2024/06/28
Melhores metais para aplicações de alta temperatura
Se você precisa de peças metálicas personalizadas que podem operar em altas temperaturas, você deve saber que certos metais são particularmente adequados para suas necessidades. Essas são ligas tipicamente resistentes ao calor. Essas ligas possuem força e resistência à fluência em altas temperaturas, o que significa que elas não se deformam sob calor e estresse extremos. As propriedades de resistência ao calor das ligas metálicas são um resultado direto do tratamento térmico, permitindo que elas suportem temperaturas de até 4000°C (7232°F).
Dois fatores permitem que ligas metálicas de alta resistência suportem esse calor alto: a estrutura das ligas (componentes) e as ligações entre átomos. Abaixo, apresentaremos seis dos melhores metais de alta temperatura, descrevendo suas composições, características e aplicações. Com essas informações, você poderá decidir melhor qual desses metais resistentes ao calor é adequado para sua solução.
Titânio
Este metal cinza-prateado é comumente usado para fabricar ligas fortes, leves, resistentes ao calor e à corrosão. Com um ponto de fusão de 1668 °C (3034 °F), o ponto de fusão do titânio pode não ser o mais alto entre as ligas resistentes ao calor, mas ainda é bastante alto. Embora seja considerado um metal raro, ele é atualmente usado como um material padrão para fabricação e engenharia em muitas aplicações industriais e de consumo. O titânio é normalmente produzido usando o processo Kroll, onde o dióxido de titânio é exposto ao gás cloro para produzir tetracloreto de titânio, que então reage com magnésio para remover qualquer cloro restante. O titânio é frequentemente descrito como "esponjoso" devido aos furos porosos formados em sua estrutura durante sua formação. Este metal tem muitas propriedades benéficas de engenharia, as mais comuns das quais são: resistência ao calor, alta resistência, resistência à corrosão, baixa densidade, leveza, rigidez e tenacidade. Outra propriedade notável é sua capacidade de se misturar com outras ligas, adicionando uma camada extra de resistência à tração, resistência ao calor e tenacidade à sua forma pura.Devido à sua excelente integridade estrutural, o titânio é usado para aplicações de alto desempenho, como peças automotivas (válvulas, molas de válvulas, retentores, bielas), componentes aeroespaciais (fuselagem, fixadores, trem de pouso), construção (materiais de cobertura, materiais externos), equipamentos esportivos (tacos de golfe, raquetes de tênis, bicicletas), perfuração offshore (pontes marítimas, tampas de estacas), dispositivos médicos (ossos artificiais, marcapassos, instrumentos cirúrgicos) e indústria em geral (refinarias, usinas de dessalinização). Como o titânio pode suportar altas temperaturas e evitar corrosão quando exposto a polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP), ele substituiu a maioria dos componentes de alumínio que eram usados principalmente em aeronaves antes da década de 1960.
Tungstênio
Assim como o titânio, o tungstênio é um metal branco prateado. O nome "tungstênio" vem das palavras suecas "tung" e "sten", que significam "pedra pesada". Esse nome é adequado porque sua estrutura resistente e alto ponto de fusão fazem do tungstênio um dos materiais mais resistentes da Terra. Ele também tem o ponto de fusão mais alto de qualquer metal ou elemento na Terra (3422°C—6192°F), bem como a maior resistência à tração (142.000 psi). Por isso, é frequentemente usado para formar ligas de metais pesados, como aço rápido, para várias ferramentas de corte. O tungstênio puro é difícil de moldar devido à sua aparência resistente e alto ponto de fusão, por isso é frequentemente transformado em pó e misturado com outros metais em pó para produzir diferentes ligas, que são então usadas para várias aplicações. O pó de tungstênio pode ser misturado com metais em pó como níquel por meio de um processo de sinterização para produzir diferentes ligas com propriedades aprimoradas.As principais propriedades do tungstênio incluem: alta densidade (19,3 g/cm³), alto ponto de fusão, resistência a altas temperaturas, alta resistência à tração, alta resistência à corrosão (nenhuma proteção adicional contra oxidação necessária durante ou após a fabricação), o metal puro mais duro, baixa pressão de vapor (a mais baixa entre todos os metais), baixa expansão térmica e ecologicamente correto (não se decompõe). O tungstênio é desafiador de formar, por isso é usado principalmente como um aditivo para ajudar a fabricar várias ligas especiais. As aplicações incluem componentes aeroespaciais, peças automotivas, fios de filamento (para iluminação), balística militar, fones de ouvido para celulares, equipamentos de corte, perfuração e perfuração, aplicações químicas, dispositivos elétricos e de eletrodos. Em sua forma pura, o tungstênio também é usado para muitas aplicações eletrônicas, como eletrodos, contatos, folhas, fios e hastes. Além disso, os joalheiros costumam usá-lo para fazer colares e anéis devido à sua densidade, que é a mesma do ouro, mas com menos brilho e uma estrutura mais dura.