Análise do uso de ligas Al-Mg-Si e Al-Zn em substituição ao ferro fundido nodular para blocos utilizados em manifolds hidráulicos

Abstract

O uso de manifolds em sistemas hidráulicos auxilia na regulação do fluxo de fluidos entre os componentes, permitindo o controle preciso das atividades hidráulicas e aumento da vida útil do sistema. A busca por eficiência e redução de custos é um desafio para as empresas. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de substituição do ferro fundido nodular FE-45012 pelas ligas de alumínio 6351-T6 e 7075-T6 na fabricação do bloco de hidráulico utilizado em um manifold responsável pelo acionamento da altura e inclinação de plataforma para uma máquina agrícola. A avaliação visa a manutenção da resistência mecânica do componente com redução de peso e custos. Para isso, os materiais substitutos foram avaliados em termos de resistência à fadiga em condições operacionais e estáticas, caracterização química, dureza e viabilidade econômica. Com base nos resultados, as ligas de apresentaram-se inaptas como potenciais substitutos do ferro fundido para a aplicação demandada pelo projeto, sobretudo, no que se diz respeito a resistência à fadiga. Os materiais em alumínio apresentaram redução de peso, custo e boa usinabilidade. Porém, apresentaram falha por fadiga abaixo dos 2.000.000 de ciclos quando submetidos a 250 bar de pressão. No entanto, este estudo pode contribuir como referência para eventuais otimizações de projetos hidráulicos, sobretudo, para aplicações que demandam ciclos de fadiga e pressões menores.

The usage of manifolds in hydraulic systems assist in regulating fluid flow among components, which allows precise control of hydraulic applications and extends the system's lifespan. However, the pursuit of efficiency and cost reduction poses a challenge for companies. In this context, this study aims to assess the possibility of usage of aluminum alloys 6351-T6 and 7075-T6 instead of nodular cast iron FE-45012 as raw material of a hydraulic block assembled in a manifold, which is responsible for controlling the height and tilt of a platform for an agricultural machine. The evaluation focuses on maintaining the component's mechanical strength while achieving weight and cost reduction. Substitute materials were assessed for fatigue resistance under operational and static conditions, chemical characterization, hardness, and economic viability. Based on the results, the aluminum alloys proved unsuitable as potential substitutes for cast iron in the specified project application, particularly regarding fatigue resistance. The tested aluminum materials demonstrated weight reduction, cost savings, and good machinability. However, they experienced fatigue failure below 2,000,000 cycles when subjected to 250 bar of pressure. Nevertheless, this study can serve as a reference for potential optimizations in hydraulic designs, especially for applications involving lower fatigue cycles and pressures.