Já alguma vez se interrogou sobre o que torna o bronze tão especial e versátil? Este artigo explora o fascinante mundo do bronze, uma liga feita principalmente de cobre misturado com elementos como estanho, alumínio e silício. Iremos descobrir as suas propriedades únicas, vários tipos e aplicações práticas, fornecendo informações de engenheiros mecânicos experientes. Prepare-se para saber como o bronze moldou as indústrias com a sua força, elasticidade e resistência à corrosão!
O bronze é uma liga metálica versátil composta principalmente por cobre. É formado pela combinação de cobre com um ou mais elementos de liga, mais frequentemente estanho, mas também alumínio, berílio, silício, manganês, níquel, fósforo e, ocasionalmente, zinco em pequenas quantidades. A composição específica varia consoante as propriedades desejadas e a aplicação pretendida.
Metalurgicamente, o bronze engloba uma vasta família de ligas de cobre, excluindo o cobre puro, o latão (ligas de cobre-zinco) e o cuproníquel (ligas de cobre-níquel). A adição de elementos de liga ao cobre melhora significativamente as suas propriedades mecânicas e químicas, resultando num material com características superiores às do cobre puro.
O processo de liga confere ao bronze uma combinação única de propriedades:
Estes atributos fazem do bronze um material de valor inestimável em várias indústrias, incluindo engenharia marítima, aeroespacial, aplicações eléctricas e empreendimentos artísticos. Embora o processamento do bronze possa ser mais difícil do que o de outros metais devido à sua dureza e elevado ponto de fusão, as técnicas de fabrico modernas, como a fundição de precisão, a maquinagem CNC e o fabrico aditivo, expandiram as suas aplicações e melhoraram a eficiência da produção.
A composição específica do bronze é cuidadosamente adaptada para satisfazer os requisitos de cada aplicação, equilibrando factores como a força, a ductilidade, a resistência à corrosão e a relação custo-eficácia. Esta adaptabilidade tem assegurado a relevância contínua do bronze tanto em aplicações de engenharia tradicionais como de vanguarda.
Quantos tipos de bronze existem?
O bronze pode ser classificado em várias categorias com base nos seus principais elementos. Estas incluem o bronze de estanho (incluindo o bronze de estanho-fósforo), o bronze de alumínio, o bronze de berílio, o bronze de silício, o bronze de manganês, o bronze de crómio, o bronze de cádmio, o bronze de zircónio, o bronze de crómio-zircónio, o bronze de titânio, o bronze de magnésio e o bronze de ferro, entre outros.
O tipo de liga à base de cobre que tem o estanho como elemento principal é designado por bronze de estanho. O bronze de estanho utilizado no sector industrial contém normalmente entre 3% e 14% de estanho.
O bronze de estanho com um teor de estanho inferior a 5% é ideal para processos de trabalho a frio. Por outro lado, o bronze estanhado com um teor de estanho entre 5% e 7% é adequado para o trabalho a quente. Para aplicações de fundição, é preferível o bronze estanhado com um teor de estanho superior a 10%.
O bronze de estanho é amplamente utilizado em várias indústrias, incluindo a construção naval, química, maquinaria e instrumentação. É utilizado principalmente para fabricar peças resistentes ao desgaste, como rolamentos, mangas de eixo e componentes elásticos como molas, bem como peças anti-corrosão e anti-magnéticas.
O tipo de liga à base de cobre que tem o alumínio como elemento principal é conhecido como bronze de alumínio. O bronze de alumínio tem propriedades mecânicas mais elevadas do que o bronze de latão e o bronze de estanho.
Na prática, o bronze de alumínio contém de 5% a 12% de alumínio, sendo que o teor de alumínio entre 5% e 7% proporciona a melhor plasticidade, tornando-o ideal para o trabalho a frio. No entanto, quando o teor de alumínio é superior a 7% a 8%, a resistência da liga aumenta, mas a sua plasticidade diminui significativamente. Por conseguinte, é sobretudo utilizada sob a forma de fundição ou após trabalho a quente.
Em termos de resistência ao desgaste e à corrosão, o bronze de alumínio supera o bronze de latão e o bronze de estanho na atmosfera, na água do mar, no ácido carbónico da água do mar e na maioria dos ácidos orgânicos.
