Materiais utilizados na concepção de um automóvel

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1 Engenharia Mecânica Projecto FEUP 2010/2011 Materiais utilizados na concepção de um automóvel Materiais metálicos e respectivos componentes Relatório realizado por: Equipa MMM501 Ana Castro André Costa Ângela Neves Coordenador: Teresa Duarte Joaquim Melo Supervisor: Abel Santos Susana Ferreira Monitor: Pedro Lebre Vítor Lopes 25 de Outubro de 2010

2 Resumo Neste relatório serão abordados os materiais metálicos utilizados na concepção de um automóvel: principais características, os materiais no automóvel, os seus processos de produção e respectiva reciclagem. Serão também abordados dois principais processos de formaçao de componentes automóveis: fundição e conformação plástica. 2

3 Índice Resumo... 2 Índice Introdução Materiais metálicos utilizados na concepção de um automóvel Materiais... 7 Aço... 7 Alumínio Magnésio Métodos utilizados para trabalhar os metais Conformação plástica Fundição Conclusões Referências Anexos

4 1- Introdução O Projecto Feup é uma disciplina que tem como principal escopo promover não só as competências dos alunos na área da investigação, mas também a nível de trabalho de grupo e de exposição do projecto desenvolvido. O tema atribuído ao grupo foi Materiais metálicos usados na concepção de um automóvel. Assim, através deste relatório pretende-se abordar de forma sucinta cada um dos seguintes tópicos: I. Identificação num veiculo automóvel dos diferentes tipos de materiais metálicos e dos diferentes componentes em que são utilizados; II. III. Identificação e associação de diferentes materiais com diferentes características para diferentes aplicações e solicitações; Identificação dos processos de fabrico utilizados na produção dos diversos componentes e respectivos materiais. 4

5 2- Materiais metálicos utilizados na concepção de um automóvel Os metais são materiais bastante utilizados no nosso dia-a-dia. Constituindo 80% da tabela periódica, permitiram um grande desenvolvimento de diversas áreas, nomeadamente na área automóvel. Constituídos maioritariamente por materiais metálicos, os automóveis apresentam uma estrutura usualmente composta de alumínio, magnésio e diferentes tipos de aços, para além de outros materiais em menores quantidades, como podemos observar na Fig. 1. Fig. 1: Estrutura de um automóvel Porém, cada vez mais se procuram formas de melhorar o automóvel em vários aspectos. Estas mudanças concentram-se maioritariamente em aspectos ecológicos: redução do consumo e peso do automóvel, gases libertados, reciclagem de materiais A mudança de materiais utilizados tem por base o gráfico seguinte: 5

6 Decisão da empresa Expectativas dos clientes -funcionalidade -qualidade -segurança -economia -comforto -design Exigências técnicas dos materiais e componentes -função -durabilidade -compatibilidade ambiental -redução dos custos Requerimentos Legais -consumo -emissão -velocidade máxima -reciclagem Gráfico 1: Escolha dos materiais a utilizar num automóvel Visto que são utilizados vários metais, apenas serão abordados os mais utilizados: alumínio, aços e magnésio. 6

7 2.1- Materiais Aço Principais características do aço Este metal, na sua composição ordinária, é o resultado de uma combinação de ferro com carbono. Sendo um dos materiais mais utilizados na construção automóvel, este foi inicialmente eleito o principal graças às suas características: Fácil obtenção e barato; Existe muita maquinaria destinada a trabalhar com este material; Existem muitas entidades que realizam e dedicam estudos ao conhecimento do aço, sendo este vastamente conhecido; É dificilmente quebrado, ou seja, é muito robusto e rijo; Apresenta uma grande capacidade de suportar o stress provocado por outros componentes do automóvel mantendo sempre a sua rigidez; É fácil de manejar, pode ser moldado em formas complexas e a sua força pode ser ainda maior quando processado e trabalhado nesse sentido; As folhas de aço oferecem elevado grau de flexibilidade para acondicionar motores, passageiros e mercadoria; É o metal mais reciclável do mundo. Processos de produção: Quanto à sua produção, são conhecidos quatro processos: o conversor de Bessemer; o forno de Siemens-Martin; o forno básico de oxigénio e o forno eléctrico. Com o passar dos anos e com o progresso, o processo que foi adquirido como principal e mais eficaz na produção do aço foi o do forno básico de oxigénio. 7

