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Introdução aos Materiais de Aviação e Processos SEST – Serviço Social do Transporte SENAT – Serviço Nacional de Aprendizagem do Transporte ead.sestsenat.org.br CDU 656.7 67 p. :il. – (EaD) Curso on-line – Introdução aos Materiais de Aviação e Processos – Brasília: SEST/SENAT, 2016. 1. Aviação - materiais. 2. Aviação - processos. I. Serviço Social do Transporte. II. Serviço Nacional de Aprendizagem do Transporte. III. Título. 3 Sumário Apresentação 6 Unidade 1 | Ferragens de Aviação 7 1.1 Parafusos de Aviação 8 1.2 Prendedores Rosqueados 9 1.3 Outros Tipos de Parafusos da Aviação (Screws) 9 1.4 Porcas de Aviação 10 1.5 Arruelas de Aviação 10 1.6 Rebites 11 2 Instalação de Parafusos e Porcas 11 3.1 Reparos em Roscas Internas 12 3.2 Reparos com Luvas Acre 12 4.1 Prendedores de Abertura Rápida 13 4.2 Torque e Torquímetro 14 Glossário 15 Atividades 16 Referências 17 Unidade 2 | Ligações Mecânicas e Frenagem 18 1 Cabo de Comando 19 2 Conexões Rígidas de Controle 20 3 Pinos 21 4 Métodos de Segurança 21 Glossário 27 Atividades 28 Referências 29 Unidade 3 | Materiais Diversos 30 4 1 Plásticos 31 2 Borracha 32 3 Amortecedores de Elástico 33 4 Vedadores 34 5 Limpadores (Wipers) 38 6 Selantes 38 Glossário 39 Atividades 40 Referências 41 Unidade 4 | Corrosão 42 1 Tipos e Formas de Corrosão 43 2 Manutenção Preventiva 45 3 Remoção da Corrosão 46 4 Materiais e Processos Usados no Controle da Corrosão 47 Glossário 50 Atividades 51 Referências 52 Unidade 5 | Processo de Tratamento Térmico e de Dureza 53 1 Processos Usados na Conformação Mecânica dos Metais 54 2 Metais Ferrosos Usados na Indústria Aeronáutica 55 3 Metais Não Ferrosos de Utilização Aeronáutica 56 4 Princípios do Tratamento Térmico 57 5 Tratamento Térmico de Metais Ferrosos 57 6 Cementação 58 7 Tratamento Térmico de Metais Não Ferrosos 59 8 Recozimento das Ligas de Alumínio 59 5 9 Tratamento Térmico dos Rebites de Liga de Alumínio 60 10 Tratamento Térmico das Ligas de Magnésio 60 11 Tratamento Térmico do Titânio 60 12 Testes de Dureza 61 Glossário 62 Atividades 64 Referências 65 Gabarito 66 6 Apresentação Prezado(a) aluno(a), Seja bem-vindo(a) ao curso Introdução aos Materiais de Aviação e Processos! Neste curso, você encontrará conceitos, situações extraídas do cotidiano e, ao final de cada unidade, atividades para a fixação do conteúdo. No decorrer dos seus estudos, você verá ícones que tem a finalidade de orientar seus estudos, estruturar o texto e ajudar na compreensão do conteúdo. O curso possui carga horária total de 20 horas e foi organizado em 4 unidades, conforme a tabela a seguir. Fique atento! Para concluir o curso, você precisa: a) navegar por todos os conteúdos e realizar todas as atividades previstas nas “Aulas Interativas”; b) responder à “Avaliação final” e obter nota mínima igual ou superior a 60; c) responder à “Avaliação de Reação”; e d) acessar o “Ambiente do Aluno” e emitir o seu certificado. Este curso é autoinstrucional, ou seja, sem acompanhamento de tutor. Em caso de dúvidas, entre em contato por e-mail no endereço eletrônico suporteead@sestsenat. org.br. Bons estudos! Unidades Carga Horária Unidade 1 | Ferragens de Aviação 4 h Unidade 2 | Ligações Mecânicas e Frenagem 4 h Unidade 3 | Materiais Diversos 4 h Unidade 4 | Corrosão 4 h Unidade 5 | Processos de Tratamento Térmico e de Dureza 4 h 7 UNIDADE 1 | FERRAGENS DE AVIAÇÃO 8 Unidade 1 | Ferragens de Aviação As ferragens de aviação são as principais peças estruturais de uma aeronave e encontram-se nas partes internas e externas. O estudo destas estruturas permite entender as variadas formas de fabricação, a formação aerodinâmica dos aerofólios de uma aeronave, a fixação de seus equipamentos e componentes. 1 Dispositivos de Fixação Levando-se em consideração que há sempre a necessidade de unir determinadas peças na mecânica, é imprescindível o conhecimento acerca dos dispositivos de fixação mais usados, bem como das suas respectivas classificações. 1.1 Parafusos de Aviação O principal requisito para os parafusos empregados em aviação é a resistência à corrosão. Por isso, são fabricados com aço, liga de alumínio anodizado ou banhados de cádmio ou zinco. Os parafusos especiais são, normalmente, identificados por uma letra S estampada na cabeça. Os parafusos são identificados por meio do formato da cabeça, do método de fixação, do material de fabricação ou de empregos afins. As marcações Air Force Navy (AN), Nacional Aircraft Standart (NAS) e Military Standart (MS) indicam o fabricante do parafuso. Existem parafusos com diversas características: • de uso geral - utilizados em partes estruturais e não estruturais; • de tolerância mínima - aplicados em situações que exigem um ajuste forte; • com encaixe para adaptação em chaves - indicados para locais de grande esforço de tensão e cisalhamento; • de retenção - combinam características de parafuso e rebite com grandes vantagens sobre ambos. 9 1.2 Prendedores Rosqueados Os prendedores rosqueados permitem a união de duas ou mais superfícies de forma rápida. Assim, são muito utilizados na construção e nos serviços de manutenção de partes que necessitam de recolocação com intervalos frequentes. Existem dois tipos de prendedores rosqueados: • bolts - usados, geralmente, quando há necessidade de grande firmeza; • de rosca soberba (screws) – usados quando a firmeza não é o fator primordial. 1.3 Outros Tipos de Parafusos da Aviação (Screws) Conforme é possível observar na Figura 1, screws são parafusos de rosca soberba, com uma enorme variedade de modelos que se diferenciam dos parafusos comuns (bolts) por serem menos resistentes. São os prendedores rosqueados mais usados nas aeronaves. Os parafusos mais usados desta classe estão divididos em três grupos: • parafusos para estrutura - possuem resistências e medidas iguais aos parafusos comuns (bolts); • parafusos de máquina - são utilizados em reparos em geral; • parafusos de rosca soberba - aqueles utilizados para fixar pequenas partes. Figura 1: Parafuso de rosca soberba (screws) 10 1.4 Porcas de Aviação Como os parafusos, as porcas de aviação, evidenciadas na Figura 2, devem ser resistentes à corrosão, obedecendo as mesmas regras de fabricação: aço carbono banhado em cádmio, aço inoxidável ou liga de alumínio. São fabricadas em diversos tamanhos e formatos, podendo ter rosca direita e rosca esquerda (que possui o sentido de aperto anti-horário). As porcas estão divididas em dois grupos gerais: • comum - devem ser frenadas por um dispositivo externo, como contrapino, arame de freno ou contraporca; • autofreno - não necessitam de meios auxiliares de frenagem, pois são construídas com dispositivos próprios de frenagem. Os dois tipos de porcas autofreno mais utilizados são as de metal e as de freno de fibra. 1.5 Arruelas de Aviação As arruelas de aviação, observadas na Figura 3, têm como principal finalidade suportar o esforço, aplicado pelo parafuso ou pela porca, sobre a superfície em que são apertados. Assim, absorvem toda a torção e protegem a superfície contra deformações. Classificam-se em: planas, freno ou especiais. Figura 2: Tipos de porcas de aviação Figura 3: Tipos de arruelas de aviação 11 1.6 Rebites Os rebites são pinos metálicos usados para manter duas ou mais lâminas, placas ou peças metálicas unidas. Como mostra a Figura 4, os rebites são pequenas hastes cilíndricas, largamente empregadas na junção de peças, em virtude das dificuldades de soldagem doalumínio e de suas ligas. O processo de aplicação dos rebites produz uma união tão forte quanto o material de cada uma das partes. A rebitagem é mais adequada quando se tem em vista a firmeza e o acabamento. Além disso, sua execução é mais fácil que a solda. 2 Instalação de Parafusos e Porcas Os manuais dos fabricantes determinam todo tipo de material a ser empregado. Esta é uma regra básica para a instalação de parafusos e porcas de aviação. Portanto, qualquer trabalho executado em uma aeronave deve obedecer, rigorosamente, aos procedimentos determinados pelo fabricante. Os orifícios, para os parafusos penetrarem, devem ser adequados à superfície ocupada, proporcionando total apoio à cabeça do parafuso e à porca. Para isso, não podem ser maiores que o necessário nem ovalizados, a fim de manter a estrutura íntegra e segura. Ressalta-se que um parafuso instalado inadequadamente pode gerar consequências catastróficas, como acidentes com perda de superfícies de comando. Nesse sentido, o extinto Instituto de Aviação Civil (IAC), cujas atribuições concernentes ao desenvolvimento da instrução profissional para Aviação Civil e aos estudos de meio ambiente e economia do transporte aéreo foram assimiladas pela Superintendência de Estudos, Pesquisas e Capacitação da ANAC, sustenta que “É muito importante que todos os parafusos e porcas, exceto as do tipo autofreno, sejam frenadas após a instalação” (BRASIL, 2002, p. 13). Figura 4: Exemplo de rebite 12 3 Reparos Durante a operação das aeronaves, os desgastes naturais são inevitáveis. Portanto, é necessário obter entendimentos eficazes sobre os reparos dos materiais utilizados, o que pode tornar o processo mais apropriado e menos oneroso. 