Uma pesquisa por Diferenças de aplicação entre o Invar 36 e o Invar 42 significa, normalmente, que a decisão relativa ao material atingiu uma fase prática. O comprador já não se questiona se ambas as ligas apresentam baixa expansão térmica. A verdadeira questão é saber se a peça deve permanecer dimensionalmente estável por si só, ou se a sua expansão deve acompanhar a de um vidro, cerâmica, semicondutor ou metal adjacente durante o aquecimento e o arrefecimento.
O Invar 36 e o Invar 42 são ambos ligas de ferro-níquel de expansão controlada, mas o níquel adicional presente no Invar 42 altera a curva de expansão de forma suficiente para que as duas classes assumam funções de conceção diferentes. O Invar 36 é selecionado quando o principal objetivo é obter a menor variação dimensional possível num intervalo de temperatura definido. O Invar 42 é selecionado com maior frequência quando é necessária uma taxa de expansão previsível e moderadamente baixa, que se adapte a outro material e reduza a tensão térmica numa interface colada ou selada.
Esta diferença pode parecer simples, mas os erros na aquisição continuam a ser comuns. Um desenho técnico pode indicar apenas “Invar”, um fornecedor pode propor qualquer tipo de níquel 36% ou 42% disponível, ou um engenheiro pode comparar um coeficiente à temperatura ambiente sem verificar o ciclo térmico completo. A forma do produto, o controlo químico, o tratamento térmico, a deformação a frio, a orientação dos grãos, o estado da superfície, a estabilidade dimensional, o comportamento magnético e a especificação ASTM ou do cliente aplicável podem todos afetar o resultado final.
Este guia destina-se a engenheiros, fabricantes de produtos eletrónicos, projetistas de sistemas óticos, equipas de ferramentas para compósitos, gestores de compras e compradores internacionais. Explica em que contextos cada liga se justifica, em que casos a comparação pode ser enganadora e quais as informações necessárias para que a 28Nickel possa elaborar um orçamento tecnicamente comparável.
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Invar 36 vs Invar 42: A decisão rápida sobre a aplicação
O método de seleção mais rápido e fiável consiste em partir da função de expansão térmica. Não se deve começar pelo preço, pelo stock ou pelo pressuposto de que um coeficiente mais baixo é automaticamente melhor. A relação necessária entre a liga e o conjunto completo determina a direção correta.
| Pergunta de seleção | O Invar 36 é normalmente a escolha preferida quando | O Invar 42 é normalmente a escolha preferida quando |
|---|---|---|
| Objetivo principal do projeto | O próprio componente deve alterar o seu tamanho o menos possível. | O componente deve expandir-se de forma controlada em contacto com vidro, cerâmica, embalagens à base de silício ou outro material com o qual esteja em contacto. |
| Família de aplicações típicas | Estruturas de precisão, bancadas óticas, metrologia, moldes para compósitos, suportes criogénicos, estruturas de calibração. | Vedações herméticas, invólucros eletrónicos, componentes de relés, estruturas de ligação, passagens de isolante, interfaces de vidro ou cerâmica. |
| Estratégia de expansão térmica | Minimizar a variação dimensional absoluta ao longo da gama de funcionamento. | Ajustar a curva de dilatação do material adjacente ao longo do ciclo de vedação ou de funcionamento. |
| Principal risco de conceção | Utilizar dados fora do intervalo de temperaturas de baixa expansão ou ignorar a estabilidade dimensional a longo prazo. | Correspondência apenas a um ponto de temperatura, em vez de toda a curva de aquecimento e arrefecimento. |
| Erro comum nas compras | Encomenda de material genérico de Fe-Ni sem requisito de expansão controlada. | Encomendar “liga 42” sem definir o vidro, a cerâmica, o revestimento de cobre, a geometria da vedação e o teste de aceitação. |
A tabela é uma ferramenta de triagem, não uma aprovação definitiva. Um instrumento ótico que funciona entre -40 °C e 80 °C, um molde composto submetido a ciclos de temperatura até 180 °C e um terminal selado com vidro submetido a temperaturas superiores a 700 °C não utilizam os mesmos dados de expansão. A comparação adequada tem em conta o historial de temperaturas real e o estado físico do produto entregue.
Identificação do material, teor de níquel e designações comuns
O Invar 36 é, nominalmente, uma liga de ferro que contém cerca de 36% de níquel. Pode ser descrita como Liga 36, FeNi36, liga 36 de baixa expansão ou por uma designação UNS, como K93601 ou K93603, dependendo das especificações do produto e das práticas do fabricante. O Invar é também uma marca registada em alguns mercados, pelo que os desenhos não devem basear-se apenas no nome comercial.