8 Serão então brevemente explicados os métodos que utilizam o forno básico de oxigénio e o forno eléctrico: Processo que utiliza o forno básico de oxigénio Neste processo, a gusa ou a sucata fundida são colocadas num contentor de tijolos alcalinos que se encontra revestido com resistências eléctricas. Faz-se baixar um tubo ou uma lança até ficar muito próximo da superfície do metal fundido, pelo qual se faz passar oxigénio puro a alta pressão. A superfície do metal é assim agitada e as impurezas presentes neste são oxidadas. Este processo, além de eliminar as impurezas, garante a mínima quantidade de nitrogénio possível (a presença do nitrogénio pode deixar o aço quebradiço). O aço fundido será depois derramado para recipientes apropriados e depois destinado à produção dos pedidos feitos por clientes. Este é o método mais utilizado a nível industrial, pois tem capacidade de produzir aço de qualidade em relativamente pouco tempo. Processo que utiliza o forno eléctrico Este processo é utilizado quando os aços em causa são de alta qualidade e requerem atenção especializada. Faz-se, então, passar uma corrente eléctrica de valor muito elevado pelos eléctrodos do forno, o que provoca a fusão da sucata de aço e do ferro. A qualidade do aço produzido desta forma pode ser controlada precisamente, dado que se pode manter a temperatura do forno num valor exacto e a não existência de produtos secundários da combustão para o contaminar é assegurada. Os fornos eléctricos são também utilizados para refinar o aço, produzindo os aços extra puros utilizados, por exemplo, na indústria petroquímica. 8

9 Depois de um destes processos, o aço produzido é moldado em lingotes, que podem ser trabalhados, quando quentes, com martelo ou por compressão entre rolos de maneira a obter folhas de aço. Alternativamente, o processo contínuo, no qual o metal fundido é continuamente feito fluir para um molde aberto, arrefecido com água, produz uma viga de aço contínua. O Aço no Automóvel Graças às suas propriedades físicas e mecânicas, o aço é o principal componente dos automóveis. É o detentor de cerca de 66% do peso do veículo, juntamente com o ferro e é utilizado em muitas partes cruciais deste, desde as estruturas mais pequenas (peças das variadas componentes e afins) às maiores, nomeadamente a carroçaria e o chassis, que define a estrutura do veículo e suporta todos os outros componentes. Nos veículos de estrada dos dias de hoje, as carroçarias e chassis são feitos essencialmente de aço. Há, no entanto que ter em conta que existem centenas de tipos de aço e nem todos os modelos actuais utilizam os mesmos, por exemplo, enquanto umas entidades da indústria automóvel recorrerem a um tipo de aço denominado Boron steel, outras poderão utilizar outros tipos de aço que consideram mais adequados, como por exemplo, o aço baixo em carbono. Os problemas do aço As razões que levam o aço ser o causador da maior parte do peso do automóvel são as mesmas pelas quais ele foi escolhido: a sua robustez, rigidez, força e, portanto, densidade (m/v), e a capacidade de tolerar o stress sem quebrar. No entanto, apesar de no passado não constituir um problema, com o passar dos anos e graças à economia que fez disparar os preços dos combustíveis e a uma maior atenção dada à segurança e às questões ambientais, o factor peso é causador de grande desconforto 9

