O que é alumínio fundido? Propriedades, tipos e usos industriais.

Produtos de alumínio fundido de precisão

Dentre as diversas formas de alumínio utilizadas industrialmente, o alumínio fundido é uma das mais populares na manufatura moderna. O alumínio fundido possui um equilíbrio único de propriedades mecânicas, diferente do alumínio laminado, forjado ou usinado em tarugos. Engenheiros optam pelo alumínio fundido especialmente para a fabricação de formas complexas com resistência moderada e baixo peso. Essa técnica se mostra bastante vantajosa quando comparada a outros processos de conformação dispendiosos.

Para utilizá-lo de forma inteligente, é preciso entender como ele é produzido e como se compara a outros metais de engenharia concorrentes, como o ferro fundido e o alumínio forjado. 

 

O que é alumínio fundido?

O alumínio fundido é um produto da fabricação de ligas de alumínio através da fusão, vazamento em um molde e posterior solidificação para formar um componente rígido. A fundição produz a peça diretamente a partir do metal líquido. É por isso que se diferencia de outros métodos que moldam o metal por laminação, forjamento ou extrusão.

Componente automotivo em alumínio fundido

Aparência do alumínio fundido

Em geral, as ligas de alumínio fundido também contêm silício, magnésio ou cobre para melhorar propriedades de engenharia, como aumentar a fluidez, reduzir a contração, controlar a resistência, etc.

Os principais pontos a seguir sobre o alumínio fundido fornecerão uma base sólida para entender seu posicionamento no setor, especialmente quando comparado aos seus concorrentes.

• É produzido através do vazamento de alumínio fundido em moldes.
• Pode formar geometrias internas e externas complexas.
• Possui temperatura de fusão inferior à dos metais ferrosos.
• Possui densidade menor que a do aço e do ferro fundido.

Assim como muitos outros metais de engenharia, também é uma família de ligas disponíveis em diferentes graus, o que proporciona uma ampla gama de propriedades.

Como é feito o alumínio fundido?

Ao observar o processo de produção de alumínio fundido, é possível notar as seguintes etapas principais:

• Lingotes de liga de alumínio são derretidos em um forno.
• Elementos de liga (conforme necessário) são adicionados para atingir a composição desejada.
• O metal fundido é vertido ou injetado em um molde.
• O metal solidifica e esfria.
• A peça fundida é removida e limpa.
• O tratamento térmico e a usinagem podem seguir-se a este processo.

A estrutura granular e as propriedades mecânicas do alumínio fundido são determinadas principalmente pela taxa de resfriamento e pelo tipo de molde. Se você precisa de grãos mais finos e maior resistência, pode obtê-los utilizando taxas de resfriamento mais elevadas.

Alumínio fundido vs. alumínio comum (forjado)

O alumínio forjado é um tipo de alumínio moldado por laminação, extrusão, forjamento ou outros processos de deformação. Por outro lado, o alumínio fundido é moldado pela solidificação do metal em um molde, como discutido anteriormente. As principais diferenças entre o alumínio fundido e o alumínio forjado são:

Tabela 1: Comparação das propriedades do alumínio fundido e do alumínio forjado

Característica	Escolha alumínio fundido	Escolha alumínio forjado
Método de fabricação	Formação do elenco	Laminação / Extrusão / Forjamento
Geometrias que podem ser criadas	Muito complexo (molde personalizável)	Limitada
Ductilidade	Abaixe	Mais elevado
Resistência (Strength)	Moderado	Moderado a alto
Custo de peças complexas	Abaixe	Mais elevado
Recomendado quando	Geometria complexa + forma quase final + cargas moderadas	Aplicações críticas à fadiga + seções finas + alta ductilidade exigida

Com os detalhes da tabela acima, você pode ver que deve optar pela fundição quando a geometria da peça for complexa e for necessária uma forma quase final. A opção pelo alumínio forjado deve ser escolhida quando forem necessárias maior ductilidade, resistência à fadiga ou seções finas. Leia mais:Alumínio versus alumínio fundido

Processos de fundição de alumínio explicados

Existem diferentes processos de usinagem de alumínioElas diferem principalmente em custo, precisão, acabamento superficial e propriedades mecânicas.