O Invar 42 é, nominalmente, uma liga de ferro que contém cerca de 42% de níquel. Pode ser designado por Liga 42, FeNi42, liga 42 de baixa expansão, Nilo 42 ou por uma designação relacionada do fabricante. Podem aparecer referências como UNS K94100 ou K94101, dependendo do produto e da especificação. A designação exata deve estar associada à forma encomendada, uma vez que o fio para vedação, a fita para estruturas de ligação, a chapa para acessórios e a barra para componentes maquinados podem ser regidos por documentos diferentes.
Comparação da composição química nominal
| Elemento ou característica | Invar 36 | Invar 42 | Por que razão os compradores devem dar importância a isto |
|---|---|---|---|
| Níquel | Aproximadamente 36% | Aproximadamente 42% | O teor de níquel influencia significativamente a curva de expansão térmica e a temperatura de Curie. |
| Ferro | Equilíbrio | Equilíbrio | Ambas são ligas à base de ferro e requerem uma proteção contra a corrosão adequada ao ambiente. |
| Carbono | Baixo e controlado de acordo com as especificações | Baixo e controlado de acordo com as especificações | O carbono afeta a trabalhabilidade, a limpeza, o tratamento térmico e a consistência. |
| Manganês e silício | Adições menores controladas | Adições menores controladas | Os limites variam consoante a norma e a forma do produto; devem ser verificados no certificado de fábrica. |
| Finalidade metalúrgica principal | Alcançar o mínimo profundo da expansão térmica do Fe-Ni próximo do níquel 36%. | Proporcionar uma curva de expansão mais elevada, mas estável, adequada a conjuntos de expansão coordenada. |
Esta tabela constitui um resumo do processo de aquisição, não uma especificação de aceitação. A ordem de compra deve indicar a especificação ASTM, UNS, EN, DIN, do cliente ou aeroespacial exigida, bem como a respetiva revisão. A aceitação final deve basear-se nos limites químicos e nos requisitos de ensaio constantes desse documento, e não numa tabela comparativa encontrada na Internet.
Por que razão uma variação de seis pontos percentuais no níquel altera a aplicação
O sistema Fe-Ni não apresenta uma relação linear simples entre o teor de níquel e a expansão térmica. Em torno do níquel 36%, os efeitos magnéticos opõem-se à expansão normal da rede cristalina e produzem uma expansão invulgarmente baixa, conhecida como efeito Invar. Isto cria um mínimo pronunciado na curva de expansão. À medida que se avança para o níquel 42%, esse mínimo é abandonado e verifica-se uma taxa de expansão mais elevada e mais regular.
No caso do Invar 36, a vantagem do seu design reside no facto de um comprimento de precisão, uma referência ótica, a superfície de um molde ou um espaçamento estrutural sofrerem alterações mínimas com as variações normais de temperatura. No caso do Invar 42, a vantagem de conceção não reside no facto de se deslocar menos do que qualquer outra alternativa. O seu valor reside no facto de o seu movimento controlado poder aproximar-se mais do movimento de determinados vidros, cerâmicas, materiais relacionados com semicondutores ou estruturas compostas de fios condutores.
Essa distinção evita um erro comum. Se um engenheiro substituir o Invar 36 numa vedação concebida para a Liga 42, o metal poderá expandir-se muito pouco em relação ao vidro e criar tensões de tração ou compressão durante a cozedura e o arrefecimento. Se a Liga 42 for utilizada numa estrutura de metrologia concebida para o Invar 36, a estrutura poderá deslocar-se várias vezes mais com a variação de temperatura e exceder a margem de erro do instrumento, mesmo que a Liga 42 continue a ser descrita como uma liga de baixa expansão.
A expansão térmica deve ser comparada ao longo de um intervalo de temperaturas
Um único coeficiente indicado sem um intervalo de temperatura é incompleto. O coeficiente médio de expansão térmica é calculado entre duas temperaturas. A expansão instantânea varia continuamente com a temperatura. O tratamento térmico, a deformação a frio, a composição química, os ciclos térmicos anteriores e a direção da medição também podem alterar o resultado. Por conseguinte, a comparação requer uma curva ou um conjunto de valores médios que abranjam o processo real.