3.1 Reparos em Roscas Internas Nas manutenções, pode ser detectada a necessidade de reparos nas roscas internas. Diante disso, são utilizados métodos e materiais que facilitam este trabalho. O material mais utilizado é a rosca postiça Heli-coil, que consiste em um arame de aço inoxidável, de seção rômbica, enrolado com precisão, em forma de mola helicoidal, conforme mostra a Figura 5. O IAC afirma que “A recuperação da rosca danificada é, normalmente, o recurso mais barato e mais conveniente. Os dois métodos de reparo são: substituição de buchas e instalação de roscas postiças Heli-coils” (BRASIL, 2002, p. 18). 3.2 Reparos com Luvas Acre A Figura 6 mostra os luvas acres, que são pequenos tubos de parede fina para furos escareados, destinadosa receber parafusos do tipo padrão e rebites. A instalação destes tubos requer selantes que garantam sua fixação nos furos supermedidos para evitar possível corrosão galvânica. Figura 5: Rosca postiça Heli-coil Figura 6: Luvas acres 13 4 Manutenção Com o desenvolvimento da aviação, tornou-se cada vez mais necessário o uso de métodos para agilizar os serviços de manutenção concernentes às janelas de inspeção, às portas e aos demais painéis removíveis da aeronave. 4.1 Prendedores de Abertura Rápida Devido ao progresso da aviação, foram criados os prendedores de abertura rápida. As Figuras 7.A, 7.B e 7.C ilustram tipos mais comuns, que são: • Dzus – formado por um pino prisioneiro, um ilhós e um receptáculo; • Camloc – formado por um conjunto prisioneiro, um ilhós e um receptáculo, que pode ser de dois tipos (rígido ou flutuante); • Airloc – formado um prisioneiro, um pino e um receptáculo. Figura 7.A - Prendedor tipo Dzus Figura 7.B - Prendedor tipo Camloc Figura 7.C - Prendedor tipo Airloc 14 4.2 Torque e Torquímetro A correta manutenção é finalizada com os apertos adequados aos parafusos e às porcas empregados nos mais diversos sistemas da aeronave. Para isso, devem ser pregadas ferramentas apropriadas à aplicação correta dos torques. A mais conhecida é o torquímetro, que ajusta com precisão o torque de um parafuso em uma porca. Os três tipos de torquímetros mais utilizados são: barra flexível, estrutura rígida e estrutura de catraca. A Figura 8 mostra um torquímetro de catraca. É importante salientar que, independentemente do tipo do torquímetro, cabe ao fabricante a responsabilidade de determinar o torque correto em seus manuais. Resumindo Neste capítulo foram apresentados conteúdos relativos às ferragens de aviação, entendidas como peças que compõem as partes estruturais de uma aeronave e são utilizadas para fixações e ajustes. Foi possível conhecer as variadas formas de fabricação, as principais características e o emprego das ferragens na aviação, como também procedimentos e métodos de instalação, reparo e manutenção. Em diversos momentos, ressaltou-se que a correta execução dos serviços depende das recomendações preconizadas nos manuais dos fabricantes de aeronaves. Figura 8: Torquímetro de catraca 15 Glossário Alumínio anodizado: processo electrolítico que forma sobre a liga de alumínio um óxido de espessura determinada. Arame de freno: arame flexível de cobre ou latão usado para evitar o giro das porcas dos parafusos, das barras dos esticadores, etc. Cisalhamento: fenômeno de deformação ao qual um corpo está sujeito quando as forças que sobre ele agem provocam um deslocamento em planos diferentes, mantendo o volume constante. Contrapino: pequena cavilha metálica que se atravessa perpendicularmente à extremidade de um parafuso, eixo, chaveta, etc. Contraporca: porca atarraxada em seguida à outra, para evitar que ela se desaperte. Escareado: de formato arredondado, para permitir melhor encaixe de parafusos ou pregos. Rebite: é um fixador mecânico metálico, semipermanente. 16 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Os prendedores rosqueados são muito utilizados na construção e nos serviços de manutenção de partes que necessitam de recolocação com intervalos frequentes. ( ) Verdadeiro ( ) Falso 2) Julgue verdadeiro ou falso. Apenas em alguns torquímetros, cabe ao fabricante a responsabilidade de determinar o torque correto em seus manuais. ( ) Verdadeiro ( ) Falso Atividades 17 Referências BRASIL. Comando da Aeronáutica. Apostila da especialidade de BMA da Escola de Especialistas de Aeronáutica. Guaratinguetá: [s.n.], 2012. ______. Comando da Aeronáutica. Departamento de Aviação Civil. MCA 58-13: Manual do Curso – Mecânico de Manutenção Aeronáutica – Célula. Brasília: DAC, 2004. Disponível em: <http://www2.anac.gov. br/habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 4 ago. 2015. FAA – FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook – Airframe. EUA: Federal Aviation Administration, 2012. ______. Aviation maintenance technician handbook – Airframe. EUA: Oklahoma City, 2008. IAC – INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: Divisão de Instrução Profissional, 2002. Capítulo 6. Disponível em: <http://aviacaomarte.com.br/wp-content/ uploads/2015/04/06Materiais-de-Aviacao.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2015. INFOMET. Tratamentos térmicos dos aços. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/ site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222>. Acesso em: 21 jul. 2015. MCA. Manual do curso de mecânico de manutenção aeronáutica. Célula aprovada pela portaria DAC Nº 384 DGAC de 29 abr. de 2004. LEMOS, Álvaro. Pinturas em aeronaves. Disponível em: <http://canalpiloto. com.br/pinturas-em-aeronaves-parte-1/>. Acesso em: 21 jul. 2015. PONTE, H. A. Fundamentos da corrosão. Curitiba: UFPR, 2003. Disponível em: <http:// www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf>. Acesso em: 21 jul. 2015. 18 UNIDADE 2 | LIGAÇÕES MECÂNICAS E FRENAGEM19 Unidade 2 | Ligações Mecânicas e Frenagem As ligações mecânicas são responsáveis por controlar motores, sistemas de extensão (em emergência do trem de pouso), além de outros sistemas da aeronave. As frenagens empregam segurança nos componentes estruturais de uma aeronave, como: parafusos, porcas, pinos e outros elementos de fixação. O estudo destes componentes possibilita o entendimento acerca das características de segurança necessárias à aeronavegabilidade. 1 Cabo de Comando O cabo de comando é o meio mecânico mais utilizado para transmitir as ações de pilotagem, provenientes da cabine de comando, para as superfícies primárias de uma aeronave. Seu componente básico é o arame e seu diâmetro determina a espessura total e a sua aplicação, conforme pode ser observado na Figura 9.A. Os cabos são conectados por diversos tipos de terminais. Na Figura 9.B é possível notar que os mais utilizados são terminal em esfera com haste dupla, terminal em esfera com haste simples, terminal para fixação em hastes, terminal rosqueado, terminal em garfo e terminal em olhal. Os cabos de controle de aeronaves são fabricados com aço carbono ou aço inoxidável. Figura 9.A: Cabos de comando 20 2 Conexões Rígidas de Controle Para as operações mecânicas de ação direta, que não necessitam de flexibilidade, são usadas as conexões rígidas de controle (tubos rígidos de liga de alumínio ou aço), conforme mostra a Figura 10. Tais conexões são operadas mecanicamente e empregadas, nos mais variados sistemas das aeronaves, com a finalidade de eliminar o problema de tensão e permitir a transferência tanto de compressão quanto de tração absorvidas por estes tubos. Figura 9.B: Tipos de terminais 21 3 Pinos Os pinos são utilizados principalmente em hastes rígidas, a fim de alinhá-las e de fixá- las. Os mais usados são o pino de cabeça chata e o contrapino. Outro pino é o Roll Pins, instalado sobre pressão nas paredes do orifício que o mantém fixo à haste, por meio de ferramentas manuais. Existem outros tipos menos empregados, como os pinos cônicos. Entretanto, a indústria aeronáutica tem disseminado o uso deste tipo de pino, haja vista sua condição de proporcionar uma folga mínima à aplicação. 