Hoje nós trouxemos um pouco sobre um material que usamos nos processos de usinagem aqui em nosso espaço fabril, que é o Bronze. É um bom material para confecção de peças para usos específicos e a origem do uso desse material remontam aos períodos pré-históricos. Vamos saber um pouco mais? Vem com a Farquar Engenharia!
1. Definição de Bronze
O bronze é uma liga metálica que apresenta em sua composição básica os elementos cobre e estanho. O seu nome deriva do persa “biring”, que significa cobre. Existem diversos tipos de bronze que se diferenciam pela presença de outros componentes, como: zinco, alumínio, níquel, fósforo, antimônio e chumbo.
2. História do Bronze
O bronze nada mais é do que uma liga metálica em que seus elementos principais são o cobre e o estanho. O que muita gente não sabe é que sua composição pode variar, de acordo com sua utilidade e se forem adicionados novos elementos como o alumínio, fósforo, chumbo, silício e manganês, podendo ocorrer também variações de nomes, como bronze de alumínio, bronze manganês etc..
Para termos uma breve ideia de sua importância para a história da humanidade, este material vem sendo utilizado pela população desde a antiguidade. A história do bronze começa por volta do quinto milênio a.C., quando ferreiros misturaram estanho no cobre, que era o material mais utilizado na época, numa tentativa de aumentar o volume do metal, pois a utilização do cobre estava sendo considerada inviável devido à sua alta demanda.
A Era do Bronze ou Idade do Bronze, como ficou conhecida, acabou por suceder a Idade do Cobre, o que ocorreu aproximadamente entre 4000 a 1500 a.C.. Nos anos iniciais, o bronze era utilizado para confeccionar armas, como espadas, lanças e capacetes; para a produção de sinos de igrejas e; também para a confecção de joias, estátuas e máscaras. As civilizações antigas como a do Egito, da Grécia e da Babilônia foram as que mais se beneficiaram com o uso do bronze durante seu surgimento.
Com o passar dos anos, o bronze passou a ser utilizado como material para produzir as medalhas olímpicas, tradição que dura até hoje. Já nos dias atuais, além de servir para confeccionar as tão famosas medalhas olímpicas, o bronze é utilizado para fabricar instrumentos musicais, parafusos e rebites, estátuas, aparelhos de televisão, computadores, objetos de decoração, componentes de maquinários de indústrias têxtil, de papel e de química, válvulas, utensílios domésticos, sinos, moedas e equipamentos navais, devido à sua capacidade de resistir à corrosão.
3. Propriedades do Bronze
O bronze geralmente é um metal dourado duro e quebradiço. As propriedades dependem da composição específica da liga, bem como da forma como foi processada. Ao contrário do aço, projetar o bronze contra uma superfície dura não irá gerar faíscas. Isso torna o bronze útil para o metal usado em materiais inflamáveis ou explosivos.
4. Características Físicas do Bronze
O bronze é um conjunto de ligas metálicas que possui o cobre como elemento base. Como a intenção era obter um material com característica física superior às do cobre, foram acrescentados outros metais, proporcionando diferentes características:
- Altamente dúctil.
- Coloração dourada;
- Maleável;
- Bom condutor de calor e eletricidade;
- Alto ponto de fusão (900º C e 1000º);
- Derrete com facilidade;
- Grande resistência mecânica;
- Resistente à corrosão;
- Exibe baixa fricção contra outros metais.
- As ligas de bronze exibem a propriedade incomum de expandir uma pequena quantidade ao se solidificar de um líquido para um sólido.
- Frágil, mas menos do que ferro fundido.
- Após a exposição ao ar, o bronze oxida, mas apenas na sua camada externa.
5. Características Químicas do Bronze
O Bronze é o nome com o qual se denomina toda uma série de ligas metálicas que tem como base o cobre e proporções variáveis de outros elementos como Cobre (Cu), Estanho (Sn), Zinco (Zn), Chumbo (Pb), Ferro (Fe), Níquel (Ni), Antimônio (Sb) e Fósforo (P), metais que se caracterizam por sua dureza, dependendo da sua aplicação e das condições que será utilizado.
O processo de fabricação consiste em misturar um mineral de cobre (calcopirita, malaquita ou outro) com o estanho (cassiterita) em um alto-forno alimentado com carbono (carvão vegetal ou coque). O anidrido carbônico reduz os minerais a metais, o cobre e estanho se fundem e se ligam a percentual de estanho de 2 a 11%.
6. Características Mecânicas do Bronze
À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com a resistência mecânica, sem queda da ductilidade. Essas ligas podem, geralmente, ser trabalhado a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e escoamento, como está indicado na Tabela abaixo, pelas faixas representativas dos valores dessas propriedades.
As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que atua como desoxidante; nessas condições, os bronzes são chamados fosforosos. Nos teores de utilização usuais, dependendo das condições de resfriamento, a estrutura apresenta uma única fase (alfa), que corresponde a uma solução sólida de estanho em cobre.
Os bronzes possuem elevada resistência à corrosão, o que amplia o campo de seu emprego. Frequentemente adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de antifricção das ligas, além da usinabilidade.
O zinco é da mesma forma eventualmente adicionado, atuando como desoxidante em peças fundidas e para melhorar a resistência mecânica.
7. Ligas de Bronze
Quando unido ao estanho, o cobre tem resistência mecânica elevada e maior dureza sem, no entanto, perder sua capacidade de condução. As ligas de bronze têm maior dureza, alto ponto de fusão, maiores resistência à corrosão e à água do mar, bem como capacidade para suportar cargas estáticas muito altas e em baixa velocidade.
