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Jul 11, 2023

Jóia da coroa: Rolls

A fundição é um dos métodos mais antigos e básicos de usinagem. Se você puder

A fundição é um dos métodos mais antigos e básicos de usinagem. Se você pode fazer um fogo quente o suficiente para derreter um metal e fabricar um cadinho para derretê-lo e um molde que possa suportar o calor, você pode moldar formas metálicas complexas; e temos feito isso por milênios. A fundição mais antiga conhecida é uma rã de cobre feita há 6.000 anos na Mesopotâmia. Muitas das reluzentes esculturas de mármore da Grécia Antiga são, na verdade, cópias romanas mais recentes de originais fundidos em bronze: os poucos originais sobreviventes, como os bronzes de Riace de guerreiros gregos encontrados no mar da Sicília, mostram a incrível sofisticação e nível de detalhe alcançado por esses mestres de metais mortos há muito tempo.

No entanto, essa habilidade mais antiga ainda está em uso hoje e, de fato, ainda está sendo desenvolvida. Sua encarnação mais recente é sem dúvida o procedimento mais avançado já realizado em metais e é vital para uma das atividades emblemáticas do mundo moderno: viagens aéreas de rotina. Ele pode ser encontrado no centro histórico de metalurgia do Reino Unido, Sheffield, no Rolls-Royce Advanced Blade Casting Facility (ABCF), uma instalação construída propositadamente perto do Centro de Pesquisa de Manufatura Avançada da Universidade de Sheffield em Rotherham.

Os componentes que a ABCF está produzindo não são aqueles que a maioria das pessoas vê: são as pás das turbinas que ficam escondidas na parte mais quente dos motores a jato. Longe do brilho decorativo dos bronzes gregos, eles combinam uma aparência utilitária com complexidade de forma e função e uma perfeição interna de joia: pesando apenas cerca de 300g e pequenos o suficiente para caber na palma da mão, são de fato perfeitos cristais de uma liga metálica cuja composição foi ajustada ao longo de muitos anos para operar nas condições infernais da parte mais rápida de um motor a jato.

"No nascimento do motor a jato, os protótipos de Sir Frank Whittle eram feitos inteiramente de aço", disse o chefe de materiais da Rolls-Royce, Neil Glover. "O aço é ótimo para resistência e dureza superficial, mas se você precisa de desempenho em alta temperatura, na verdade não é muito bom; 450–500°C é quase o limite."

Sua inadequação levou à busca de um material mais resistente à temperatura, e os fabricantes de jatos se voltaram para as ligas de níquel. Relativamente abundante, com grandes depósitos na Austrália e baixo preço, o níquel derrete a 1.728 K (1.455°C) e é resistente à corrosão – ambas propriedades valiosas para componentes que funcionam dentro de um motor a jato. Mais importante ainda é sua capacidade de formar ligas, e a propriedade particular de uma dessas ligas, um composto conhecido como gama-prime no qual o níquel se combina com o alumínio, de manter sua resistência em altas temperaturas. "No aço ou mesmo no titânio, a resistência cai rapidamente quando você atinge 40 a 50% do ponto de fusão", disse Glover. "As ligas de níquel retêm sua resistência até 85% do ponto de fusão.

E os fabricantes de motores fazem pleno uso dessa propriedade. Os motores a jato funcionam posicionando as pás da turbina, que giram na corrente de gases quentes que se expandem para fora da câmara de combustão, no mesmo eixo das pás do compressor que forçam o ar para dentro do motor em alta pressão. Assim, na parte de trás do motor, as pás da turbina de baixa pressão, que operam em um fluxo de gás que esfriou um pouco, estão no mesmo eixo que as grandes pás do ventilador na frente do motor, que aceleram o ar para gerar o impulso do motor. Esse eixo passa pelo meio do eixo de pressão intermediária (IP) mais curto e mais largo, que novamente possui pás de turbina na parte traseira e pás de compressor na frente. Fora dele está o eixo de alta pressão, que aciona o compressor que força o ar para dentro da própria câmara de combustão. A câmara de combustão é anular, com um anel de saída na parte traseira que controla o fluxo dos gases de escape, e é aqui que se encontram as pás monocristalinas. Os gases, frescos da combustão, estão em torno de 1.700°C; e o eixo gira a velocidades superiores a 12.000 rpm.