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Alumínio automotivo

Engenheiros conseguiram reduzir pela metade a energia necessária para processar a liga de alumínio preferida pela indústria automotiva.

Veículos mais leves podem viajar mais longe gastando menos energia - seja combustível líquido ou baterias -, o que tem aumentado muito a 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, portanto, limita seu uso.

Isso agora pode mudar, graças a uma tecnologia criada por engenheiros do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA. 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.

Detalhes da liga, que apresentou características muito superiores às atuais (última coluna), além do menor consumo de energia.
[Imagem: Tianhao Wang et al. - 10.1016/j.matdes.2021.110374]

Fabricação de uma liga metálica

Assim como assar 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.

O próximo passo será encontrar parceiros para construir equipamentos de porte industrial.
[Imagem: Cortland Johnson/PNNL]

Homogeneização sem fusão

A técnica Shape elimina a necessidade das etapas separadas de homogeneização e extrusão combinando aquecimento e deformação - a mudança na forma do próprio metal.

Na máquina construída pela equipe, o tarugo metálico é empurrado através de uma pequena abertura em uma matriz que simultaneamente gira. Juntos, o movimento rotacional e a deformação misturam completamente os elementos metálicos à medida que são extrudados - essencialmente, o processo homogeneiza o tarugo metálico em poucos segundos, imediatamente antes de ele ser extrudado.

Isso elimina a necessidade da etapa de pré-aquecimento e homogeneização, que hoje dura um dia inteiro, o que significa que nenhuma energia adicional é usada para aquecer o tarugo durante a extrusão. No total, isso resulta em uma economia de energia de até 50%.

"Demos uma olhada mais de perto usando um microscópio eletrônico e vimos que a Shape quebra os agregados da liga e os dissolve na matriz de alumínio antes da extrusão, tornando-a mais extrudável," disse o pesquisador Tianhao Wang. "Isso se traduz em melhor desempenho - nossas ligas de alumínio 7075 são mais fortes e se estendem bem mais antes de quebrar."