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é uma liga composta de três metais diferentes: ferro, cromo e níquel. Esses três elementos são combinados usando um processo especial de tratamento térmico para formar aço inoxidável. Esse processo pode ser resumido como: fusão, ajuste/agitação, modelagem, tratamento térmico, corte/formação/acabamento. Entre suas muitas características, as duas propriedades de engenharia mais populares do aço inoxidável são sua resistência à corrosão e ecologicamente correta. O aço inoxidável é frequentemente chamado de "material verde" porque pode ser infinitamente reciclado. Quanto à sua resistência ao calor, o ponto de fusão do aço inoxidável varia de 1400 a 1530 °C (2550 a 2790 °F). A razão para essa faixa, em vez de um número exato, são as diferentes quantidades de elementos mistos, que se combinam para formar diferentes graus de aço inoxidável.Os três elementos do aço inoxidável têm diferentes pontos de fusão: ferro (1535°C—2795°F), cromo (1890°C—3434°F) e níquel (1453°C—2647°F). Dependendo da quantidade de qualquer um dos três elementos usados, o ponto de fusão final será afetado em um grau maior ou menor. No entanto, o ponto de fusão está quase sempre entre os valores médios acima mencionados. Devido ao seu desempenho ideal de fabricação e engenharia, o aço inoxidável é amplamente utilizado em muitas aplicações, incluindo resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, resistência a baixas temperaturas, alta resistência à tração, durabilidade (sob altas temperaturas e condições adversas), fácil fabricação e conformabilidade, baixa manutenção, aparência atraente e ecologicamente correto (infinitamente reciclável). Uma vez em uso, não requer pintura, tratamento ou revestimento, tornando sua baixa manutenção uma de suas qualidades mais populares.Portanto, o aço inoxidável é muito popular, especialmente para as seguintes aplicações: edifícios (paredes externas, bancadas, corrimãos, backsplashes), pontes, facas de aço, refrigerador e freezer (materiais de acabamento), lava-louças (materiais de acabamento), unidades de armazenamento de alimentos, óleo, gás e componentes químicos (tanques de armazenamento, tubulações, bombas, válvulas), estações de tratamento de esgoto, usinas de dessalinização, hélices de navios, componentes de energia (nuclear, geotérmica, solar, hidrelétrica, eólica), turbinas (vapor, gás). O alto ponto de fusão e a alta resistência à tração do aço inoxidável aumentam a resistência do produto ao estresse, à carga estrutural e ao ciclo de vida.
Molibdênio
Este metal branco prateado (cinza em forma de pó) é extremamente dúctil e altamente resistente à corrosão. Seu ponto de fusão e resistência ao calor também são bastante altos. O molibdênio tem um ponto de fusão de 2623 °C (4753 °F), o quinto ponto de fusão mais alto de todos os metais. Seu alto ponto de fusão permite que componentes feitos de molibdênio operem eficientemente em altas temperaturas, o que é útil para produtos que exigem lubrificação resistente ao calor. O dissulfeto de molibdênio é comumente usado como um lubrificante seco em revestimentos, graxas e dispersões coladas para aumentar a resistência ao calor. Além disso, se necessário, o pó de molibdênio pode ser convertido em blocos de metal duro por meio de processos de metalurgia do pó ou fundição a arco. Em outras palavras, formas sólidas de molibdênio podem ser usadas para aplicações que as exijam. No entanto, o molibdênio ainda é usado principalmente na forma de pó devido às suas muitas propriedades benéficas, incluindo alto ponto de fusão, resistência ao calor, ductilidade, propriedades não magnéticas e aparência atraente.Muitas dessas propriedades também existem na forma sólida. O molibdênio também é usado para produzir ligas comerciais que são duras, fortes, condutoras e altamente resistentes ao desgaste. Essas ligas são usadas em aplicações como armamentos, peças de motor, lâminas de serra, aditivos lubrificantes, tintas para placas de circuito, filamentos de aquecedores elétricos, revestimentos protetores (caldeiras) e catalisadores de petróleo. Apesar de ser abundante na natureza, o molibdênio não é encontrado livremente (1,1 ppm). Portanto, seu custo é geralmente um pouco mais alto do que outros metais resistentes ao calor, especialmente quando a demanda pela produção de aço é alta, pois é frequentemente usado para revestimentos de aço.