4 Métodos de Segurança Em todos os setores da indústria aeronáutica, a segurança vem sempre em primeiro lugar. Informações sobre o uso correto dos materiais de aviação e dos processos determinam uma manutenção eficaz. É imprescindível conhecer os métodos de segurança empregados, assim como os meios de frenagem dos equipamentos das aeronaves. Existem diversos métodos de segurança para as partes de uma aeronave. Os mais utilizados são: arame de freno, contrapinos, arruelas, freno, anéis de pressão e porcas especiais, como a autofreno e a contraporca. Figura 10: Conjunto de haste rígida de controle 22 Como demonstrado nas Figuras 11.A e 11.B, a frenagem com arame é o meio de segurança mais usado e satisfatório para bujões, prisioneiros, porcas, cabeças de parafuso e esticadores. Pode ser simples ou duplo e mantém duas ou mais unidades travadas, de tal modo que qualquer tendência em afrouxar uma delas é anulada por ele. Os conectores elétricos utilizados nas aeronaves também são frenados em razão de serem submetidos à severa vibração. A porca de um conector, em razão da vibração, pode afrouxar e, consequentemente, pode se soltar. Se isso ocorrer, há perda de alimentação elétrica e danos ao sistema ao qual está ligado. A frenagem deve ser a mais curta possível e a tensão do arame deve atuar no sentido do aperto da porca no plugue, conforme ilustrado na Figura 12. Figura 11.A: Frenagem com arames Figura 11.B: Frenagem com bujões, válvulas e torneiras dreno 23 Os esticadores são dispositivos utilizados para tensionar os cabos de comando flexíveis e, por segurança, são frenados por vários métodos. Entretanto, somente dois tipos são os mais utilizados: clip de travamento e arame de freno, como é possível notar nas Figuras 13.A e 13.B. Figura 12: Frenagem de plugues conectores Figura 13.A: Método clip de travamento 24 O IAC (BRASIL, 2002, p.30) determina regras gerais para frenagem com arame. • Ao final da frenagem, deve sobrar um tamanho de arame de ¼ in a ½ in (três a seis espiras), a ponta deve ser dobrada para evitar danos pessoais. • O arame de freno não pode ser reutilizado. Ao final do torque aplicado, o orifício do parafuso deve estar alinhado à parte acastelada da porca. • O torque final não pode ser exagerado, pois isso causa o seu enfraquecimento. • O freno é sempre no sentido de aperto. Portanto, o sentido do aperto deve ser verificado antes de iniciar o torque. • Na frenagem em série, o arame de freno deve ser torcido uniformemente entre as porcas e deve ser tão esticado quanto possível, sem exagero. • O arame de freno deve sempre ser torcido de modo que a curva em torno da cabeça do parafuso permaneça embaixo e não tenda para a parte superior da cabeça, ficando frouxo. Outro método de frenagem utilizado é com contrapinos, que são dispositivos de segurança utilizados para assegurar o travamento entre um parafuso e uma porca, ambos devem ter um orifício no qual os contrapinos ultrapassem, unindo as partes. Figura 13.B: Método frenagem com arame 25 As porcas de castelo são usadas com parafusos. Neste caso, apenas o parafuso possui orifício, o qual coincide com o castelo, por onde o contrapino passa. O contrapino deve estar em perfeitas condições ao ser instalado no orifício e ter pequena folga lateral. De acordo com a o IAC (BRASIL, 2002, p. 31), as regras gerais para a frenagem com contrapino são as seguintes: • a ponta que circunda a parte final do parafuso não deve ultrapassá-lo, para isso o tamanho e a especificação corretos do contrapino devem ser utilizados; • a ponta dobrada para baixo não deve encostar à arruela; • as pontas não devem ultrapassar a parte lateral da porca, contorná-la lateralmente com o contrapino é uma opção de frenagem; • as pernas do contrapino devem ser dobradas em um ângulo razoável, pois curvas acentuadas provocam a quebra. As Figuras 14.A e 14.B ilustram a correta instalação dos contrapinos. Figura 14.A: Instalação de contrapinos Figura 14.B: Modos de instalação 26 Anel de pressão é um anel cilíndrico ou achatado com uma ação de frenagem à mola, tanto interno quanto externo, como representado na Figura 15. O interno não utiliza arame de freno para finalizar, o externo sim. É mantido com firmeza por ação de mola na ranhura. Os do tipo externo têm por finalidade contornar a parte externa dos eixos ou cilindros, assentados nas ranhuras. Os do tipo interno são fixados nas ranhuras na parte interna dos cilindros. Um tipo especial de alicate é destinado à instalação de cada tipo de anel de pressão. Desde que a sua forma e ação de mola sejam mantidas, os anéis de pressão podem ser reutilizados. Resumindo Neste capítulo foram vistos os métodos de frenagem e as ligações mecânicas e como e onde se deve frenar os equipamentos. Vários são os materiais e os métodos utilizados neste processo. Ressaltou-se a importância aplicada a estes métodos em razão de as aeronaves sofrerem cargas e vibrações e que, por consequência, fazem soltar todos os seus componentes, caso tais ligações não estejam corretamente travadas, causando situações desagradáveis e prejudicando a segurança. Por fim, foi esclarecido o correto uso das ferramentas e dos processos, no quesito segurança, pois todo mantenedor de aeronaves vivencia situações nas quais deve colocar em prática o conhecimento adquirido, garantindo a integridade das aeronaves e seus ocupantes.Figura15: Frenagem de anel de pressão externo 27 Glossário Acastelada: que tem a forma de castelo. Aeronavegabilidade: capacidade de uma aeronave de realizar um voo seguro. Espiras: fios na forma de círculos. 28 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Dentre os métodos de segurança empregados para as partes de uma aeronave, os mais utilizados são: arame de freno, contrapinos, arruelas, freno, anéis de pressão e porcas especiais, como a autofreno e a contraporca. ( ) Verdadeiro ( ) Falso 2) Julgue verdadeiro ou falso. O anel de pressão do tipo interno têm por finalidade contornar a parte externa dos eixos ou cilindros, assentados nas ranhuras. ( ) Verdadeiro ( ) Falso AtividadesAtividades 29 Referências BRASIL. Comando da Aeronáutica. Apostila da especialidade de BMA da Escola de Especialistas de Aeronáutica. Guaratinguetá: [s.n.], 2012. ______. Comando da Aeronáutica. Departamento de Aviação Civil. MCA 58-13: Manual do Curso – Mecânico de Manutenção Aeronáutica – Célula. Brasília: DAC, 2004. Disponível em: <http://www2.anac.gov. br/habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 4 ago. 2015. FAA – FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook – Airframe. EUA: Federal Aviation Administration, 2012. ______. Aviation maintenance technician handbook – Airframe. EUA: Oklahoma City, 2008. IAC – INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: Divisão de Instrução Profissional, 2002. Capítulo 6. Disponível em: <http://aviacaomarte.com.br/wp-content/ uploads/2015/04/06Materiais-de-Aviacao.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2015. INFOMET. Tratamentos térmicos dos aços. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/ site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222>. Acesso em: 21 jul. 2015. MCA. Manual do curso de mecânico de manutenção aeronáutica. Célula aprovada pela portaria DAC Nº 384 DGAC de 29 abr. de 2004. LEMOS, Álvaro. Pinturas em aeronaves. Disponível em: <http://canalpiloto. com.br/pinturas-em-aeronaves-parte-1/>. Acesso em: 21 jul. 2015. PONTE, H. A. Fundamentos da corrosão. Curitiba: UFPR, 2003. Disponível em: <http:// www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf>. Acesso em: 21 jul. 2015. 30 UNIDADE 3 | MATERIAIS DIVERSOS 31 Unidade 3 | Materiais Diversos Há diversos materiais utilizados na aviação nas mais variadas formas. Entendê-los é crucial à correta e à adequada manutenção dos equipamentos, dos acabamentos e das estruturas da aeronave. Este estudo possibilita a compreensão dos principais materiais utilizados na aviação como: o plástico, a borracha, os selantes, os amortecedores, os vedadores e os limpadores, bem como as suas aplicações. 