10 aquando da utilização deste metal. Deste modo, uma das grandes preocupações da indústria automóvel é diminuir o peso dos veículos permitindo que toda a segurança, quer do ambiente quer dos passageiros e transeuntes, seja assegurada e a eficiência seja cada vez maior. Contributos para a resolução de problemas Tendo como objectivo a resolução da problemática do peso, várias investigações, estudos e ensaios foram postos em andamento. Assim, nos dias que correm existem alternativas mais apelativas à indústria automóvel. Sendo, ainda, o aço, um material com características muito vantajosas para a concepção dos veículos, diversas companhias de aço 1, representando vários países, investiram 22 milhões de dólares americanos para iniciar, em 1994, um estudo que mostrasse a capacidade de este material, que causou o problema, ser o mesmo capaz de o resolver, isto é, mostrar a capacidade do aço, quando modificado, reduzir o peso da carroçaria e chassis do veículo, melhorando a sua eficiência e, ao mesmo tempo, assegurar a protecção e conforto dos passageiros tudo a uma custo acessível. "As automakers experiment with various materials to take weight out of their vehicles, they quietly have found a solution in a material with which they are most familiar -- steel sheet," said Darryl C. Martin, senior director, Automotive Applications, American Iron and Steel Institute (AISI), March [Martin, 1999] Para tal, este consórcio de companhias de aço denominado World Auto Steel, contratou a firma Porsche Engineering Services para planear um primeiro estudo e depois construir cerca de uma dúzia de estruturas automóveis que comprove a teoria lançada. Tal foi imediatamente iniciado e desde 1994 até aos nossos dias, grandes progressos foram feitos na procura de novos tipos de aço, menos densos, não comprometendo a sua força e resistência. Foram, então, postos à prova novos tipos de aço denominados aços de alta resistência (High strength steel), aços de alta resistência avançada (Advance High 1 Ver em anexo 10

11 strength steel) e aços de ultra elevada resistência ( Ultra High strength steel): aços ainda mais evoluídos e capazes de desempenhar as suas funções com maior eficácia e menores custos, quer para o fabricante do automóvel, quer para o meio ambiente. Aços de Alta Resistência (High Strength Steel) É um tipo de aço baixo em carbono cujo desempenho e propriedades mecânicas, quer força, resistência ou capacidade de resistir ao stress, são superiores ao aço de carbono mais comummente utilizado e o seu rácio resistência/peso é mais favorável. Isto é, o facto de não haver necessidade de ser mais denso, ou seja, mais pesado, para realizar mais força e ter mais resistência, faz com que seja um candidato ideal para a produção de estruturas e componentes automóveis. É estimado que o HSS seja 20 a 30% menos denso que os aços de carbono desempenhando a mesma força e resistência. Além desta qualidade essencial para o desenvolvimento sustentável da indústria automóvel, apresenta também uma maior resistência à corrosão, evitando assim tantas preocupações com a deterioração do material. Hoje em dia, já existem veículos que primam a utilização deste material e que, por isso, são maioritariamente compostos por este. 2 2 Ver exemplos em anexo 11

12 Aços Avançados de Alta Resistência (AHSS) A criação e produção de aços avançados de alta resistência é uma das principais respostas da siderurgia aos desafios impostos pelos seus clientes que cada vez mais procuram uma maior competitividade e um maior cuidado com o consumo energético e impacto ambiental. O caso da indústria automóvel é desde cedo um dos mais emblemáticos na produção destes aços avançados visto que esta necessita de reduzir cada vez mais o peso dos seus produtos para minimizar o consumo de combustível e diminuir o impacto ambiental criado na sua produção e futura utilização. Assim, as chapas mais finas de aço com maior resistência mecânica permitem reduzir o peso das peças sem que ocorra a perda das suas características originais. Contudo, existem casos em que um aumento da resistência leva à redução do manuseamento do material, afectando a liberdade de design. A solução para tal problema consiste na aplicação de efeitos microestruturais complexos, de modo a conciliar, tanto quanto possível, essas características aparentemente contraditórias. Neste relatório serão apresentados dois tipos de aço avançado de alta resistência que durante o seu processo de formação sofreram alterações na sua microestrutura, nomeadamente o aço do tipo DP (Dual Phase) e o aço do tipo TRIP (Transformation- Induced Plastic). Gráfico 2: Comparação dos aços AHSS (representados a cor) com os aços HSS (representados a cinzento) 12

13 Aço Dupla Fase ou Bifásico O aço de dupla fase ou bifásico surgiu no final da década de 1970 e, tal como o nome indica, a sua microestrutura consiste numa matriz ferrítica (80 a 85%) que contém uma segunda fase martensítica (15 a 20%) dura em forma de ilhas. O aumento da fracção de volume da fase dura (martensítica) aumenta geralmente a resistência mecânica do aço. Fig.2: Aço de dupla fase A fig.3 representa um esquema da microestrutura do aço bifásico, que contém a fase ferrítica e as ilhas de martensite. A fase ferrítica macia é geralmente contínua dando ao aço uma excelente ductilidade. Quando ocorre a deformação do aço, a tensão acumula-se nas zonas de menor resistência da fase ferrítica, ou seja, em torno das zonas duras de martensite, fornecendo a este tipo de aço uma resistência muito superior. A taxa de deformação e a grande capacidade de alongamento por parte deste tipo de aço faz com que este obtenha uma resistência muito superior á dos tipos aço convencionais equivalentes. 13