O bronze de alumínio pode ser utilizado para fabricar peças resistentes ao desgaste de alta resistência, como engrenagens, mangas de eixo e engrenagens sem-fim, bem como elementos elásticos de alta resistência à corrosão.
O tipo de liga de cobre que tem o berílio como elemento principal é designado por bronze de berílio. O teor de berílio no bronze de berílio varia normalmente entre 1,7% e 2,5%.
O bronze berílio é caracterizado pelo seu elevado limite de elasticidade e limite de fadiga, excelente resistência ao desgaste e resistência à corrosão, boa condutividade e condutividade térmica, não magnetismo e ausência de faíscas quando sofre um impacto.
É utilizado principalmente para o fabrico de molas críticas em instrumentos de precisão, engrenagens de relógios, rolamentos e casquilhos que funcionam a alta velocidade e alta pressão, bem como eléctrodos de soldadura, ferramentas à prova de explosão, bússolas de navegação e outros componentes vitais.
O tipo de bronze que tem o silício como elemento principal é conhecido como bronze de silício. Para além do silício, o bronze de silício utilizado no sector industrial também contém vestígios de manganês, níquel, zinco ou outros elementos.
O silício é uma solução sólida limitada no cobre, com a solubilidade máxima de 5,3% a 852°C, que diminui à medida que a temperatura diminui. No entanto, o efeito de endurecimento por envelhecimento não é significativo e, geralmente, não é efectuado qualquer tratamento térmico de reforço.
O teor de silício do bronze de silício deformável varia entre 1% e 4%. Com o aumento do teor de silício, pode aparecer uma fase frágil, reduzindo a plasticidade da liga.
O bronze de silício tem uma gama estreita de temperaturas de cristalização, boa fluidez e propriedades mecânicas mais elevadas em comparação com o bronze de estanho. Pode ser utilizado como substituto do bronze de estanho na indústria de fabrico de maquinaria.
O bronze de manganês é um tipo de liga que tem o cobre como elemento base e o manganês como principal elemento de liga. Os principais graus de bronze de manganês são QMn1.5 (Cu-1.5Mn) e QMn5 (Cu-5Mn), entre outros.
O bronze cromado é um tipo de liga de cobre que contém 0,4% a 1,1% de crómio. O bronze cromado pode ser reforçado através de tratamentos de têmpera, envelhecimento ou têmpera e envelhecimento por deformação a frio.
À temperatura eutéctica de 1072°C, a solubilidade máxima do crómio no cobre é de 0,65%. À medida que a temperatura diminui, a solubilidade sólida do crómio diminui rapidamente e as partículas de crómio precipitam-se após a solução sólida e os tratamentos de envelhecimento.
A adição de crómio melhora significativamente a temperatura de recristalização e a resistência térmica da liga, mas diminui ligeiramente a condutividade do cobre. A condutividade da barra de bronze cromado tratada com solução é 45% IACS, que aumenta para 80% IACS após o tratamento de envelhecimento. A temperatura de amolecimento do bronze de crómio envelhecido é de 400°C, o que é o dobro da do cobre trabalhado a frio.
Esta liga pode ser utilizada tanto no estado de fundição como no estado de deformação. Quando o alumínio e o magnésio são adicionados como elementos de liga do bronze cromado, forma-se uma película de óxido fina e densa na superfície da liga Cu-Cr que está firmemente ligada ao metal de base, melhorando a resistência à oxidação a alta temperatura e a resistência ao calor da liga. O teor de alumínio e magnésio na liga não é normalmente superior a 0,3%.
O bronze de cádmio é um tipo especial de bronze que tem o cádmio como principal elemento de liga, sendo por vezes adicionado 0,35% a 0,65% de crómio. O cádmio e o cobre formam uma solução sólida a altas temperaturas, mas a solubilidade sólida diminui rapidamente à medida que a temperatura diminui.
O baixo teor de cádmio resulta num fraco efeito de reforço das partículas da fase precipitada e, por conseguinte, a liga não pode ser endurecida por envelhecimento através de tratamento térmico e só pode ser reforçada através de deformação a frio.
O bronze-cádmio tem alta condutividade e condutividade térmica, boa resistência ao desgaste, desempenho de redução de desgaste e resistência à corrosão, bem como bom desempenho de processamento. É amplamente utilizado no fabrico de peças condutoras, resistentes ao calor e resistentes ao desgaste para dispositivos eléctricos.