1 Plásticos Os plásticos são usados em muitas aplicações na aviação, inclusive em aeronaves modernas. Suas aplicações vão desde os componentes estruturais de termoplástico, reforçados com fibra de vidro (thermosettings), até acabamentos decorativos de materiais termoplásticos (thermoplastic). Plásticos transparentes são usados em capotas de aeronaves, para-brisas e outras janelas transparentes semelhantes. Podem ser divididos em duas principais classes, de acordo com a sua reação térmica: • termoplásticos (thermoplastic) - são aqueles que sofrem distorções quando submetidos a calor e endurecem quando resfriados. São modelados a partir do calor para tomarem a forma desejada. Possuem a característica de serem reaquecidos e reformados por várias vezes sem perderem a composição química do material; • termoendurecidos (thermosetting) - são aqueles que endurecem quando aquecidos e não amolecem sobre calor. Estes plásticos não podem ser remodelados após serem aquecidos. Os plásticos transparentes são fabricados em duas formas: bloco (sólido) e laminado. O laminado é superior em resistência ao sólido por possuir o polyvinyl butyral entre suas camadas, sendo muito utilizado em aeronaves pressurizadas. Outro material transparente utilizado é o acrílico alongado, que ao receber sua forma, é puxado em ambas as direções para refazer sua estrutura molecular. Possui a característica de ser mais resistente ao impacto e menos sujeito à quebra. 32 Outro tipo é o plástico reforçado, chamado de fibra de vidro, que é um material termoendurecido usado na construção de radomes, no acabamento de antenas e de pontas de asa. Além de servir como isolante de várias peças de equipamento elétrico e células de combustível, possui excelentes características dielétricas que o tornam ideal para radomes. Contudo, a sua alta razão de resistência-peso, resistência ao mofo, oxidação, deterioração e fácil fabricação, o torna igualmente adequado para outras partes da aeronave. 2 Borracha Na aviação, a borracha é usada como elemento vedante, evitando a entrada de poeira, água, ar e como impedimento da perda de fluidos e gases. Também é utilizada na redução de ruído, no amortecimento de impacto de cargas e na absorção de vibrações. Existem vários tipos de borrachas, mas as principais utilizadas na aviação são: • borracha natural - possui características físicas melhores do que a borracha sintética ou o silicone, tais como flexibilidade, elasticidade, resistência à tensão, resistência a rasgos e histerese, baixa geração de calor quando sob flexão (histerese). Sua aplicação em aeronaves é limitada em função de sua pouca resistência. Muito utilizada como material selante para água. • borracha sintética - a borracha sintética encontra-se disponível em diversos tipos e cada um deles é composto por diferentes materiais para fornecer as desejadas propriedades. As mais usadas são: butyl, Buna-S e neoprene. A borracha butyl é um hidrocarboneto com superior resistência à penetração de gases. Possui resistência à deterioração, mas suas propriedades físicas são bem inferiores as da borracha natural. Tem, ainda, a característica de dilatar-se em contato com o petróleo ou com os solventes minerais que possuem boa resistência ao calor e à baixa temperatura. Este tipo de borracha é muito utilizado com fluidos hidráulicos como: fluidos de silicone, skydrol, gases e acetonas. 33 A borracha Buna-S possui grande semelhança à borracha natural, tanto nas características de desempenho quanto na fabricação. É resistente à água, mas possui algumas características de durabilidade superiores em comparação à borracha natural. Geralmente, tem pouca resistência à gasolina, ao óleo e aos solventes. E, além disso, é muito utilizada em pneus e câmaras de ar, como substituta à borracha natural. A borracha policloropreno pode ser submetida às mais severas condições, se comparada à borracha natural, pois tem características superiores em baixa temperatura. Possui excepcional resistência ao ozônio, ao calor, ao envelhecimento e à exposição ao sol. As características físicas da neoprene, tais como a resistência à tensão e ao alongamento, não são iguais as da borracha natural, mas possuem grandes semelhanças. O policloropreno tem uma grande resistência ao óleo. É um material adequado para ser usado em sistemas de gasolina não aromática. Ela é usada, primariamente, para selos contra intempéries, vedação de janelas, batentes de borracha, tubulações de óleo e diafragmas de carburadores. Ademais, é recomendada para o uso com freons. Existem ainda, as borrachas de silicone, dentre as quais, a mais conhecida é a silastic. Muito utilizada para isolar equipamentos elétricos e eletrônicos. Em virtude das suas propriedades dielétricas, acima de uma extensa gama de temperaturas, permanece flexível e livre de fissuras e rachaduras. Também é utilizada como gaxetas e selos em alguns sistemas de óleo.3 Amortecedores de Elástico De acordo com a IAC os amortecedores de elástico “são amortecedores feitos de borracha natural, em fios trançados, encaixados em uma capa de algodão tratado para resistir à oxidação e ao desgaste” (BRASIL, 2002, p. 47). Existem dois tipos de elásticos para amortecedores: • tipo I - um elástico reto; • tipo II - um anel contínuo conhecido como bungee. As principais vantagens do tipo II são a rapidez da substituição e a desobrigatoriedade em ser fixado durante a ação de amortecimento. 34 São fornecidos em diâmetros padronizados de ¼ inches a 13/16 inches. O amortecedor de elástico é formado por três fios coloridos, trançados por dentro e por fora, em toda a extensão do elástico, dos quais dois destes fios são da mesma cor e representam o ano de fabricação. O terceiro fio, de cor diferente, indica o período do ano em que o elástico foi feito. O código cobre um período de cinco anos e, então, é repetido. Na Tabela 1 é possível observar a lista de cores e seus respectivos códigos, conforme os anos e os meses. Tabela 1: Lista das cores e suas respectivas datas Fonte: ANAC, 2005. 4 Vedadores Os vedadores (seals) são usados para evitar a transposição de líquidos em determinados pontos, como também, manter o sistema em que é usado livre de poeira e ar. O crescente aumento do uso de mecanismos hidráulicos e pneumáticos, em sistemas de aeronaves, tem criado uma necessidade de gaxetas e juntas de vedação, com várias características e vários formatos, como ilustrados na Figura 16. Tais diferenças são para satisfazer as muitas variações de operações, velocidades e temperaturas, para as quais estão sujeitos. CÓDIGO DO ANO CÓDIGO DO MÊS ANO FIOS CORES MESES FIOS CORES 1988-1993 2 Azul Jan-Fev- Mar 1 vermelho 1989-1994 2 Amarelo Abr-Mai- Jun 1 azul 1990-1995 2 Preto Jul-Ago- Set 1 verde 1991-1996 2 Verde Out-Nov- Dez 1 amarelo 1992-1997 2 Vermelho --- --- --- 35 Os vedadores estão divididos em três classes principais: gaxetas, juntas de vedação e limpadores. Conforme definição do IAC (2002): [Gaxetas] são feitas de borracha sintética ou natural e são usadas, geralmente, como vedadores dinâmicos; isto é, são utilizados em componentes móveis, como cilindros de atuação, bombas, válvulas seletoras, etc. As gaxetas são feitas no formato de anéis com a seção em O (O-rings), em V (V-rings) e em U (U-rings), sendo cada um designado para uma específica finalidade. (BRASIL, 2002, p. 48). Gaxetas de seção circular, também conhecidas como anéis de vedação, são utilizadas para evitar vazamentos internos e externos. Este tipo de gaxeta tem a ação vedante em ambas as direções e, portanto, é o tipo mais frequentemente usado. Figura 16: Gaxetas 36 Segundo o IAC (2002, p. 48), “quando um anel de vedação de seção circular estiver sujeito à pressão, em ambos os lados, como em um cilindro de atuação, dois anéis auxiliares (backup rings) devem ser usados (um em cada lado do anel de vedação).” Muitos anéis de vedação são semelhantes em sua aparência. O anel de vedação só é útil se compatível com o fluido do sistema em questão e com a temperatura de operação. Embora não seja um meio confiável de identificação, os fabricantes adotam códigos de cores em alguns anéis de vedação, como pode ser examinado na Figura 17. Existem, ainda, os anéis auxiliares de impacto (backup rings). São anéis de Teflon que deterioram com a idade, não são afetados por qualquer sistema de líquido ou de vapor e podem tolerar temperaturas diferentes daquelas encontradas nos sistemas hidráulicos de alta pressão. Os anéis auxiliares devem passar por inspeções que incluem um teste para assegurar que as superfícies estão livres de irregularidades, as bordas sem as arestas cortantes e as partes chanfradas, paralelas. O IAC (2002) recomenda que os anéis de Teflon em espiral não devem estar com as espiras separadas mais de 1/4, quando livres. Os anéis de vedação com seção em V são vedadores descartáveis e são instalados sempre com a parte aberta do V, faceando a pressão. Como exposto na Figura 18, devem ser instalados com adaptadores macho e fêmea, para que se mantenham na posição correta depois da instalação. É também necessário que seja aplicado um torque no retentor dos anéis, como especificado pelo fabricante do componente, para que o anel vedador tenha um desempenho satisfatório. Figura 17: Anéis de vedação em