04/08/2022

Recentemente, engenheiros do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA, conseguiram reduzir pela metade a energia necessária para processar a liga de alumínio mais cobiçada na indústria automotiva.

Veículos mais leves podem viajar mais longe gastando menos energia – seja combustível líquido ou baterias -, portanto, isso tem refletido na grande demanda por componentes automotivos mais leves.

As ligas de alumínio de alto desempenho, como a liga 7075, estão entre as opções mais leves e mais resistentes, mas exigem uma produção com uso intensivo de energia, o que eleva seus custos e, com isso, limita seu uso. No entanto, por conta da tecnologia criada pelos engenheiros, isso está prestes a mudar.

A tecnologia está incorporada em um equipamento que a equipe batizou de Shape, sigla em inglês para “processamento assistido por cisalhamento e extrusão”. A grande vantagem é a eliminação dos passos de tratamento a quente no processo de produção da liga de alumínio, resultando em uma economia de energia mais do que significativa, além de uma redução na emissão de poluentes.

Imagens da liga de alumínio 7075 – tiradas com um microscópio eletrônico de varredura antes (A), durante (B) e depois (C) – passando pela máquina ShAPE mostram como a microestrutura da liga muda drasticamente durante a extrusão. O efeito de cisalhamento da máquina ShAPE quebra as partículas, que são semelhantes a grumos na massa de bolo, em pedaços muito menores para criar uma microestrutura mais uniforme. Imagem: Joshua Silverstein/Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico.

A fabricação da liga metálica

Assim como preparar um bolo, a fabricação de metais depende de ingredientes bem misturados e muito calor. A produção metalúrgica convencional usa calor para derreter em conjunto os metais individuais e os elementos de liga, como alumínio, cobre ou magnésio, para criar ligas mais leves, mais fortes ou mais fáceis de formar.

Se esses elementos não estiverem bem misturados, podem surgir rachaduras e fraturas que comprometem as propriedades do metal final, assim como uma massa de bolo mal misturada e grumosa resultará em um bolo que se desmancha. Na produção de metais, o calor é usado para garantir que os elementos metálicos individuais em uma liga sejam bem misturados durante uma etapa chamada homogeneização.

Durante a homogeneização, grandes fundidos de metal, chamados tarugos, são aquecidos a quase 500 ºC por até 24 horas, tornando esta uma das etapas mais intensivas em energia. Esta etapa de tratamento térmico dissolve agregados – semelhantes aos grumos na massa de bolo – no tarugo para garantir que todos os elementos metálicos sejam distribuídos uniformemente – ou homogeneizados. Após a homogeneização, as hastes metálicas passam por um aquecimento adicional e adquirem o formato definitivo em uma etapa chamada extrusão.

Ligas de alumínio ao seu alcance

O processo ShAPE remove um grande obstáculo na produção de ligas de alumínio de alto desempenho, reduzindo drasticamente o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa durante a fabricação.  

“Este é um passo importante para liberar o potencial da fabricação de metais da próxima geração para produzir produtos melhores, mais baratos e mais verdes para o futuro”, disse Scott Whalen, cientista-chefe de materiais do PNNL e co-desenvolvedor do ShAPE.

Fonte: CIMM