Por Que é Preciso um Parafuso de Alumínio de Classe 600 MPa

A leveza dos veículos nova energia é uma engenharia de ganhos quantitativos claros: dados do setor mostram que, para cada 100 kg reduzidos no veículo, a autonomia pode aumentar 6%–8%. O magnésio, como o metal estrutural de menor densidade atual, migra de pequenas peças de interior para componentes centrais da zona úmida dos três sistemas elétricos, como bandeja de bateria e carcaça de acionamento. Mas, com o magnésio em larga escala no veículo, os fixadores de aço tradicionais expõem dois grandes problemas: primeiro, a corrosão galvânica de metais dissimilares — o potencial elétrico do magnésio é cerca de -1,6 V e o do aço carbono cerca de -0,44 V, uma diferença enorme que, em ambiente úmido, faz o substrato de magnésio corroer rapidamente como ânodo; segundo, a incompatibilidade de dilatação térmica — o coeficiente de dilatação térmica da liga de magnésio é cerca do dobro do aço, e sob ciclos de calor e frio o parafuso de aço e a carcaça de magnésio se deformam de forma não sincronizada, com a pré-carga decaindo continuamente.

A solução de compromisso atual do setor é o parafuso de liga de alumínio 6056 (AL9), de cerca de 420 MPa, que alivia o conflito entre corrosão e dilatação térmica, mas limitado pelo processo de produção em massa por conformação a frio, com teto de resistência baixo, não suportando as condições de alto torque e alta carga dos três sistemas elétricos. O ZT68 nasce justamente para esse vazio: mantendo a compatibilidade de potencial elétrico e dilatação térmica entre alumínio e magnésio, eleva a resistência do parafuso de alumínio ao nível de 600 MPa.

Sistema de Material: A Lógica da Composição da Liga de Alumínio Série 7 Modificada

As ligas de alumínio dividem-se em séries conforme o elemento principal de liga. A série 6 (como 6061 e 6056) tem o Mg2Si como fase de reforço, resistência média e boa conformabilidade, sendo a base dos parafusos de alumínio de 420 MPa existentes; já o ZT68 utiliza uma liga de alumínio modificada da série 7 (Al-Zn-Mg-Cu). A série 7 adiciona Zn, Mg e Cu, podendo precipitar fases de reforço em escala nanométrica durante o envelhecimento, com teto de resistência muito acima da série 6, sendo o principal sistema de alumínio de alta resistência para peças estruturais aeroespaciais.

O que é verdadeiramente difícil em engenharia não é "escolher a série 7", mas fazer com que a liga de alumínio de alta resistência da série 7 possa ser conformada a frio. O alumínio de alta resistência tradicional tem pouca plasticidade e racha com facilidade na conformação a frio, sendo difícil de transformar em parafusos em lote. O ZT68, por meio do controle preciso da precipitação das fases de reforço de Mg, Zn e Cu e do processo de solubilização por resfriamento em gradiente, alcança ao mesmo tempo ultra-alta resistência e boa plasticidade após a conformação a frio — esta é justamente a essência que o distingue do "parafuso de alumínio usinado": a conformação a frio garante o fluxo metálico contínuo, a resistência à fadiga da rosca é superior à das peças torneadas, além de alta eficiência e baixo custo.

Tratamento Térmico: Como a Solubilização, Têmpera e Envelhecimento Fazem Crescer o MgZn2

A alta resistência do ZT68 provém de uma cadeira precisa de tratamento térmico, logicamente divisível em três etapas:

1. Tratamento de solubilização: dissolve completamente os átomos solutos de Zn, Mg e Cu no substrato de alumínio, formando uma solução sólida supersaturada uniforme, preparando a base para o posterior reforço por precipitação.
2. Têmpera: o resfriamento rápido "congela" a solução sólida supersaturada à temperatura ambiente, deixando a liga em um estado metaestável.
3. Envelhecimento: mantém a temperatura por um certo tempo, fazendo com que as fases de reforço finas e dispersas (principalmente a fase MgZn2) precipitem uniformemente da solução sólida supersaturada, pregando as discordâncias como inúmeros pequenos pregos e elevando drasticamente a resistência.

Metalograficamente, o ZT68 consegue grãos finos e uniformes, sem fases metálicas grossas precipitadas e sem impurezas frágeis contínuas nos contornos de grão (fases AlFe/AlSiFe) — o primeiro dispersa a tensão e eleva a tenacidade, enquanto o segundo bloqueia os canais de penetração do meio corrosivo, elevando simultaneamente a resistência e a anticorrosão no nível microscópico. O processo de laminação da rosca após o tratamento térmico introduz uma tensão residual compressiva uniforme no vale do filete, compensando a tensão de tração em serviço e elevando a resistência à fadiga.

Propriedades Mecânicas Medidas: Tração, Carga de Cunha, Dureza e Torque

Tomando como referência o parafuso de sextavado externo com flange M8×40, os dados medidos pela YF Zhichengjia são os seguintes (média de 5 corpos de prova paralelos):

No ensaio de carga de cunha de 6° na cabeça, os 5 corpos de prova fraturaram todos no trecho de rosca não engrenado, sem fissura nem quebra de canto na cabeça, correspondendo a uma resistência à tração de 627–639 MPa, o que demonstra que a resistência da junta por conformação a frio entre a cabeça e a haste atende ao projeto de segurança do veículo. A dispersão mínima dos dados (a resistência à tração de todos os grupos fica entre 628 e 630 MPa) significa excelente consistência do desempenho em lote, adequada para linhas de aperto automáticas.

Anticorrosão, Estabilidade Térmica e Valor de Leveza

Em anticorrosão: o alumínio nu sem proteção apresenta ferrugem branca extensa em 3 dias de névoa salina neutra; com a oxidação anódica complementar, passa de forma estável por 60 dias contínuos de névoa salina neutra, sem corrosão aparente na superfície. No ensaio de corrosão galvânica, a ordem de risco ao parear com a liga de magnésio AZ91 é "aço carbono > ZT68 série 7 > alumínio 6056", ou seja, a diferença de potencial entre o ZT68 e o substrato de magnésio é pequena, enfraquecendo desde a raiz a corrosão galvânica do par aço-magnésio.

Em estabilidade térmica: após 12 horas de exposição térmica contínua a 150 °C, a resistência à tração ainda se mantém acima de 600 MPa, com alongamento de cerca de 10%, sem relaxamento por fluência evidente; além disso, o coeficiente de dilatação térmica da liga de alumínio é próximo ao da liga de magnésio, e sob ciclos de calor e frio o parafuso e a carcaça de magnésio se "deformam em sincronia", com a queda da pré-carga muito menor que a do parafuso de aço.

Valor de leveza: a densidade do alumínio é de apenas 2,7 g/cm³, e um parafuso da mesma dimensão reduz o peso em cerca de 65% em relação ao de aço; combinado com o projeto de engrenamento curto (o comprimento de engrenamento em substratos macios de alumínio/magnésio pode ser reduzido para 1,3–1,5d), compactando e reduzindo ainda mais o peso. As aplicações típicas cobrem carcaças de motor de liga de magnésio, flanges de redutor, bandejas de bateria, placas de resfriamento a água e braços de controle de chassis leve, entre os cenários de ciclos de calor e frio na zona úmida dos três sistemas elétricos e do chassis.