Processo de Fabricação de Bobinas da Liga 3104

As etapas do processo de fabricação das bobinas de alumínio podem ser visualizadas na Figura 52 (ENGLER , 2012).

Figura 52 – Processo de fabricação de bobinas de alumínio. Fonte: O. Engler (2012).

Depois de ajustada a composição da liga, garantida a limpeza do metal pela remoção de hidrogênio e inclusões, e adicionados refinadores de grãos, os lingotes são fabricados pelo processo de resfriamento direto, comumente denominado processo DC, do Inglês . Lingotes individuais podem pesar até 20 toneladas e suas dimensões chegam a ter 600 mm de espessura, 2000 mm de largura, e 8000 mm de comprimento. As dimensões do lingote dependerão do molde e do curso do pistão de suporte da base móvel utilizada no processo DC. Detalhes de um sistema DC podem ser visualizados na Figura 53. Neste dispositivo o metal liquido é vazado em um molde que define o formato do lingote e que resfria rapidamente o metal através de jatos d’água, o comprimento é definido pelo curso do pistão e a largura e espessura pela geometria do molde. Sensores controlam a taxa de injeção de água, os níveis de metal líquido adicionado, e a velocidade de recuo do pistão. As velocidades de lingotamento variam entre 37 e 100 mm/minuto e influenciam no diferencial de temperatura ilustrado na Figura 54 (ALUMINUM ASSOCIATION, 2007). A Figura 55 ilustra o funcionamento do equipamento utilizado no vazamento por resfriamento direto.

Figura 53 – Detalhes de um sistema de DC ( #$ Fonte: Aluminum Association, 2007.

Figura 54 – Diferencial de temperatura (oF) do lingote no processo DC conforme a velocidade do pistão.

Figura 55 – Esquema de funcionamento do vazamento com resfriamento direto (DC). Fonte:www.wagstaff.com

No processo DC o fluxo do metal liquido, a velocidade do pistão, e o fluxo do jato d’água são todos parâmetros de importância para as características microestruturais do lingote (J. HIRSCH, 2007). Depois de prontos os lingotes são movimentados por pontes rolantes e resfriados. A Figura 56 retirada do da Novelis mostra esta movimentação. O próximo passo no processo consiste na retirada da camada superficial do lingote e é comumente chamado de faceamento ou " em Inglês. O intuito desta etapa é eliminar irregularidades na superfície do lingote além de garantir a remoção da camada superficial que pode conter óxidos ou concentrações indesejadas de elementos ligantes formadas durante o processo de fundição. O faceamento ocorre antes da laminação a quente e o equipamento que realiza esta tarefa se assemelha a uma grande fresa que geralmente utiliza pastilhas de carbeto de tungstênio e chegam a ter diâmetros de 1,5m (ALUMINUM ASSOCIATION, 2007). A Figura 57 ilustra a operação de faceamento dos lingotes. Depois de faceados os lingotes passam por fornos de homogeneização que funcionam entre 400 e 600oC. A homogeneização

possui várias finalidades, entre elas estão o alívio de tensões internas, a precipitação de elementos que estavam em solução sólida supersaturada, e a mudança de propriedades mecânicas antes da laminação a quente (HIRSCH, 2007).

Figura 56 – Movimentação de lingote de alumínio fabricado por resfriamento direto. Fonte:www.novelis.com

Figura 57 – Operação de retirada da camada superficial dos lingotes de alumínio. Fonte:www.aimlaser.com

O controle de temperatura no forno de homogeneização é de grande importância porque as características microestruturais do lingote influenciam os mecanismos de recristalização. Também nesta etapa a transformação dos compostos intermetálicos A6(Fe,Mn) em α Al12(Fe,Mn)3Si, importante para a capacidade da liga de limpar as

ferramentas de conformação de óxido de alumínio, se realiza (ALEXANDER, 2002). Depois dos fornos de homogeneização os lingotes são resfriados até a temperatura de trabalho do laminador a quente e antes desta etapa passam por uma limpeza superficial. A Figura 58 mostra um forno de homogeneização comumente chamado de " por movimentar o lingote em toda sua extensão.

