Você já se perguntou 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. Descobriremos suas propriedades exclusivas, vários tipos e aplicações práticas, fornecendo insights de engenheiros mecânicos experientes. Prepare-se para saber como o bronze moldou os setores com sua força, elasticidade e resistência à corrosão!
O bronze é uma liga metálica versátil composta principalmente de cobre. Ela é formada pela combinação de cobre com um ou mais elementos de liga, mais comumente estanho, mas também inclui alumínio, berílio, silício, manganês, níquel, fósforo e, ocasionalmente, zinco em pequenas quantidades. A composição específica varia de acordo com as propriedades desejadas e a aplicação pretendida.
Metalurgicamente, o bronze engloba uma ampla 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 suas propriedades mecânicas e químicas, resultando em um material com características superiores às do cobre puro.
O processo de liga confere ao bronze uma combinação exclusiva de propriedades:
Esses atributos fazem do bronze um material de valor inestimável em vários setores, incluindo engenharia naval, aeroespacial, aplicações elétricas e empreendimentos artísticos. Embora o processamento do bronze possa ser mais desafiador do que o de alguns outros metais devido à sua dureza e alto ponto de fusão, as técnicas modernas de fabricação, como fundição de precisão, usinagem CNC e manufatura aditiva, expandiram suas aplicações e melhoraram a eficiência da produção.
A composição específica do bronze é cuidadosamente adaptada para atender aos requisitos de cada aplicação, equilibrando fatores como força, ductilidade, resistência à corrosão e custo-benefício. Essa adaptabilidade garantiu a relevância contínua do bronze em aplicações de engenharia tradicionais e de ponta.
Quantos tipos de bronze existem?
O bronze pode ser classificado em várias categorias com base em seus principais elementos. Elas incluem bronze de estanho (incluindo bronze de fósforo de estanho), bronze de alumínio, bronze de berílio, bronze de silício, bronze de manganês, bronze de cromo, bronze de cádmio, bronze de zircônio, bronze de zircônio cromado, bronze de titânio, bronze de magnésio e bronze de ferro, entre outros.
O tipo de liga à base de cobre que tem o estanho como elemento principal é chamado de bronze de estanho. O bronze de estanho usado no setor industrial normalmente contém entre 3% e 14% de estanho.
O bronze de estanho com menos de 5% de teor de estanho é ideal para processos de trabalho a frio. Por outro lado, o bronze de estanho com teor de estanho variando de 5% a 7% é adequado para trabalho a quente. Para aplicações de fundição, o bronze de estanho com mais de 10% de teor de estanho é o preferido.
O bronze de estanho é amplamente utilizado em vários setores, incluindo construção naval, química, maquinário e instrumentação. É usado principalmente para fabricar peças resistentes ao desgaste, como rolamentos, buchas de eixo e componentes elásticos, como molas, bem como peças anticorrosivas e antimagnéticas.
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 superiores às do latão e do 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 trabalho a frio. Entretanto, quando o teor de alumínio é maior que 7% a 8%, a resistência da liga aumenta, mas sua plasticidade diminui significativamente. Portanto, ela é usada principalmente na forma fundida 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 carbônico da água do mar e na maioria dos ácidos orgânicos.
O bronze de alumínio pode ser usado para fabricar peças resistentes ao desgaste de alta resistência, como engrenagens, luvas 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 chamado de bronze de berílio. O teor de berílio no bronze de berílio normalmente varia de 1,7% a 2,5%.
O bronze de berílio é caracterizado por seu alto limite de elasticidade e limite de fadiga, excelente resistência ao desgaste e à corrosão, boa condutividade e condutividade térmica, não magnetismo e ausência de faíscas quando submetido a impactos.
É usado principalmente na fabricação de molas críticas em instrumentos de precisão, engrenagens de relógios, rolamentos e buchas que trabalham sob alta velocidade e alta pressão, bem como eletrodos de solda, 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. Além do silício, o bronze de silício usado no setor industrial também contém traços 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, em geral, não é realizado nenhum tratamento térmico de reforço.
O teor de silício do bronze de silício deformável varia de 1% a 4%. Com o aumento do teor de silício, uma fase frágil pode aparecer, reduzindo a plasticidade da liga.
O bronze de silício tem uma faixa estreita de temperatura de cristalização, boa fluidez e propriedades mecânicas superiores às do bronze de estanho. Ele pode ser usado como substituto do bronze de estanho no setor de fabricação de máquinas.
O bronze manganês é um tipo de liga que tem o cobre como elemento de 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 de 0,4% a 1,1% de cromo. O bronze cromo pode ser reforçado por meio de tratamentos de têmpera, envelhecimento ou têmpera e envelhecimento por deformação a frio.
Na temperatura eutética de 1072°C, a solubilidade máxima do cromo no cobre é de 0,65%. À medida que a temperatura diminui, a solubilidade sólida do cromo diminui rapidamente, e as partículas de cromo são precipitadas após a solução sólida e os tratamentos de envelhecimento.
A adição de cromo 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 de cromo tratada com solução é de 45% IACS, que aumenta para 80% IACS após o tratamento de envelhecimento. A temperatura de amolecimento do bronze cromo envelhecido é de 400°C, o dobro da temperatura do cobre trabalhado a frio.