| Comportamento térmico | Invar 36 | Invar 42 |
|---|---|---|
| Perto da temperatura ambiente | Expansão média muito baixa; o material cuidadosamente tratado apresenta, normalmente, valores na ordem dos 1 a 2 µm/m·K num intervalo limitado de temperaturas ambientes. | Expansão controlada mais elevada; o valor depende fortemente do intervalo indicado e é, normalmente, várias vezes superior ao do Invar 36. |
| Temperatura moderada | A expansão aumenta à medida que a temperatura se aproxima e ultrapassa o intervalo efetivo do Invar. | Mantém uma resposta de baixa expansão relativamente estável num intervalo mais alargado de temperaturas elevadas. |
| Interpretação do projeto | Ideal quando é necessário um movimento absoluto mínimo dentro do intervalo especificado. | Ideal quando a curva da liga deve acompanhar outro material durante a montagem, a vedação ou a utilização. |
| Comprovativo de compra obrigatório | Os limites de expansão para o intervalo de temperatura exato, a condição e a direção foram fundamentais. | Curva de dilatação ou limites de ensaio adaptados ao vidro, à cerâmica, ao sistema de revestimento e ao ciclo térmico especificados. |
Os dados publicados pelos fabricantes ilustram a magnitude dessa diferença. Os dados relativos ao Invar 36 comercial podem indicar um CTE médio próximo de 1,3 µm/m·K, desde a temperatura ambiente até cerca de 93 °C, aumentando a temperaturas mais elevadas. Os dados relativos à liga de níquel 42% comercial podem indicar um valor médio entre 6 e 7 µm/m·K numa gama muito mais ampla, que se estende até aos 400 °C. Estes valores são úteis para a seleção inicial, mas o projeto nunca deve misturar valores medidos em intervalos de temperatura diferentes como se fossem diretamente intercambiáveis.
Nos casos em que a expansão é fundamental para a missão, o pedido deve indicar a variação dimensional máxima permitida ou a banda de expansão necessária, em vez de se limitar a indicar uma liga. Isto proporciona à fábrica e ao laboratório de ensaios um objetivo de aceitação mensurável.
Diferença de aplicação n.º 1: Metrologia de precisão, ótica e estruturas de instrumentos
O Invar 36 é normalmente a melhor opção para metrologia de precisão, bancadas óticas, estruturas de interferómetros, suportes para lasers, suportes para telescópios, instrumentos de topografia, quadros de calibração, padrões de comprimento e referências mecânicas de alta precisão. Estes sistemas exigem frequentemente que a distância entre dois pontos se mantenha estável enquanto a temperatura ambiente varia, o equipamento aquece ou a estrutura se desloca entre ambientes controlados e não controlados.
A escolha do material não se baseia apenas na baixa expansão. Os projetistas também avaliam a rigidez, a massa, a condutividade térmica, o comportamento de microcedência, a tensão residual, a resposta magnética, o método de união e a estabilidade temporal. Uma estrutura espessa de Invar 36 com tensões de soldadura não controladas pode sofrer desvios, mesmo que o seu CTE nominal seja excelente. O alumínio fino com controlo ativo da temperatura pode apresentar um desempenho superior ao do Invar mal processado num determinado instrumento. O balanço global de erros do sistema continua a ser decisivo.
O Invar 42 não é, geralmente, a primeira escolha quando o único objetivo é minimizar o deslocamento. Pode ser utilizado em componentes de instrumentos em que a sua expansão se adapta melhor a outra peça ou em que o seu comportamento geral a temperaturas elevadas é mais útil, mas a sua substituição pelo Invar 36 deve ser fundamentada por uma análise dimensional.
Controlos de aquisição para estruturas de precisão
As aplicações de precisão devem especificar a forma do produto, a margem de usinagem, as condições de tratamento térmico, a sequência de alívio de tensões ou estabilização, a orientação, a planicidade ou retidão, a qualidade ultrassónica, quando necessário, e a fase em que é realizado o ensaio final de expansão. Se as peças forem submetidas a usinagem de desbaste, estabilizadas e submetidas a usinagem de acabamento, a encomenda da matéria-prima deve prever material suficiente para a remoção de deformações.
Diferença de aplicação n.º 2: Ferramentas para compósitos e moldes para a indústria aeroespacial
O Invar 36 é amplamente considerado para ferramentas de laminação de compósitos, moldes para autoclave, ferramentas de colagem, dispositivos de acabamento e ferramentas de montagem aeroespaciais, uma vez que a sua expansão pode ser semelhante à dos laminados de compósitos de fibra de carbono em determinadas direções. Durante ciclos repetidos de aquecimento e arrefecimento, uma ferramenta de Invar bem concebida pode ajudar a controlar a geometria da peça e a reduzir o desalinhamento, em comparação com metais para ferramentas de maior expansão.
A vantagem depende da arquitetura laminada, da temperatura de cura, do tamanho do molde, da taxa de aquecimento, da estrutura de suporte, do desenho da soldadura, da espessura da camada exterior e da expansão efetiva tanto do molde como da peça. Os moldes fabricados de grandes dimensões podem sofrer deformações devido à contração da soldadura, a diferenças locais de rigidez, a um historial de reparações ou a um aquecimento não uniforme. A qualidade do material, por si só, não garante a precisão do molde.