Alumínio fundido em areia

componentes de fundição em areia

Na fundição em areia, a areia é compactada ao redor de um modelo para formar um molde. Em seguida, o modelo é removido e o alumínio fundido é despejado na cavidade de areia. O alumínio então se solidifica gradualmente, adquirindo a forma do modelo. É importante ressaltar que o molde de areia se rompe após a solidificação. Portanto, a fundição de alumínio em areia é um método de uso único.

• As principais características e vantagens da fundição em areia são:
• Baixo custo de ferramentas
• Adequado para componentes de grande porte.
• Acabamento superficial mais áspero
• Tolerâncias dimensionais mais amplas

O alumínio fundido em areia é amplamente utilizado na produção de blocos de motor, carcaças de bombas e diversos invólucros industriais.

 

Fundição de alumínio

Diagrama do processo de fundição sob pressão

Fundição de alumínio Outra técnica popular para conformação de alumínio é a de fundição. Nela, o alumínio fundido é forçado para dentro de um molde de aço endurecido, também chamado de "matriz". A pressão de fundição é muito alta em comparação com outros métodos. Em seguida, o material é deixado solidificar e, posteriormente, ejetado.

O molde de fundição pode ser reutilizado em muitos ciclos. Portanto, a fundição sob pressão é mais adequada para a produção em massa do que a fundição em areia. As principais vantagens da fundição sob pressão são:

• Acabamentos de superfície lisos e de alta qualidade 
• Capacidade de atender tolerâncias rigorosas 
• Adequado para paredes finas e altas taxas de produção.

Uma das principais desvantagens da fundição sob pressão é o alto custo inicial das ferramentas, devido ao uso do aço. Portanto, esse método pode ser caro para produções em pequena escala. Os produtos mais comuns fabricados com alumínio fundido sob pressão são carcaças de transmissão, gabinetes eletrônicos, estruturas de eletrodomésticos, etc.

Fundição de Molde Permanente

Na fundição em molde permanente, o alumínio é vertido em um molde metálico reutilizável, geralmente de aço ou ferro. A diferença em relação à fundição sob pressão é que este processo é realizado por gravidade ou sob pressões muito baixas.

A fundição em molde permanente é conhecida por proporcionar peças fundidas com acabamento superficial mais limpo e liso do que a fundição em areia. Essa é a técnica ideal para lotes de produção moderados. Em comparação com a fundição em areia, as desvantagens mais significativas são os custos mais elevados de ferramental e as limitações geométricas.

Fundição de investimento

Aqui, você faz uma cópia da peça em cera e a reveste com cerâmica para formar uma casca dura. Em seguida, a cera é derretida. Depois, o alumínio é vertido na casca de cerâmica. Assim como na fundição em areia, aqui também a cerâmica é quebrada após a solidificação do metal. Portanto, é um processo descartável, mas reconhecido como um método muito preciso para peças de alta precisão. A fundição de precisão geralmente é mais lenta e mais cara (o custo por peça individual é muito alto) do que a fundição em areia e a fundição em molde permanente.

 

Ligas e classes de alumínio fundido

Pilha de tarugos de alumínio industrial

Existem diferentes tipos de alumínio fundido disponíveis no mercado. Eles são agrupados em séries numeradas (como 3xx.x, 4xx.x) principalmente pelo seu elemento de liga dominante. O ".x" indica que se trata de uma liga para fundição (e não para forjamento). O agrupamento é baseado no principal elemento de liga, pois esse elemento controla principalmente a capacidade de fundição, a resistência, a resistência à corrosão e a resposta ao tratamento térmico do alumínio fundido.

Séries comuns de ligas de alumínio fundido

Tabela 2: Séries comuns de ligas de alumínio fundido e suas propriedades

Série	Elemento de Liga Principal	Exemplos	Fatos bem conhecidos
2xx.x	Cobre	201, 206	Potencial de resistência máximo após tratamento térmico. Boa resistência à fadiga Baixa resistência à corrosão e soldabilidade
3xx.x	Silício + Mg/Cu	319, 356, 357	O melhor tipo de alumínio fundido para uso geral. Boa capacidade de fundição com dimensões estáveis. resistência tratável termicamente Resistência decente à corrosão
4xx.x	Silício	413, 443	Fluidez muito elevada (especialmente em secções finas/complexas) Boa resistência ao desgaste Menor resistência que 3xx.x
5xx.x	Magnésio	514, 535	Excelente resistência à corrosão (adequado para condições marinhas) Boa soldabilidade força moderada
7xx.x	zinco	771	Força moderada a alta Resistência limitada à corrosão em ambientes agressivos.  Menos comum que 3xx.x

