Ligas metálicas, como aquelas feitas à base de alumínio e magnésio, têm um grande potencial para reduzir o peso de carros e caminhões sem comprometer a segurança.
Entretanto, a ciência ainda não entende totalmente a física básica dessas ligas, o que leva os projetistas a ter que “chutar” parâmetros que serão utilizados em modelos estruturais de testes.
Agora pesquisadores do laboratório norte-americano NREL (National Renewable Energy Laboratory) desenvolveram uma nova técnica computacional capaz de calcular as propriedades termodinâmicas de ligas com grande precisão.
Os cálculos poderão permitir a criação de novas classes de ligas metálicas, projetadas em computador antes de serem feitas em laboratórios.
Os dados calculados, chamados de “primeiros-princípios”, são informações puras de mecânica quântica e exigem enorme poder computacional.
Desta forma, mesmo nos computadores mais rápidos, o tamanho do sistema que pode ser calculado pelo enfoque dos primeiros-princípios é limitado pelos recursos de processamento disponíveis. Isto exige métodos de extrapolação para tratar problemas termodinâmicos em ligas.
O novo sistema permite que essa extrapolação seja feita com muito maior precisão e em maior amplitude.
Os pesquisadores apresentaram um cálculo que envolve mais de 200.000 átomos, o que representa um incremento entre 20 e 50 vezes em relação ao que era possível até hoje.
A precisão chega a 200 Å, mas os cientistas acreditam que, com melhoramentos adicionais, poderão chegar a 1000 Å, o que significaria a possibilidade de se fazer modelagens microestruturais com abordagens inteiramente atomísticas.
Batizado de LEGO (“Linear Expansion in Geometric Objects”), o sistema já foi utilizado para analisar processos de endurecimento de ligas Al-Cu (alumínio e cobre) e Al-Zn (alumínio e zinco).
A foto mostra a estrutura em escala atômica de um precipitado de cobre em uma liga diluída de Al-Cu, capaz de aumentar sensivelmente a resistência do alumínio.
Novo método de produção gera ligas de alumínio mais resistentes – Cientistas australianos dos laboratórios CSIRO descobriram um novo processo que poderá permitir que carros e aviões construídos em alumínio tornem-se mais resistentes quanto mais ficarem expostos ao sol.
O Dr. Roger Lumley explica que o novo processo envolve a cura do alumínio – o endurecimento ao longo de um período de tempo – até um ponto em que o processo pode ser completado apenas com a exposição do metal à luz do sol.
A dispensa dos fornos deverá também representar uma diminuição no custo de produção do material.
“Nós descobrimos no curso desta pesquisa que, se o processo de alta temperatura utilizado para reforçar componentes de alumínio, tais como fundidos ou partes de motores de automóveis, for interrompido, e o material passar por um processo secundário de cura a temperatura ambiente, o material se torna 20 por cento mais rígido,” explica o Dr. Lumley.
Ao mesmo tempo, o ponto de “energia total para ruptura” pode ser elevado dramaticamente, num incremento de até 800 por cento, resultando em veículos mais seguros, com zonas de deformação capazes de absorver mais energia.
Os tratamentos térmicos atuais possuem faixas de tempo para a cura de ligas de alumínio. Por exemplo, o tratamento mais comum, que resulta nas ligas mais resistentes, é chamado de T6.
Para atingir as propriedades mecânicas exigidas para aplicações estruturais, uma liga de alumínio T6 deve passar de 6 a 8 horas sob uma temperatura entre 150 e 170º C.
O novo processo de tratamento desenvolvido pelos cientistas australianos reduz esse tempo de cura a alta temperatura para apenas uma hora.
O processo de cura se completa com a exposição da peça ao sol, podendo ser feita inclusive após a pintura do material. Embora a uma taxa menor, o ganho de resistência continuará por toda a vida útil do veículo.
Inovação Tecnológica