O Invar 42 pode ser considerado quando a sua expansão se adequa melhor a um conjunto específico de ferramentas ou a uma interface colada, mas não é a opção padrão habitual para ferramentas compostas de expansão mínima. O projetista deve comparar a deformação ao longo de todo o ciclo de cura, e não apenas o CTE à temperatura ambiente.
Diferença de aplicação n.º 3: Equipamento criogénico e sistemas de GNL
O Invar 36 é utilizado em estruturas criogénicas e na contenção de GNL, uma vez que mantém uma tenacidade útil a baixas temperaturas e apresenta uma contração térmica muito reduzida em comparação com os aços comuns, em intervalos de temperatura relevantes. A baixa contração permite reduzir o movimento térmico, facilitar o controlo do espaçamento e adaptar-se a grandes variações de temperatura em membranas especializadas ou em conjuntos criogénicos de precisão.
A seleção de materiais para aplicações de GNL continua a exigir o código de projeto aplicável, a especificação do produto aprovada, a qualificação do procedimento de soldadura, os requisitos de resistência à fratura, a estratégia de estanqueidade, o ambiente de corrosão e as aprovações específicas do sistema. Não se deve considerar que o Invar 36 comercial, em barra ou em chapa, seja equivalente a um produto de membrana para GNL qualificado.
O Invar 42 é menos frequentemente escolhido nos casos em que o objetivo principal é uma contração criogénica mínima. Pode ser utilizado em passagens eletrónicas criogénicas ou em conjuntos soldados, em que a expansão compatível é mais importante do que a contração mais baixa possível.
Diferença de aplicação n.º 4: Vedação vidro-metal e cerâmica-metal
O Invar 42 é normalmente a liga mais adequada quando o componente faz parte de uma vedação vidro-metal ou cerâmica-metal. Exemplos típicos incluem passagens herméticas, fios de ligação de lâmpadas, conectores eletrónicos, terminais de relés, caixas de sensores, dispositivos de vácuo, caixas de semicondutores e conectores elétricos selados. O objetivo do projeto é manter a tensão térmica dentro dos limites de resistência do vidro, da cerâmica, da soldadura forte, do revestimento e da interface metálica durante a vedação e o funcionamento.
No caso dos fios condutores de vidro macio, um núcleo de níquel-ferro 42% pode ser revestido com cobre para criar um compósito do tipo Dumet. O revestimento de cobre afeta a oxidação, a humedecimento, a condutividade e o comportamento de expansão efetivo do fio acabado. Por conseguinte, especificar uma barra simples de Liga 42 quando o projeto exige um fio de vedação revestido a cobre com propriedades controladas constituiria, portanto, uma incompatibilidade de materiais, mesmo que a composição química do núcleo seja semelhante.
No caso de vedantes de vidro duro ou cerâmica, outras ligas de expansão controlada, tais como as do tipo Kovar à base de Fe-Ni-Co, podem proporcionar uma correspondência mais adequada. A liga 42 não deve ser considerada uma liga de vedação universal. A composição do vidro, o ponto de recozimento, a temperatura de vedação, a espessura da parede, a geometria da junta, o estado de oxidação, o revestimento e a taxa de arrefecimento determinam se a compatibilidade é aceitável.
Questões que devem ser respondidas num pedido de selagem
- Qual é o tipo exato de vidro ou cerâmica e a respetiva curva de expansão?
- Que temperaturas são atingidas durante a selagem, o recozimento, os ensaios e o funcionamento?
- O metal é a liga 42 em estado puro, a liga 42 revestida ou um compósito revestido a cobre?
- A vedação é do tipo de compressão, de encaixe ou apresenta outra geometria específica?
- Que ensaios de taxa de fuga, resistência à tração, elétricos, visuais e de ciclos térmicos se aplicam?
- Que preparação da superfície e em que estado de oxidação deve a superfície estar antes da selagem?
Diferença de aplicação n.º 5: Estruturas de ligação para semicondutores e embalagens eletrónicas
O Invar 42 é frequentemente associado a embalagens de semicondutores e componentes eletrónicos, onde é necessário equilibrar o controlo dimensional, a compatibilidade em termos de expansão térmica, a capacidade de estampagem, a resposta ao revestimento e o desempenho hermético. As tiras podem ser estampadas ou gravadas para formar estruturas de ligação, bases, tampas, máscaras, suportes ou componentes internos de embalagens. A expansão moderada da liga pode reduzir a tensão em relação aos aços comuns quando unida a certos tipos de cerâmicas, vidros ou estruturas semicondutoras.
O Invar 36 também pode ser utilizado na indústria eletrónica, especialmente em máscaras de precisão, estruturas ressonantes, componentes de micro-ondas, ferramentas relacionadas com ecrãs e dispositivos de fixação em que o mínimo deslocamento térmico é mais importante do que a correspondência da vedação. A expressão “utilizado na indústria eletrónica” não identifica, portanto, a classe correta. É necessário especificar a função de interface e a função dimensional.