A série 3xx.x é a mais amplamente disponível e utilizada para aplicações de uso geral. É uma das melhores classes de alumínio para usinagem. Esta série equilibra as propriedades mecânicas para obter: 

• Arremesso fácil (boa fluidez)
• Boa resistência após tratamento térmico (especialmente 356/357)
• Boa resistência à corrosão (em condições ambientais normais) 

Portanto, é adequado para tudo, desde peças fundidas automotivas até peças fundidas industriais em geral, exceto para aplicações de desempenho especial.

Elementos de liga e seus efeitos

É possível alterar ou obter propriedades adicionais do alumínio fundido com elementos de liga. Você pode adicionar um ou mais elementos, bem como variar a porcentagem das adições, para obter as propriedades desejadas. Os principais efeitos da adição dos elementos de liga mais comuns são apresentados a seguir.

• SilícioMelhora a fluidez (capacidade de moldagem) e o preenchimento do molde. Também reduz defeitos de contração.
• MagnésioMelhora a tratabilidade térmica e a resposta ao endurecimento por precipitação. Também aumenta a resistência.
• CobreAumenta a resistência e a dureza, mas reduz a resistência à corrosão. O cobre cria pares microgalvânicos com o alumínio, aumentando a corrosividade.
• zincoMelhora a resistência e a resposta ao endurecimento por envelhecimento, mas aumenta a tendência ao aparecimento de fissuras a quente.

Ligas fundidas tratáveis ​​termicamente versus ligas fundidas não tratáveis ​​termicamente

As ligas tratáveis ​​termicamente podem ser submetidas a tratamento térmico de solubilização (dissolvendo fases solúveis na matriz de alumínio) e, em seguida, envelhecidas (para formar precipitados finos de reforço). Isso proporcionará uma resistência ao escoamento e dureza significativamente maiores.

Mas não é possível aumentar a resistência das ligas não tratáveis ​​termicamente da mesma forma, já que elas não formam precipitados de reforço úteis durante o tratamento térmico de solubilização. Elas são geralmente usadas no estado bruto de fundição ou, às vezes, apenas com alívio de tensões.

• Classes de alumínio tratáveis ​​termicamente: 356, 357, 206
• Classes de alumínio não tratáveis ​​termicamente: 413, 443, 514, 535

Propriedades mecânicas e físicas do alumínio fundido

Resistência, Peso e Durabilidade

• Densidade do alumínio: 2.7 g/cm³
• Densidade do ferro fundido: 7.0 – 7.4 g/cm³

O peso das ligas de alumínio comuns geralmente corresponde a cerca de um terço do peso de peças equivalentes em ferro fundido. Essa leveza é um dos principais motivos para sua ampla aplicação, incluindo usos especiais nas indústrias automotiva e aeroespacial.

Resistência à corrosão e ao desgaste

O alumínio fundido possui uma camada natural de óxido que protege o metal interno da corrosão. Portanto, muitas ligas de alumínio fundido apresentam bom desempenho em ambientes externos e levemente corrosivos. No entanto, se essas peças precisarem operar em ambientes marinhos ou químicos, estratégias especiais de proteção contra corrosão são necessárias.

A resistência ao desgaste do alumínio fundido é considerada moderada. O nível inerente é suficiente para muitos casos, mas quando há contato deslizante ou abrasivo, utiliza-se anodização dura ou revestimentos superficiais.

Condutividade térmica e elétrica

Possui boa condutividade térmica, suficientemente alta para dissipar o calor dos componentes rapidamente. Por isso, é amplamente utilizado em dissipadores de calor, componentes de motores e gabinetes eletrônicos. 

A condutividade elétrica do alumínio fundido é menor que a do cobre, mas é suficiente para a maioria dos componentes elétricos.

 

Ferro fundido versus alumínio fundido

lingotes de alumínio bruto para fundição

Alumínio fundido versus ferro fundido São dois dos materiais de fundição mais comuns na indústria, e também uma comparação frequente entre engenheiros. No entanto, eles servem a propósitos muito diferentes e possuem propriedades bastante distintas.

