Materiais Refratrios
MATRIZes METLICAs
Dalton bladtElisa baseiGabriel dezordiIasmim machadoEngenharia
mecnica 4MCMateriais cermicos e polimricosCompsitos Reforados por
FibrasAs primeiras aplicaes dos compsitos com matriz metlica foram
estruturais nas indstrias aeronutica e aeroespacial, na forma de
chapas ou peas forjadas, devido a necessidade de componentes levese
resistentes.Matrizes MetlicasObjetivosNosso estudo ser baseado em
uma aplicao que trata do uso dos compsitos de matrizes metlicas na
indstria. Pretende-se mostrar qual a utilizao desse tipo de
compsito, as suas propriedades, o seu comportamento mecnico, suas
vantagens e desvantagens de seu uso, e por que sempre foi to
usado.
IntroduoEm diversas aplicaes so utilizados materiais que possuem
elevada razo: resistncia mecnica / densidade; como materiais
alternativos aos tradicionalmente empregados. Os metais e as ligas
so bons materiais. Quando adicionados elementos de ligas as
propriedades destes materiais apresentam mudanas. Por exemplo: seu
mdulo de elasticidade pode ser somente variado em 15% (apesar de
que, com transformaes de fase pode-se chegar at 300%).Na dcada de
60, comearam um trabalho experimental onde sistema ligas de cobre
eram reforadas com fios de tungstnio. Em geral deseja-se nesses
materiais de compsitos reforados com fibras alta resistncia,
tenacidade e rigidez em relao ao seu peso. Veremos os relacionados
s matrizes metlicas.
MetodologiaPara obter as informaes a seguir,usamos o artigo:
(MATERIAIS COMPSITOS DE MATRIZ METLICA PERSPECTIVA DE USO) Escrito
por Jesualdo Luiz Rossi do Centro de Cincia e Tecnologia dos
Materiais/CCTM/IPEN.
MATRIA PRIMACompsitos so fabricados associando-se reforos e
matrizes de todos os tipos de materiais: metlicos, cermicos e no
metlicos especiais como carbono, boro e silcio. Atualmente, os
compsitos vm sendo aplicados nos mais diversos setores industriais
para substituir materiais metlicos convencionais, como o ao e o
alumnio.Antigamente,sistema ligas de cobre reforadas com fios de
tungstnio de 150 m de dimetro ou em ligas de prata reforadas com
"whiskers(so monocristais muito finos com elevada perfeio
cristalina e so usados para aumentar a tenacidade.)O
desenvolvimento destes primeiros materiais compsitos foi controlado
pelo desenvolvimento das fibras.
Imagem metalogrfica de um compsito de titnio reforado com fibras
de carbeto de silcio
Exemplo compsito de matriz metlica reforado com fibras.
ComposioA Matriz composta por superligas: (a base de Nquel,
Cobalto, Molibdnio. Mas tambm podem ser compostas por: ligas de
alumnio, ligas de magnsio, ligas de titnio, ligas de cobre , etc.As
fibras so compostas geralmente (entre 10 e 60% em volume) de
carbono, carbeto de silcio SiC, de alumina (particulados em
geral).12Comparao entre as propriedades de vrios compsitos metal-
reforo de fibra
Obteno do MaterialComo visto os materiais usados na fabricao dos
compsitos metlicos so elementos naturais, encontrados na natureza,
ento envolvem os mesmos processos de obteno de Nquel, Cobalto, e
ligas de alumnio, titnio, cobre e outros. Isso envolve processos
como de fuso, compresso, eletroltica, oxidao, dentre outros.No caso
das matrizes que geralmente so de carbono, carbeto de silcio SiC,
de alumina, envolvem nas suas obtenes a retirada do meio natural,
carboreduo do quartzo (carbeto de silcio) e processo bayer
(alumina).
