O bronze de alumínio refere-se a uma família de ligas à base de cobre cujo principal elemento de liga é o alumínio, geralmente presente em uma proporção de 5% a 12% em peso. Ao contrário dos bronzes tradicionais, que contêm estanho, o bronze de alumínio combina cobre com alumínio e, frequentemente, com pequenas quantidades de ferro, níquel e manganês, o que permite obter um material com excepcional resistência mecânica, notável resistência à corrosão e boa resistência ao desgaste.
Essa combinação torna o bronze de alumínio um material de escolha para componentes utilizados em ambientes exigentes. As bombas e hélices da indústria marítima, os equipamentos de petróleo e gás, os trens de pouso aeroespaciais, os componentes de siderúrgicas e as máquinas industriais pesadas contam, todos, com esse equilíbrio único de propriedades.
AMPCO METAL é pioneira no desenvolvimento de ligas de bronze de alumínio desde 1914, aproveitando mais de um século de experiência metalúrgica na linha de produtos AMPCO®. Este guia explica o que é o bronze de alumínio, sua composição e as áreas em que ele oferece o melhor desempenho.
O bronze de alumínio é uma liga de cobre na qual o alumínio (5 a 12 %) substitui o estanho como principal elemento da liga. O teor de alumínio confere à liga uma cor dourada característica e proporciona-lhe vantagens mecânicas e químicas significativas em relação aos bronzes padrão. Esse material é conhecido por:
Elevada resistência à tração e limite de elasticidade
Excelente resistência à corrosão, especialmente na água do mar e em meios ácidos
Resistência superior ao desgaste e ao grippage
Bom desempenho em altas temperaturas
Comportamento anti-faísca e não magnético
Essas características fazem do bronze de alumínio uma das ligas técnicas mais versáteis, com aplicações que vão desde componentes aeroespaciais de precisão até hélices marítimas de grande porte, passando por componentes de indústrias siderúrgicas.
A composição geral do bronze de alumínio inclui :
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Elemento |
Intervalo típico |
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Cuivre (Cu) |
76 – 95% |
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Aluminium (Al) |
5 – 12% |
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Fer (Fe) |
0 – 5% |
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Nickel (Ni) |
0 – 5% |
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Manganèse (Mn) |
0 – 2% |
A composição exata varia de acordo com a nuance e a aplicação pretendida. Um teor mais elevado de alumínio aumenta a dureza e a resistência à tração, mas reduz a ductilidade. O ferro atua como refinador de grão e reforça a resistência. O níquel melhora consideravelmente a resistência à corrosão, especialmente contra a corrosão por pite e a corrosão sob tensão em ambientes marinhos. O manganês melhora a fundibilidade e reforça a tenacidade.
O método de fusão, fundição e processamento da liga também é importante. Na AMPCO METAL, o processo patenteado MICROCAST® utiliza agitação magneto-hidrodinâmica durante a fundição para obter uma microestrutura de grãos finos excepcionalmente homogênea, o que se traduz diretamente em propriedades mecânicas mais consistentes e maior vida útil.
O bronze de alumínio apresenta um perfil de propriedades que poucas outras ligas de cobre conseguem igualar:
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Elemento |
Intervalo típico |
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Resistência à tração |
480 – 1000 MPa |
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Limite de elasticidade |
250 – 790 MPa |
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Alongamento |
5 – 42% |
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Dureza (Brinell) |
130 – 420 HB |
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Densidade |
6.8 – 8.0 g/cm³ |
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Ponto de fusão |
1,030 – 1,080 °C |
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Condutividade térmica |
33 – 63 W/m·K |
Os valores específicos dependem da liga e do tipo de processamento (fundido, forjado ou tratado termicamente). O bronze de alumínio também mantém suas propriedades mecânicas em temperaturas que podem chegar a cerca de 350 °C, o que amplia sua faixa de utilização muito além da de muitas outras ligas de cobre.
Não existe um único tipo de bronze de alumínio. Essa categoria abrange diversas formulações, cada uma otimizada para oferecer um equilíbrio específico entre resistência mecânica, ductilidade, resistência ao desgaste, comportamento diante da corrosão e usinabilidade.
A linha de productos AMPCO® baseia-se nesse princípio :
Várias ligas AMPCO® estão em conformidade com as normas aeroespaciais e industriais, sendo que a especificação aplicável depende da forma do produto. O AMPCO® 45 está em conformidade com a norma AMS 4640 e com a norma ASTM B 150 para extrusões, e com a norma AMS 4880 para peças fundidas. O AMPCO® M4 stá em conformidade com a norma AMS 4590 para extrusões e com a norma AMS 4881 para peças fundidas.
Uma subcategoria (AMPCO® 8, AMPCO® 18, AMPCO® 22 e AMPCO® M4) também é certificada para aplicações em contato com alimentos.
A combinação de resistência mecânica, resistência à corrosão e resistência ao desgaste torna o bronze de alumínio adequado para alguns dos ambientes industriais mais exigentes.
