistência ao desgaste.

Principais propriedades

• Ele tem uma dureza muito alta, para o componente em que há atrito envolvido.
• A alta estabilidade dimensional garante confiabilidade duradoura.
• Grande resistência à corrosão, especialmente para ambientes que demandam energia.

Aplicativos comuns

O A390 é comumente usado em blocos de motores automotivos, pistões de alto desempenho e engrenagens mecânicas em que a resistência ao desgaste e a força em temperaturas de serviço são importantes.

6. Liga de alumínio 356 (A356)

Alta pureza alumínio O A356 possui excelente capacidade de fundição, além de boa resistência mecânica.

Principais propriedades

• Possui bom alongamento e resistência ao impacto para uso em componentes estruturais.
• Ele aprimorou a capacidade de soldagem com uma montagem fácil.
• Ele funciona extremamente bem em relação à resistência à fadiga e garante durabilidade a longo prazo.

Aplicativos comuns

Suspensão automotiva e peças aeroespaciais e peças fundidas industriais de alta resistência são feitas de A356.

7. Liga de alumínio 319 (A319)

O A319 é uma liga de resistência média projetada para oferecer boa capacidade de fundição, resistência à corrosão e condutividade térmica.

Principais propriedades

• Oferecem boa resistência ao desgaste e, portanto, a vida útil dos componentes fundidos será prolongada.
• Tem resistência moderada e ductilidade, portanto, é versátil.
• Capaz de funcionar em aplicações de alta temperatura e diminuir a degradação do material.

Aplicativos comuns

O A319 está sendo amplamente utilizado em cabeçotes de cilindros automotivos, caixas de transmissão e componentes de aeronaves em que são necessários desempenho térmico confiável e resistência moderada.

A liga de alumínio correta a ser selecionada para fundição sob pressão

Dependendo de vários fatores, precisamos escolher a liga de alumínio adequada para a fundição sob pressão.

1. Requisitos mecânicos: Força, dureza, ductilidade e resistência ao desgaste.

2. Resistência à corrosão: Adequado para ambientes externos ou com alta umidade.

3. Condutividade térmica: Essencial para trocadores de calor e componentes de motores.

4. Facilidade de preenchimento de projetos de moldes complexos sem defeitos.

5. Consideração de custo: como, por exemplo, entre o custo do material e a eficiência do processamento.

Cada liga de alumínio traz benefícios específicos para se adequar a uma determinada aplicação industrial com o máximo de eficiência, durabilidade e preço acessível.

Métodos de fundição de alumínio 

O alumínio pode ser fundido por meio de várias técnicas, dependendo das necessidades específicas de fabricação. Os métodos mais comuns incluem:

1. Fundição em areia

• Um dos métodos mais antigos de fundição utiliza alumínio fundido derramado em um molde de areia.
• Aplicado a peças grandes e complexas, como blocos de motor e peças de construção mecânica.
• Econômico para pequenas séries de produção e projetos personalizados.

2. Fundição sob pressão

• Ele consiste em injetar alumínio fundido sob pressão em um molde de aço.
• Produz peças altamente detalhadas e precisas com superfícies lisas.
• Foram utilizados os setores automotivo, de eletrônicos e de eletrodomésticos.

3. Fundição por revestimento (fundição por cera perdida)

• É um processo detalhado de revestimento (a) de um modelo de cera com cerâmica e derretimento (a) da cera para deixar (a) o molde para o alumínio.
• Ideal para componentes complexos e de alta precisão, como peças aeroespaciais e médicas.

4. Fundição em molde permanente

• Ele utiliza moldes de metal reutilizáveis para aumentar a precisão dimensional e a durabilidade.
• Ele produz peças mais resistentes do que a fundição em areia e é usado nos setores marítimo e automotivo.

5. Fundição contínua

• É um processo empregado na fabricação de chapas longas ou barras de alumínio para fins industriais.
• Ele mantém uma qualidade consistente e a propriedade do material.

