Lingote
Um lingote é um pedaço de material relativamente puro, geralmente metal , que é moldado em uma forma adequada para processamento posterior. [1] Na produção de aço , é a primeira etapa entre os produtos de fundição semiacabados . Lingotes geralmente requerem um segundo procedimento de modelagem, como trabalho a frio / quente, corte ou moagem para produzir um produto final útil. Materiais não metálicos e semicondutores preparados em massa também podem ser referidos como lingotes, particularmente quando fundidos por métodos baseados em molde. [2] Lingotes de metais preciosos podem ser usados como moeda (com ou sem serem processados em outras formas), ou como uma reserva de moeda, como com barras de ouro .
Tipos
Lingotes são geralmente feitos de metal, puro ou liga, aquecido 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 puxando de um fundido fundido.
Único cristal
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 .
Os bocais podem ser semicondutores (por exemplo , wafers de chips eletrônicos , células fotovoltaicas ) ou compostos inorgânicos não condutores para uso industrial e de joalheria (por exemplo, rubi sintético, safira).
Lingotes de cristal único de metal são produzidos de maneira semelhante àquela usada para produzir lingotes de semicondutores de alta pureza, [3] ou seja, por refino por indução a vácuo. Lingotes de monocristal de metais de engenharia são interessantes devido à sua alta resistência devido à falta de contornos de grão . O método de produção é via dendrito de cristal único e não via fundição simples. Os possíveis usos incluem lâminas de turbina .
Ligas de cobre
Nos Estados Unidos, a indústria de lingotes de latão e bronze começou no início do século XIX. A indústria de latão dos EUA cresceu e se tornou o produtor número um na década de 1850. [4] Durante a época colonial, as indústrias de latão e bronze eram quase inexistentes porque os britânicos exigiam que todo o minério de cobre fosse enviado à Grã-Bretanha para processamento. [5] Lingotes de liga à base de cobre pesavam aproximadamente 20 libras (9,1 kg). [6] [7]
Fabricação
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 grão apropriada 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 de fundido e ajudar na ejeção do lingote, já que a perda do fundido ou do lingote aumenta os custos de fabricação dos produtos acabados.
Existe uma variedade de projetos 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 estriados ou de parede plana. O design canelado aumenta a transferência de calor devido a uma área de contato maior. Os moldes podem ser de projeto sólido "maciço", fundido em areia (por exemplo, para ferro-gusa) ou conchas resfriadas a água, dependendo dos requisitos de transferência de calor. Os lingotes são cônicos para evitar a formação de rachaduras devido ao resfriamento desigual. Uma rachadura ou formação de vazio 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 fundido novamente, reciclado ou descartado.
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 sendo resfriado e da taxa de resfriamento do molde. [8]
Para um lingote derramado no topo, conforme o líquido esfria dentro do molde, os efeitos de volume diferenciais fazem com que o topo do líquido recue, deixando uma superfície curva no topo do molde que pode eventualmente ser necessária para ser usinada a partir do lingote. O efeito de resfriamento do molde cria uma frente de solidificação de avanço, que tem várias zonas associadas, mais perto da parede há uma zona sólida que retira calor do fundido de solidificação, para ligas pode haver uma zona "pastosa", que é o resultado de sólido - regiões de equilíbrio líquido no diagrama de fase da liga, e uma região líquida. A taxa de avanço frontal controla o tempo que os 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 de fusão líquida.
Métodos de fundição contínua para processamento de lingotes também existem, 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 fundição. [9]
Aproximadamente 70 por cento dos lingotes de alumínio nos Estados Unidos são fundidos usando o processo de fundição direta a frio , o que reduz rachaduras. Um total de 5 por cento dos lingotes deve ser descartado por causa de rachaduras induzidas por tensão e deformação de topo. [10]
Lingotes históricos
Lingotes de chumbo da Grã - Bretanha romana em exibição no Museu Wells and Mendip .
Lingote de ferro-gusa de Norrhyttan, Dalarna , Suécia .
Lingotes plano-convexos são artefatos arqueológicos amplamente distribuídos que são estudados para fornecer informações sobre a história da metalurgia .
Veja também
- Bullion
- Barra de ouro
- Lingote de oxhide
- Sycee , lingotes chineses tradicionais
- Barra de estanho
- Gravura de wafer
Referências
- ^ Chalmers, p. 254.
- ^ Wu, B .; Scott, S .; Stoddard, N .; Clark, R .; Sholapurwalla, A. "Simulation of Silicon Casting Process for Photovoltaic (PV) Application" (PDF) .
- ^ Lingotes de índio arquivados em 2009-01-06 na máquina de Wayback , lesscommonmetals.com.
- ^ Inovações: A história da fabricação de latão no vale de Naugatuck . Copper.org (25/08/2010). Obtido em 2012-02-24.
- ^ Inovações: Visão geral do cobre reciclado . Copper.org (25/08/2010). Obtido em 2012-02-24.
- ^ Guia de pratos: com o qual se combina o mundo do latão . Brass world publishing co., Inc. 1905. pp. 82– . Página visitada em 24 de fevereiro de 2012 .
- ^ Arthur Amos Noyes; Instituto de Tecnologia de Massachusetts (1900). Revisão da pesquisa química americana . pp. 44– . Página visitada em 24 de fevereiro de 2012 .
- ^ Taylor, Howard F; Flemings, Merton. C; Wulff, John (1959). Engenharia de fundição . John Wiley and Sons, Nova York; Chapman e Hall, Londres. LCCN 59011811 .
- ^ Müller, HR (Ed.) (2006). Fundição contínua . John Wiley and Sons.CS1 maint: extra text: authors list (link)
- ^ "Modelo de fundição direta a frio" (PDF) . Dezembro de 2000. Arquivo do original (PDF) em 2011-07-24 . Página visitada em 2010-03-25 .
Outras leituras
- 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 . Jacaranda Press.
Ligações externas
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