14 Gráfico 3:Curvas de tensão-deformação do aço bifásico e de aços convencionais O gráfico 3 compara as curvas de tensão-deformação de dois tipos de aço com níveis de rendimento semelhantes, sendo um do tipo HSLA (High Stength Low-Alloy) e o outro do tipo DP (Dual Phase). Observa-se que o aço bifásico apresenta uma menor taxa de deformação inicial mas rapidamente passa a ter uma taxa de deformação muito superior à do aço HSLA. O aço bifásico e outros AHSS têm também diferentes efeitos de endurecimento pelo calor, o que constitui um importante benefício comparado com os mais resistentes aços convencionais. O efeito de endurecimento consiste no aumento da resistência do aço que resulta do envelhecimento a elevadas temperaturas (em fornos de tintas). A extensão do efeito do endurecimento pelo calor nos AHSS depende da química específica e da história térmica de cada aço. 14

15 TRIP (Transformation Induced-Plastic) Este tipo de aço segue o princípio do tipo Dual-Phase. A sua microestrutura é constituída basicamente por austenite retido incorporado numa matriz primária de Ferrite. Além de um mínimo de 5% de austenite retido, fases duras, como martensite e bainite, estão presentes em quantidades que podem variar. Normalmente, os aços TRIP necessitam de um suporte isotérmico, a uma temperatura intermédia, que produz bainite. A maior quantidade de Silicon e Carbono presente resulta em fracções de austenite retido, com volume significativo, na microestrutura final. A fig.3 mostra a microestrutura deste material. Figura 3:TRIP Durante a sua deformação, a dispersão da segunda fase dura em ferrite cria uma maior resistência, tal como se pode observar na em aços dos tipo Dual-Phase. No entanto, em aços TRIP a austenite retida também se transforma progressivamente em martensite com um consequente aumento da tensão. Daí resulta o aumento da resistência a uma maior taxa de tensão. Tal, está ilustrado no gráfico 4, onde se faz a 15

16 comparação do comportamento da tensão deste tipo de aço com, por exemplo, o tipo relatado anteriormente, Dual-Phase. Gráfico 4:Curvas de tensão-deformação do aço TRIP, aço bifásico e e de aços convencionais Como é possível observar no gráfico, o aço do tipo TRIP tem uma taxa de tensão inicial inferior à do tipo Dual-Phase, mas esta mantém-se quando a do Dual-Phase começa a diminuir, mostrando assim uma maior resistência. A grande vantagem do TRIP é que, graças às suas características e composição, tem a capacidade de oferecer um manuseamento mais fácil e, por isso, permitir a produção de componentes com design mais complexos mantendo um baixo peso com a mesma eficiência. Além disso, demonstra uma grande capacidade de absorção de energia aquando um acidente. É um material extremamente resistente e as suas propriedades são consideradas por muitos como ideais para a sua utilização na indústria automóvel. 16

17 Reciclagem do aço Vantagens da reciclagem do aço: Diminuindo a extracção do ferro da Natureza, são reduzidos os impactos ambientais negativos; Processo economicamente vantajoso; A reciclagem do aço poupa 75% de energia actualmente; Através da reciclagem de uma tonelada de aço são poupados 1140Kg de minério de ferro, 144Kg de carvão e 18Kg de cal. 17

