3 coisas que tornam os metais de precisão precisos

O que são “metais de precisão”?

No mundo da usinagem de metais, as pessoas geralmente procuram o que chamam de metais de precisão. Mas o que exatamente aquilo significa?

Dependendo da aplicação, o termo precisão pode se referir a várias características:

• A precisão das dimensões de um metal
• A precisão de sua composição
• A precisão do desempenho do metal.

O que, então, é importante considerar sobre metais de precisão para seu produto ou necessidade de fabricação em termos dessas características importantes?

Dimensões de Metais de Precisão

Para nossos clientes, as dimensões são o foco principal quando se trata de metais de precisão. Na verdade, na Metal Cutting, onde nossas tolerâncias de corte muito apertadas podem resultar em altos valores de Cpk/Ppk, nossos métodos fornecem um nível de precisão dimensional que pode ser maior do que o cliente precisa.

Em geral, as dimensões precisas e o custo são altamente correlacionados, pois maior precisão vem com um preço mais alto. Isso porque atingir dimensões precisas geralmente requer máquinas que possuem as tolerâncias mais apertadas, sendo feitas de componentes das tolerâncias mais apertadas

Além disso, para obter os melhores resultados deste maquinário, são necessários anos de experiência e os melhores operadores. Portanto, o custo do maquinário e da mão de obra – e, em última análise, o custo dos metais de precisão com dimensões das mais rígidas tolerâncias – é alto.

A precisão do laser vale o custo?

Um grande exemplo é o processamento a laser. Embora possa ser versátil e preciso, produzindo tolerâncias apertadas e pequenos cortes, o corte a laser é geralmente lento e caro, especialmente para corte de 2 eixos.

Embora os lasers de grande potência possam fazer cortes mais rápidos, ao fazê-lo, eles produzem acabamentos de superfície de corte final ásperos e zonas amplas e profundas afetadas pelo calor - provavelmente não os resultados que você procura nas dimensões de metais de precisão.

Para o corte a laser de tubos, o interior do tubo deve ser revestido com fluido antirrespingo e os materiais devem ser cortados a laser um de cada vez, o que aumenta o tempo de produção e aumenta o custo.

O 3D é tudo o que se espera?

Outro exemplo do trade-off entre custo e dimensões é a fabricação 3D. Aqui, o processo de sinterização a laser depende de várias variáveis, incluindo:

• O tamanho do ponto do laser
• O tamanho em mícron do pó metálico
• Os intervalos de altura dos degraus do “elevador” apresentando o pó fresco a ser sinterizado a laser

Nos primeiros dias da sinterização a laser, essas gradações - especialmente os intervalos de altura dos degraus do elevador - eram bastante grandes em comparação com as máquinas de torneamento e fresagem de estilo suíço de última geração da mesma época.

Assim, embora o método 3D pudesse adicionar recursos de metal que não poderiam ser alcançados por meio de subtração usando usinagem convencional, o produto final era surpreendentemente áspero. Isso ocorreu devido à resolução comparativamente baixa da impressão 3D inicial.

Embora a precisão dos intervalos, o tamanho do pó e o tamanho do laser sejam melhorados muito na sinterização direta de metal a laser de hoje, algumas dessas desvantagens básicas permanecem.

Por exemplo, houve alguns avanços extraordinários na redução do tamanho do ponto do laser. No entanto, junto com isso vem um aumento no tempo necessário para construir aditivamente uma peça.

Isso resulta em preços de peças mais altos – e outro exemplo de onde maior precisão se correlaciona com custo mais alto.

Além disso, com a natureza da sinterização e os desafios do recozimento, a sinterização a laser de um material como o tungstênio continua sendo um trabalho em andamento.

Embora alguns avanços tenham sido feitos – por exemplo, no teste das propriedades do tungstênio impresso em 3D para uso em proteção contra radiação médica e imagens nucleares – o sucesso permanece indefinido por enquanto.

Composição de Metais de Precisão

Existem muitos metais e ligas de engenharia cuja composição os torna “precisos”.

Um exemplo famoso é a liga de níquel titânio. Usado popularmente pela primeira vez para fazer armações de óculos, o NiTi (ou Nitinol) é o que forneceu às armações memória de forma e super elasticidade - permitindo que as armações robustas resistissem à dobra e voltassem à forma.

Hoje, o NiTi é amplamente utilizado para tubos na indústria de dispositivos médicos. (Você pode aprender mais sobre NiTi e outros materiais de tubos para dispositivos médicos em nosso white paper gratuito.)

