Lingote

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Lingote de alumínio após a ejeção do molde
Derramando ouro derretido em um molde na Mina de Ouro La Luz em Siuna , Nicarágua , por volta de 1959.

Um lingote é um pedaço de material relativamente puro, geralmente metal , que é moldado em uma forma adequada para processamento posterior. [1] Na siderurgia , é o primeiro passo entre os produtos semi-acabados de fundição . Os lingotes geralmente requerem um segundo procedimento de modelagem, como trabalho a frio/quente, corte ou fresagem para produzir um produto final útil. Materiais não metálicos e semicondutores preparados a granel também podem ser chamados de lingotes, particularmente quando fundidos por métodos baseados em moldes. [2] Os lingotes de metais preciosos podem ser usados ​​como moeda (com ou sem ser transformado em outras formas), ou como reserva de moeda, como as barras de ouro .

Tipos

Os lingotes são geralmente feitos de metal, puro ou liga, aquecidos além de seu ponto de fusão e fundidos em uma barra ou bloco usando um método de resfriamento de molde.

Um caso especial são os lingotes policristalinos ou monocristalinos feitos por extração de uma massa fundida.

Monocristal

Lingotes de cristal único (chamados boules ) de materiais são cultivados (crescimento de cristal) usando métodos como o processo de Czochralski ou a técnica de Bridgeman .

As bolas podem ser semicondutoras (por exemplo , pastilhas de chip eletrônico , células fotovoltaicas ) ou compostos inorgânicos não condutores para uso industrial e joalheiro (por exemplo, rubi sintético, safira).

Os lingotes de cristal único de metal são produzidos de forma semelhante à usada para produzir lingotes semicondutores de alta pureza, [3] ou seja, por refinação por indução a vácuo. Os lingotes de cristal único de metais de engenharia são de interesse devido à sua resistência muito alta devido à falta de contornos de grão . O método de produção é por dendrito de cristal único e não por fundição simples. Os usos possíveis incluem pás de turbina .

Ligas de cobre

Nos Estados Unidos, a indústria de fabricação de lingotes de latão e bronze começou no início do século XIX. A indústria de latão dos EUA cresceu para ser o produtor número um na década de 1850. [4] Durante os tempos coloniais, as indústrias de latão e bronze eram quase inexistentes porque os britânicos exigiam que todo o minério de cobre fosse enviado para a Grã-Bretanha para processamento. [5] Os lingotes de liga à base de cobre pesavam aproximadamente 20 libras (9,1 kg). [6] [7]

Fabricação

Estrutura cristalina do lingote de molde

Os lingotes são fabricados pelo resfriamento de um líquido fundido (conhecido como fundido) em um molde. A fabricação de lingotes tem vários objetivos.

Em primeiro lugar, o molde é projetado para solidificar completamente e formar uma estrutura de grãos adequada necessária para o processamento posterior, pois a estrutura formada pelo resfriamento do fundido controla as propriedades físicas do material.

Em segundo lugar, a forma e o tamanho do molde são projetados para facilitar o manuseio do lingote e o processamento posterior. Finalmente, o molde é projetado para minimizar o desperdício do fundido e auxiliar na ejeção do lingote, pois a perda do fundido ou do lingote aumenta os custos de fabricação dos produtos acabados.

Existe uma variedade de designs para o molde, que podem ser selecionados de acordo com as propriedades físicas do líquido fundido e o processo de solidificação. Os moldes podem existir no vazamento superior, horizontal ou de baixo para cima e podem ser canelados ou de parede plana. O design canelado aumenta a transferência de calor devido a uma área de contato maior. Os moldes podem ser sólidos "maciços", fundidos em areia (por exemplo, para ferro gusa) ou invólucros resfriados a água, dependendo dos requisitos de transferência de calor. Os moldes de lingotes são afunilados para evitar a formação de trincas devido ao resfriamento desigual. Uma rachadura ou formação de vazios ocorre quando a transição de líquido para sólido tem uma mudança de volume associada para uma massa constante de material. A formação desses defeitos no lingote pode tornar o lingote fundido inútil e pode precisar ser re-fundido, reciclado ou descartado.