18 Alumínio Principais características do alumínio O alumínio é um elemento químico de símbolo Al. Na temperatura ambiente é sólido e é assim o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Apresenta leveza, condutividade eléctrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão que lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, sendo a indústria automóvel um bom exemplo 3. A sua densidade é baixa, aproximadamente um terço da do aço ou do cobre. É o segundo metal mais maleável e o sexto mais dúctil, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma elevada durabilidade devido à camada protectora de óxido. No entanto, apesar do baixo custo da sua reciclagem, o que aumenta a sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário. Processo de produção do alumínio O processo de obtenção do alumínio ocorre em duas etapas: a obtenção da alumina pelo processo Bayer e, posteriormente, a electrólise do óxido para obter o alumínio. A elevada reactividade do alumínio impede extraí-lo da alumina mediante a redução, sendo necessário obtê-lo através da electrólise do óxido, o que exige este composto no estado líquido. A alumina possui um ponto de fusão extremamente alto (2000 C) tornando inviável de forma económica a extracção do metal. Porém, a adição de um fundente, no caso a criolita, permite que a electrólise ocorra a uma temperatura menor, de aproximadamente 1000 C. Actualmente, a criolita está a ser substituída pela ciolita, um fluoreto artificial de alumínio, sódio e cálcio. 3 Ver artigo em anexo 18

19 Alumínio no automóvel Como é cerca de 40% menos denso que o aço, ao alumínio foi dada muita atenção por parte da indústria automóvel que procura diminuir o peso dos seus produtos e, assim, aumentar a eficiência do veículo sem se recorrer a um motor mais potente e, por isso, mais caro. Este material foi, então, estudado e averiguou-se a sua capacidade e sustentabilidade em relação às tarefas a desempenhar caso viesse a ser utilizado na indústria automóvel. Com os diversos estudos e testes, concluiu-se que o alumínio é um material capaz de corresponder às necessidades desta indústria: é um material pouco denso, portanto permite reduzir a quantidade de combustível utilizado e, por isso, o impacto ambiental; com os devidos tratamentos, é um material resistente e com capacidade de resistir a impactos e absorver a energia dos mesmos protegendo os ocupantes do veículo; a sua utilização em detrimento do aço pode diminuir o ruído e vibração e providenciar uma maior estabilidade e resposta. Deste modo, grande parte dos componentes estruturais dos veículos actuais de algumas marcas são de alumínio, tal como se pode observar na fig. 4. Com todas estas vantagens é natural que muitas empresas da indústria automóvel tenham optado por utilizar este material na concepção dos seus produtos. Por exemplo, a Audi foi a 1ª empresa a fazer carros de alumínio apresentando ao público o Audi A8. Hoje em dia, no mercado Norte Americano, o alumínio é já o 2º metal mais utilizado na construção de automóveis. Fig. 4: Estrutura de um Audi TT Roadster 19

20 Os problemas do alumínio Apesar de ser já o segundo material mais utilizado na concepção do automóvel, a utilização do alumínio acarreta alguns problemas ainda por resolver. Graças à sua composição química, algumas indústrias que trabalham com este material deparam-se com um problema: o alumínio apresenta alguma dificuldade na soldadura de diferentes componentes. Além disso, em comparação com o aço, é um metal mais difícil de obter sendo, desta forma, mas caro. Porém, com diversos estudos e desenvolvimentos é de crer que o alumínio ultrapasse o aço enquanto elemento mais utilizado na concepção automóvel: Inorder to getthere [betterfueleconomy], wehave to downsize, downweightand use more aluminum. -Dave McCurdy, President and CEO of the Allience of Automobile Manufacturers. Reciclagem do alumínio Desde o séc. XX que o alumínio é reciclado, tendo diversas vantagens: Poupança de cerca de 95% de energia relativamente ao processo de extracção do alumínio da natureza; Poupança de matérias-primas (através da reciclagem de uma tonelada de alumínio são poupadas cinco toneladas do minério bauxite); Redução de cerca de 95% da poluição atmosférica e 97% da poluição das águas; Pode ser reciclado vezes sem conta sem que nenhuma das suas qualidades ou propriedades seja perdida; Quase 70% do alumínio utilizado nos veículos é metal já reciclado. 20