Outro exemplo é o elemento de tungstênio, que requer uma composição precisa para atingir seus objetivos de desempenho desejados e muito específicos

Por exemplo, para operações de soldagem automatizadas de alta velocidade que exigem altos níveis de condutividade térmica e elétrica e dureza superior, a Metal Cutting oferece eletrodos de alto desempenho feitos de tungstênio puro.

Elemento de tungstênio e NiTi ilustram perfeitamente a dicotomia básica na composição química de metais de precisão:ou seja, pureza versus receita. Para algumas aplicações, um metal de precisão é um elemento puro, como o elemento de tungstênio. Mas para outras aplicações, é uma mistura que exige uma receita específica.

A receita varia, mas os resultados devem ser precisos.

O teste de pureza é feito com metais de precisão puros e aqueles que vêm de uma receita, determinando o número de casas decimais de pureza (por exemplo, 99,95% a 99,99%) e as porcentagens exatas dos ingredientes (por exemplo, 55% de níquel em peso).

Por exemplo, NiTi é uma mistura personalizada que varia de acordo com o fabricante e nunca é exatamente uma mistura 50/50 de níquel e titânio.

De fato, embora devesse haver especificações ASTM para todos os metais, existem exceções e o NiTi é um exemplo disso:não há especificação ASTM para isso. Mesmo metais “puros”, como o titânio puro, podem ter várias receitas (basicamente ligas) e estar disponíveis em diferentes graus.

Outro bom exemplo é o aço inoxidável, que é frequentemente ligado a outros metais. Diferentes fabricantes produzem sua própria marca exclusiva de aço inoxidável usando uma receita secreta que requer precisão.

Da mesma forma que nem todas as manteigas de amendoim são iguais – mesmo quando usam os mesmos ingredientes – nem todos os aços inoxidáveis ​​são iguais. Cada receita deve atender aos requisitos de teste de pureza para uma determinada proporção de ingredientes, reunidos de forma consistente e repetida, para produzir metais de precisão.

A pureza também pode determinar os resultados.

Em nosso negócio, nosso elemento de tungstênio puro está em demanda para uso em lâmpadas de projetor. Eles ainda são utilizados em aplicativos como projetores pequenos, portáteis e autônomos, às vezes usados ​​por empresários para exibir apresentações de um laptop ou notebook em uma tela.

Essas pequenas unidades exigem uma lâmpada muito intensa, e o elemento de tungstênio usado deve ser muito puro para atingir esse nível de desempenho.

Metal Cutting tem 99,999% de pó de tungstênio puro, que quando vendido em forma de haste fornece 99,99% de elemento de tungstênio puro. Esta pureza ligeiramente reduzida (<100%) é devido a uma pequena quantidade de impureza do equipamento de processamento.

Desempenho de Metais de Precisão

O desempenho pode estar intimamente relacionado à composição de um metal. Por exemplo, um novo metal pode ser inventado ou uma liga especialmente projetada para fornecer um desempenho específico. Um bom exemplo é o NiTi, o garoto-propaganda da memória de forma, ligas superelásticas.

Uma aplicação que requer o alto desempenho do ponto de fusão do tungstênio – como, notoriamente, a lâmpada incandescente – requer o elemento de tungstênio mais puro. Caso contrário, o material não funcionaria corretamente e falharia prematuramente.

O desempenho dos metais também pode ser afetado pelo processo de produção. Por exemplo, o processo de moldar um metal na forma necessária, como um arame, altera a dureza do material.

Isso significa que se uma resistência à tração específica for necessária para o propósito final, a forma como o fio é produzido precisaria ser ajustada de acordo – talvez adicionando um processo de recozimento para manter o desempenho de tração necessário.

Outro metal de precisão utilizado para seu desempenho é o magnésio, que junto com ferro, zinco e manganês está encontrando ampla aplicação em dispositivos médicos devido às suas propriedades bioabsorvíveis.

Embora possamos imaginar que o desempenho esteja relacionado a naves espaciais, satélites e outros processos e equipamentos complexos e de alta energia, provavelmente não há aplicação mais importante do que garantir que o magnésio usado em stents bioabsorvíveis seja feito com precisão e se degrade com segurança dentro do corpo, à medida que projetado.

Especifique qual precisão é para seu necessidades de fabricação.

A característica mais importante dos metais de precisão – o que torna um determinado metal preciso – varia de acordo com sua aplicação e seus objetivos de produção.

Seja sua ênfase nas dimensões (como aqui na Metal Cutting), composição ou desempenho, você pode ajudar a garantir os melhores resultados e otimizar a capacidade de fabricação elaborando cuidadosamente as especificações de suas peças.