Bombas de água do mar, válvulas, hélices, mangas de eixo e elementos de fixação. O bronze de alumínio resiste à incrustação biológica e suporta a exposição constante à água do mar sem degradação significativa.O AMPCO® 8 e o AMPCO® 18 são referências comuns para componentes marítimos e de tratamento.
Equipamentos de perfuração, ferramentas de fundo de poço e componentes expostos a meios ácidos ou a ambientes sob alta pressão. As aplicações relacionadas ao gás ácido frequentemente especificam o bronze de alumínio devido à sua resistência ao sulfeto de hidrogênio.
Buchas do trem de pouso, guias de válvulas e componentes de rolamentos. A elevada relação resistência/peso da liga e sua confiabilidade sob cargas cíclicas a tornam particularmente adequada para peças aeroespaciais críticas. O AMPCO® M4 e o AMPCO® 45 são amplamente especificados para rolamentos e anéis aeroespaciais, sendo que a norma aplicável depende da forma do produto. O AMPCO® 45 está em conformidade com as normas AMS 4640 e ASTM B 150 para extrusões e com a norma AMS 4880 para peças fundidas. O AMPCO® M4 está em conformidade com a norma AMS 4590 para extrusões e com a norma AMS 4881 para peças fundidas.
Placas deslizantes, porcas de rosqueamento e peças de desgaste sujeitas a impactos intensos. As ligas submetidas a tratamento térmico, como o AMPCO® 18.136, são especialmente projetadas para esses ambientes sujeitos a cargas elevadas e impactos intensos.
Mandris para curvatura de tubos, rolos de conformação e matrizes de estiramento. Na conformação do aço inoxidável, o bronze de alumínio impede o acúmulo de níquel e o emperramento que afetam os aços para ferramentas. As ligas AMPCO® 21, AMPCO® 22, AMPCO® 25 e AMPCO® 26 são projetadas para essas aplicações.
Rolamentos, engrenagens, rodas sem-fim, placas deslizantes e sedes de válvulas. O bronze de alumínio suporta cargas elevadas com aderência mínima, mesmo em condições secas ou com pouca lubrificação.
Ferramentas anti-faísca, fabricação de munições, equipamentos de defesa e equipamentos destinados a atmosferas explosivas. As propriedades não magnéticas e anti-faísca do bronze de alumínio são essenciais para essas aplicações críticas em termos de segurança.O AMPCO® 45 e o AMPCOLOY® 83 são referências comuns para ferramentas de segurança anti-faísca.
Insertos e núcleos de moldes que exigem alta condutividade térmica, estabilidade dimensional e resistência ao desgaste para longas séries de produção.
O bronze de alumínio é produzido em uma ampla variedade de formas para se adaptar a diferentes processos de fabricação:
A forma escolhida depende do tamanho da peça, das propriedades exigidas e das operações subsequentes, como usinagem, soldagem ou tratamento térmico.
O bronze de alumínio é mais resistente que o aço?
Algumas ligas de bronze de alumínio atingem resistências à tração semelhantes às do aço de teor médio de carbono (550-900 MPa), ao mesmo tempo em que oferecem uma resistência à corrosão significativamente superior, além de serem não magnéticas e não produzirem faíscas. A escolha entre os dois depende do ambiente e das exigências específicas.
O bronze de alumínio enferruja?
O bronze de alumínio não enferruja como os metais ferrosos. O teor de alumínio forma uma fina camada de óxido firmemente aderida à superfície, que protege o metal subjacente contra qualquer corrosão posterior, mesmo na água do mar.
O bronze de alumínio é idêntico ao bronze?
Não. O bronze tradicional é uma liga de cobre e estanho. O bronze de alumínio utiliza alumínio (5 a 12%) no lugar do estanho como principal elemento da liga, o que lhe confere propriedades diferentes, geralmente uma maior resistência mecânica e melhor resistência à corrosão.
O bronze de alumínio é magnético?
Não. O bronze de alumínio é não magnético, o que o torna útil em aplicações nas quais as interferências magnéticas devem ser evitadas.
O bronze de alumínio pode ser soldado?
Sim, mas isso requer procedimentos adequados. Os processos de soldagem TIG e MIG são comumente utilizados. O pré-aquecimento, o controle minucioso da entrada de calor e o uso de metais de adição adequados permitem evitar fissuras a quente e preservar as propriedades mecânicas.
O bronze de alumínio é adequado para contato com alimentos?
Algumas ligas são. As ligas AMPCO® 8, AMPCO® 18, AMPCO® 22 e AMPCO® M4 são certificadas para aplicações em contato com alimentos.
As propriedades descritas acima são representativas da família dos bronzes de alumínio como um todo, mas a liga adequada para uma determinada aplicação depende da combinação específica de cargas, temperaturas, meios corrosivos e do ambiente de usinagem em que você trabalha.
O próximo artigo desta série — “Ligas de bronze de alumínio AMPCO®: como escolher a certa” — analisa a linha de produtos AMPCO® e fornece um guia para a escolha da grau adequada à sua aplicação.
Para orientações personalizadas, a equipe de engenheiros da AMPCO METAL pode ajudá-lo a selecionar as ligas e os formatos adequados ao seu projeto.