diferentes cores 37 Os anéis de vedação com seção em U são usados nos conjuntos de freio e nos cilindros mestre de freios, primariamente considerados gaxetas de baixa pressão, usados em sistemas abaixo de 1.000 psi. Os vedadores anel em U só vedam a pressão em uma única direção, portanto, a parte aberta do U deve estar voltada para a direção da pressão. As juntas de vedação (gaskets) são um elemento vedante utilizado na forma de selo estático (estacionário) entre duas superfícies planas. Os materiais mais comuns utilizados na confecção de juntas de vedação são: • amianto - sempre em juntas resistentes ao calor; • cobre - em juntas não compreensíveis, porém macias, como na vedação de velas de ignição; • cortiça - em juntas de vedação de elementos como o óleo, entre o cárter do motor e os acessórios, e em juntas de vedação capazes de ocupar um espaço irregular ou diferente; • borracha - em sistemas líquidos, em torno de bujões de cilindros de atuação, válvulas e outras unidades. Figura 18: Instalação de anéis em V 38 5 Limpadores (Wipers) Os limpadores são utilizados na limpeza e na lubrificação da porção exposta dos eixos de cilindros. Vedam e evitam a entrada de poeira no sistema e auxiliam a proteção do eixo do cilindro de atuação contra arranhões e desgaste. Podem ser do tipo metálico ou de feltro. E, muitas vezes, são usados em conjunto, com o de feltro instalado de encontro ao metálico. 6 Selantes Os selantes são utilizados em determinadas partes das aeronaves para evitar vazamento de combustível, conter a pressurização do are evitar a corrosão, vedando contras intempéries. A maioria dos selantes é composta por dois ou mais ingredientes, em determinadas proporções, para que os melhores resultados sejam obtidos. Os principais selantes são: • simples (one-part) – preparados pelo fabricante e prontos na embalagem para a aplicação; • compostos (two-part) – necessitam de embalagens separadas, para evitar o endurecimento antes da aplicação. São identificados como base selante e acelerador ou catalisador. Qualquer alteração na proporção prescrita reduz a qualidade do material. Todos os materiais selantes do tipo composto devem ser cuidadosamente pesados e acondicionados de acordo com as recomendações do fabricante, para que o melhor resultado da mistura seja obtido. A temperatura de 22 ºC (77 ºF) com 50% de umidade relativa é a condição ideal para a cura da maioria dos selantes. 39 Resumindo Neste capítulo, destacaram-se os diversos materiais utilizados para acabamento estruturais das aeronaves como borrachas, plásticos, amortecedores de elástico, vedadores, limpadores, selantes, suas principais características e os cuidados durante as aplicações. Foram citados os selantes e sua importância aos sistemas e aos equipamentos que necessitam de vedação, os quais são responsáveis por conter vazamentos nas áreas pressurizadas e, também, servem como elemento vedante em tanques de combustível. Além de outras características que, em conjunto com os demais materiais citados anteriormente, proporcionam uma segurança adequada, bem como a correta manutenção dos equipamentos. Glossário Cárter: recipiente metálico que protege e asseguraa lubrificação de certos mecanismos. Freons: tipos diversos de gases à base de clorofluorcarbonos, conhecidos como clorofluorcarbonetos. Histerese: retardo na resposta de uma unidade do sistema quando existe um acréscimo ou decréscimo no valor do sinal. Polyvinyl butyral: tipo de borracha sintética. Radomes: parte dianteira da aeronave na qual fica o radar meteorológico. Skydrol: óleo usado nos sistemas hidráulicos de aeronave. 40 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Os plásticos transparentes são fabricados em duas formas: bloco (sólido) e laminado. O laminado é superior em resistência ao sólido por possuir o polyvinyl butyral entre suas camadas, sendo muito utilizado em aeronaves pressurizadas. ( ) Verdadeiro ( ) Falso 2) Julgue verdadeiro ou falso. Os vedadores (seals) são usados para evitar a transposição de líquidos em determinados pontos, como também, manter o sistema em que é usado livre de poeira e ar. ( ) Verdadeiro ( ) Falso Atividades 41 Referências BRASIL. Comando da Aeronáutica. Apostila da especialidade de BMA da Escola de Especialistas de Aeronáutica. Guaratinguetá: [s.n.], 2012. ______. Comando da Aeronáutica. Departamento de Aviação Civil. MCA 58-13: Manual do Curso – Mecânico de Manutenção Aeronáutica – Célula. Brasília: DAC, 2004. Disponível em: <http://www2.anac.gov. br/habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 4 ago. 2015. FAA – FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook – Airframe. EUA: Federal Aviation Administration, 2012. ______. Aviation maintenance technician handbook – Airframe. EUA: Oklahoma City, 2008. IAC – INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: Divisão de Instrução Profissional, 2002. Capítulo 6. Disponível em: <http://aviacaomarte.com.br/wp-content/ uploads/2015/04/06Materiais-de-Aviacao.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2015. INFOMET. Tratamentos térmicos dos aços. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/ site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222>. Acesso em: 21 jul. 2015. MCA. Manual do curso de mecânico de manutenção aeronáutica. Célula aprovada pela portaria DAC Nº 384 DGAC de 29 abr. de 2004. LEMOS, Álvaro. Pinturas em aeronaves. Disponível em: <http://canalpiloto. com.br/pinturas-em-aeronaves-parte-1/>. Acesso em: 21 jul. 2015. PONTE, H. A. Fundamentos da corrosão. Curitiba: UFPR, 2003. Disponível em: <http:// www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf>. Acesso em: 21 jul. 2015. 42 UNIDADE 4 | CORROSÃO 43 Unidade 4 | Corrosão A corrosão é um tipo de deterioração de estruturas metálicas que, se não combatida, pode causar eventuais falhas estruturais em aeronaves. Uma aeronave, quando opera em um ambiente salino ou em uma área na qual a atmosfera contenha vapores industriais corrosivos, está particularmente suscetível aos ataques da corrosão. O controle adequado, de forma preventiva e corretiva, previne falhas estruturais e contribui para a maior segurança da aeronave. A partir do estudo destes conceitos é possível entender os diversos tipos e formas de corrosão, bem como os meios aplicados para a sua remoção. 1 Tipos e Formas de Corrosão Corrosão é a tendência natural dos metais a voltarem ao seu estado primitivo, por processo químico ou eletroquímico, e pode se manifestar na superfície ou internamente, enfraquecendo parcial ou completamente a parte afetada. O IAC (2002) expõe que a combinação de água e sal com o oxigênio na atmosfera produzirá a principal fonte de corrosão em aeronaves. h O artigo Fundamentos da corrosão, escrito pelo Prof. Dr. Haroldo de Araújo Ponte, aborda de forma interessante a proveniência da corrosão, discutindo a definição do problema, a sua classificação e os seus fundamentos. De modo geral, os tipos de corrosão classificam-se em: ataque químico direto e ataque eletroquímico. Em ambos, o metal converte-se em compostos metálicos, tais como o óxido, o hidróxido ou o sulfato, resultando em transformações anódicas e catódicas. A exposição da superfície de uma liga a um ambiente corrosivo faz com que o metal mais ativo torne-se anódico e o menos ativo, catódico, estabelecendo condições para a corrosão. 