Por que o alumínio forjado é melhor do que o metal fundido?

O alumínio forjado está entre os materiais mais confiáveis na prática da engenharia contemporânea. Ele é formado pela prensagem de alumínio sólido com uma grande quantidade de calor e pressão. Isso altera a estrutura interna do metal e o torna mais forte e resistente do que o alumínio fundido. Por esse motivo, os setores que exigem segurança e durabilidade usam o alumínio forjado. O alumínio em si já é classificado como leve, resistente à corrosão e versátil. Ele está presente em veículos, aeronaves, edifícios, eletrônicos e até mesmo em ferramentas comuns. No entanto, nem tudo que é feito de alumínio é igual. O desempenho do metal é diretamente afetado pela forma como o metal é formado.

O alumínio é derretido e despejado em moldes quando é fundido. Isso pode causar falhas, como bolhas de ar e furos. O forjamento elimina esses problemas. Em vez de derreter, o alumínio é pressionado na forma, de modo que o grão é forçado a se conformar ao projeto da peça. Isso resulta em um material muito potente e homogêneo.

O alumínio forjado tornou-se popular agora que os setores estão mudando para soluções mais leves, mais seguras e mais eficientes. Este documento nos explica por que ele é melhor do que o metal fundido, o processo envolvido no forjamento de metais, onde ele é aplicado e o futuro do forjamento de alumínio.

O que é alumínio forjado?

O alumínio forjado é feito pressionando-se alumínio sólido sob alta pressão. O metal não é derretido completamente como na fundição. Em vez disso, ele é aquecido até ficar macio e maleável. Depois de amolecido, o alumínio é estampado ou batido no formato desejado por meio de máquinas de forjamento pesadas. Esse estresse achata o metal e também aperfeiçoa seus grãos internos. O grão é orientado na direção da forma e contribui para aumentar a resistência e a tenacidade da peça. Essa estrutura fina também elimina vários defeitos presentes no alumínio fundido, inclusive poros ou rachaduras. Consequentemente, o alumínio forjado é mais seguro, mais durável e mais forte.

Como funciona uma forja de alumínio?

O forjamento é feito em uma forja de alumínio. Há algumas etapas envolvidas no processo:

• Aquecimento - O tarugo de alumínio é aquecido até ficar macio, mas sem derreter.
• Modelagem - O tarugo quente é colocado em uma prensa/martelo de forjamento. A forma necessária é causada pela alta pressão.
• Resfriamento - O forçamento permite que a peça forjada seja resfriada de forma controlada para manter sua resistência.
• Acabamento - Usinagem adicional ou tratamento térmico podem ser feitos para proporcionar precisão.

Esse processo resulta em uma porção espessa, sólida e homogênea. Ela não apresenta pontos fracos ou bolhas de ar como na fundição.

Benefícios do alumínio forjado

O metal fundido e outros materiais não podem fazer o que o alumínio forjado pode fazer. Ele se tornou a ferramenta preferida nos setores em que não podemos nos dar ao luxo de comprometer o desempenho e a segurança.

Resistência superior

O alumínio forjado é muito resistente, e esse é um dos principais benefícios do alumínio forjado. A estrutura de grãos do metal é refinada por meio do processo de forjamento. A resistência à tração e à fadiga é aprimorada por esse alinhamento. Os componentes falsos podem suportar cargas pesadas, bem como tensões e deformações repetidamente sem falhar. Isso também os posiciona muito bem em atividades de alto desempenho, como trem de pouso de aviões, sistemas de suspensão e maquinário industrial.

Leve, mas resistente

O alumínio é inerentemente mais leve que o aço, e o forjamento é ainda mais profundo. O alumínio forjado é muito forte em relação ao seu peso. Isso permite que os engenheiros garantam a fabricação de máquinas e veículos mais leves que ainda sejam seguros e resistentes. A perda de peso torna os carros e aviões mais econômicos em termos de combustível, mas também lhes confere durabilidade.

Aumento da resistência à fadiga

As peças fundidas se desgastam muito mais do que o alumínio forjado. A fadiga é uma condição em que uma peça se desgasta devido a vários ciclos de estresse. Devido à fraca estrutura de grãos, as peças fundidas tendem a rachar. O alumínio forjado não racha facilmente e, portanto, as peças feitas com esse material sobreviverão por muito tempo nas mãos de quem as utiliza.

