LIGAS REFRATÁRIAS
As ligas refratárias são ligas metálicas não ferrosas, projetadas para suportar condições extremas de alta temperatura, pressão e desgaste, sem perder suas propriedades mecânicas ou sofrer deformações significativas. Essas ligas são compostas, geralmente, por metais de ponto de fusão elevado (todos acima de 2000°C) como tungstênio, molibdênio, nióbio e tântalo.
A obtenção da liga refratária varia de acordo com o metal utilizado. A seguir estão representados de forma simplificada os processos de obtenção do Tântalo (Ta), Nióbio (Nb), Tungstênio (W) e Molibdênio (Mo).
TÂNTALO
Processo de obtenção do tântalo
NIÓBIO
Processo de obtenção do nióbio
TUNGSTÊNIO
Processo de obtenção do tungstênio
MOLIBIDÊNIO
Processo de obtenção do molibdênio
Principal forma de refino para as ligas refratárias:
O metal bruto pode conter pequenas quantidades de impurezas, que são removidas por fusão zonal. O refino por fusão zonal é realizado em um ambiente controlado, geralmente em equipamentos especializados conhecidos como fornos de fusão zonal. Esses equipamentos são projetados para gerar uma zona de fusão localizada que se move lentamente ao longo da barra do metal. A zona de fusão é criada localmente e movida lentamente ao longo da barra. À medida que a zona avança, o metal derrete e solidifica novamente, enquanto as impurezas se movem com a zona fundida para uma das extremidades da barra, refinado o material em cada passagem.
Durante o refino, o metal (molibdênio, tântalo, nióbio ou tungstênio) é fundido em atmosfera controlada para alcançar uma pureza de 99,99%.
Processo de fabricação por metalurgia do pó:
Metais refratários como molibdênio, tântalo, nióbio e tungstênio possuem pontos de fusão extremamente elevados, o que torna o processo de fundição convencional (como a fusão em fornos) tecnicamente desafiador, caro e, em alguns casos, inviável. Por isso, esses metais geralmente não são fundidos para a fabricação de lingotes de maneira convencional. Em vez disso, eles passam frequentemente pelo processo de Metalurgia do pó.
A metalurgia do pó é um processo de fabricação que produz peças metálicas através da compactação de pó-metálico seguida da sinterização. O processo consiste em compactar e/ou modelar a mistura e aquecê-la (etapa chamada de sinterização), com o objetivo de gerar continuidade de matéria entre as partículas e melhorar a resistência. A característica específica do processo é que a temperatura permanece abaixo da temperatura de fusão do elemento constituinte principal (material-base), em atmosfera controlada, provocando difusões atômicas que farão com que as propriedades mecânicas da peça se aproximem das adquiridas através de outras tecnologias mais disseminadas.
As ligas refratárias podem apresentar as seguintes características:
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Condutividade térmica e elétrica
Grande eficiência na transferência de calor e condução elétrica, especialmente o molibdênio e tungstênio.
Densidade
Principalmente o tungstênio, com a maior densidade entre os metais, útil em aplicações que requerem materiais pesados e resistentes.
Resistência ao desgaste
Excelente desempenho em ambientes onde ocorre atrito ouabrasão.
Biocompatibilidade
O tântalo é amplamente usado em implantes médicos por ser inerte ao organismo humano.
Baixa expansão térmica
Mesmo em altas temperaturas, as ligas refratárias possuem uma baixa expansão térmica, não alterando de forma significativa sua estrutura.
Resistência ao calor
Suportam temperaturas extremas, acima de 2000°C, sem perder suas propriedades mecânicas, como rigidez, resistência mecânica e à deformação.
Resistência à corrosão
Resistência superior em ambientes químicos agressivos, como ácidos fortes, particularmente o tântalo e o nióbio.
Resistência à radiação
O nióbio e molibdênio podem ser usados em ambientes de alta radiação, como reatores nucleares, devido à sua estabilidade estrutural.
ONDE SOU USADO?
Molibdênio: Forno Mufla
para altas temperaturas
Alta resistência ao calor, boa condutividade
térmica e elétrica
São usados para aquecer materiais a temperaturas elevadas, controlando a atmosfera interna, em processos industriais, cerâmicos e laboratoriais.
Tungstênio: Garganta do foguete
Elevada densidade e alta resistência ao calor
A garganta do foguete acelera os gases quentes da combustão, criando impulso para movimentar o foguete.
Molibdênio e/ou Nióbio: Tubos de combustível para reatores nucleares
Resistência a radiação e alta resistência à corrosão
Armazenam o combustível radioativo de forma segura, permitindo que reações nucleares ocorram controladamente para gerar energia.
Tungstênio: Lâmina de estilete
Resistência ao desgaste e abrasão e elevada densidade
As lâminas para estilete de tungstênio são utilizadas para cortes precisos e duráveis em materiais duros, como metais e cerâmicas.
VOCÊ SABIA?
I – Qual país possui a maior reserva de Nióbio?
II - Qual o material responsável por iluminar o maior número de casas em todo o mundo?
III – Quando as ligas refratárias passaram a ser usadas?
IV – Qual foi uma das maiores dificuldades para a produção de ligas refratárias?
O tungstênio em filamentos metálicos de lâmpadas é o mais usado mundialmente.
O Brasil possui mais de 90% das reservas mundiais desse metal, com a maior reserva de Nióbio localizada na cidade de Araxá-MG.
Na era espacial, que ocorreu durante os anos de 1960 e 1970, fez com que as ligas refratárias começassem a ser amplamente utilizadas no desenvolvimento de componentes de foguetes e naves espaciais.
O elevado ponto de fusão dos metais refratários gerou, principalmente durante o século XX, desafios na produção em larga escala de ligas refratárias, obrigando o desenvolvimento de novos métodos. Ainda hoje esse aspecto gera certos desafios na produção de ligas refratárias.
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