No caso das tiras estampadas, os compradores devem definir a espessura, a largura, o peso da bobina, o estado das arestas, a curvatura, as rebarbas, a planicidade, o temperamento, a direção do veio, a rugosidade da superfície, os requisitos de revestimento e o grau de limpeza. O desempenho em termos de expansão pode ser prejudicado do ponto de vista comercial se o material não puder ser estampado, revestido ou indexado dentro das tolerâncias de produção.
Diferenças mecânicas, magnéticas e de corrosão que afetam a conceção
A expansão térmica é o fator predominante na comparação, mas não é a única propriedade. Ambas as ligas são ferrosas e podem ser magnéticas abaixo das respetivas temperaturas de Curie. O Invar 36 tem uma temperatura de Curie mais baixa do que a Liga 42, devido à diferença de composição. A permeabilidade magnética e a resposta dimensional podem ser importantes em sensores, equipamentos de feixe de eletrões, atuadores de precisão, configurações de blindagem magnética e sistemas de calibração.
| Área do imóvel | Implicações em termos de conceção | Ação de aquisição |
|---|---|---|
| Resistência e dureza | A conformação a frio pode aumentar a resistência, mas também pode aumentar a tensão residual e alterar a resposta à conformação. | Indique o estado ou condição e as propriedades mecânicas exigidas. |
| Módulo de elasticidade | Uma rigidez inferior à de alguns aços pode influenciar a deflexão de estruturas de precisão. | Utilize a geometria da secção e as propriedades medidas no cálculo de projeto. |
| Condutividade térmica | Uma condutividade relativamente baixa pode provocar gradientes de temperatura e atrasar a estabilização. | Controlar a taxa de aquecimento e os pressupostos relativos ao aquecimento do instrumento. |
| Comportamento magnético | Pode influenciar os sensores, os atuadores, a blindagem e a resposta dimensional na proximidade da região de Curie. | Especificar limites magnéticos ou ensaios sempre que tal seja funcionalmente necessário. |
| Corrosão atmosférica | Nenhuma destas classes é uma liga inoxidável ou uma liga anticorrosiva com elevado teor de níquel; podem ocorrer ferrugem e manchas. | Defina os conceitos de revestimento, galvanização, lubrificação, passivação, embalagem ou proteção ambiental. |
Nem o Invar 36 nem o Invar 42 devem ser selecionados para um ambiente quimicamente agressivo apenas devido à presença de níquel. O seu teor de níquel destina-se ao controlo da dilatação, e não à resistência geral à corrosão das famílias Inconel, Hastelloy ou Monel. A humidade, o sal, os ácidos, os produtos químicos de limpeza, a porosidade do revestimento, o contacto galvânico e a condensação requerem uma análise separada.
Normas e especificações: não encomende apenas com base no nome comercial
As ligas de expansão controlada constam da norma ASTM B753, das especificações da série F da ASTM relativas a ligas de vedação, das especificações aeroespaciais, das normas nacionais, das especificações dos fabricantes e dos desenhos dos clientes. A Invar 36 também pode ser referenciada ao abrigo da norma ASTM F1684 ou de uma designação UNS específica para determinadas formas do produto. O fio ou os produtos de vedação da liga 42 podem ser regulados pela norma ASTM F29 ou por outro documento específico para a aplicação. A referência correta depende da forma e da utilização pretendida.
| Artigo da encomenda | Por que é que tem de ser explícito |
|---|---|
| Nome da liga e UNS/referência | Impede a substituição entre os materiais 36%, 42%, do tipo Kovar e os materiais genéricos de Fe-Ni. |
| Forma do produto | As chapas, as folhas, as tiras, as barras, as varas, os fios, os tubos e as peças forjadas podem ter normas e propriedades diferentes. |
| Norma e revisão | Define a composição química, as dimensões, os ensaios, o estado e a certificação. |
| Requisito de expansão térmica | Transforma o objetivo de conceção num critério de aceitação mensurável. |
| Tratamento térmico e revenimento | Controla a trabalhabilidade, a tensão residual, a resistência e a estabilidade dimensional. |
| Superfície e proteção | Apoia os processos de galvanização, vedação, soldadura, maquinagem, armazenamento e controlo da corrosão. |
Quando um desenho antigo faz referência a uma especificação obsoleta, o comprador não deve substituí-la sem mais nem menos. A entidade técnica responsável deve comparar a composição química, os limites de expansão, os requisitos mecânicos, as dimensões, os ensaios e o estado do produto antes de aprovar um equivalente.