Essa liga pode ser usada tanto no estado de fundição quanto no de deformação. Quando o alumínio e o magnésio são adicionados como elementos de liga do bronze cromo, forma-se uma película de óxido fina e densa na superfície da liga Cu-Cr que é firmemente ligada ao metal base, melhorando a resistência à oxidação em alta temperatura e a resistência ao calor da liga. O teor de alumínio e magnésio na liga geralmente não é superior a 0,3%.
O bronze de cádmio é um tipo especial de bronze que tem o cádmio como seu principal elemento de liga e, às vezes, é adicionado 0,35% a 0,65% de cromo. O cádmio e o cobre formam uma solução sólida em altas temperaturas, mas a solubilidade sólida diminui rapidamente à medida que a temperatura diminui.
O baixo teor de cádmio resulta em um efeito fraco de fortalecimento de partículas da fase precipitada e, portanto, a liga não pode ser endurecida pelo tempo por meio de tratamento térmico e só pode ser fortalecida por meio 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, além de bom desempenho de processamento. Ele é amplamente utilizado na fabricação de peças condutoras, resistentes ao calor e ao desgaste para dispositivos elétricos.
É importante observar que a matéria volátil do cádmio é tóxica, e o material deve ser preparado por meio de métodos de fusão, prestando atenção às medidas de segurança durante o processo de fusão. O grau doméstico do bronze de cádmio é QCd1. Ele está disponível na forma de placas, tiras, hastes e fios.
Suas principais aplicações incluem comutadores de motor, elementos de comutação, contatos de mola, cavidades de guia de ondas, linhas de transmissão de alta resistência, juntas e eletrodos de solda de contato e rolos, entre outros.
O bronze de zircônio é um tipo especial de bronze que tem o zircônio como seu principal elemento de liga e, às vezes, uma pequena quantidade de zircônio é adicionada para aumentar sua resistência. Os graus comuns de bronze de zircônio são QZr0.2 e QZr0.4.
Ele tem boa resistência térmica e resistência à fluência e mantém boa plasticidade e condutividade em altas temperaturas. O bronze de zircônio é produzido pelo método de fusão.
Ele é usado principalmente como soldagem por resistência peças e materiais de eletrodo de alta resistência. O uso do bronze de zircônio está se tornando cada vez mais difundido no setor de ferro e aço devido à sua alta condutividade, condutividade térmica e facilidade de processamento.
O bronze de cromo e zircônio é uma liga com alta resistência, dureza, condutividade elétrica e condutividade térmica, além de boa resistência ao desgaste. Após o tratamento de envelhecimento, a dureza, a resistência, a condutividade elétrica e a condutividade térmica melhoram significativamente, facilitando a soldagem.
É amplamente utilizado em aplicações como comutadores de motores e máquinas de solda a ponto, soldagem de costura máquinas, eletrodos para máquinas de solda de topo e outros componentes que exigem resistência, dureza, condutividade e condutividade em altas temperaturas.
Como eletrodo de faísca elétrica, o bronze de cromo e zircônio pode produzir uma superfície espelhada ideal com bom desempenho vertical. Ele pode produzir efeitos que são difíceis de obter com o cobre vermelho puro, como a descamação, e é adequado para materiais difíceis de usinar, como o aço de tungstênio.
Os graus de bronze de cromo e zircônio incluem C18150, C18200, C15000 e C15100.
O bronze de titânio refere-se a uma liga de cobre que tem o titânio como seu principal elemento de liga. É um novo tipo de material elástico que tem boa capacidade de trabalho, tanto a frio quanto a quente. Por meio de tratamento térmico, as propriedades do bronze de titânio podem ser bastante aprimoradas e reforçadas. Por exemplo, sua resistência à tração pode ser aumentada de 686 MPa para 1009 MPa.
O bronze de titânio é usado na fabricação de elementos elásticos de alta resistência, alta elasticidade e alta resistência ao desgaste, interruptores elétricos, elementos elásticos de relés, caixas de membrana, diafragmas, engrenagens, rolamentos, almofadas de rolamentos e buchas de rolamentos, entre outras aplicações.
O bronze de magnésio é um tipo de liga de magnésio e cobre. O grau doméstico do bronze de magnésio é QMg0.8. Ele é uma liga binária de cobre e magnésio e é comumente usado como material condutor, como cabos, e pode substituir o bronze de cádmio em muitas aplicações.
O bronze de magnésio é fornecido principalmente na forma de fio e é usado principalmente para fabricar componentes condutores, como cabos e antenas de aeronaves.
O bronze de ferro 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 nos Estados Unidos.
Por meio de tratamento térmico, a precipitação de ferro na liga melhora sua força e resistência ao calor. A resistência à tração em seu estado endurecido pode chegar a 415-485 MPa, e sua condutividade pode chegar a 60% IACS.
O bronze de ferro é amplamente utilizado como material de estrutura de chumbo para circuitos integrados e está incluído no padrão ASTM B465-85 nos Estados Unidos. Esse padrão 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%, respectivamente, e teores de fósforo de 0,01% a 0,04%, 0,01% a 0,35% e 0,25% a 0,35%, respectivamente.
Na China, o equivalente à liga C19400 é o bronze de ferro QFe2.5-0.1.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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