Guia industrial de alumínio para fundição

A fundição de alumínio é um processo amplamente utilizado em práticas industriais porque o alumínio é leve, tem excelente resistência à corrosão e alta condutividade térmica. A fundição de alumínio é desafiada por parâmetros térmicos, de pressão, de tempo, químicos e físicos detalhados do metal de alumínio.

Considerações sobre temperatura na fundição de alumínio

É fundamental escolher uma temperatura para que o processo seja bem-sucedido. Os principais fatores relacionados à temperatura do alumínio para fundição são:

1. Temperatura de fusão do alumínio

O alumínio puro derrete a 660,3°C (1220,5°F).

Os pontos de fusão das ligas de alumínio variam ligeiramente devido à sua composição. 

• Ligas de Al-Si (por exemplo, A356): 577-635°C (1070-1175°F)
• Ligas de Al-Cu (por exemplo, 319): 510-635°C (950-1175°F)
• Ligas de Al-Mg (por exemplo, 518): 570-650°C (1060-1200°F)

2. Temperatura de derramamento

• O alumínio para fundição geralmente é fundido em um estado de fusão de 680-750 °C (1256-1382 °F) para obter boa fluidez e preenchimento do molde.
• Quanto mais alta a temperatura de vazamento, por exemplo, oxidação, porosidade de gás e defeitos de queima podem ocorrer facilmente.

3. Faixa de temperatura de solidificação 

• Alumínio A liga se solidifica com sua faixa de solidificação dependendo da composição.
• Eutéticos de alumínio e silício, como o A356] podem ser solidificados em uma faixa estreita, por exemplo, em torno de 577°C (1070°F) e são adequados para fundição de precisão.

4. Temperatura de pré-aquecimento do molde

• Além disso, os aquecedores normalmente precisam ser pré-aquecidos entre 150 e 250°C (300 e 480°F) para reduzir o choque térmico e melhorar a qualidade da fundição.
• Na fundição sob pressão, em geral, os moldes de metal permanentes são pré-aquecidos a 200-300°C (390-570°F).

Requisitos de pressão em fundição de alumínio

Os níveis de pressão variam em diferentes processos de fundição de alumínio.

1. Fundição por gravidade (fundição em areia e molde permanente)

• Ele tende a preencher o molde usando a força natural da gravidade.
• Não há aplicação de pressão externa, apenas pressão hidrostática do metal fundido.

2. Fundição sob pressão de baixa pressão (LPDC)

• O alumínio fundido é forçado a entrar no molde por meio da aplicação de pressão de 0,2 a 0,5 MPa (2 a 5 bar).
• Produz componentes de alta qualidade e baixa porosidade.

3. Fundição sob pressão (HPDC)

• O alumínio fundido é injetado em alta velocidade no molde usando uma pressão extremamente alta de 10-150 MPa (100-1500 bar).
• Ele produz detalhes finos, mas também pode resultar em problemas de porosidade.

4. Squeeze Casting (forjamento de metal líquido)

• Ele usa pressões de 30-150 MPa (300-1500 bar) para comprimir o metal fundido no molde.
• Produz peças de alta resistência e baixa porosidade.

Considerações sobre o tempo na fundição de alumínio

O tempo gasto em cada estágio do ciclo de fundição de alumínio influencia a finalização da qualidade e a eficácia da produção.

1. Tempo de fusão

• A demanda pelo tempo de fusão do alumínio varia de acordo com o tipo e a capacidade do forno.
• Fornos de indução: 30 a 90 minutos para 500 kg de alumínio.
• Fornos de cadinho alimentados a gás: 60 a 120 minutos para 500 kg.

2. Tempo de derramamento

• Normalmente, a maioria das peças fundidas pode ser despejada em 5 a 15 segundos antes que ocorra a oxidação.
• O último, no caso da fundição sob pressão de alta pressão (die-cast ou fundição sob pressão), molda o alumínio fundido em 10 a 50 milissegundos.

3. Tempo de solidificação e resfriamento

• O tempo de solidificação de peças fundidas sob pressão com paredes finas é de 1 a 5 segundos devido à rápida extração de calor.
• As fundições em areia são determinadas pela espessura da peça e levam de 5 a 60 minutos.
• Para peças fundidas de investimento, o tempo de resfriamento total é de 30 minutos a várias horas.

