Ligas de magnésio para fundição sob pressão 101

Atualmente, o diecasting está sendo revolucionado pelo magnésio, pois ele apresenta uma alternativa viável aos materiais tradicionais, como o alumínio. Sendo o metal estrutural mais leve, ele permite uma economia significativa de peso nos produtos finais, o que é essencial para a eficiência do combustível e a redução dos impactos ambientais relacionados às emissões dos automóveis. Houve um progresso notável nas pesquisas que ampliou os recursos do magnésio e o tornou um bom candidato para diferentes aplicações de alto desempenho.

É por isso que o magnésio é líder em fundição sob pressão:

O magnésio tem uma densidade de cerca de 1,7 g/cm³ em comparação com o alumínio (2,7 g/cm³) [1]. Isso leva a grandes reduções no peso dos componentes, incluindo os de veículos, melhorando assim a eficiência do combustível e aumentando a portabilidade dos dispositivos eletrônicos.

O magnésio tem uma excelente relação entre resistência e peso. Alguns estudos mostraram que ligas específicas de magnésio, como a AZ91D, podem atingir resistências à tração superiores a 230 MPa [2]. Esses atributos as tornam adequadas para peças que precisam ser duráveis e leves ao mesmo tempo, pois possuem leveza e resistência.

Por exemplo, uma pesquisa recente investigou a incorporação de alguns elementos de terras raras ao magnésio para formar ligas mais capazes de resistir à deformação em altas temperaturas [3].

Fonte:

1. Magnésio na tecnologia de fundição por Yucheng Bai, et al. (2012)
2. Avaliação de ligas de magnésio fundidas sob pressão para aplicações em temperaturas elevadas: Microestrutura, propriedades de tração e resistência à fluência por Sergio Cáceres, et al. (2015)
3. Microestrutura e resistência à fluência das ligas Mg-Gd-Y por X.M. Wang, et al. (2020)

AZ91, AM60 e AM50 são as ligas mais comumente usadas em fundição sob pressão. Todas são baseadas no sistema Mg-AI.

Leia também: Fundição sob pressão de liga de alumínio

Neste artigo, aprenderemos sobre

• O escopo global das ligas de magnésio para fundição sob pressão,
• Destacando as vantagens desses materiais,
• Propriedades das ligas de magnésio
• Breve comparação de ligas de magnésio comuns para fundição sob pressão

Também destacaremos as vantagens significativas do uso de ligas de magnésio para fundição sob pressão, tais como:

• resistência excepcional
• natureza leve
• Adequação para produzir formas complexas

Também discutiremos os vários tipos de matrizes de magnésio disponíveis para a fundição de ligas, destacando suas qualidades exclusivas e usos ideais.

No final, examinaremos como a fundição sob pressão de magnésio se compara a outros métodos amplamente conhecidos, como a fundição sob pressão de alumínio, e discutiremos as perspectivas interessantes do potencial futuro dessa tecnologia.

Esperamos que, ao final desta exploração, você tenha um amplo conhecimento sobre as ligas de magnésio para fundição sob pressão e sua importância na fabricação moderna.

Vamos entender o magnésio como uma liga

A liga de fundição sob pressão de magnésio mais famosa é a AZ91D. O magnésio produz diferentes ligas quando combinado com outros metais. Algumas das ligas de magnésio mais comuns são:

1. AM60B
2. AM50A
3. AM20
4. AE42
5. AS41B

O que são ligas de magnésio?

As ligas de magnésio são metais em que o magnésio (Mg) é o elemento principal, geralmente constituindo mais de 90% da composição. O magnésio puro é modificado pela adição de elementos de liga como alumínio (Al), zinco (Zn) e manganês (Mn).

Vantagens da fundição sob pressão de magnésio

A singularidade da fundição sob pressão de magnésio está no fato de que ela pode trazer várias vantagens importantes para o processo de fabricação. A seguir, vamos nos aprofundar em algumas das principais vantagens:

Leve e com alta relação resistência/peso. 

Como mencionado acima, o magnésio é o metal estrutural mais leve. Ele fornece a base de resistência e baixo peso para componentes extremamente leves, o que resulta em grandes vantagens para muitas empresas.

Precisão dimensional e estabilidade aprimoradas

O método de fundição sob pressão garante excelente precisão dimensional e estabilidade no produto final. Isso torna a montagem de peças com outros componentes mais fácil e com os mesmos padrões elevados.

Excelente usinabilidade e detalhes de acabamento

As peças fundidas sob pressão de magnésio oferecem boa usinabilidade. Isso facilita a modelagem e a modificação do material após a fundição. Além disso, essas peças fundidas geralmente têm um polimento de superfície superior, reduzindo o nível de processamento adicional necessário.

Excelente condutividade térmica e elétrica

As propriedades das ligas de magnésio são boa condutividade térmica e elétrica. Dessa forma, elas podem ser usadas em situações em que a condutividade elétrica ou a dissipação de calor são necessárias.