21 Magnésio Na indústria automóvel, o magnésio pode contribuir significativamente para uma maior economia de combustível e conservação ambiental. Recentes desenvolvimentos em revestimentos e ligas de Mg melhoraram as propriedades de resistência à corrosão quer por parte de corrosivos naturais, quer por parte de altas temperaturas. Com os actuais preços razoáveis e propriedades melhoradas do Magnésio e das suas ligas, pode-se desde já pensar numa utilização massiva num futuro próximo. Em comparação com o uso de materiais alternativos, o uso de Magnésio pode proporcionar uma redução de peso do automóvel de 22% a 70%. Por fim, o uso de Magnésio em componentes automóveis está aumentando o número de investigações acerca deste elemento de maneira a serem fabricadas ligas com cada vez melhor qualidade. Principais características do magnésio O magnésio é o menos denso de todos os metais usados em engenharia: 1,74 g / c, tendo o alumínio densidade de 2,7 g / c e o aço 7,86 g / c É o oitavo mais comum elemento em todo o nosso Planeta. A aplicação de magnésio e das suas ligas em componentes automóveis focam a redução de peso, poupança de energia e conservação ambiental. Processo de produção do magnésio Pode ser produzido através da redução térmica do óxido de magnésio com silicone ou da electrólise de cloreto de magnésio da água do mar (cada metro cúbico de água do mar contém, aproximadamente, 1,3 kg (0,3%) de magnésio). 21

22 O magnésio no automóvel Graças ao facto de ser um material bastante leve e pouco denso, o magnésio tem vindo a ser objecto de estudo na indústria automóvel. Ao contrário do aço e do alumínio que são principalmente candidatos à produção dos componentes estruturais dos veículos (chassis e carroçaria), o magnésio está encarregue de reduzir o peso dos automóveis através dos pequenos, mas essenciais, componentes. Por exemplo, a substituição do alumínio pelo magnésio na produção de transmissões pode levar a uma redução de peso de cerca de 20%-25%; é utilizado nos painéis de controlo, cabeças dos cilindros, componentes da direcção, assentos, entre outros componentes. Reciclagem do Magnésio Como a introdução do magnésio, em maior escala, na construção automóvel é algo relativamente recente, ainda estão a decorrer estudos que ajudem a encontrar as melhores e mais verdes soluções para a reciclagem deste material. 22

23 3- Métodos utilizados para trabalhar os metais Como este relatório aborda os materiais metálicos utilizados na produção dos diferentes componentes do automóvel, será interessante fazer uma breve introdução sobre os métodos utilizados para trabalhar os metais com o objectivo de criar os ditos componentes. É bem conhecido que os metais são dos materiais mais utilizados graças às suas propriedades e devido à facilidade, que grande parte apresenta, de serem transformados e alterados de acordo com as exigências apresentadas. Podem obter diversas formas úteis, como chapas finas, placas, barras e tubos que são criados graças à conformação plástica. Conformação plástica A conformação plástica dos metais é um conjunto de processos em que a modificação da forma e das dimensões da peça metálica ocorre pela acção de tensões mecânicas que causam a deformação plástica dessa peça. Assim, nos processos de conformação não há variação do volume nem da massa das peças conformadas. Os processos de conformação plástica dos metais podem ser classificados normalmente quanto às operações do processamento e às operações de fabricação. Quanto às operações de processamento são classificados como: compressão directa (forjamento e laminagem), compressão indirecta (extrusão), processos de tracção (estiramento), processos de dobragem e processos de corte. Esta classificação está associada aos tipos de força aplicadas sobre o material à medida que está a ser deformado. Quanto às operações de fabricação podem ser classificados como: processos primários de trabalho mecânico, os produtos são laminados de forma simples, e processos secundários de trabalho mecânico onde os processos são utilizados para produzir formas acabadas. 23