Tratamento térmico, trabalho a frio e estabilidade dimensional
O trabalho a frio introduz tensões residuais. A maquinagem remove material de forma assimétrica. A soldadura gera calor local e retração. O endireitamento e a conformação redistribuem as tensões. Num componente estrutural normal, estes efeitos podem ser controláveis, mas num componente de Invar de precisão podem tornar-se a principal fonte de desvio ou distorção.
Os componentes em Invar 36 destinados a uma elevada estabilidade dimensional podem ser submetidos a uma sequência controlada de usinagem de desbaste, tratamento de solubilização ou estabilização, envelhecimento, usinagem intermédia e acabamento final. O ciclo exato depende das dimensões da secção, das especificações, do equipamento e da estabilidade exigida. A aplicação de um procedimento genérico de tratamento térmico em linha, sem um controlo de processo qualificado, pode provocar a formação de incrustações, descarburização, deformação, crescimento de grãos ou propriedades que não cumpram os requisitos de compra.
A fita de liga 42 para estampagem pode ser fornecida num estado de endurecimento selecionado para o corte, a conformação ou a resposta elástica. O fio de vedação pode exigir um estado de recozimento específico e um tratamento químico da superfície. Um tratamento térmico adequado para uma armação ótica não é automaticamente adequado para uma vedação de vidro ou uma estrutura de chumbo.
Maquinação, Conformação, Soldadura e Preparação de Superfícies
Maquinação
Ambas as ligas podem ser maquinadas, mas podem sofrer endurecimento por deformação e produzir aparas longas e resistentes. É importante utilizar configurações rígidas, ferramentas afiadas, ação de corte positiva, velocidade controlada, avanço adequado e uma gestão eficaz do líquido de arrefecimento. As peças de Invar de precisão devem deixar material em bruto equilibrado e seguir uma sequência de maquinagem que minimize a distorção.
Conformação e estampagem
As tiras e chapas recozidas podem ser conformadas, estiradas, cortadas ou estampadas. A folga da ferramenta, a direção das rebarbas, a orientação do grão, a dureza, os lubrificantes e o recozimento intermédio devem ser adaptados à peça. No caso das tiras para aplicações eletrónicas, a qualidade das arestas e a uniformidade da bobina podem ser tão importantes quanto a composição química nominal.
Soldadura e brasagem
Podem ser utilizados métodos de soldadura convencionais, desde que se sigam procedimentos qualificados. A entrada de calor e a restrição devem ser controladas, uma vez que a deformação pode anular a razão pela qual se optou por uma liga de baixa expansão. No caso de conjuntos soldados por brasagem ou selados, o metal de adição, o revestimento, a preparação do óxido, a folga da junta, o ciclo térmico e a tensão residual requerem uma qualificação específica para cada aplicação.
Revestimento e limpeza
Podem ser especificados revestimentos de níquel, cobre, ouro, estanho ou outros materiais para fins de eletrónica, vedação, proteção contra a corrosão, soldabilidade ou desempenho de contacto. Devem ser indicados a superfície do substrato, os produtos químicos de limpeza, a ativação, a espessura do revestimento, a aderência, a porosidade e os requisitos pós-cozedura. Um certificado do fabricante não comprova a adequação do revestimento.
Inspeção e provas para uma compra justificável
| Elemento de prova | O que verificar | O que estabelece |
|---|---|---|
| Certificado de ensaio de fábrica | Número da fornada, classe, especificação, composição química, estado, resultados mecânicos, dimensões, quantidade. | Estabelece a ligação entre o material entregue e os requisitos documentados do produto. |
| Relatório sobre a expansão térmica | Método de ensaio, orientação da amostra, intervalo de temperatura, condição, curva medida ou valores médios. | Confirma a propriedade que determina a escolha da liga. |
| PMI ou verificação química | Teor de níquel e outros elementos detetáveis com a periodicidade acordada. | Reduz o risco de mistura de granulometria, mas não substitui os ensaios químicos completos nem os ensaios de expansão. |
| Relatório dimensional | Espessura, largura, comprimento, diâmetro, retidão, planicidade, curvatura, dimensões de bobinas ou peças cortadas. | Confirma a geometria utilizável antes da maquinagem ou da estampagem. |
| Relatório visual e de superfície | Incrustações, ferrugem, riscos, sobreposições, costuras, cavidades, defeitos nas arestas, estado pronto para galvanização. | Protege o desempenho de fabrico e vedação. |
| Registo de rastreabilidade | Marcas causadas pelo calor e marcas de identificação transferidas através do corte, da maquinagem, da estampagem e da embalagem. | Incorpora o conjunto de provas nas peças acabadas. |
No caso de um requisito de expansão crítica, deve acordar-se antecipadamente se os ensaios serão realizados na amostra de calor, no produto, na peça acabada ou na amostra de referência. O laboratório de ensaios deve utilizar o mesmo intervalo de temperatura e a mesma convenção de apresentação de relatórios utilizados na conceção. Caso contrário, dois relatórios tecnicamente corretos poderão não ser comparáveis.