Alta capacidade de reciclagem

O magnésio é um metal altamente reciclável. No final da vida útil de um produto, suas peças feitas de magnésio podem ser facilmente reutilizadas e recicladas, reduzindo assim a pegada ambiental.

Processo de fundição sob pressão de magnésio

Esta parte nos mostrará os conceitos básicos da fundição de magnésio e o que ela implica, além de mostrar passo a passo como o magnésio fundido se transforma em peças complexas e valiosas.

O processo envolve o uso de um molde reutilizável chamado matriz para fabricar produtos intrincados e dimensionalmente precisos.

Algumas etapas necessárias são apresentadas a seguir:

Preparação e limpeza de matrizes 

A matriz é cuidadosamente limpa e lubrificada para garantir um processo de fundição perfeito e evitar defeitos. Esse processo é necessário para manter a integridade da matriz e produzir peças fundidas da mais alta qualidade.

Fusão e liga de magnésio

O magnésio é derretido em um forno a temperaturas extremamente altas. Esses elementos de liga podem ser injetados no metal fundido nesse estágio para formar os atributos necessários do produto final, como maior força ou resistência à corrosão.

Injeção e solidificação

Sob alta pressão, o magnésio fundido é injetado na cavidade da matriz. Essa cavidade tem o mesmo formato do produto acabado desejado. Após a injeção do magnésio fundido, ele esfria rapidamente e endurece. Em pouco tempo, o magnésio assume o formato da matriz.

Remoção de peças e acabamento

Após a solidificação, a peça recém-criada é removida da matriz. Após o processo de fundição, qualquer material extra, como sprues ou canais, é extraído. Após a remoção dos materiais extras, outras técnicas de acabamento podem ser aplicadas à superfície da peça com base nos requisitos da aplicação.

Atualmente, esse método nos permite fabricar peças complexas de magnésio em grandes quantidades com excelente precisão dimensional e qualidade confiável.

Metais de fundição sob pressão de magnésio

A seleção cuidadosa das ligas de magnésio para fundição sob pressão pode tornar o produto bem-sucedido. A escolha da liga adequada é crucial, pois determina as características finais e o desempenho do produto acabado.

Escolhendo a melhor liga de magnésio 

Ligas de magnésio, como AZ91D e AM50A/AM60B estão se tornando cada vez mais populares nos setores automotivo e de transporte.

Essas novas ligas têm maior resistência, melhores características de alta temperatura, mais dúcteis e maior condutividade térmica.

Antes de escolher a melhor liga de magnésio para fundição sob pressão, você deve ter conhecimento completo dos seguintes aspectos qualidades desejadas para o produto final. 

Aqui estão alguns fatores cruciais para você tomar essa decisão crítica.

Força: Um fator importante para isso é a resistência necessária dos diferentes componentes a serem usados. A resistência ao escoamento, a resistência à tração e a resistência à fadiga são variáveis em diferentes ligas.

Resistência à corrosão: Também é essencial levar em consideração o ambiente em que a peça funcionará. Eles têm maior resistência à corrosão em comparação com vários outros metais, o que os torna ideais para ambientes severos.

Castabilidade: Por exemplo, um metal fundido deve ser capaz de fluir bem na cavidade da matriz e preencher formas complexas. Boas ligas de fundição garantem baixos defeitos e alta taxa de estresse de fundição.

Usinabilidade: Além disso, deve-se considerar a facilidade com que um objeto fundido pode ser usinado para dar forma ou alterar sua forma. A liga de usinagem adequada permite uma personalização e um pós-processamento eficazes.

Atualmente, as ligas de magnésio para fundição sob pressão que oferecem resistência e desempenho ideais podem ser escolhidas pelos fabricantes que consideram esses fatores juntamente com o que pode ser exigido das aplicações.

Ligas de magnésio comuns

Há muitos tipos de ligas de magnésio para fundição sob pressão disponíveis no mercado. Cada liga tem qualidades exclusivas e usos perfeitos.

Agora, vamos explorar as propriedades das ligas mais comumente usadas.

AZ91D: O campeão de todas as rodadas

O AZ91D é a liga de fundição sob pressão de magnésio mais comumente usada. Ela tem 9% de alumínio e 1% de zinco. Ela oferece uma combinação atraente de resistência à corrosão, tenacidade e alta capacidade de fundição. Esses recursos tornam o AZ91D uma opção flexível para muitas aplicações, como peças de motores, carcaças, eletrônicos de consumo e setores automotivos.

3.2.2 Série AM (AM 50A, AM20, AM60B): Foco na robustez

A série AM apresenta um grupo de ligas conhecido por sua notável resistência ao impacto e tenacidade. Essas características as tornam perfeitas para peças que exigem resistência física ou impacto. As ligas da série AM são usadas nos setores aeroespacial e automotivo para suportes, rodas e outras peças.