Tabela 3: Comparação das principais propriedades entre alumínio e ferro fundido

Propriedade	Alumínio fundido	Ferro fundido
Densidade	Baixo	Alto
Peso	Baixo	Alto
Resistência à corrosão	Boa	Moderado
Usinabilidade	Boa	Moderado
Condutividade térmica:	Alto	Baixo
Amortecimento de vibração	Moderado	Excelente

Na indústria, as ligas de alumínio comuns são escolhidas principalmente para peças leves que também dissipam o calor rapidamente. O ferro fundido é selecionado quando o amortecimento de vibrações e a resistência ao desgaste são mais críticos.

 

Alumínio fundido versus alumínio fundido sob pressão

Despejando metal de alumínio fundido

A diferença entre alumínio fundido e alumínio fundido sob pressão refere-se aos processos de fabricação, e não aos tipos de material. Alumínio fundido sob pressão significa alumínio produzido pelo método de fundição em molde. As principais diferenças são:

• fundiçãoAs peças apresentam um excelente acabamento superficial. Com este método, é possível produzir componentes de paredes finas com controle dimensional preciso.
• Fundição por gravidade (em areia ou molde permanente) geralmente produz peças mais resistentes e dúcteis (devido à solidificação mais lenta e menor porosidade). No entanto, seu acabamento superficial normalmente não atende aos padrões da fundição sob pressão.

Você pode escolher o processo adequado com base na sua prioridade: precisão, aparência (fundição sob pressão) ou desempenho mecânico (fundição por gravidade).

 

Alumínio forjado vs. fundido vs. usinado

Você já deve ter ouvido falar em alumínio fundido, forjado e usinado. Essa também é uma classificação comum que gera confusão. Esses termos não se referem a "qualidades" diferentes, mas sim à forma como o metal inicial é produzido antes da usinagem. Alumínio forjado vs. fundido vs. usinado Apresentam muitas diferenças em propriedades e usos típicos, razão pela qual escolher a opção certa é extremamente importante.

Tabela 4: Alumínio forjado vs. fundido vs. usinado

Contato	Método de produção	Uso típico
Cast	O alumínio é derretido, vertido ou injetado em um molde e, em seguida, resfriado. Também pode ser levemente usinado, se necessário.	Peças com formatos complexos, cavidades internas, carcaças, motores e componentes de bombas.
Forjado	O alumínio aquecido é prensado com grande força para adquirir a forma desejada e, em seguida, usinado até atingir o tamanho final.	Peças de alta resistência, como componentes de suspensão, rodas, suportes e ferragens estruturais.
Bilhete	Uma barra ou placa sólida de alumínio é usinada diretamente na peça.	Protótipos, produção em baixo volume e peças personalizadas.

Vantagens do uso de alumínio fundido

Suportes de alumínio fundido com acabamento

• Leveza:O alumínio tem uma densidade menor do que muitos metais de engenharia e também é resistente, embora tenha uma resistência menor do que o alumínio forjado. Portanto, é possível obter peças mais leves sem sacrificar o desempenho estrutural básico.
• Boa resistência à corrosãoA camada natural de óxido do alumínio protege a superfície contra a corrosão. O alumínio pode ser usado com segurança em muitos ambientes externos e industriais comuns sem a necessidade de revestimentos espessos.
• Capacidade de formar geometrias complexasÉ possível moldar geometrias como nervuras, ressaltos e cavidades diretamente por meio da fundição. Se você tentar moldá-las com usinagem de sólidos, o processo será muito lento ou extremamente caro.
• Menor custo de ferramentalEm comparação com matrizes e prensas de forjamento, as ferramentas de fundição são geralmente mais simples e baratas, especialmente para fundição em areia e lotes de produção moderados.
• Boa condutividade térmicaO alumínio fundido dissipa o calor rapidamente. É amplamente utilizado em dissipadores de calor, peças de motores e carcaças que precisam liberar calor com rapidez.
• ReciclabilidadeO alumínio pode ser derretido e reutilizado. Portanto, sucata e peças em fim de vida útil podem retornar à produção. É possível economizar quase todo o metal graças a essa possibilidade.