Por que razão os orçamentos do Invar 36 e do Invar 42 podem diferir
O preço é influenciado pelo valor de mercado do níquel, pelo processo de fusão, pelo controlo químico, pela quantidade encomendada, pela forma do produto, pela largura ou diâmetro, pelo estado de duração, pelo acabamento superficial, pela tolerância dimensional, pelos ensaios de expansão, pelo endireitamento, pelo tratamento térmico, pelo corte, pelo revestimento, pela inspeção, pela embalagem e pelo destino. Uma qualidade com menor teor de níquel não é automaticamente mais barata quando a qualidade com maior teor de níquel está disponível em stock na forma requerida.
Pequenas quantidades de tiras finas de precisão, fio fino, barra retificada, chapa larga, material com temperamento especial ou material testado de baixa expansão podem implicar um custo de conversão elevado. Uma fundição personalizada pode implicar requisitos mínimos de encomenda muito superiores ao peso da peça acabada. Os compradores devem comparar o custo do material utilizável e em conformidade, e não apenas o preço por quilograma.
No caso de projetos internacionais, a validade das cotações deve ter em conta a evolução do preço do níquel e o calendário de produção. A formulação relativa à entrega deve distinguir entre a conclusão da entrega na fábrica, a partida do porto e a chegada às instalações do comprador.
Um processo de seleção de compradores e engenheiros
- Defina a função de montagem: movimento absoluto mínimo, expansão compensada, atuação térmica, contração criogénica ou outro requisito.
- Registe o histórico completo das temperaturas, incluindo as fases de fabrico, selagem, ensaio, transporte, funcionamento, limpeza e desativação.
- Identifique todos os materiais utilizados na união e obtenha a respetiva curva de expansão, e não apenas um único valor à temperatura ambiente.
- Selecione a liga candidata e a forma do produto e, em seguida, indique a norma e a condição aplicáveis.
- Converter o desempenho em limites mensuráveis no que diz respeito à expansão, às dimensões, às propriedades mecânicas, ao comportamento magnético e ao estado da superfície.
- Revisão do processo de fabrico: corte, maquinagem, conformação, soldadura, brasagem, galvanização, estabilização, limpeza e inspeção final.
- Envie a mesma base de pedido de cotação a cada fornecedor e exija que todos os desvios sejam indicados antes da aceitação da encomenda.
- Verifique se o certificado, os relatórios de ensaio, as marcações físicas e as dimensões estão em conformidade antes de o material entrar na produção.
Esta sequência mantém o nome da liga associado à finalidade técnica. Além disso, cria um registo que pode ser consultado quando a mesma peça for novamente adquirida.
Análise final do pedido de cotação para Invar 36 ou Invar 42
- Material: Invar 36 / Liga 36 / FeNi36 ou Invar 42 / Liga 42 / FeNi42
- UNS, EN, DIN, aeroespacial, ASTM ou especificações e revisões do cliente
- Formato do produto: placa, chapa, tira, bobina, barra, varão, fio, tubo, peça forjada ou peça em bruto maquinada
- Dimensões: espessura, largura, comprimento, diâmetro, espessura da parede, peso da bobina, retidão, planicidade, curvatura e tolerâncias
- Quantidade: peças, metros, bobinas, quilogramas, margem de produção e peças sobressalentes necessárias
- Estado: recozido, trabalhado a frio, temperado, estabilizado, retificado, decapado, polido, revestido ou outro estado especificado
- Aplicação e objetivo de conceção: expansão mínima ou expansão sincronizada
- Intervalo de temperatura e ciclo térmico utilizados para a aceitação da expansão
- Sistema de acoplamento de vidro, cerâmica, compósitos, metal, semicondutores, revestimentos ou revestimentos de proteção
- Testes obrigatórios de química, mecânicos, de expansão, magnéticos, de estanqueidade, de galvanização ou testes especiais
- Tipo de certificado, âmbito do PMI, inspeção por terceiros, rastreabilidade e marcação
- Corte, margem de usinagem, estado das arestas, embalagem, prevenção da oxidação e marcas de exportação
- Destino, Incoterm, data de chegada exigida, validade da cotação e regra de desvio
No caso de um projeto de vedação, anexe o desenho da vedação e os dados relativos ao vidro ou à cerâmica. No caso de uma estrutura de precisão, anexe a margem de erro dimensional e os requisitos de estabilização. No caso de um molde composto, inclua o ciclo de cura, as dimensões da ferramenta, o conceito de soldadura e os requisitos de precisão final.