44 Todos os metais e as ligas são eletricamente ativos. Todos têm um potencial elétrico específico em um determinado ambiente químico. • Ataque químico direto – é resultante da exposição direta de uma superfície a um líquido cáustico ou a agentes gasosos. No ataque químico direto, as transformações anódicas e catódicas ocorrem no mesmo ponto, diferentemente do ataque eletroquímico, no qual as transformações ocorrem a distância. • Ataque eletroquímico – é comparado, quimicamente, com a reação eletrolítica da galvanoplastia, da anodização ou de uma bateria alcalina. A reação deste ataque corrosivo, requer um agente intermediário que, geralmente, é a água por conduzir baixa corrente elétrica. A maioria das formas de corrosão estruturais das aeronaves e dos seus acessórios é por ataque eletroquímico. Algumas circunstâncias são as que mais provocam corrosões em aeronaves. • Os ácidos das baterias de chumbo-ácido, derramados na estrutura das aeronaves, sempre foram um grande problema. Por isso, estas baterias têm sido substituídas por baterias seladas de níquel-cádmio. • Os depósitos de resíduos de soldas, provocados pelo processo de soldagem, por serem higroscópicos, são corrosivos. Assim, é importante sejam, imediatamente, removidos da superfície do metal após a soldagem. • As soluções cáusticas, na forma concentrada, empregadas na limpeza são extremamente corrosivas, além de causarem mal ao ser humano. Portanto, o contato direto nas superfícies metálicas deve ser evitado. Existem diversas formas de corrosão, dependendo do metal envolvido, de seu tamanho e formato, de sua função específica, das condições atmosféricas e da presença de agentes indutores de corrosão. As formas de corrosão mais comuns encontradas em células de aeronaves estão listadas a seguir. • Corrosão superficial - surge como uma rugosidade generalizada ou na forma de minúsculas manchas nas superfícies do metal, frequentemente acompanhadas de resíduos pulverizados dos produtos da corrosão. • Corrosão entre metais diferentes - é difícil de detectar, pois a sua formação pode ocorrer entre metais de potencial elétrico diferentes e, somente a partir de uma desmontagem, uma separação e uma inspeção aprimorada é possível identificá- 45 la. Por vezes, a ação torna-se tardia, culminando com a ruptura das partes. Um dano extensivo, pela formação de cavidades minúsculas, pode resultar no contato entre metais diferentes na presença de um condutor, como por exemplo a água. • Corrosão intergranular - é um ataque em torno dos grãos de uma liga e, comumente, resulta na perda da uniformidade em sua estrutura. As ligas de alumínio e algumas de aço inoxidável são, particularmente, suscetíveis ao ataque eletroquímico. O processo de inversão de temperatura (o aquecimento e o resfriamento dos metais), causa a falta de uniformidade nos grãos de uma liga e, por conseguinte, a corrosão. • Corrosão por atrito - é uma forma, particularmente, danosa de ataque corrosivo, que ocorre quando duas superfícies estão em contato abrasivo uma com a outra, havendo pressão entre as partes. Esta forma de corrosão é caracterizada pela rugosidade das duas superfícies e pela grande quantidade acumulada de limalhas. Como a distância entre as limalhas é muito pequena, há dificuldade de expulsá-las da área de contato, tornando o ambiente extremamente abrasivo. 2 Manutenção Preventiva A evolução tecnológica aeronáutica, acerca dosestudos ao combate à corrosão, intensificou-se no propósito de retardar o processo corrosivo das ligas metálicas no maior tempo possível. A seleção dos melhores metais para a combinação química, associada à manutenção preventiva torna os resultados mais eficazes. Os tratamentos da superfície metálica, o isolamento e os acabamentos de proteção geram maior confiabilidade ao processo de manutenção preventiva, que deve ser permanente. Segundo a ANAC (2002, p.55), a manutenção preventiva da corrosão inclui: • limpeza adequada; • lubrificação periódica; • inspeção detalhada, bem como pesquisas relacionadas à corrosão ou à falha dos sistemas de proteção contra a corrosão; 46 • ação rápida ao seu combate, de forma a retocar as áreas afetadas com pintura adequada; • desobstrução dos orifícios dos drenos; • drenagem diária dos tanques de combustível; • limpeza diária das áreas expostas; • proteção da aeronave contra a água, durante o mau tempo, de forma a deixá-la com uma ventilação apropriada nos dias de tempo bom; • proteção das aeronaves estacionadas com coberturas. 3 Remoção da Corrosão A corrosão é um processo inevitável e, por este motivo, deve ser removida sempre que necessário. Segundo a ANAC (2003, p.58), em regras gerais, destacam-se os seguintes métodos para o tratamento completo de corrosão: • exposição e limpeza acurada da área corroída; • remoção da maior parte possível dos resíduos da corrosão; • neutralização de qualquer resíduo de material de limpeza nos orifícios e nas frestas; • restauração do revestimento de proteção das superfícies; • aplicação de revestimentos tanto temporários quanto definitivos. 47 4 Materiais e Processos Usados no Controle da Corrosão As peças das aeronaves recebem um acabamento, mesmo que superficial, determinado pelo fabricante. Este acabamento tem por finalidades prover maior resistência à corrosão, aumentar a resistência ao desgaste superficial e promover uma boa base aderente à pintura. Na maioria dos casos, o acabamento original não pode ser restaurado fora da oficina, visto as dificuldades de utilização dos equipamentos. Os métodos empregados na limpeza mecânica são os seguintes: escova de aço, palha de aço (lã de aço), lixa, jato de areia ou jato de vapor. A ANAC (2005, p. 65) recomenda que: Os tratamentos superficiais para peças de aço, geralmente, incluem um tratamento de limpeza para remover todos os traços de sujeira, óleo, graxa, óxidos e umidade. Uma aderência eficaz, entre a superfície do metal e o acabamento final é necessária. O processo de limpeza pode ser, tanto mecânico, quanto químico. Traçando um comparativo entre os métodos de limpeza, a limpeza química pode ser considerada mais eficaz que a mecânica, uma vez que não há remoção do metal base durante a limpeza. A eletrolimpeza é um tipo de limpeza química. O polimento e o tingimento das superfícies metálicas exercem um papel muito importante no acabamento. As operações de polimento são, algumas vezes, usadas para preparar a superfície antes de submetê-la a uma eletrodeposição. (ANAC, 2005, p.66) A galvanoplastia, também chamada de eletrodeposição, nada mais é do que um tipo de tratamento de superfície, que consiste em depositar um metal sobre o outro por meio da redução eletrolítica. É feita para proteção da superfície, melhorando sua condutividade e sua capacidade para ser soldada. A finalidade da galvanoplastia é melhorar a aparência da superfície, aglutinar partículas não condutoras à camada eletrodepositada e melhorar a dureza superficial. A Figura 19 mostra peças que passaram pela galvanoplastia. Figura 19: Tratamento de superfície com galvanoplastia 48 Algumas razões para que galvanoplastia seja efetuada: • forma cobertura protetora, por ação eletrolítica, sobre outro metal, usando estanho, zinco, níquel e cádmio; • protege o metal base contra o desgaste causado por abrasão; • protege o metal base contra alguma reação química especial, por exemplo, recobrimento por cobre. O recobrimento, algumas vezes, é usado para prevenir que certas partes, de alguns componentes fabricados em aço, não absorvam carbono durante o processo de revenimento; • aumenta as dimensões de uma peça, por meio de um processo conhecido como enchimento, que pode ser aplicado a peças, acidentalmente, usinadas abaixo da medida especificada; • serve como base para posteriores operações de recobrimento eletroquímico, reduz custos de polimento e assegura brilho a posteriores deposições de níquel e níquel/cromo. O cobre é comumente utilizado com este objetivo. A cromagem é bem apropriada em recobrimento. Anodos de chumbo, em vez de anodos de cromo, são usados para fechar o circuito elétrico. Além da galvanoplastia, outros métodos de revestimento são utilizados na aviação para proteger e para recobrir superfícies, tais como a metalização por pulverização, a anodização e o tratamento com solução de dicromato de sódio. A metalização por pulverização consiste na aplicação de metal fundido sobre uma superfície sólida por borrifamento. Borrifam-se, principalmente, os seguintes metais: alumínio, cádmio, cobre, níquel, aço. Na indústria aeronáutica, o processo, normalmente usado, é a cobertura do aço por alumínio para melhorar sua resistência à corrosão. Depois disso, o aço é lavado e enxaguado com água e, novamente, submergido em óleo solúvel (em água). O fosfato, depositado anteriormente na superfície, retira o óleo da solução, retendo-o. A anodização promove a formação de uma camada uniforme de óxido de alumínio na superfície e tem como característica melhorar a aparência da peça, protegendo-a contra a corrosão. É o mais comum dos tratamentos das superfícies, das peças feitas de ligas de alumínio, que não sejam de alclad. Basicamente, a chapa ou a peça forjada 49 de liga de alumínio é fixada ao polo positivo de um banho eletrolítico, tendo a solução ou o banho, compostos de ácido ou agente oxidante, o que induz a deposição de uma cobertura de óxido de alumínio sobre a superfície do metal. A solução de dicromato de sódio é a menos agressiva dos produtos químicos quando associada ao ácido crômico para tratamento de superfícies de alumínio. É importante destacar que todos os materiais utilizados com as substâncias citadas, devem ser cuidadosamente limpos ou descartados em local apropriado, a fim de não comprometer o meio ambiente. Resumindo Neste capítulo, o eixo temático foi a corrosão. Assim, foram abordados os tipos e as formas de corrosão nos diversos metais e ligas que compõem uma aeronave. Os procedimentos preventivos e as formas de remoção também foram estudados. A galvanoplastia, a metalização por pulverização, a anodização, a solução de dicromato de sódio foram apresentados como os principais métodos para o tratamento de superfícies. 