Quais Materiais São Comumente Utilizados na Fabricação de Virabrequins?

Quais materiais são utilizados na fabricação de virabrequins?

A escolha dos materiais para virabrequins depende, sobretudo, das condições operacionais e constitui, em grande parte, uma análise abstrata, pois esses componentes podem estar sujeitos a tensões mecânicas, altas temperaturas, atrito e/ou diversos outros extremos; portanto, é justificável avaliar seu desempenho operacional, durabilidade e confiabilidade. Existe quase um número infinito de parâmetros mensuráveis que devem ser equilibrados, e, assim como os materiais para contravirabrequins são selecionados para obter desempenho ideal com base no projeto do virabrequim e nas normas vigentes para virabrequins, também o são os materiais para contravirabrequins.

Blocos de construção feitos de aço carbono.

Para a fabricação do virabrequim primário para motores de automóveis de entrada e sistemas de motores de faixa intermediária, o aço carbono tem sido, há muitos anos, o material preferido na fabricação de virabrequins. O aço carbono é valorizado por suas excelentes propriedades de usinabilidade e por suas características mecânicas quando submetido a tratamentos térmicos, além de sua relação custo-benefício. No que diz respeito ao equilíbrio entre resistência e ductilidade, prefere-se o aço carbono médio, com teor de carbono entre 0,30% e 0,50%. Embora a têmpera e a revenida possam melhorar sua dureza e tenacidade, ele é capaz de suportar as cargas cíclicas durante a operação do motor. A maioria dos virabrequins de aço carbono comercializados no mercado é destinada a veículos de passageiros e veículos comerciais leves. Isso permite sua fabricação econômica, ao mesmo tempo em que melhora as características de desempenho mais importantes. Muitas indústrias produzem em larga escala virabrequins de aço carbono, de modo que existe uma longa tradição de uso de aço carbono na indústria automotiva, empregado em projetos de engenharia padronizados exigidos para condições operacionais seguras.

Aço Liga para Desempenho Aprimorado

O aço-liga tornou-se recentemente um material preferido para virabrequins destinados a aplicações de alta exigência e alto desempenho. Os fabricantes utilizam uma variedade de elementos de liga para melhorar a matriz do aço; com a adição de cromo, níquel, molibdênio ou vanádio, podem-se obter melhorias significativas nas propriedades-chave, tais como resistência à tração, resistência à fadiga e tenacidade ao impacto. Os elementos de liga também aprimoram a estrutura de grãos, a temperabilidade global e reduzem a probabilidade de desgaste ou deformação sob condições extremas. Virabrequins de aço-liga são encontrados em carros esportivos de alto desempenho, caminhões de carga pesada e motores diesel industriais. Os virabrequins de aço-liga destacam-se pela sua capacidade de suportar maiores valores de torque e resistir a períodos mais longos de operação, mantendo-se estáveis em uma ampla gama de condições operacionais industriais. Em comparação com o aço-carbono, estudos setoriais indicam que o aço-liga suporta até 30% mais ciclos de fadiga no virabrequim e torna os ambientes operacionais exigentes mais eficientes. Para seus veículos premium e comerciais, os principais fabricantes automotivos valorizam, acima de tudo, a confiabilidade do motor e reconhecem o aço-liga como um componente essencial.

Ferro fundido dúctil, também conhecido como ferro fundido nodular, é um substituto flexível e acessível ao aço na fabricação de virabrequins. Diferencia-se também do ferro fundido cinzento, pois o ferro fundido dúctil incorpora partículas esféricas de grafita. Essas partículas melhoram sua ductilidade, resistência ao impacto, capacidade de fundição e resistência ao desgaste. Além dessas propriedades, o ferro fundido dúctil possui a capacidade de amortecer vibrações e ruídos, além de melhorar a suavidade geral do motor. A combinação equilibrada de resistência, durabilidade e eficiência de custos é o motivo pelo qual o ferro fundido dúctil é amplamente utilizado em aplicações marítimas, máquinas agrícolas e motores de média potência. Graças à tecnologia avançada de fundição, a consistência e a qualidade dos componentes em ferro fundido dúctil melhoraram significativamente. Atualmente, os processos de fundição alcançam precisão dimensional equivalente à obtida com forjamentos em aço. Muitos fabricantes de motores estão optando por virabrequins em ferro fundido dúctil em vez de componentes de maior custo, uma vez que a maioria dos motores produzidos atualmente é projetada apenas para potências moderadas.

Materiais de Ponta em Aplicações Especializadas

Exigências extremas de desempenho demandam o uso de materiais avançados em motores para aplicações especializadas. Embora as ligas de titânio sejam caras, possuem uma excelente relação resistência-peso, tornando-as ideais para motores de corrida de alta velocidade e para a indústria aeroespacial. Para atender aos critérios de peso, virabrequins de titânio reduzem a massa total e melhoram a resposta do motor e o consumo de combustível. Além disso, algumas aplicações especializadas estão utilizando novos compósitos, como polímeros de fibra de carbono reforçados com titânio, que apresentam excelente resistência e resistência à corrosão. Materiais avançados na tecnologia de virabrequins estão destinados a se tornar padrão no mercado, mas a complexidade da fabricação e o alto custo desses materiais ainda os impedem de serem utilizados em equipamentos de ponta e especializados. Principais fabricantes e instituições de pesquisa têm concentrado esforços na aplicação desses materiais em diversos tipos de motores, de maneira economicamente viável.

Principais Fatores que Influenciam a Escolha dos Materiais

A seleção de materiais para virabrequins é influenciada por diversos fatores, como, por exemplo, o tipo de motor e a potência de saída. No caso de motores de alta potência, a necessidade de aumentar a resistência à tração e à fadiga é crítica. Para motores menores, prioridades como custo e usinabilidade podem prevalecer. Além das exigências contraditórias de custo e usinabilidade, outros fatores — tais como condições operacionais, faixa de temperaturas e ciclos de carga — também devem ser considerados. Por exemplo, motores utilizados em condições climáticas severas podem exigir maior resistência à corrosão e ao calor. Os métodos de fabricação, como forjamento, fundição e tratamento térmico, também determinam os materiais empregados, pois alguns materiais apresentam melhor desempenho com determinados processos produtivos do que com outros. O custo constitui uma restrição prática, já que os fabricantes buscam um equilíbrio entre desempenho e custo. Por fim, os materiais utilizados devem também estar em conformidade com as normas e regulamentações da indústria. Isso garante aos fabricantes e aos usuários finais que os materiais empregados são seguros e duráveis.

Conclusão sobre Materiais para Virabrequim

A escolha dos materiais para o virabrequim é um processo que exige compreensão dos requisitos e objetivos, bem como das limitações e compromissos envolvidos. Cada material — como aço carbono, aço-liga, ferro fundido dúctil e outros —, por mais avançado que seja, apresenta vantagens específicas para determinada aplicação e condições operacionais particulares do motor. O avanço dos motores acompanha o progresso da ciência dos materiais, abrindo progressivamente caminho para maior desempenho e maior durabilidade dos componentes. Os fabricantes combinam o conhecimento das propriedades dos materiais com testes empíricos e experiência prática para realizar uma avaliação que equilibre de forma ideal o desempenho e a confiabilidade do motor. Os fabricantes de motores que buscam oferecer um produto competitivo e de qualidade devem colaborar com especialistas em materiais e componentes, assegurando assim soluções personalizadas e de ponta que atendam às exigências e restrições específicas da aplicação.