Perguntas mais frequentes
O Invar 42 é melhor do que o Invar 36?
Nenhum dos dois é universalmente melhor. O Invar 36 é normalmente a melhor opção quando o objetivo principal é minimizar a variação dimensional. O Invar 42 é normalmente a melhor opção quando é necessária uma expansão controlada que se adapte a vidro, cerâmica, embalagens eletrónicas ou a um material adjacente selecionado.
Qual é a liga que apresenta o menor coeficiente de expansão térmica?
O Invar 36 apresenta uma expansão mais baixa a temperaturas ambientes próximas do normal e dentro do seu intervalo de baixa expansão certificado. O valor exato depende da composição química, do processo de fabrico, do estado do material e do intervalo de temperaturas indicado no ensaio.
O Invar 36 pode substituir a Liga 42 numa vedação vidro-metal?
Não sem aprovação técnica e qualificação da vedação. Uma menor expansão não é automaticamente mais segura. A incompatibilidade pode aumentar a tensão no vidro durante a vedação e o arrefecimento. É necessário analisar a composição do vidro, a geometria, o ciclo térmico, o óxido, o revestimento e os requisitos de estanqueidade.
A liga 42 pode substituir o Invar 36 numa bancada ótica?
Apenas se o deslocamento térmico mais elevado se mantiver dentro dos limites de erro ótico e dimensional. Uma substituição direta pode reduzir a estabilidade, uma vez que a Liga 42, normalmente, se expande várias vezes mais do que o Invar 36 nas faixas de temperatura ambiente.
O Invar 36 e o Invar 42 são resistentes à corrosão?
Apresentam um comportamento atmosférico útil em condições controladas, mas não devem ser consideradas como ligas inoxidáveis ou ligas de alta resistência à corrosão com elevado teor de níquel. A humidade, o sal, os ácidos, os produtos químicos de limpeza e o contacto galvânico exigem revestimentos, galvanização, embalagem ou um material diferente, conforme o caso.
Que norma deve ser especificada?
A resposta depende da forma do produto e da sua aplicação. Podem ser aplicáveis as normas ASTM B753, ASTM F1684, ASTM F29, especificações aeroespaciais, normas nacionais, especificações do fabricante e desenhos do cliente. Indique o documento e a revisão exatos, em vez de fazer a encomenda apenas pelo nome comercial.
Um certificado de fábrica comprova a estabilidade dimensional?
Apenas se o certificado incluir as provas necessárias relativas à expansão ou à estabilização. Os resultados padrão de análises químicas e de ensaios de tração não comprovam automaticamente a curva de expansão térmica, o estado de tensão residual ou a estabilidade dimensional a longo prazo exigidos por um projeto de precisão.
Que informações são mais importantes para um pedido de cotação de vedantes em liga 42?
Indique o tipo exato de vidro ou cerâmica, o desenho da vedação, a construção simples ou revestida a cobre, as dimensões, o acabamento da superfície ou o revestimento, o ciclo térmico, os ensaios de estanqueidade e de tração, os requisitos de expansão, a quantidade, o âmbito da inspeção e o destino da entrega.
Que informações são mais importantes para um pedido de cotação de ferramentas em Invar 36?
Indique as especificações do material, as dimensões das chapas ou barras, o plano de soldadura ou maquinagem, o ciclo de temperatura de cura ou de funcionamento, a precisão final, a sequência de tratamento térmico ou estabilização, os pontos de inspeção, a rastreabilidade e a data de entrega pretendida.
Decisão final sobre a aquisição de Invar 36 versus Invar 42
A diferença mais importante entre o Invar 36 e o Invar 42 em termos de aplicação reside na estratégia de conceção. O Invar 36 minimiza a variação dimensional absoluta. O Invar 42 proporciona uma curva de expansão mais elevada e controlada, que pode ser adaptada a determinados materiais de vidro, cerâmica, embalagens eletrónicas ou materiais de união. A escolha entre ambos requer a consideração da gama completa de temperaturas, dos materiais de união, do estado do produto e do processo de fabrico.
Uma aquisição justificável estabelece a ligação entre a identificação da liga, as especificações, a forma do produto, os requisitos de expansão térmica, as dimensões, o tratamento térmico, o fabrico, a inspeção, a rastreabilidade e as condições comerciais. Além disso, define a condição que daria origem a uma nova análise do material.
A 28Nickel fornece chapas, folhas, tiras, barras, varões, fios, tubos de liga de expansão controlada, bem como matérias-primas específicas para projetos destinados à indústria transformadora internacional. Envie a designação da liga, as dimensões, a quantidade, a aplicação, o intervalo de temperatura, o material de acoplamento, os requisitos de ensaio, o destino e o prazo para análise técnica e comercial.