Estrutura de grãos uniforme

O processo de forjamento é usado para combinar o formato da peça com o grão do metal. Essa granulação homogênea torna o metal cada vez mais difícil de ser golpeado. Ao contrário, a fundição produz estruturas de grãos arbitrárias que criam posições fracas.

Segurança e confiabilidade

A segurança é a primeira prioridade em setores de alta pressão, como o aeroespacial, o automotivo e o de defesa. O alumínio forjado é confiável, pois fornece potência, dureza e estabilidade ao longo do tempo, mesmo em circunstâncias extremas.

Usos do forjamento de alumínio

O forjamento de alumínio causou uma boa impressão no mundo, onde são necessárias peças leves, potentes e resistentes. Acredita-se que as peças de alumínio forjado sejam seguras e, portanto, são comumente confiadas em aplicações críticas relacionadas à segurança.

Setor automotivo

Os automóveis modernos estão envolvidos em alumínio fraudulento. Uma aplicação muito comum é em rodas. Em comparação com as rodas fundidas, as rodas forjadas são mais leves, mais duráveis e mais seguras. Esse tipo de perda de peso melhora a capacidade de manobra e a eficiência de combustível. As peças de suspensão são outro uso importante que deve resistir a cargas pesadas, impactos e vibrações na estrada. O alumínio usado é forjado, portanto, não sofre estresse. Além disso, a maioria das peças do motor, incluindo bielas e pistões, é forjada. Essas seções podem suportar alta pressão e temperaturas quentes com longa durabilidade. Em resumo, o alumínio forjado melhora o desempenho e a segurança do automóvel.

Indústria aeroespacial

As aeronaves exigem componentes que sejam leves e resistentes. O alumínio forjado se encaixa nessa especificação. Isso se aplica aos trens de pouso, que devem suportar altos níveis de impacto durante o pouso e a decolagem. Também ocorre nas estruturas das asas, onde a eficiência depende da leveza. As peças de alumínio forjado lidam com pressão, calor e vibração nos motores das aeronaves. A falha não é uma opção no voo; é por isso que o setor aeroespacial depende do forjamento.

Militar e Defesa

As aplicações de defesa exigem alumínio forjado. As peças forjadas de tanques, aeronaves e navios de guerra precisam suportar as condições extremas de combate. O forjamento garante o máximo de resistência, força e confiabilidade, mesmo nas condições mais extenuantes.

Maquinário industrial

Os principais equipamentos geralmente são operados a plena carga. Os produtos de alumínio forjado são resistentes ao desgaste e minimizam o tempo de inatividade. Isso os torna soluções econômicas e de longo prazo para os fabricantes.

Esportes e estilo de vida

Os itens esportivos e de estilo de vida também usam alumínio forjado. Os componentes forjados são usados para fabricar bicicletas de alta qualidade, equipamentos de escalada e equipamentos esportivos. Esses objetos precisam ser leves e duráveis por um longo período de tempo, e é por isso que o forjamento é o melhor método.

O motivo pelo qual as indústrias usam o forjamento em vez da fundição?

O forjamento é a opção do setor em relação à fundição porque é confiável e seguro. Durante o processo de resfriamento, é provável que o alumínio fundido apresente defeitos. Problemas como porosidade, encolhimento e estrutura de grão ruim formam pontos fracos no material. Essas fraquezas aumentam a possibilidade de uma peça fundida rachar ou quebrar devido ao estresse.

O alumínio forjado não apresenta esses problemas. O forjamento permite que o metal seja compactado, que os grãos sejam refinados e que as áreas internas do metal sejam removidas. Isso cria uma seção mais dura e mais espessa que é mais resistente à fadiga. Por exemplo, as rodas forjadas podem sofrer um golpe instantâneo e um grande peso sem quebrar, enquanto as rodas fundidas podem entortar ou quebrar quando o mesmo acontece.

A distinção é literalmente uma questão de vida ou morte em setores críticos, como o aeroespacial, o automotivo e o de defesa. Equipamentos militares, braços de suspensão e trens de pouso de aeronaves não podem resistir a uma falha repentina. Por esse motivo, os fabricantes preferem o forjamento. Ele fornece a potência, a dureza e a confiabilidade que não podem ser encontradas na fundição.

Problemas de forjamento de alumínio

Apesar do fato de o forjamento proporcionar melhor desempenho, ele está associado a algumas dificuldades. Essas dificuldades são o aumento dos preços, as restrições de projeto e o aumento do tempo de produção.

