Powder metallurgy tungsten alloys for aluminium die casting toolings

• Grant number: 23/04296-3
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: May 01, 2023
• End date: January 31, 2024
• Field of knowledge: Engineering - Materials and Metallurgical Engineering
• Principal Investigator: Francisco Giraldes Arieta Filho
• Grantee: Francisco Giraldes Arieta Filho
• Company: Brats Indústria e Comércio de Produtos Metálicos Especiais Ltda. - ME
• CNAE: Fabricação de produtos de metal não especificados anteriormente
• Associated research grant: 22/12100-9 - Powder metallurgy tungsten alloys for aluminium die casting toolings, AP.PIPE

Abstract

O mercado global de peças de alumínio fundidas sob pressão, estimado em U$ 77 bilhões em 2021, é esperado crescer à uma taxa média anual de 7.2% e atingir USD 144 bilhões em 2030 [1], com o setor de veículos automotivos sendo a força motriz deste aumento devido a busca continua das montadoras na redução de peso dos veículos e obtenção de uma melhor eficiência energética (veículos combustão interna, híbridos e elétricos). O Brasil é um polo muito importante dentro deste contexto devido ao expressivo número de montadoras internacionais já instaladas no pais assim como toda a cadeia produtiva envolvida , com destaque às ferramentarias e às fundições de elevada tecnologia existentes atendendo à fabricação de ferramentais e injetados de elevada qualidade e produtividade exigidos pelas montadoras. Porém, sabe-se também que a lucratividade dos processos de injeção de alumínio depende de inúmeros fatores sendo um dos mais importantes a vida útil e performance dos materiais utilizados nos ferramentais, que em sua grande maioria, são confeccionados com aços ferramenta similares a norma AISI H13 (e modificações). Mesmo assim e inerente ao processo de injeção de alumínio, ocorrerão defeitos superficiais indesejados nos ferramentais como as trincas térmicas, aderência de alumínio e erosão, os quais, dependendo de suas magnitudes, provocarão a interrupção precoce do processo para reparo e recuperação dos ferramentais causando assim um impacto deletério significativo no custo final das peças produzidas. As trincas térmicas são causadas pelo elevado gradiente térmico presente no processo de injeção que gera tensões térmicas tractivas expressivas na superfície do aços. Já a aderência é a formação de fases intermetálicas complexas (à base de Al-Fe-Si) causada pela facilidade do elemento ferro do aço se dissolver no alumínio liquido enquanto que a erosão, é causada pelo efeito das altas velocidades e pressões do alumínio líquido nos canais de entrada e buchas de injeção. Embora esses defeitos possam ser atenuados com a ajuda de simulações computacionais, novos aços e revestimentos superficiais , uso da manufatura aditiva etc, para minimizar de forma radical os defeitos citados somente através do uso de ligas de elevado teor de tungstênio como as ligas WHA (Tungsten Heavy Alloys) produzidas por metalurgia do pó via sinterização com fase liquida e que apresentam uma combinação única de elevadíssima condutividade térmica, baixíssima reatividade com o alumínio liquido e um coeficiente de expansão térmica linear muito inferior aos aços. Essas vantagens foram logo percebidas e desde o inicio dos anos 90 inúmeras ligas WHA foram produzidas com sucesso nos EUA e Europa para ferramentais de fundição de alumínio sob pressão. Porém, até o momento não existe a produção de ligas WHA no Brasil o que tem comprometido seriamente a fabricação dos ferramentais de alta performance junto às ferramentarias e fundições nacionais que são forçadas a importar essas ligas. Esta proposta de pesquisa tem como objetivo desenvolver, produzir e patentear no Brasil uma nova liga WHA para uso em ferramentais de fundição de alumínio com elevado nível de qualidade e propriedades iguais ou superiores as ligas comerciais disponíveis no mercado internacional. [1] Aluminum Die Casting Market (By Production Process: Pressure Die Casting and Others; and By Application: Transportation, Industrial, Building & Construction, Telecommunication, Consumer Durables, Energy, and Others) - Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, Regional Outlook, and Forecast 2021 - 2030 ; https://www.precedenceresearch.com/aluminum-die-casting-market. (AU)