Quais os inconvenientes associados a uma estrutura do lingote metálico com, predominantemente, zona colunar?
Passo 1
Beleza, o enunciado pergunta: “Quais são os inconvenientes de um lingote metálico cuja microestrutura é quase toda zona colunar?” Isso cai em Metalurgia, mais especificamente na parte de solidificação de metais. Pra resolver, a gente precisa entender o que são as zonas de um lingote (zona externa colunar, zona interna equiáx), como elas surgem e por que uma zona colunar predominante dá problema.
Passo 2
Antes de falar dos problemas, bora ver rapidinho o que é zona colunar.
- Quando você coloca o metal derretido no molde, as paredes esfriam primeiro.
- As impurezas e a solidificação começam ali e formam grãos alongados (colunares) que crescem em direção ao centro.
- Se isso “domina” o lingote todo, quase não formam grãos equiáx (mais ou menos “gordinhos” e aleatórios) no meio.
Passo 3
Problema 1: anisotropia mecânica
- Como os grãos são todos alongados e alinhados, as propriedades (tração, dureza) variam muito de direção.
- Se você puxar ou dobrar perpendicular ao sentido de crescimento das colunas, a resistência cai.
- Teoria aplicada: em materiais policristalinos, a junção dos contornos de grão influencia na dissipação de energia; grãos colunares deixam um caminho “fácil” pra fendas seguirem justo na direção do crescimento.
Passo 4
Problema 2: segregação e porosidade
- Durante a solidificação coluna a coluna, o soluto (impurezas ou elementos de liga) vai sendo empurrado pra frente das frentes de solidificação, concentrando-se nos canais interdendríticos.
- Isso gera regiões com composição diferente (segregação), que têm pontos fracos.
- Além disso, o fechamento de vazios entre dendritos é pior, aumentando a porosidade e a chance de trincas (hot tears).
Passo 5
Problema 3: dificuldade de usinagem e tratamentos posteriores
- Superfícies com muitos contornos de grão alinhados desgastam mais a ferramenta de corte.
- Se quiser normalizar ou forjar, vai ter que recristalizar tudo, gastando mais energia e tempo.
- Em soldagem, a zona colunar também é mais suscetível a fissuras.
Resposta
Os principais inconvenientes de um lingote com zona colunar predominante são:
- Forte anisotropia mecânica (propriedades diferentes conforme a direção do grão).
- Segregação de soluto e porosidade elevada, favorecendo trincas e “hot tears”.
- Má usinabilidade e necessidade de tratamentos térmicos extras para refinar grãos e homogenizar a composição.