4. Tempo de tratamento térmico

Tratamento térmico de solução: 8-12 horas a 525-550°C (980-1020°F).

Processo de envelhecimento: 4-16 horas, 150-200°C (300-400°F) para proporcionar resistência.

Propriedades químicas e físicas do alumínio para fundição

1. Composição química das ligas comuns de fundição de alumínio

2. Propriedades físicas das ligas de alumínio

Otimização do processo de fundição de alumínio

A seguir estão as melhores práticas que devem ser adotadas para aumentar a eficiência e a qualidade do alumínio para fundição:

1. Selecione as ligas de alumínio corretas: É importante obter o tipo certo de liga de alumínio para a aplicação específica.

2. Otimizar a temperatura de derramamento: Isso serve para evitar que o metal entre em contato com o oxigênio e, consequentemente, desenvolva porosidade.

3. Controle das taxas de resfriamento:  As peças grandes devem esfriar em um ritmo mais lento do que as peças de paredes finas.

4. Tratamento térmico: Aprimora as características mecânicas por meio do processo de aquecimento e resfriamento.

5. Degaseificar o alumínio fundido: Isso ajuda a reduzir a porosidade do gás hidrogênio por meio do uso de desgaseificação de argônio ou nitrogênio.

6. Selecione a pressão correta: a pressão aplicada no molde deve ser escolhida de acordo com a precisão e a resistência necessárias.

Aplicações do alumínio para fundição

O alumínio é um material muito útil, amplamente utilizado em vários setores, como, por exemplo:

1. Setor automotivo

• Blocos de motor, carcaças de transmissão e aros de roda são produzidos por meio de fundição usando alumínio, pois ele é forte e leve.
• Algumas das vantagens incluem: redução do peso do veículo, o que aumenta a economia de combustível.

2. Indústria aeroespacial

• Eles são empregados em estruturas de aeronaves, lâminas de turbinas e trens de pouso.
• O alumínio é resistente à corrosão e, portanto, é adequado para uso em grandes altitudes.

3. Construção e arquitetura

• O alumínio é usado em molduras de janelas, suportes de corrimão e outros trabalhos decorativos, como parapeitos e balaustradas.
• Eles garantem a durabilidade das estruturas e, ao mesmo tempo, as tornam leves.

4. Aplicações eletrônicas e elétricas

• Os usos do alumínio incluem a fabricação de caixas para dispositivos eletrônicos, dissipadores de calor e conectores devido à sua condutividade térmica.
• Aprimora o resfriamento dos sistemas de transmissão de energia.

5. Marinha e construção naval

• O casco do barco, os acessórios do convés e as peças do motor são feitos de alumínio para evitar ferrugem e minimizar o peso.

Desafios no uso de alumínio para fundição

Entretanto, alguns problemas são encontrados ao usar o alumínio na fundição:

1. Problemas de porosidade: A formação de bolsões de gás provavelmente comprometerá a resistência geral do produto final. Métodos adequados de desgaseificação ajudam a reduzir a porosidade.

2. Encolhimento durante o resfriamento: O alumínio encolhe durante o processo de resfriamento e, portanto, o projeto adequado do molde deve ser feito para evitar esses defeitos.

3. Custos iniciais mais altos para fundição sob pressão: A fundição sob pressão oferece alta precisão, mas o custo inicial da matriz é alto.

4. Baixa durabilidade:  O alumínio não é tão resistente quanto o aço ou o ferro, especialmente em altas temperaturas.

Como melhorar a qualidade da fundição de alumínio

Para obter peças fundidas de alumínio de alta qualidade, os fabricantes devem seguir as seguintes práticas:

1. Escolha ligas de alta qualidade:  É importante garantir que a liga de alumínio correta seja usada para a aplicação correta, a fim de garantir durabilidade e eficiência.

2. Aprimoramento do projeto do molde: O projeto do molde deve ser feito de forma a reduzir a formação de defeitos e aumentar a produtividade.