50 Glossário Alclad: é uma marca registrada da empresa Alcoa, cujo nome é usado genericamente para descrever um revestimento realizado em ligas de duralumínio, para melhorar a resistência à corrosão. Anódica: relativa ao anodo, que é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). Catódica: relativa ao catodo, que é o eletrodo a partir do qual a corrente convencional abandona um aparelho elétrico polarizado. Contato abrasivo: contato que produz desgaste por atrito. Cromagem: tipo de galvanoplastia em que um metal é recoberto com uma fina camada de cromo. Galvanoplastia: processo eletrolítico para recobrimento metálico de objetos (douração, niquelagem, etc.). Higrocóspico: que absorve a umidade do ar. Limalhas: pó ou partículas resultantes da limagem (polimento) de um metal. Revenimento: processo feito após o endurecimento por têmpera.51 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Os ácidos das baterias de chumbo-ácido, derramados na estrutura das aeronaves, sempre foram um grande problema. Por isso, estas baterias têm sido substituídas por baterias seladas de níquel-cádmio. ( ) Verdadeiro ( ) Falso 2) Julgue verdadeiro ou falso. A anodização promove a formação de uma camada uniforme de óxido de alumínio na superfície e tem como característica melhorar a aparência da peça, protegendo-a contra a corrosão. ( ) Verdadeiro ( ) Falso AtividadesAtividades 52 Referências BRASIL. Comando da Aeronáutica. Apostila da especialidade de BMA da Escola de Especialistas de Aeronáutica. Guaratinguetá: [s.n.], 2012. ______. Comando da Aeronáutica. Departamento de Aviação Civil. MCA 58-13: Manual do Curso – Mecânico de Manutenção Aeronáutica – Célula. Brasília: DAC, 2004. Disponível em: <http://www2.anac.gov. br/habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 4 ago. 2015. FAA – FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook – Airframe. EUA: Federal Aviation Administration, 2012. ______. Aviation maintenance technician handbook – Airframe. EUA: Oklahoma City, 2008. IAC – INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: Divisão de Instrução Profissional, 2002. Capítulo 6. Disponível em: <http://aviacaomarte.com.br/wp-content/ uploads/2015/04/06Materiais-de-Aviacao.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2015. INFOMET. Tratamentos térmicos dos aços. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/ site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222>. Acesso em: 21 jul. 2015. MCA. Manual do curso de mecânico de manutenção aeronáutica. Célula aprovada pela portaria DAC Nº 384 DGAC de 29 abr. de 2004. LEMOS, Álvaro. Pinturas em aeronaves. Disponível em: <http://canalpiloto. com.br/pinturas-em-aeronaves-parte-1/>. Acesso em: 21 jul. 2015. PONTE, H. A. Fundamentos da corrosão. Curitiba: UFPR, 2003. Disponível em: <http:// www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf>. Acesso em: 21 jul. 2015. 53 UNIDADE 5 | PROCESSO DE TRATAMENTO TÉRMICO E DE DUREZA 54 Unidade 5 | Processo de Tratamento Térmico e de Dureza Os processos de tratamento térmico e de dureza exigem conhecimentos sobre resistências, limitações e outras características da estrutura dos metais, as quais são de vital importância para a construção e a manutenção das aeronaves. A escolha e a aplicação corretas dos materiais de aviação definem a vida útil das aeronaves e de seus equipamentos. Manter qualquer equipamento em perfeito estado, especialmente as estruturas aeronáuticas, é um grande desafio, pois requer atenção redobrada, aliada a conhecimentos específicos das propriedades físicas dos metais, por parte da equipe de manutenção. A execução adequada dos serviços de tratamento térmico e de dureza dos metais é imprescindível para que desvios não resultem em colapso do projeto e que pessoas não corram riscos. 1 Processos Usados na Conformação Mecânica dos Metais Conformação mecânica é qualquer operação na qual se aplicam esforços mecânicos em metais, que resultam em uma mudança permanente em suas dimensões. Sendo assim, por mais simples que seja uma peça, é necessário o uso máquinas e de operações para produzi-la. Começando pela fundição, seguida pelos processos de conformação mecânica, como a laminação e a trefilação, passando pelo torneamento e pela usinagem, as peças são fabricadas e reunidas para formar os conjuntos mecânicos. Há quatro métodos conhecidos de conformação mecânica dos metais: trabalho a quente, trabalho a frio, extrusão e forjamento. • Trabalho a quente – é quase sempre empregado em aço, a partir do lingote até um estágio de conformação intermediário e, depois de trabalhado, tanto a frio quanto a quente, até o formato final, principalmente, quando são necessárias grandes reduções de espessura. 55 • Trabalho a frio – é o trabalho de conformação metálica, realizado abaixo da temperatura crítica do metal. A laminação a frio tem por finalidade obter maior precisão nas dimensões das chapas, é mais econômica e aplica-se a metais de fácil conformação em temperatura ambiente, como o cobre, o alumínio e algumas de suas ligas. • Forjamento – representado na Figura 21.A, é o trabalho para conformar o metal como desejado. O processo de forjamento do material pode ser executado a temperatura quente, morna (o material é aquecido para então ser levado às máquinas) ou fria e por meio de prensagem ou de martelamento. • Extrusão – é o processo que pressiona o metal por meio de uma matriz, forçando-o contra um orifício e tomando sua forma, como pode ser observado na Figura 21.C. 2 Metais Ferrosos Usados na Indústria Aeronáutica Existem diversos metais utilizados na construção e na reparação de uma aeronave e o seu uso depende das variáveis do projeto, tais como resistência, peso, durabilidade, etc. Além disso, a forma específica do componente determina, também, o tipo especial de metal a ser usado. Na seleção de materiais para reparar uma aeronave, as variáveis são consideradas quanto às suas propriedades físicas e mecânicas. Entre os materiais comuns, estão aqueles chamados metais ferrosos, que são ligas metálicas que têm o ferro como base, e mais alguns elementos de liga, conferindo características especiais ao produto final. Figura 21.A: Processo de Figura 21.B - Trefilação Figura 21.C - Extrusão Figura 21.D - Laminação forjamento 56 O teste das fagulhas é um método comum de identificação de vários metais ferrosos. Neste teste, um pedaço de ferro ou de aço é mantido contra um rebolo que gira, sendo o metal identificado pelas fagulhas produzidas. As fagulhas variam de pequenas e curtas, até uma chuva delas. Segundo o IAC (2002), o ferro forjado: Produz fagulhas longas-cor de palha esmaecida, junto da pedra, e brancas na extremidade. Ferro fundido produz fagulhas vermelhas junto à pedra que se esmaecem, tomando cor de palha na extremidade. Aumentando-se o teor de carbono no aço, aumentam as ramificações das fagulhas, tornando-se brancas em suas extremidades. Aços com níquel produzem fagulhas com centelhas brancas brilhantes no seu interior. (BRASIL, 2002, p.82) O inconel é uma liga de níquel-cromo-ferro com aparência bem próxima ao aço inoxidável, facilmente soldável, com características de utilização bastante semelhantes àquelas dos aços resistentes à corrosão. 3 Metais Não Ferrosos de Utilização Aeronáutica O termo não ferroso refere-se aos metais que não têm o ferro como base da liga ou o principal metal em sua constituição, geralmente são constituídos de alumínio, titânio, cobre e magnésio, bem como ligas metálicas Babbitt e Monel, sendo o alumínio o metal mais utilizado na construção aeronáutica. O alumínio comercialmente puro é um metal branco, lustroso, que ocupa o segundo lugar na escala de maleabilidade, sexto em ductilidade e uma boa posição em resistência à corrosão. O IAC (2002) comenta que: O alumínio é um dos metais mais largamente usados na construção aeronáutica. Tornou-se vital na indústria aeronáutica por causa de sua alta resistência em relação ao peso, bem como sua facilidade de manuseio. A característica que sobressai no alumínio é a sua leveza. O alumínio se funde a uma temperatura relativamente baixa 650 ºC (1250 ºF). É um metal não magnetizável e um excelente condutor (térmico e elétrico) (BRASIL, 2002, p.85) 57 4 Princípios do Tratamento Térmico O tratamento térmico é constituído por uma série de operações, envolvendo o aquecimento e o resfriamento de metais no estado sólido. Seu propósito é o de alterar as propriedades mecânicasou a combinação de propriedades mecânicas, para que o metal se torne mais adaptável e seguro a um propósito definido. O tratamento térmico produz melhoria das características de dureza, resistência à tração, resistência ao impacto, etc. Podendo torná-lo macio e dúctil. O tratamento térmico não cria características para o metal, mas melhora algumas em detrimento de outras. Por exemplo: ao ser endurecido, o metal torna-se quebradiço. (BRASIL, 2002, p.94) Para um tratamento térmico eficiente, deve haver um controle rigoroso sobre todos os fatores que controlam o aquecimento e o resfriamento do metal. Portanto, devem ser empregados equipamentos apropriados para o correto manuseio das peças e dos materiais. 