O que acontece quando você funde zinco com cobre
A liga de zinco e cobre não é algo que se encontre na prateleira de qualquer fornecedor com etiqueta bonita. Na prática, trata-se de um sistema de ligas que combina zinco como base com teores variados de cobre, e o comportamento muda drasticamente conforme a proporção. A maioria das ligas de zinco comerciais com adição de cobre ficam entre 0,5% e 3% de Cu, às vezes um pouco mais em aplicações específicas. O cobre entra para melhorar resistência mecânica e fluidez no estado líquido, mas também traz problemas que nem todo mundo leva em conta. Já vi liga de zinco e cobre ser usada em componentes de fechaduras, engrenagens pequenas, carcaças de equipamentos eletrônicos e peças fundidas por pressão de geometria complexa. A aplicação define tudo. Se você está querendo fundir algo pequeno com detalhes finos, essa combinação pode funcionar bem. Se o plano é fazer uma peça estrutural grande, vai encontrar limitações sérias.
liga de zinco e cobre: composição e propriedades reais
O zinco puro derrete a 419,5°C. Quando o cobre é adicionado, a temperatura de fusão sobe e a viscosidade do metal líquido muda. Uma liga comum com 1% a 2% de cobre funde em torno de 385°C a 400°C na prática de fundição, porque o diagrama de fases Zn-Cu não é linear. O ponto importante é que o cobre forma fases intermetálicas como o fase eta (CuZn5) que se distribuem na matriz de zinco e conferem maior resistência, mas também tornam o material mais susceptível à corrosão intergranular se o tratamento térmico ou a solidificação não forem controlados. Resistência à tração de uma liga Zn com 2% Cu pode variar de 250 a 350 MPa dependendo do processo de fabricação. Dureza Brinell na faixa de 80 a 120. Isso é significativamente melhor que zinco puro, que fica em torno de 150 MPa de resistência e dureza bem menor. A densidade fica entre 6,8 e 7,2 g/cm³, mais leve que bronze mas mais pesado que alumínio.
O que as fichas técnicas não mostram é o problema do escoamento. Liga com teor de cobre acima de 2,5% tende a dar trincas a quente durante a solidificação. Já tive uma peça de fundição por pressão com 3% Cu que fissurou ao resfriar porque o meu ciclo de resfriamento estava muito rápido. A solução foi reduzir a velocidade de extração do molde em 30% e deixar a peça amornar dentro do próprio molde por mais tempo. Isso aumentou o tempo de ciclo mas eliminou as trincas.
Como preparar e processar essa liga na prática
Se você vai trabalhar com liga de zinco e cobre por fundição, o primeiro passo é controlar a atmosfera. Zinco oxida facilmente e o cobre acelera esse processo em certas faixas de temperatura. O ideal é usar cobertura com borra de fundição ou operar em forno com atmosfera controlada. Um banho de sódio ou fósforo como refinador também ajuda a melhorar a qualidade do metal líquido. A temperatura de vazamento deve ficar entre 410°C e 440°C para a maioria das aplicações. Acima disso, a oxidação se torna problemática e a corrosão do molde aumenta. Abaixo disso, a fluidez cai e você tem defeitos de preenchimento, especialmente em peças com seções finas. A regra geral é manter pelo menos 20°C acima da liquidus real da liga que você está usando.
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Para usinagem, essa liga se comporta de forma razoável. O zinco já é naturalmente usinável e o cobre não piora muito a situação, desde que o teor não ultrapasse 3%. Ferramentas de aço rápido com ângulo de corte positivo funcionam bem. Parâmetros típicos: velocidade de corte entre 150 e 250 m/min para fresamento, avanço entre 0,05 e 0,15 mm/dente. O cavaco quebra bem e o acabamento superficial fica na casa de Ra 1,6 a 3,2 micrômetros sem esforço adicional. O ponto que ninguém menciona é a lixiviação seletiva. Se você tiver uma peça de liga de zinco e cobre exposta a ambientes ácidos ou até mesmo água com pH baixo por longo tempo, o zinco pode ser preferencialmente corroído, deixando uma estrutura porosa rica em cobre na superfície. Isso é particularmente problemático em conexões hidráulicas ou peças expostas à intempérie sem tratamento superficial. A proteção deve ser feita com pintura epóxi, zincagem adicional ou anodização, dependendo da aplicação.
Defeitos comuns e como evitá-los
Porosidade é o defeito número um. O zinco dissolve gás durante a fusão e quando resfria rápido, o gás escapa na forma de microporos. Solução prática: degaseificação com argônio ou nitrogênio por 10 a 15 minutos antes do vazamento, agitando suavemente. Isso reduz a porosidade em cerca de 60 a 70% na maioria dos casos. Shrinkage cavity aparece frequentemente em seções grossas. O zinco tem contração significativa na solidificação, e o cobre não ajuda muito nesse aspecto. O uso de massa de alimentação bem dimensionada e alimentadores frios resolve o problema. Um alimentador com altura de 1,5 vezes a seção grossa da peça costuma ser suficiente para peças de até 50 mm de espessura.
Trituração a frio durante a usinagem pode ocorrer se a liga não tiver sido tratada termicamente de forma adequada. Um envelhecimento a 150°C por 2 horas após a fundição melhora a ductilidade e reduz esse problema. O ciclo leva duas horas mas o ganho em produtividade na usinagem compensa ampiamente, porque elimina as trincas superficiais que surgem depois de mecanizadas.
Alternativas que valem a pena considerar
Se a sua aplicação exige resistência à corrosão muito superior, considere ligas de zinco com alumínio, como ozamak. Elas têm comportamento semelhante mas oferecem proteção contra corrosão intergranular muito melhor. Se precisa de resistência mecânica maior e não se importa com o peso, ligas de cobre puro ou bronze podem ser mais adequadas, embora o custo seja bem superior. Para fundição por pressão em pequena escala, uma liga de zinco com 0,5% de cobre e 0,05% de magnésio é um ponto seguro. O magnésio auxilia na fluididade e na resistência sem introduzir os problemas de trincagem a quente. Esse é o tipo de composição que eu uso quando não tenho informação exata sobre a liga disponível no mercado local.
O custo da liga de zinco e cobre varia conforme a região e o fornecedor. Em média, fica entre 2,5 e 4 dólares por quilo em lotes industriais, dependendo do teor de cobre e da pureza exigida. Comprar em lotes pequenos encarece bastante, então convém consolidar demanda com outros usuários da região para obter preços melhores junto aos siderúrgicos ou fundidores.