 

Produtos e aplicações comuns de alumínio fundido

• Blocos de motor automotivoUtilizado principalmente para criar peças leves que também suportem calor e pressão interna. Outra aplicação comum é em canais de refrigeração/passagens de óleo internas.
• Caixas de câmbio e carcaças de transmissãoÉ possível obter uma estrutura externa rígida sem um grande aumento de massa. A fundição sob pressão é o principal método utilizado para fabricar essas carcaças, visto que superfícies limpas e encaixes precisos são essenciais.
• Corpos de bombasVocê pode incluir caminhos de fluxo curvos, montagem e portas em uma única peça. Assim, você não precisará montar várias partes.
• Dissipadores de calorO alumínio distribui bem o calor e pode ser moldado com precisão em uma única fundição.
• Caixas de iluminaçãoO alumínio é usado em invólucros de iluminação porque protege os componentes eletrônicos, resiste à corrosão externa e ajuda a dissipar o calor dos LEDs de forma eficaz.
• Suportes estruturaisVocê pode usá-los para obter a rigidez necessária sem o uso de aço pesado.
• PanelasOs recipientes de alumínio aquecem uniformemente e são fáceis de mover e manusear devido ao seu baixo peso. Portanto, são amplamente utilizados em utensílios de cozinha, geralmente com um revestimento para maior durabilidade.

 

Acabamentos opcionais e pós-processamento para alumínio fundido

Trajetória da ferramenta de fresagem CNC

Usinagem e Tratamento Térmico

As peças obtidas por fundição de alumínio geralmente se aproximam da forma final. No entanto, às vezes, é necessário usinar o alumínio para atingir as propriedades funcionais e os encaixes adequados. As operações de pós-processamento mais comuns são:

• Fresagem CNC para faces, cavidades e ranhuras.
• Torneamento CNC para elementos circulares e furos.
• Furação e rosqueamento para fixadores e furos roscados

O tratamento térmico é aplicado a ligas tratáveis ​​termicamente para aumentar a resistência, a dureza e a estabilidade dimensional.

Tratamentos de superfície

Você pode decidir se precisa de um acabamento superficial adicional com base no ambiente, na aparência e nos requisitos de durabilidade da sua peça. Você pode optar por qualquer uma das seguintes opções:

• Anodização – forma uma camada de óxido dura e resistente à corrosão.
• Revestimento em pó – revestimento colorido durável com boa resistência ao desgaste.
• Pintura – proteção estética e marca
• Revestimento de conversão – melhora a resistência à corrosão e a aderência da tinta.

Você pode prolongar a vida útil e melhorar a aparência de suas peças com os tratamentos de superfície acima.

 

Fatores a considerar na escolha de uma liga de alumínio fundido

Um lote de componentes fundidos

É importante que a seleção da liga seja feita de forma estratégica, pois uma escolha inadequada aumenta os custos desde o início da produção e pode levar a erros e danos inesperados. Portanto, você deve escolher uma liga que tenha um desempenho confiável e econômico para sua aplicação. Os principais fatores a serem considerados durante o processo de seleção do material são:

• Resistência mecânica necessária
• Temperatura de operação e ambiente
• Usinabilidade
• Método de fundição
• Volume de produção
• Custo

A melhor opção é entrar em contato e tomar decisões com o apoio de um serviço experiente de usinagem CNC de alumínio para obter qualidade consistente e conhecimento profissional.

Serviço de usinagem CNC de alumínio

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Também podemos fundir alumínio e usiná-lo de acordo com as especificações exatas, com tolerâncias rigorosas para as peças móveis. 

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Conclusão

O alumínio é um material de engenharia muito prático para a produção de componentes leves, complexos e econômicos. É uma liga ideal para diversas aplicações estruturais, térmicas e mecânicas devido às suas propriedades equilibradas e à possibilidade de usinagem de precisão. Compreender os sistemas de ligas, os processos de fundição e suas limitações ajudará você a escolher a liga certa para suas aplicações.

 

Perguntas Frequentes

Como são fabricadas as peças de alumínio fundido?

As peças de alumínio fundido são fabricadas vertendo liga de alumínio derretida em moldes para formar formas complexas e quase completas que requerem pouco ou nenhum acabamento posterior.