(a)Fraca aderncia entre as fibras e a matriz(b)Excelente
aderncia entre fibras e matriz
CaractersticasResiste temperaturas mais altas que com matriz
polimrica.Alta condutividade trmica aliada a estabilidade
dimensional a altas temperaturas.Alto mdulo especfico, alta
resistncia especfica, e alta estabilidade
ambiental.CaractersticasSuas propriedades diferenciadas so
resultado da interao da matriz metlica com o material de reforo
mecnico, conferindo ao material caractersticas diferentes das
apresentados pelos materiais usados isoladamente em sua composio.No
caso das matrizes de alumnio e titnio possuem altas resistncias
oxidao.
Faixa de resistncia especfica longitudinal versus mdulo
especfico, obtida em materiais compsitos baseados na matriz de
alumnio.
Curva de desenvolvimento do mercado de materiais
Processamento
ProcessamentoO processamento Saffil ocorre por meio da aplicao
de uma presso ao metallquido de forma a se obter como produto final
uma pea ou uma barra solidificada onde o metallquido preencheu
todas as cavidades possveis dessa pr-forma. Essas pr-formas podem
ser dasmais variadas fraes volumtricas sendo que quanto maior a
frao volumtrica desejada dereforo, menor o tamanho das cavidades e
maior a dificuldade de infiltrao.
Processamento Infiltrao sobre presso (Saffil)
Processamento Fase Liquida Matriz
ProcessamentoProcesso Osprey: onde o reforo injetado num fluxo
atomizado de alumnio fundido. O outro mtodo, o processo Duralcan,
mistura o reforo na forma particulada com o metal
lquido.Processamento OspreyNesse processo ocorre a deposio de
partculas de SiC e da matriz da liga de alumnioatravs do uso de
tcnica de spray onde o metal disperso de maneira semelhante quela
que ocorrenos processos de atomizao. Esse processo pode ser
aplicado para largas produes, pois pode-se fazer com queo produto
dessa deposio entre diretamente numa matriz de
forjamento.Processamento Osprey
Processamento Infiltrao por Vcuo
AplicaoSo usados esses compsitos nas mais variadas rea, como na
aeronutica em avies, pilo; esteios; portas de acesso; vigas caixo;
encaixes; contrafortes; vigas de assoalho; ventoinhas; compressores
e aletas de turbinaAvies
AplicaesTambm muitos usado no setor automotivo em molas,
chassis. Em sistemas eltricos atuando em cabos e placas de
baterias. No ramo mdico atuando em mesas para raio-x, prteses,
cadeiras de rodas. At mesmo no esporte se usam compsitos metlicos
em raquetes de tnis, hastes para esquis, quadro de bicicletas e
motocicletas.Aplicaes
Aplicaes
AplicaesTambm so utilizados em motores, estando presentes nos
pistes, pinos dos pistes, biela; camisa do pisto.E tambm esto
presentes na suspenso e trao, na caixa de transmisso, disco de
freio, garfos do cmbio e em vrios componentes da
suspenso.Aplicaes
Aplicaes
Aplicaes
VantagensElevada resistncia mecnica ;Aguentam temperaturas mais
elevadas que compsitos cermicos;Alta condutividade trmica aliada a
estabilidade dimensional, sendo usados at em componentes
eltricosAmpla utilizao na indstria;Os compsitos vm sendo aplicados
nos mais diversos setores industriais para substituir materiais
metlicos convencionais, como o ao e o alumnio.
Desvantagens- Custo alto da matria prima (compsito em si) 50 a
100 % mais caro- custo de processamento alto - velocidade de produo
de partes alm do desejado- competio de outros materiais mais
atuais- necessidade de melhorias nas propriedades- tcnicas de
processamento secundrio caras- srias duvidas sobre
reciclabilidade.ConclusoO processo de formao dos compsitos com
matriz metlica implica em altas temperaturas (para a fuso do metal)
e altas presses (para a infuso do mesmo). Ambos requerem no s
equipamentos mas principalmente um rgido controle de todos os
parmetros durante todo o processo. Embora existam casos de sucesso
importantes, a tecnologia para tal ainda precisa ser muito mais
desenvolvida para que seus custos justifiquem aplicaes em maior
escala.
