Nenhuma substância foi tão importante como o metal na história do controle do homem de seu ambiente. Avanços na agricultura, a guerra, o transporte, até mesmo a culinária são impossíveis sem metal. Então, o metal é a peça-chave de toda a Revolução Industrial, desde o vapor até a eletricidade. É a metalurgia que torna possível a existência de máquinas, equipamentos, veículos de transporte e bens de consumo. A metalomecânica envolve, ainda, a aplicação prática dos metais.

Processo de soldagem em metal mecânica

Processo de soldagem em metal mecânica

Os processos de metal mecânica incluem usinagem, soldagem, deformação plástica e fundição. Engloba ainda o estudo das propriedades dos materiais utilizados, o seu projeto e seleção, e ainda de fenômenos de resistência destes como a fadiga, a fluência ou o atrito.

Pré-história

Desde o início dos tempos, os metais atraem a atenção do homem não apenas por seu aspecto e valor, mas também por sua capacidade de se transformar em qualquer outro objeto que a mente humana imaginar. Por volta do ano 7000 aC, algumas comunidades neolíticas começar a martelar o cobre bruto na forma de facas e foices e perceberam que ele oferecia uma enorme durabilidade e resistência.

Um segredo da natureza revelado acabou por iniciar a tradição da metalurgia: com o fogo, os metais podiam ser moldados em um novo formato e, quando frios, estavam solidificados novamente. O uso do fogo, portanto, tornou possíveis dois novos passos significativos no desenvolvimento da metalurgia: a fundição de metal, vertendo-a em moldes preparados, e da fundição de minérios para extrair metal. Objetos feitos de cobre fundido, datando de 3800 aC, foram encontrados no Irã. Outra inovação feita pelos homens da Idade do Bronze foi a da fundição: dois ou mais metais juntos – formando uma liga metálica – tinham mais durabilidade e confiabilidade do que um sozinho.

Fundição de metais em metal mecânica

Fundição de metais em metal mecânica

Metalurgia extrativa

Os minérios se encontram na superfície da terra, em afloramentos de rocha. Com a exploração abaixo da superfície, desenvolveu-se um novo caminho para a metalurgia, com o apoio da mineração. Metalurgia extrativa é a remoção de metais valiosos a partir de um minério e refino dos metais extraídos brutos em uma forma mais pura. A fim de converter um metal óxido ou sulfureto de um metal puro, o minério deve ser reduzido fisicamente, quimicamente ou eletroliticamente. Após a extração, grandes pedaços do minério são quebrados por meio da trituração e/ou moagem, com o objetivo de obter partículas suficientemente pequenas em que cada partícula.

Ligas de metal

As ligas metálicas mais comuns são o alumínio, cobre, ferro, magnésio, níquel, zinco, crômio e titânio. Aços de carbono simples e ferros fundidos são usados em aplicações de baixo custo e alta resistência, ou seja, são pesados e podem sofrer corrosão. Já aço inoxidável e aço galvanizado são utilizados em produtos em que é imprescindível a resistência à ferrugem e ao desgaste.

As ligas de magnésio e alumínio apresentam, como característica, leveza e resistência, enquanto as ligas de cobre-níquel são ideais para ambientes em que a corrosão é intensa e em aplicações não-magnéticas. Ligas à base de níquel, como Inconel, resistem a altas temperaturas, como em turbocompressores, vasos de pressão e trocadores de calor. Nessa situação, ligas de cristal único são indicadas para reduzir a deformação do material.

Laminação a frio em metal mecânica

Laminação a frio em metal mecânica

Tratamentos térmicos

Os metais podem receber tratamento térmico para alterar as características de resistência, ductilidade, tenacidade, dureza ou resistência à corrosão. Processos de tratamento de calor comuns incluem recozimento, fortalecimento precipitação, têmpera e revenimento. O recozimento amacia o metal por meio do aquecimento, e, em seguida, permitindo-o arrefecer muito lentamente, o que tira as tensões no metal e faz com que o metal fique “macio” e se dobre ao invés de quebrar quando receber pressão. Ou seja, ele fica mais fácil de trabalhar. Extinção, ou quenching, é o processo de resfriamento de um aço carbono muito rapidamente depois de ele ser aquecido. Ao “congelar” as moléculas do aço, o metal fica mais duro.

Há um equilíbrio entre a dureza e a resistência em qualquer aço: os mais duros são menos resistentes e os mais resistentes são menos duros. Temperar alivia tensões no metal causadas pelo processo de endurecimento. A têmpera torna o metal menos duro e mais resistente a impactos sem quebrar. Muitas vezes, os tratamentos mecânicos e térmicos são combinados na técnica de tratamento termomecânico, para melhorar as propriedades de processamento e eficiência dos materiais, especialmente nos aços especiais de alta liga, super ligas e ligas de titânio.

Usinagem em metal mecânica

Usinagem em metal mecânica

Processos de metalurgia

A metalurgia lida com a produção de componentes metálicos para a engenharia de produtos e para o consumo. A produção de ligas, a modelagem, o tratamento térmico e o tratamento de superfície do metal são processos de metal mecânica. O engenheiro metalúrgico ou de produção tem como atribuição atingir o equilíbrio entre as propriedades do material, tais como peso, durabilidade, resistência, custo, dureza , corrosão e performance em condições extremas de temperatura.

Dessa forma, o ambiente operacional deve ser levado em conta. Num ambiente de água salgada, metais ferrosos e certas ligas de alumínio rapidamente sofrem corrosão. Já os metais expostos ao frio podem suportar uma transição de duro para frágil e perder sua resistência, tornando-se mais vulneráveis a rachaduras. Metais que recebem cargas cíclicas contínua podem sofrer de fadiga do metal, da mesma maneira que metais sob constante estresse a temperaturas elevadas podem ceder.

Os metais são moldados pelos seguintes processos:

Usinagem – tornos, fresadoras e brocas cortam o metal frio para moldar.

Fundição – metal fundido é vertido para uma forma de molde.

Forja – aquecimento do metal pelo ferreiro para ser martelado na forma desejada.

Circulante – um lingote é passado através de rolos sucessivamente mais estreitos para criar uma folha.

Revestimento a laser – pó metálico é soprado através de um laser de feixe móvel (por exemplo, montado sobre uma máquina de eixo NC 5). O metal resultante derretido atinge um substrato a partir de uma piscina de fusão. Ao mover a cabeça do laser, é possível empilhar as faixas e construir-se um pedaço tridimensional.

Extrusão – metal quente e maleável é forçado sob pressão através de uma matriz , que molda o material antes que ele fique frio.

Sinterização – metal em pó é aquecido num ambiente não oxidante depois de ter sido comprimido em uma fieira.

Fabricação – folhas de metal são cortadas com guilhotinas ou cortadores a gás e dobrados e soldados em forma estrutural.

Laminação a frio – a forma do produto é alterada por laminação ou outros processos enquanto o produto está a frio, com o objetivo de aumentar a resistência do produto por um processo chamado de encruamento. Encruamento cria defeitos microscópicos no metal, que resistem a outras alterações de forma.

Na indústria, existem várias formas de fundição, como areia de fundição, processo de cera perdida e lingotamento contínuo.