Níquel
Como muitos outros metais resistentes ao calor nesta lista, o níquel é um metal de transição branco-prateado conhecido por seu alto ponto de fusão (1455°C—2651°F) e resistência à corrosão. A alta resistência à corrosão do níquel o torna útil para galvanoplastia e revestimento de outros metais, bem como para a fabricação de ligas como o aço inoxidável. O alto ponto de fusão do níquel é um resultado direto de seus íons positivos e negativos (prótons e elétrons) atraindo uns aos outros para formar ligações fortes que permanecem intactas sob imensa pressão e calor. Como o níquel é um metal natural, encontrado abundantemente nos depósitos da Terra, ele não é produzido por nenhum processo, mas sim extraído de camadas de rochas (ferro ultramáfico de magnésio e rochas máficas ígneas) encontradas principalmente em climas tropicais. Por outro lado, as ligas de níquel são criadas pela combinação de níquel com outros metais como alumínio, titânio, ferro, cobre e cromo por meio de um processo simples de tratamento térmico. Essas ligas são então usadas para fabricar vários produtos para diferentes indústrias.Atualmente, cerca de 3.000 ligas à base de níquel estão em uso. Propriedades comuns exibidas por todas as variantes de ligas de níquel incluem resistência, tenacidade, propriedades magnéticas suaves, resistência à corrosão, resistência ao calor e fácil fabricação (boa soldabilidade). Como mencionado anteriormente, ligas à base de níquel são usadas em muitas aplicações em diferentes indústrias, com a lista sendo bastante extensa. Pode ser resumido da seguinte forma: fornos elétricos, torradeiras, transformadores, indutores, placas blindadas, eixos de hélices marítimas, lâminas de turbina, revestimentos de aço, ligas de aço inoxidável, ligas resistentes à corrosão, baterias (níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico), amplificadores magnéticos, blindagem magnética, dispositivos de armazenamento, velas de ignição, eletrodos automotivos. O níquel tem forte resistência à oxidação, mesmo em condições extremas
temperaturas e pode prevenir corrosão eletroquímica. Portanto, é uma excelente escolha para a fabricação de ligas resistentes ao calor e à corrosão, que são essenciais para aplicações que trabalham em ambientes corrosivos e de alta temperatura.
Tântalo
Este raro metal azul-acinzentado é conhecido por sua estrutura extremamente dura, alto ponto de fusão e resistência a quase todas as formas de ácidos corrosivos. O ponto de fusão do tântalo (3020 °C—5468 °F) é o terceiro mais alto entre todos os elementos. O tântalo bruto é geralmente encontrado em depósitos chamados columbita-tantalita (ou coltan). Uma vez extraído, ele é separado do nióbio e de outros metais encontrados nos minerais de uma das três maneiras: aplicação eletrolítica, redução do fluoreto de potássio tântalo com sódio ou reação de carbonetos com óxidos. O processo de redução de termite usando sódio é provavelmente o método mais popular para produzir pó de tântalo, um material amplamente usado em aplicações elétricas. Comparado a outros materiais de fabricação, o tântalo permite uma gama mais ampla de variações de grãos, o que ajuda a reduzir custos e melhorar as capacidades de design e propriedades mecânicas.O tântalo tem muitas propriedades que aumentaram seu uso no século XXI, incluindo alta estabilidade, alta resistência, resistência à corrosão (sem degradação química em baixas temperaturas), resistência ao calor, ponto de fusão extremamente alto, condutividade térmica, condutividade elétrica, proteção da camada de óxido (prevenindo todas as formas de corrosão, incluindo oxidação e corrosão ácida), fácil fabricação, ductilidade, densidade e dureza. O tântalo é frequentemente combinado com outros elementos para produzir ligas com pontos de fusão e resistência à tração mais altos. Em termos de aplicações, o tântalo é usado principalmente para produzir componentes para a indústria de energia. No entanto, devido à sua alta resistência ao calor e à corrosão, também é considerado um material de fabricação útil nas indústrias aeronáutica, de defesa e química. O tântalo é comumente usado em aplicações como capacitores eletrolíticos, peças de fornos a vácuo, componentes eletrônicos (circuitos, capacitores, resistores), componentes de reatores nucleares, equipamentos de processamento químico, peças de aeronaves, armamentos, ferramentas cirúrgicas, lentes de câmeras, tratamento de superfície de aço (revestimentos) e pesticidas e herbicidas.Entre todas as aplicações listadas, o tântalo é mais valorizado por seu uso em capacitores eletrolíticos, capazes de armazenar a maior carga por unidade de qualquer capacitor.
Conclusão
Os metais mencionados no guia acima são os seis principais materiais resistentes ao calor disponíveis para a fabricação de peças metálicas personalizadas de alta temperatura. Eles possuem excelentes propriedades mecânicas e de engenharia, incluindo resistência à corrosão, resistência à tração, resistência à fadiga, alta ductilidade, fácil fabricação e tenacidade. O metal resistente ao calor adequado para seu projeto dependerá de seus requisitos. As informações acima podem ajudá-lo a escolher o certo. Antes de tomar sua decisão final, lembre-se de consultar um fabricante de metais com experiência e conhecimento para combinar o material apropriado com sua aplicação pretendida.
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