É importante notar que a matéria volátil do cádmio é tóxica, e o material deve ser preparado através de métodos de fusão, prestando atenção às medidas de segurança durante o processo de fusão. O grau doméstico do bronze de cádmio é QCd1. Está disponível sob a forma de placas, tiras, varetas e fios.
As suas principais aplicações incluem comutadores de motores, elementos de comutação, contactos de mola, cavidades de guias de ondas, linhas de transmissão de alta resistência, juntas e eléctrodos de soldadura por contacto e rolos, entre outros.
O bronze de zircónio é um tipo especial de bronze que tem o zircónio como principal elemento de liga e, por vezes, é adicionada uma pequena quantidade de zircónio para melhorar a sua resistência. Os tipos comuns de bronze de zircónio são QZr0.2 e QZr0.4.
Tem uma boa resistência térmica e resistência à fluência, e mantém uma boa plasticidade e condutividade a altas temperaturas. O bronze de zircónio é produzido através do método de fusão.
É utilizado principalmente como soldadura por resistência peças e materiais de eléctrodos de alta resistência. A utilização do bronze de zircónio está cada vez mais difundida na indústria do ferro e do aço devido à sua elevada condutividade, condutividade térmica e facilidade de processamento.
O bronze de crómio-zircónio é uma liga com elevada resistência, dureza, condutividade eléctrica e condutividade térmica, bem como boa resistência ao desgaste. Após o tratamento de envelhecimento, a sua dureza, resistência, condutividade eléctrica e condutividade térmica são significativamente melhoradas, tornando-o fácil de soldar.
É amplamente utilizado em aplicações como comutadores de motores e máquinas de soldadura por pontos, soldadura por costura eléctrodos para máquinas de soldar topo a topo e outros componentes que requerem resistência, dureza, condutividade e condutividade a altas temperaturas.
Como elétrodo de faísca eléctrica, o bronze de zircónio cromado pode produzir uma superfície espelhada ideal com bom desempenho vertical. Pode obter efeitos difíceis de conseguir com o cobre vermelho puro, como a descamação, e é adequado para materiais difíceis de maquinar, como o aço de tungsténio.
Os graus de bronze de zircónio cromado incluem C18150, C18200, C15000 e C15100.
O bronze de titânio refere-se a uma liga de cobre que tem o titânio como principal elemento de liga. É um novo tipo de material elástico que tem boa trabalhabilidade, tanto a frio como a quente. Através do tratamento térmico, as propriedades do bronze de titânio podem ser muito melhoradas e reforçadas. Por exemplo, a sua resistência à tração pode ser aumentada de 686 MPa para 1009 MPa.
O bronze de titânio é utilizado no fabrico de elementos elásticos de alta resistência, alta elasticidade e alta resistência ao desgaste, interruptores eléctricos, elementos elásticos de relés, caixas de membranas, diafragmas, engrenagens, rolamentos, almofadas de rolamentos e mangas de rolamentos, entre outras aplicações.
O bronze de magnésio é um tipo de liga de magnésio e cobre. A qualidade nacional do bronze de magnésio é QMg0.8. É uma liga binária de cobre e magnésio e é normalmente utilizado como material condutor, como cabos, e pode substituir o bronze de cádmio em muitas aplicações.
O bronze de magnésio é fornecido principalmente sob a forma de fio e é utilizado sobretudo no fabrico de componentes condutores, como cabos e antenas de aviões.
O bronze ferroso é um tipo de bronze que tem o ferro como elemento principal. As ligas de cobre-ferro, também conhecidas como bronze de ferro, são representadas pela liga C19400 na América.
Através de tratamento térmico, a precipitação de ferro na liga melhora a sua força e resistência ao calor. A resistência à tração no seu estado endurecido pode atingir 415-485 MPa, e a sua condutividade pode atingir 60% IACS.
O bronze ferroso é amplamente utilizado como material de estrutura de chumbo para circuitos integrados e está incluído na norma ASTM B465-85 nos Estados Unidos. Esta norma também inclui as ligas C19200, C19500 e C19600, que têm teores de ferro de 0,8% a 12%, 10% a 20% e 9% a 12%, respetivamente, e teores de fósforo de 0,01% a 0,04%, 0,01% a 0,35% e 0,25% a 0,35%, respetivamente.
Na China, o equivalente à liga C19400 é o bronze ferroso QFe2.5-0.1.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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