Figura 58 – Forno utilizado na homogeneização dos lingotes. Fonte: www.logan aluminum.com

No laminador desbastador reversível o lingote terá sua espessura original reduzida de forma intensa, chegando a 50% de redução por passe. A quantidade de passes e suas reduções percentuais mais a temperatura de trabalho do laminador devem ser cuidadosamente estabelecidas para garantir as propriedades do metal. Geralmente a temperatura de trabalho do laminador a quente possui como limite inferior a temperatura de recristalização do material. Existem vários tipos diferentes de laminadores a quente, alguns possuem apenas os rolos de trabalho enquanto outros, como o laminador Sendzimir, possuem vários rolos de apoio. Na laminação a quente de ligas de alumínio o laminador quádruo, mostrado na Figura 59 é um dos mais utilizados, e a espessura final da chapa bobinada pode

chegar ao redor de 6 mm (ABAL, 2007). A Figura 60 ilustra um laminador desbastador reversível.

Figura 59 – Laminador quádruo. Fonte:Aluminum Association, 2007.

Figura 60 – Laminador desbastador reversível. Fonte: Aluminum Association, 2007.

Depois do laminador desbastador reversível a chapa que foi bobinada com espessura aproximada de 6 mm passa pelo laminador Tandem. Este laminador possui mais de uma cadeira (conjunto de rolos de trabalho e rolos de apoio) e sua função é reduzir ainda mais a espessura do metal em um fluxo contínuo mantendo um controle mais rígido da variação de espessura e da tensão de bobinamento. A espessura da folha na saída do laminador tandem pode chegar ao redor de 2 mm (ABAL, 2007). A Figura 61 exibe um laminador deste tipo. No laminador Tandem, levando em consideração que o volume de material se mantém inalterado, cada conjunto de rolos de trabalho possuirá uma velocidade diferente que deve ser ajustada em função da redução de espessura realizada no rolo anterior para manter a tensão apropriada, já que o comprimento da chapa aumentará em função destas reduções. A laminação a quente altera metalurgicamente o material de duas formas. Primeiro, pela deformação mecânica a quente poros provenientes do processo de fundição são preenchidos, aumentando a resistência da chapa. Segundo, os rolos quebram e distribuem os compostos intermetálicos presentes na liga, aumentando a conformabilidade do material (ALUMINUM ASSOCIATION, 2007).

Figura 61 – Laminador tandem. Fonte: Aluminum Association, 2007.

A etapa do processo que sucede a laminação no tandem é a laminação a frio. A laminação a frio define a variação da espessura final do produto, tanto na direção transversal (largura) quanto na direção de laminação (comprimento), além de ser responsável pelas características mecânicas finais, alteradas durante o trabalho a frio que causa o encruamento do material. Além destes dois fatores que são de grande importância a laminação a frio

também define a planicidade e a qualidade superficial da chapa, que influenciam os processos posteriores encontrados na fabricação do corpo da lata. Pequenas variações na espessura da bobina, assim como na sua planicidade e na sua rugosidade, podem causar transtornos no processo de fabricação de latas. Por este motivo equipamentos sofisticados de controle são empregados na laminação de bobinas da liga 3104, que é trabalhada a frio até a têmpera H19 para adquirir as propriedades mecânicas exigidas. Mesmo sendo denominada laminação a frio as temperaturas de trabalho podem chegar a 150oC nesta etapa do processo. A Figura 62 ilustra o processo de laminação a frio junto ao sistema de controle composto por um rolete medidor ( ) que possui transdutores de pressão ao longo de sua largura, sprays de emulsão ( ) utilizados para ajuste fino da temperatura que altera o diâmetro dos rolos, e medidores de espessura que em sua maioria utilizam raios X para esta finalidade.

Figura 62 – Laminação a frio e sistemas de controle. Fonte:www.csd.newcastle.edu

Depois da laminação a frio a bobina parte para o acabamento. Na linha de acabamento a bobina recebe uma camada de lubrificação, rotineiramente chamada de "

, as laterais são refiladas, e são realizadas inspeções visuais e coleta de amostras para ensaios de propriedades mecânicas. A última parte do processo antes da expedição é a embalagem do produto acabado.