3. Controle das taxas de resfriamento: As taxas de resfriamento devem ser reguladas para diminuir a velocidade a fim de reduzir as chances de encolhimento e outras rachaduras por estresse.

4. Realizar tratamentos térmicos: Alguns dos tratamentos térmicos incluem o recozimento e a têmpera, que melhoram as propriedades mecânicas do alumínio fundido.

5. Garantia de qualidade: Técnicas como a inspeção por raios X não danificam o produto, mas ajudam a identificar defeitos.

Futuro da fundição de alumínio

No entanto, com a tecnologia de fabricação aprimorada e as metas de sustentabilidade, a demanda por fundição de alumínio precisa crescer. As tendências que abrirão o caminho para o futuro da fundição de alumínio são as seguintes:

Automação e integração de IA: As modernas fábricas de fundição utilizam a robótica e o controle de qualidade orientado por IA para garantir maior precisão e eficiência.

Aumento do uso de materiais reciclados: Também em alumínio para reduzir o impacto ambiental.

Manufatura aditiva (impressão 3D): Utilização da tecnologia de impressão 3D baseada em fundição para oferecer prototipagem rápida, bem como projetos mais complexos em períodos mais curtos.

Ligas de alumínio mais fortes e mais leves: Pesquisa de ligas de alumínio com melhor desempenho.

Conclusão 

A fundição de alumínio tornou-se um método de fabricação indispensável para a fabricação de componentes leves, duradouros e de desempenho substancial em muitos setores. Ele tem excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão e facilidade de usinagem, o que o levou a ser muito utilizado em aplicações automotivas, aeroespaciais, industriais e de consumo. É essencial escolher o método de fundição adequado, bem como a combinação de componentes de liga que melhor atendam às especificações de resistência, durabilidade e desempenho térmico. A fundição em areia tem vantagens sobre a fundição sob pressão, a fundição por cera perdida tem vantagens sobre a fundição em areia e assim por diante. Enquanto isso, a qualidade otimizada da fundição é obtida com o mínimo de defeitos por meio do controle das temperaturas de fusão e da aplicação de pressão, bem como do controle das taxas de resfriamento.

Além disso, foram feitos avanços na fundição sob pressão assistida a vácuo, na automação e no uso de monitoramento de processos baseado em IA para aumentar a eficiência e a sustentabilidade da fundição de alumínio. O alumínio reciclado também está ganhando velocidade no campo de atuação e diminuiu as pegadas de carbono sem sacrificar o desempenho. Com a crescente demanda por eficiência e inovação nos setores, é necessário dominar os fundamentos da fundição de alumínio para produzir peças fundidas de qualidade e confiáveis a baixo custo e de forma sustentável. Se manuseados com cuidado, com os materiais certos, as técnicas certas e os controles de processo certos, os fabricantes podem obter peças fundidas de alumínio projetadas com alta precisão para atender à engenharia e à fabricação modernas.

Perguntas frequentes (FAQs) 

1. Qual é o motivo pelo qual o alumínio é preferido para fundição?

O alumínio fundido é preferido porque é leve, resistente à corrosão, econômico e reciclável.

2. Quais são as ligas de alumínio mais comuns para fundição?

As ligas A356, 319, 380, 7075 e 518 são algumas das ligas de alumínio fundido comumente usadas e possuem propriedades específicas.

3. Quais são os principais métodos de fundição de alumínio?

A fundição de alumínio é feita pelos métodos de fundição em areia, fundição sob pressão, fundição de investimento, fundição em molde permanente e fundição contínua.

4. Quais são algumas das principais dificuldades enfrentadas durante a fundição de alumínio?

Os problemas de fundição de alumínio são semelhantes aos demais, incluindo porosidade, encolhimento, aumento do custo inicial e menor resistência ao calor do que outros metais.

5. Fundição de alumínio, o que deve ser feito?

O futuro da fundição de alumínio também inclui automação, integração de IA, impressão 3D e ligas de alumínio que podem ser mais fortes e mais leves.