Custo mais alto

Os sistemas de ferramentas, as prensas pesadas e os fornos são necessários para forjar. Essas máquinas consomem muita energia e precisam de operadores qualificados. Consequentemente, o início do forjamento é mais caro do que o da fundição. Isso pode ser uma desvantagem para produtos de baixo valor ou de baixo orçamento.

Formas complexas

A vantagem da fundição é que também seria possível fundir alumínio derretido em formas detalhadas. O forjamento, por sua vez, forma metal sólido sob pressão, o que cria uma limitação no projeto. Essas invenções reduzem o desperdício, melhoram a qualidade e fazem mais do que o alumínio forjado.

Produção mais lenta

O forjamento não é tão rápido quanto a fundição. Cada seção precisa ser aquecida, prensada, resfriada e refinada separadamente. A fundição de produção de alto volume permite a produção de vários componentes simultaneamente e, portanto, é mais rápida.

Por que o forjamento ainda vence

No entanto, o alumínio forjado é o material preferido nos setores aeroespacial, automotivo, de defesa e de maquinário pesado. Os custos ou a velocidade não são de grande importância nesses setores, mas sim a segurança e a durabilidade. O alumínio forjado pode ser confiável o suficiente para justificar o investimento adicional.

Desenvolvimento no forjamento de alumínio

A tecnologia atual está transformando o forjamento de alumínio em um processo mais eficiente e preciso. A usinagem CNC proporciona a precisão das dimensões e a qualidade da superfície.

Simulação de computador

O fluxo de grãos, os pontos de tensão e a conduta do material podem agora ser previstos com ferramentas de simulação durante o forjamento. Esse método de fortalecimento melhora a resistência, o acabamento da superfície e a dureza. É gerado menos desperdício, o que economiza material e custos.

Integração de usinagem CNC

Muitas das peças precisam de mais acabamento após o forjamento. O forjamento com pré-formas de alumínio impressas em 3D é uma inovação disponível. As pré-formas de alumínio impressas em 3D podem ser forjadas para torná-las mais fortes e mais densas. O CNC acoplado ao forjamento permite que os fabricantes produzam componentes complicados de altíssima qualidade e consistência.

Métodos de forjamento híbrido

Outros fabricantes não separam o forjamento e não usam outros métodos de fabricação, como usinagem ou tratamento térmico. À medida que a tecnologia continua a se desenvolver, o forjamento de alumínio continuará a ser um componente vital nos setores automotivo, aeroespacial e industrial. Ele também permite a produção de componentes com recursos de nicho nos setores de alta tecnologia.

Impressão 3D e forjamento

Isso torna o alumínio forjado uma alternativa para outros setores que desejam reduzir as pegadas de carbono. O processo permite a fabricação de formas quase líquidas que são leves e resistentes.

Expandindo o futuro

Esses desenvolvimentos reduzem o custo de produção e dão acesso a novas opções de design. 

Impacto ambiental

O alumínio forjado também é verde. Veja por quê:

• Durabilidade - Quanto mais tempo durar, menor será o número de substituições.
• Reciclabilidade - O alumínio pode ser reciclado indefinidamente sem degradação.
• Conservação de energia - A forja de alumínio reciclado economiza energia em comparação com a mineração de material novo.

São coisas prejudiciais à saúde que enfraquecem e desestabilizam.

Alumínio forjado em comparação com outros

Alumínio forjado vs. alumínio fundido

Alumínio fundido é mais barato e mais fraco. Ele tem pequenas bolhas de ar e defeitos de resfriamento. Isso faz com que o alumínio seja mais popular nessas situações de alta tensão, e o magnésio é, de fato, usado de forma significativa quando seu principal objetivo é reduzir o peso. O alumínio forjado é moldado por pressão. O grão se move de acordo com a forma, tornando-o mais duro e mais pesado. O alumínio forjado é sempre superior no caso de componentes críticos para a segurança.

Alumínio forjado vs. aço

O aço é mais potente que o alumínio e é muito mais pesado. Esse aumento de peso diminui a eficiência do combustível do carro e do avião. No entanto, o alumínio forjado ainda é popular devido à sua relação custo-força-sustentabilidade. Ele nunca será igual ao aço em termos de resistência pura, mas oferece uma boa dose de resistência com uma fração do peso. É por isso que os setores aeroespacial e automotivo tendem a usar alumínio forjado em vez de aço.