24 Figura 5: Conformação Plástica 24

25 Fundição Outro dos diversos métodos de produção é a fundição dos metais. A fundição é um processo cujo objectivo é dar forma aos materiais a partir da sua fusão, escoamento para moldes adequados e consequente solidificação. A fundição é usada para fazer formas mais complexas pois é mais fácil de atingir o produto esperado e traz vantagens económicas que outros métodos não dispõem. Para obter uma peça fundida é preciso fazer uma moldação com uma forma aproximada da peça, fundir o metal em que a peça vai ser executada e vazar o metal fundido para a cavidade. Após a solidificação do metal, segue a desmoldação e, por fim, faz-se o acabamento da peça onde são cortados os canais de enchimento e os alimentadores da peça. Acaba-se a peça através de escovas de aço manuais ou rotativas e através da utilização de lixas e depois existe um controlo de qualidade. Os moldes para onde se vaza o metal fundido são feitos de um metal refractário para que consiga aguentar altas temperaturas de vazamento do metal fundido sem correr o risco de deteriorações inconvenientes. Esse material é, na maior parte das vezes, areia com vários aglomerantes e aditivos que lhe conferem propriedades mecânicas, e outras, de que as moldações necessitam, não só para que o seu comportamento durante o vazamento seja o melhor possível, mas também para se poder dar forma à moldação. Para as ligas metálicas de baixo ponto de fusão são usadas moldações metálicas, sendo feitas de aço ou ferro fundido, menos refractárias e mais caras do que a areia, mas que permitem maior precisão e um melhor acabamento superficial. A inspecção às peças fundidas tem como objectivo rejeitar as peças com defeito e preservar a qualidade das matérias-primas utilizadas. O controlo de qualidade distribuise por três inspecções: a inspecção visual, onde se detectam defeitos visíveis resultantes das operações de moldagem, confecção e colocação dos machos, de vazamento e limpeza; a inspecção dimensional, onde é realizada normalmente em lotes pequenos que são produzidos antes de toda a série de peças seja fundida; e por fim a inspecção metalúrgica, que inclui uma analise química, um exame metalográfico para observação da microestrutura do material, ensaios mecânicos para a determinação das propriedades 25

26 Materiais Metálicos utilizados na concepção de um automóvel mecânicas e ensaios não destrutivos para a verificação da perfeição dos materiais fundidos. Os factores que devem ser considerados para a escolha do processo de fabricação de uma peça são: a quantidade de peças a produzir, as tolerâncias requeridas, o grau de complexidade, a especificação do metal, o acabamento superficial desejado e o custo. Na fig.6 está ilustrado o processo de fundição de uma peça. Figura 6: Fundição de uma peça 26

27 4- Conclusões Através deste relatório, foi possível concluir que os principais materiais metálicos utilizados na concepção automóvel dos nossos dias são o aço, o alumínio e o magnésio e que a sua utilização tem sido alvo de estudos cujo objectivo é encontrar diferentes formas de os utilizar de forma económica, ecológica e eficiente. Com os avanços a níveis tecnológicos, os automóveis tenderão a ser cada vez mais leves, seguros e ecológicos respeitando assim todas as restrições impostas a nível de emissões de dióxido de carbono (CO 2 ). 27

28 Referências Sites: (accessed 13 October, 2010) (accessed 7 October, 2010) /maprotec/educ/cpm/cpm_9.pdf+compress%c3%a3o+directa+(forjamento+e+lamina %C3%A7%C3%A3o),&hl=pt-PT&gl=pt&pid=bl&srcid=ADGEESjylatVeBxH859pBc- hpwx1r7731nasj_f6o_olm_nxkmu8rpuizgdqx- YT9Z26K6zTgVesaXv8v2CFLzjNLsdd0kcPrM9Msi7ZEd9MUSeaXei7wmghNmRyP6hcxbyX WHwTo9KK&sig=AHIEtbRJPI_5jAKiiZH9tswO2j8sdrKwMg (accessed 11 October, 2010) urces/docs/dossiers%2520tem%25c3%25a1ticos%2520sobre%2520res%25c3%25add uos/preven%25c3%25a7%25c3%25a3o/preven%25c3%25a7%25c3%25a3o%2520de %2520res%25C3%25ADduos%2520- %2520valorcar.pdf+%22metais+usados+nos+autom%C3%B3veis%22&hl=pt- PT&pid=bl&srcid=ADGEESjm_kjk6Zbl5Fvkg1UsYtkZn4djoJpuqo8S9JND7HZp0PuKrBYyxg Yxb208RctE8MXrJNRYogSwjBo9V2SL6Uh4YftJw- XxfsDjL3pfPvkqRhxRGzOLmJzEPu9bw46fAfYEVCgs&sig=AHIEtbRrJ8xa_yqrrCGf77vkDO WBxQw_ig (accessed 15 October, 2010) (accessed 7 October, 2010) (accessed 5 October, 2010) (accessed 15 October, 2010) 28