Atualmente, denomina-se bronze todas as ligas metálicas que têm como base o cobre e outros elementos como estanho, zinco, chumbo e fósforo. Como tem elevada resistência à fricção, o bronze é bastante utilizado em mancais e engrenagens. Com grande capacidade de solda e brasagem, ele tem inúmeras aplicações na indústria.
8. Principais Ligas do Bronze
As ligas de bronze utilizadas pelas grandes indústrias estão de acordo com as normas da ABNT, ASTM, BS, DIN, JIS, SAE, UNI e UNS. Dentre os mais diversos tipos de bronze encontradas no mercado, os mais utilizados são:
• BRONZE ALUMÍNIO: Apresenta ótima resistência à corrosão. O bronze SAE68B, indicado para fabricação de peças deslizantes – submetidas a cargas e choques extremamente altos – e às coroas mais solicitadas.
• BRONZE FOSFOROSO: Além de ser resistente à corrosão, ele possui diversos tipos para diferentes finalidades.
- O bronze SAE65 é o mais indicado para mancais, coroas, guias deslizantes e entre outros.
- Já o bronze SAE620 e o SAE62 são bronze utilizado em anéis de vedação, componentes de válvula, condensadores etc. e diferem apenas nas características mecânicas.
- Por outro lado, o bronze SAE64 possui excelentes propriedades como antifricção, estanque à pressão, resistente à abrasão e a corrosão. A aplicação é feita em buchas para prensas, sapatas, encostos e casquilhos de deslize.
- Diferente do bronze SAE660 utilizado para fins gerais, como em anéis, materiais hidráulicos e elementos de acoplamento.
- Os bronzes IBZ12 e IBZ14, que se diferenciam apenas nas características mecânicas, quando bem lubrificados apresentam excelente resistência ao desgaste, corrosão e à fadiga superficial, sendo aplicados em mancais, coroas e engrenagens, entre outros.
• LATÃO DE ALTA RESISTÊNCIA: Os bronzes SAE430A e SAE430B possuem propriedades para suportar cargas estáticas extremamente altas e em baixa velocidade, apresentam também excelente resistência à corrosão.
9. Normas de Padronização
• SAE: A sigla significa “Society of Automotive Engineers” – essa norma é a mais utilizada em todo o mundo para aços, como aços sem adição de elementos de liga, além dos que permanecem em sua composição no processo de fabricação e aços de baixa liga, tendo também os aços com baixas porcentagens de elementos de liga. A classificação SAE é baseada na composição química do aço.
• ASTM: Essa sigla significa “American Society for Testing and Materials” – Esse órgão estadunidense produz normas para diversas áreas da indústria, sendo muito usadas na padronização de materiais, como liga de aço, alumínio, polímeros e combustíveis. Além disso, produz normas que indicam procedimentos de análise.
• DIN: De “Deutsches Institut für Normung”, que em uma tradução livre seria “Instituto Alemão para Normatização” está muito presente no dia a dia das indústrias, é utilizada para padronizar o processo de fixação de parafusos, de porcas e de arruelas. Ela também é utilizada em outros materiais para fabricação de equipamentos e de produtos. São muitos os exemplos de produtos fabricados sob a norma DIN: ferramentas, automóveis, máquinas pesadas, brinquedos, capacetes e muitos outros.
• ABNT: ABNT é a sigla de Associação Brasileira de Normas Técnicas, que se destina a padronizar as técnicas de produção feitas no país. A normalização técnica dos produtos científicos e tecnológicos documentais é fundamental para a total e ampla compreensão e identificação destes.
• JIS: São os padrões usados para atividades industriais no Japão, coordenados pelo Comitê de Padrões Industriais do Japão (JISC) e publicados pela Associação Japonesa de Padrões (JSA).
• BSI – BS (“British Standard Institution”): Norma de origem inglesa voltada para a gestão da saúde e segurança ocupacional, tendo como objetivo implantar de um sistema eficaz de gerenciamento das questões relacionadas à prevenção de acidentes e doenças ocupacionais.
• UNI: Por quase 100 anos, o UNI – Organismo de Normalização Italiano desenvolve e publica documentos regulamentares voluntários (padrões UNI, especificações técnicas, relatórios técnicos e práticas de referência) em todos os setores industrial, comercial e terciário.
• UNS: É a norma com um sistema de designação de liga amplamente aceito na América do Norte. Cada número UNS refere-se a um metal ou liga específica e define sua composição química específica ou, em alguns casos, uma propriedade mecânica ou física específica. Um número UNS por si só não constitui uma especificação completa do material porque não estabelece requisitos para propriedades do material, tratamento térmico, forma ou qualidade.
10. Referências Bibliográficas
CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES NA ENGENHARIA ELÉTRICA. Prata, Bronze, Estanho, 2020. Disponível em:<https://www.eecis.udel.edu/~portnoi/academic/academic-files/estanho-prata-bronze.html>. Acesso em: 10 de abril de 2020.
LIGAS DE BRONZE. Italbronze, 2020. Disponível em:<https://www.italbronze.com.br/pt/ligas-de-bronze/>. Acesso em: 10 de abril de 2020.
LIGAS DE BRONZE. Coppermetal, 2020. Disponível em:<https://www.coppermetal.com.br/ligas-de-bronze.html>. Acesso em: 10 de abril de 2020.
PRINCIPAIS LIFAS, FORMATOS, CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DO BRONZE. Shockmetais, 2020. Disponível em: <https://shockmetais.com.br/tabelas/bronze/plig>. Acesso em: 10 de abril de 2020.