Alumínio forjado vs. titânio

O titânio é um metal muito resistente e não corrosivo. Mas também é caro e mais difícil de processar. O alumínio, que foi forjado, é mais barato e pode ser moldado facilmente. O titânio não é totalmente substituído pelo alumínio, mas no setor aeroespacial e de defesa seu uso é restrito a peças que precisam de resistência, mas não de muita massa e, portanto, é melhor substituí-lo pelo alumínio.

Alumínio forjado vs. magnésio

O magnésio é mais barato que o alumínio e não é tão forte. Ele é facilmente corroído e tem baixa resistência à fadiga. O alumínio pode ser forjado para oferecer mais resistência e vida útil. A fabricação pode ser mais potente e mais característica do que o alumínio fundido, que contém defeitos como porosidade e não uniformidade na estrutura do grão.

Alumínio forjado vs. fibra de carbono

A fibra de carbono é extremamente leve e muito potente. Mas é muito cara de fabricar e difícil de consertar. O alumínio forjado é mais barato, mais simples de usinar e pode ser reciclado. A fibra de carbono foi selecionada com base no desempenho em setores específicos. A resistência à leveza e a longevidade do forjamento de alumínio impulsionarão o setor de forjamento de alumínio no futuro.

O futuro do forjamento de alumínio

A combinação de forjamento e impressão 3D proporcionou novas oportunidades e permitiu a produção de designs mais leves e resistentes. Essa demanda está sendo influenciada por várias tendências em todo o mundo.

O primeiro motivo é a mudança para veículos elétricos (EVs) em um ritmo impressionante. Os EVs precisarão de componentes que mantenham o peso total do veículo baixo sem afetar sua segurança. Isso é atendido pelo alumínio forjado, que pode oferecer uma alta relação entre resistência e peso. Forjar é o processo de combinar o fluxo de grãos com o formato da peça por meio de calor e pressão controlados para formar peças que possam suportar peso pesado, estresse repetitivo e condições desfavoráveis. Peças forjadas, como rodas e braços de suspensão, e caixas de bateria terão um papel mais importante à medida que a adoção de veículos elétricos aumentar.

Há também o crescimento do setor aeroespacial. As companhias aéreas estão fazendo um número maior de pedidos de aeronaves para atender ao aumento de passageiros, e os programas de defesa exigem que as aeronaves sejam caças avançados e drones. O alumínio forjado é o principal ingrediente desse setor, pois o trem de pouso, as estruturas das asas e as peças do motor precisam ser extremamente resistentes, mas extremamente leves.

Outra camada de demanda são os gastos militares e de defesa adicionais. Tanques, veículos blindados, navios e aeronaves fabricados no mundo moderno exigem materiais que sejam resistentes a condições extremas de combate. O alumínio forjado oferece a estabilidade e a resistência necessárias nessas circunstâncias.

Conclusão

Alumínio forjado é um dos componentes mais confiáveis do mundo moderno da manufatura. É por isso que o alumínio forjado deve ser empregado nos setores que consideram a segurança e o desempenho os mais importantes. As aplicações automotivas de rodas forjadas, sistemas de suspensão, peças de motor, etc. incluem componentes que melhoram o consumo de combustível e a estabilidade dos motoristas.

Ele formará a base da engenharia e da inovação do futuro, pois não há nada mais potente, seguro e durável. A combinação de impressão 3D e forjamento proporcionou novas oportunidades, e hoje podemos fabricar projetos mais leves e mais potentes. Espera-se que o trem de pouso forjado, as estruturas das asas e as peças da turbina usadas no setor aeroespacial sobrevivam sob forças extremas. O setor de defesa é outro que exige alumínio forjado em tanques, aeronaves e sistemas navais, e a falha não é uma opção.

Atualmente, o forjamento custa mais caro e leva mais tempo do que a fundição, mas os avanços na tecnologia, incluindo simulações de computador, usinagem CNC e fabricação híbrida, estão tornando o procedimento mais eficiente. Ele forma a base da próxima geração de engenharia e inovação, já que ninguém pode igualar sua combinação de potência, segurança e durabilidade. O alumínio forjado continuará sendo uma commodity importante à medida que os setores em todo o mundo mudam. A razão pela qual a engenharia e a inovação têm um futuro promissor é o fato de que a resistência, a segurança e a durabilidade não podem ser equiparadas.