29 (accessed 13 October, 2010) (accessed 13 October, 2010) (accessed 10 October, 2010) (accessed 11 October, 2010) (accessed 7 October, 2010) (accessed 12 October, 2010) (accessed 12 October, 2010) metros=p_ano_lectivo=2010/2011-y-p_cad_codigo=em0007-yp_periodo=1s&pct_disciplina=&pct_grupo=25846#25846 (accessed 15 October, 2010) (accessed 11 October, 2010) (accessed 10 October, 2010) (accessed 14 October, 2010) (accessed 13 October, 2010) (accessed 16 October, 2010) (accessed 13 October, 2010) 29

30 Anexos 1. Alumínio já é segundo material mais utilizado em automóveis Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/03/2006 Uma pesquisa feita por encomenda da Aluminum Association, uma entidade que reúne os maiores produtores mundiais do metal, revela que o alumínio já é o segundo material mais utilizado na indústria automobilística, perdendo apenas para o aço. Na América do Norte, segundo a pesquisa, são utilizados, em média, 145 quilos de alumínio para cada carro e caminhão produzidos. A diferença em relação às pesquisas anteriores é que o alumínio ultrapassou o ferro. Obviamente, há que se considerar que o aço é uma liga composta basicamente por ferro. Somando-se os dois, o segundo lugar do alumínio perderia muito do seu brilho. Mas a comemoração que esse relatório gerou na indústria foca-se mais no distanciamento do alumínio em relação aos materiais que são seus concorrentes diretos, como ligas de magnésio e compósitos. Ou seja, o que vale mesmo nesta corrida não é tanto a aproximação do primeiro lugar, mas a folga em relação àqueles materiais que vêm no encalço do próprio alumínio. 30

31 2. Membros actuais da World Auto Steel Anshan Iron and Steel Group Corporation - China Arcelor Mittal - Luxembourg Baoshan Iron & Steel Co. Ltd. - China China Steel Corporation - Taiwan, China Hyundai-Steel Company - South Korea JFE Steel Corporation - Japan Kobe Steel, Ltd. - Japan Nippon Steel Corporation - Japan Nucor Corporation - USA POSCO - South Korea SeverStal - Russia/USA (Visit SeverStal JSC Visit SeverStal NA) Sumitomo Metal Industries, Ltd. - Japan Tata Steel - India, UK, Netherlands ThyssenKrupp Steel Europe AG - Germany USIMINAS - Brazil United States Steel Corporation - USA voestalpine Stahl GmbH - Austria 31

32 3. Para a composição deste relatório, recorremos a dois modelos automóveis actuais: O modelo Scion xb 2009 usa diferentes graus de elevada resistência do aço na composição da sua estrutura. (Fig.1) Figura 1: Estrutura do modelo Scion xb 2009 O modelo Mazda que é construído com cerca de o dobro de aço de alta resistência do que o modelo anterior. (Fig.2 ) Figura 2: estrutura do modelo Mazda

33 4. Nova técnica de fundição do Magnésio Num futuro bem próximo, os carros poderão ser muito mais leves mas muito mais resistentes do que os actuais! Isto porque os engenheiros australianos do Instituto de pesquisas CSIRO alcançaram avanços no processo de fundição do magnésio. A esta nova tecnologia foi dada o nome de T-Mag e permite a fundição de ligas de magnésio de alta integridade (sem porosidade ou outros defeitos) a partir de moldes permanentes e é muito mais económica. Esta tecnologia permite, por exemplo, a criação de blocos de magnésio para motores 33% mais leves que os de alumínio e com apenas um terço do peso do bloco de ferro fundido. Esta tecnologia não utiliza o método de fundição sob pressão o que aumenta significativamente o rendimento. Segundo o investigador Thang Nguyen A T-Mag utiliza apenas 3,7 kg de liga para produzir um fundido de 3,5 kg. Isso reduz a reciclagem, o uso de energia e economiza muito em custos de fusão. No método de fundição sob pressão consome-se cerca de 6 a 7 kg de metal para se produzir um fundido de 3,5 kg. Esta tecnologia provocará um uso massivo nos automóveis num futuro próximo tendo em conta a resistência do magnésio e o seu peso e o rendimento desta técnica. 33