A conformação por spray, também chamada de fundição por spray, é um processo metalúrgico que forma componentes com formato quase final, com baixa segregação e microestrutura uniforme. O processo combina os fenômenos de atomização, deposição e consolidação. A conformação por spray pode facilmente utilizar as ligas para fabricar componentes de difícil fundição, como níquel, ligas à base de níquel, aço rápido, etc. Este avançado processo de fabricação é utilizado na fabricação de anéis, discos e segmentos de vedação para motores aeronáuticos. Além disso, também é utilizado na fabricação de tubos, ferramentas e barras cilíndricas revestidas por extrusão.
Conteúdo
História da conformação por pulverização
Na década de 1970, Singer e sua equipe utilizaram com sucesso a conformação por spray na fabricação de componentes de farinha na University College of Swansea. Ele demonstrou que a atomização a gás permitia a formação de tiras metálicas diretamente a partir de metal fundido. A Osprey foi a primeira empresa a utilizar esse processo comercialmente. Por isso, também foi chamado de processo Osprey. Posteriormente, a Compactação Dinâmica Líquida (LDC) também foi utilizada na fabricação de componentes metálicos, enfatizando a solidificação rápida para melhorar as propriedades do material. Com o tempo, a conformação por spray de metais abriu caminho para seu uso na fabricação de formas quase líquidas.
Processo de conformação por pulverização
Preparação de derretimento
Na primeira etapa do processo de conformação por pulverização, uma fusão metálica limpa e pré-misturada é preparada em um cadinho. Aqui:
- Para reduzir o gradiente térmico, ele é mantido em um superaquecimento muito baixo.
- Para evitar a oxidação, a câmara de fusão é purgada com um gás inerte, como nitrogênio ou argônio.
- Uma leve sobrepressão é aplicada para manter uma atmosfera protetora.
Entrega de derretimento
Agora, esse material fundido é descarregado do fundo do cadinho através de um distribuidor para a zona de atomização. Nessa etapa, um fluxo constante e controlado de material fundido é garantido para uma atomização adequada.
Atomização
Na câmara de automação, o gás inerte em movimento rápido se mistura com o fundido, formando pequenas gotículas. O tamanho dessas gotículas varia de 20 a 200 μm. O jato de gás não é apenas responsável pela produção de pequenas gotículas, mas também proporciona resfriamento convectivo e inicia a rápida solidificação à medida que as gotículas se deslocam pelo spray.
Resfriamento e aceleração de gotículas
Ao sair da câmara de atomização, as gotículas aceleram a velocidades de 50 a 100 m/s enquanto esfriam em voo. Cerca de 60 a 80% do calor latente é removido das gotículas em poucos milissegundos após a atomização. O calor restante se dissipa em um período de até 300 segundos. Dessa forma, a gotícula se solidifica ao atingir o substrato em vários estágios.
Deposição no substrato
Por fim, a gota cai sobre o substrato móvel ou estacionário, achata-se e solidifica-se, formando um depósito denso e consolidado. A densidade do material varia de 96 a 99.5%.
Desenvolvimento de Microestrutura
O processo de conformação por pulverização de metal promove o super-resfriamento, resultando em partículas finas, de tamanho e formato uniformes em todas as direções. A composição do material permanece uniforme devido à ausência de macrossegregação.
Aplicações do processo de conformação por spray
Produção de tiras e folhas
Tiras e chapas metálicas com estruturas de grãos refinados são fabricadas por conformação por pulverização. Essas chapas e tiras são altamente resistentes à corrosão e possuem propriedades mecânicas notáveis.
Anéis e Tubos
Uma das aplicações mais notáveis da conformação por spray é a produção de anéis e tubos sem costura de grande diâmetro. Esses anéis e tubos são fabricados para indústrias onde altas relações resistência-peso e microestrutura uniforme são cruciais. Eles são produzidos principalmente para componentes aeroespaciais e equipamentos de geração de energia.
Materiais Estruturais
A conformação por pulverização também é amplamente utilizada na produção de metais estruturais em diversos setores, incluindo materiais como alumínio, aço e ligas de cobre.
Ligas de Alumínio
A produção de diversas ligas à base de Al é feita por conformação por spray, como:
- Ligas de Al-Si para aplicações automotivas. Essas ligas oferecem maior resistência ao desgaste e maior capacidade de fundição aos componentes.
- Ligas Al-Li para aplicações aeroespaciais e marítimas.
Vantagens da conformação por pulverização
Forma quase líquida
Na conformação por pulverização, partículas metálicas semissólidas são depositadas diretamente no substrato, produzindo um material com formato quase final. Isso não só minimiza o desperdício de material, como também reduz o custo geral de produção.
Menos defeitos
O processo é realizado em uma atmosfera inerte, o que reduz a chance de o metal reagir com oxigênio ou outros gases. Isso ajuda a evitar defeitos no produto final.
Menor custo e consumo de energia
Uma vantagem excepcional da conformação por pulverização de metal é que ela não requer moldes ou ferramentas caras e consome menos energia. Isso a torna econômica e rápida.
Microestrutura uniforme e fina
Materiais moldados por pulverização tendem a apresentar tamanhos de grãos pequenos e fases secundárias finas. Como resultado, apresentam uma estrutura interna uniforme, o que proporciona melhores propriedades mecânicas.
Alta densidade
In processo convencional de metalurgia do póDevido ao processo de prensagem limitado e à baixa eficiência de sinterização, a densidade das peças é geralmente de cerca de 95%. Já na conformação por pulverização, a alta densidade das peças, tipicamente de até 98%, é alcançada pela minimização da porosidade.
Limitações das fontes de dados de conformação por pulverização
Porosidade no Produto Final
Embora a conformação por pulverização seja bem conhecida por produzir microestruturas finas de material, o produto final ainda apresenta pequenos orifícios internos, como porosidade de fundição. Por isso, pode exigir processamento como laminação ou extrusão.
Perdas de Metal
Uma boa quantidade de metal pode ser desperdiçada durante o processo. Isso inclui:
- Pulverização excessiva:Gotas de metal que erram o alvo.
- Rebote: Gotas que atingem a superfície, mas não grudam.
- Usinagem: Material extra que deve ser removido posteriormente.
Alto custo dos gases inertes
Sabemos que a conformação por pulverização requer gás inerte para a atomização de metais fundidos, mas estes são muito caros, tornando o processo menos econômico.
Controle de Processo Difícil
É desafiador monitorar e controlar o processo em tempo real, o que dificulta garantir microestrutura e forma consistentes sem ajustes ou correções extras.