3.2.3 AS41B e AE42: Ligas de alta temperatura

As ligas AS41B e AE42 são excelentes opções para aplicações que exigem altas temperaturas. Essas ligas apresentam excelente ductilidade, resistência à fluência e força em altas temperaturas, o que as torna adequadas para peças de motor e transmissão em que a resistência ao calor é necessária.

É importante observar que essa é uma lista parcial de ligas de magnésio para fundição sob pressão. Há muitos outros tipos de ligas de magnésio para fundição sob pressão que são desenvolvidas para atender a requisitos específicos. A escolha da liga perfeita requer um conhecimento completo das qualidades desejadas e dos requisitos exclusivos da aplicação.

Propriedades das ligas de magnésio para fundição sob pressão

Compreender os principais recursos das diferentes ligas de magnésio para fundição sob pressão permite tomar decisões mais fundamentadas. 

Aqui está uma breve comparação de alguns recursos importantes do fundição sob pressão de magnésio ligas:

Aplicações das ligas de magnésio para fundição sob pressão

O magnésio é conhecido por suas peças fundidas de ligas leves. Elas estão se tornando cada vez mais populares em aplicações automotivas estruturais. As ligas de magnésio são leves, têm excelente relação resistência-peso, repetibilidade dimensional e forma quase líquida.

Um exemplo recente é a Chrysler Pacifica 2017que utiliza a fundição de magnésio para substituir nove componentes no núcleo estrutural da porta de elevação, reduzindo o peso do conjunto da porta de elevação em cerca de 50%.

Como sabemos, as ligas de magnésio para fundição sob pressão têm qualidades extraordinárias. Elas têm muitas aplicações em uma variedade de setores. 

A seguir, examinaremos alguns dos setores mais populares dessa tecnologia inovadora.

Setor automotivo: As ligas de magnésio para fundição sob pressão são muito boas para o setor automotivo porque são leves e duráveis, o que as torna perfeitas para a eficiência de combustível. Elas são usadas para fabricar peças de motor, suportes, rodas etc.

Eletrônicos de consumo: As ligas de fundição sob pressão de magnésio são mais adequadas para quem deseja dispositivos leves, portáteis e duráveis.

O processo de fundição sob pressão de magnésio melhorou a experiência do usuário, sendo o melhor para carcaças de laptops e corpos de câmeras que são extremamente duráveis e confortáveis de segurar. 

 Indústria aeroespacial: As ligas de magnésio para fundição sob pressão são essenciais no setor aeroespacial porque cada grama é importante. Essas ligas ajudam as aeronaves a aumentar sua capacidade de carga e eficiência de combustível. Eles também são úteis para o desempenho e o alcance da aeronave.

Equipamentos médicos: A relação resistência/peso da fundição sob pressão de magnésio é útil no setor de equipamentos médicos. Essas ligas são muito leves. Elas proporcionam aos pacientes a resistência e a durabilidade de que precisam em Cadeiras de rodas e muletas. 

Comparação com a fundição sob pressão de alumínio

Tanto o alumínio quanto o magnésio fundidos sob pressão são amplamente utilizados para a produção de peças leves e complexas em grandes quantidades. No entanto, é preciso entender suas características peculiares para fazer uma escolha entre eles.

Semelhanças

Peso leve: O magnésio e o alumínio são metais leves. É por isso que a fundição sob pressão feita com esses dois metais é uma boa solução para aplicações de redução de peso.

Resistência e leveza: Ambas as técnicas têm altas taxas de resistência em relação ao peso, o que as torna adequadas para a produção de componentes resistentes e leves.

Formas complexas facilitadas: as peças fundidas sob pressão de magnésio e alumínio podem criar projetos intrincados e detalhados com excelente precisão dimensional.

Diferenças

O herói do peso leve: em termos de leveza pura, o magnésio é incomparável a qualquer outro material. Com reduções significativas de peso em relação ao alumínio, ele se torna o metal estrutural mais leve.

Superioridade da blindagem: Para peças que devem ser protegidas contra ondas eletromagnéticas (Thai), o magnésio é o melhor material devido à sua excepcional qualidade de blindagem contra interferência eletromagnética (EMI) e interferência de radiofrequência (RFI).

Resistência à corrosão: O alumínio geralmente tem um grau mais alto de resistência à corrosão do que o magnésio. Dessa forma, ele se torna a alternativa preferida para aplicações expostas a substâncias cáusticas ou ambientes agressivos.

Em última análise, a escolha entre a fundição sob pressão de magnésio ou alumínio depende das necessidades específicas de uma aplicação.

Conclusão

O setor de fundição sob pressão de magnésio tem um futuro brilhante. Com o desenvolvimento constante de novas ligas com qualidades superiores, essa tecnologia pode mudar completamente a forma como projetamos e fabricamos peças leves e de alto desempenho para diferentes aplicações.