Derramando lingotes em uma siderúrgica

A estrutura física de um material cristalino é amplamente determinada pelo método de resfriamento e precipitação do metal fundido. Durante o processo de vazamento, o metal em contato com as paredes do lingote esfria rapidamente e forma uma estrutura colunar ou possivelmente uma "zona de resfriamento" de dendritos equiaxiais , dependendo do líquido que está sendo resfriado e da taxa de resfriamento do molde. [8]

Para um lingote despejado no topo, à medida que o líquido esfria dentro do molde, os efeitos de volume diferencial fazem com que o topo do líquido recue deixando uma superfície curva no topo do molde que pode eventualmente precisar ser usinada a partir do lingote. O efeito de resfriamento do molde cria uma frente de solidificação avançada, que possui várias zonas associadas, mais próximo da parede existe uma zona sólida que retira calor do fundido solidificante, para as ligas pode existir uma zona "mole", que é resultado de sólidos -regiões de equilíbrio líquido no diagrama de fases da liga, e uma região líquida. A taxa de avanço frontal controla o tempo que dendritos ou núcleos têm para se formar na região de solidificação. A largura da zona pastosa em uma liga pode ser controlada ajustando as propriedades de transferência de calor do molde ou ajustando as composições de liga fundida líquida.

Também existem métodos de lingotamento contínuo para processamento de lingotes, em que uma frente estacionária de solidificação é formada pela retirada contínua de material sólido resfriado e a adição de um líquido fundido ao processo de lingotamento. [9]

Aproximadamente 70% dos lingotes de alumínio nos EUA são fundidos usando o processo de fundição a frio direto , o que reduz a fissuração. Um total de 5 por cento dos lingotes deve ser descartado por causa de trincas induzidas por tensão e deformação do topo. [10]

Lingotes históricos

Os lingotes plano-convexos são artefatos arqueológicos amplamente distribuídos que são estudados para fornecer informações sobre a história da metalurgia .

Veja também

Referências

  1. ^ Chalmers, p. 254.
  2. ^ Wu, B.; Scott, S.; Stoddard, N.; Clark, R.; Sholapurwalla, A. "Simulação do processo de fundição de silício para aplicação fotovoltaica (PV)" (PDF) .
  3. Lingotes de índio Arquivado em 2009-01-06 na Wayback Machine , lesscommonmetals.com.
  4. ^ Inovações: A história da fabricação de bronze no vale de Naugatuck . Copper.org (2010-08-25). Recuperado em 24/02/2012.
  5. ^ Inovações: Vista geral do cobre recicl . Copper.org (2010-08-25). Recuperado em 24/02/2012.
  6. ^ Guia dos Platadores: com o qual se combina o mundo de latão . Brass world publishing co., inc. 1905. pp. 82– . Recuperado em 24 de fevereiro de 2012 .
  7. ^ Arthur Amos Noyes; Instituto de Tecnologia de Massachusetts (1900). Revisão da pesquisa química americana . pág. 44– . Recuperado em 24 de fevereiro de 2012 .
  8. ^ Taylor, Howard F; Flamengos, Merton. C; WULFF, John (1959). Engenharia de Fundição . John Wiley and Sons, Nova York; Chapman e Hall, Londres. LCCN 59011811 . 
  9. ^ Müller, HR (Ed.) (2006). Fundição contínua . John Wiley e Filhos.
  10. ^ "Modelo de fundição a frio direto" (PDF) . Dezembro de 2000. Arquivado a partir do original (PDF) em 24-07-2011 . Recuperado em 25-03-2010 .

Leitura adicional

  • Chalmers, Bruce (1977). Princípios de Solidificação . Huntington, Nova York: Robert E. Krieger Publishing Company. ISBN 0-88275-446-7.
  • Schlenker, BR (1974). Introdução aos Materiais . Imprensa Jacarandá.

Links externos

  • Mídia relacionada a lingotes no Wikimedia Commons