5 Tratamento Térmico de Metais Ferrosos No tratamento térmico de materiais ferrosos, é de fundamental importância o conhecimento sobre a composição química dos materiais para determinar o seu ponto crítico superior. Identificado o ponto crítico superior, outro critério a ser considerado é a taxa de aquecimento e de resfriamento a ser usada. A sequência destas operações envolve o uso de formas de aquecimento uniforme, controles apropriados de temperatura e banhos de resfriamento adequados. Conforme o IAC (2002): 58 A mudança na estrutura interna de um metal ferroso ocorre pelo aquecimento a uma temperatura acima de seu ponto crítico, onde o metal é mantido por um determinado intervalo de tempo, durante o qual ocorre o reordenamento de sua estrutura, após o que, é resfriado até a temperatura ambiente, segundo condições predeterminadas. (BRASIL, 2002, p. 98) Os tipos mais comuns de tratamento térmico para metais ferrosos são: têmpera, revenimento, normalização, recozimento e cementação. Em temperatura ambiente, o carbono participa do aço na forma de carboneto de ferro, como partículas espalhadas, por meio da estrutura cristalina do ferro (ferrita). A quantidade, o tamanho e a distribuição destas partículas determinam a dureza do aço. Em temperaturas elevadas, o carbono participa do aço dissolvido na estrutura cristalina do ferro, na forma de uma solução sólida chamada de austenita. As partículas de carboneto aparecem somente após o aço ter sido resfriado. (BRASIL, 2002, p 98) 6 Cementação É o tratamento termoquímico que consiste em carbonizar a camada superficial da peça, criando uma camada dura, resistente ao desgaste. O objetivo é obter uma maior dureza em relação ao núcleo da peça. As formas comuns de cementação são: • carbonetação (com carbono); • cianetação (com cianetos, compostos de carbono e nitrogênio); • nitretação (com nitrogênio). Entretanto, em trabalhos aeronáuticos, a cianetação não é utilizada. A cementação é ideal para componentes que requeiram uma superfície resistente ao desgaste e, ao mesmo tempo, devem ser bastante flexíveis internamente para resistir às cargas aplicadas. (BRASIL, 2002, p. 100) 59 7 Tratamento Térmico de Metais Não Ferrosos Para as ligas de alumínio existem dois tipos de tratamentos térmicos aplicáveis: o tratamento de solução a quente e o tratamento por precipitação a quente. Algumas ligas desenvolvem suas propriedades plenamente, como resultado do tratamento de solução a quente, envelhecendo à temperatura ambiente por quatro dias. Em outras ligas são aplicados os dois tipos de tratamento. Quatro passos definem o endurecimento de uma liga de alumínio por tratamento térmico de solução a quente: • seleção da temperatura desejada, aquecendo a peça; • seleção do intervalo de tempo especificado; • imersão rápida, em banho refrigerante, a uma temperatura relativamente baixa; • endurecimento por precipitação, espontaneamente à temperatura ambiente, ou à baixa temperatura. No tratamento por precipitação a quente, imediatamente após o resfriamento de uma temperatura de tratamento de solução a quente, as ligas de alumínio ficam em um estado de relativa maciez. Para obter a máxima resistência as ligas devem, naturalmente, ser envelhecidas ou endurecidas por precipitação. Durante as operações de endurecimento e enrijecimento ocorre a precipitação dos constituintes de uma solução supersaturada. À medida que a precipitação prossegue, a resistência do material aumenta, mediante uma série de picos, até que o valor máximo seja atingido. 8 Recozimento das Ligas de Alumínio O procedimento para recozimento das ligas de alumínio consiste em seu aquecimento a uma temperatura elevada, mantendo-as nesta temperatura em um determinado intervalo, que depende diretamente da massa do material, resfriando em ar calmo. O recozimento deixa o metal na melhor condição possível para conformação a frio (trabalho a frio). 60 9 Tratamento Térmico dos Rebites de Liga de Alumínio Os rebites recebem um único tratamento térmico, feito pelo fabricante. Os rebites de liga 2117 mantêm suas características indefinidamente após submeterem-se ao tratamento térmico e podem, portanto, ser utilizados a qualquer momento. Os rebites de liga 2117 são os mais empregados na construção aeronáutica. Os rebites de ligas 2017 e 2024 são fornecidos pelos fabricantes, termicamente tratados, têm elevada resistência e são empregados, principalmente, em estruturas de liga de alumínio. 10 Tratamento Térmico das Ligas de Magnésio Os metais fundidos em ligas de magnésio se adéquam facilmente ao tratamento térmico. Na construção aeronáutica, aproximadamente, 95% das peças são feitas com magnésio fundido. O tratamento térmico das ligas fundidas em ligas de magnésio é similar ao tratamento térmico das ligas de alumínio, pelo fato de existirem dois tipos de tratamento térmico: tratamento de solução a quente e tratamento de precipitação a quente (envelhecimento). 11 Tratamento Térmico do Titânio O titânio é tratado termicamente com os seguintes objetivos: • aliviar as tensões adquiridas durante a conformação a frio ou usinagem; • consignar a máxima ductilidade para um posterior trabalho a frio ou para o recozimento após trabalho a quente ou a frio (conformação); • aumentar a resistência por meio do endurecimento térmico. 61 O alívio das tensões é geralmente usado para remover a concentração de tensões, resultantes da conformação das chapas de titânio. O recozimento do titânio ou das ligas de titânio provê maleabilidade e ductilidade à temperatura ambiente, estabilidade dimensional e estrutural a temperaturas elevadas e facilita a usinagem. O titânio puro não pode ser termicamente tratado, mas suas ligas, comumente usadas na indústria aeronáutica, podem ser endurecidas por tratamento térmico, geralmente, comprometendo a ductilidade. 12 Testes de Dureza Os testes de dureza determinam os resultados de um tratamento térmico e da condição de dureza do metal, antes do tratamento. Estes testes são úteis ao tratamento térmico e às propriedades dos materiais, desde que os valores de dureza possam ser correlacionados aos valores de resistência à tração e, parcialmente, de resistência ao desgaste. Praticamente, todos os equipamentos atuais para testes de dureza usam a resistência à penetração como medida de dureza. Incluem-se entre os mais conhecidos os testes de Brinell e de Rockwell, cujos medidores estão apresentados nas Figuras 22.A e 22.B. Figura 22.A - Medidor Brinell Figura 22.B - Medidor Rockwell Fonte: EUA, 2012. FAA. 62 Resumindo Neste capítulo, os conteúdos versaram sobre as principais características e particularidades associadas aos metais utilizados na aviação, seus tratamentos térmicos e de dureza. As consequências relacionadas ao emprego de materiais de baixa qualidade, e não recomendados, foram enfatizadas. A importância do conhecimento acerca da correta utilização dos metais apresentadosé essencial àqueles que mantêm aeronaves e equipamentos aeronáuticos. Glossário Babbitt: uma referência a Isaac Babbitt (inventor norte-americano), que inventou a primeira liga deste tipo em 1839, visando sua aplicação em mancais de eixos de máquinas a vapor. Cementação: impregnação das camadas superficiais de um metal com outro material, realizada sob temperatura inferior a da sua fusão, que visa aperfeiçoar alguma característica do material. Cianetação: processo de extração de ouro e prata de minérios através de sua solubilização em solução de cianeto de sódio. Ductilidade: qualidade ou característica do que é dúctil, que se pode estirar ou comprimir sem se romper ou quebrar; elástico, flexível, moldável. Laminação: redução de um bloco de metal a lâminas. Lingote: metal, que aquecido a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão, torna-se moldável. Maleabilidade: a maleabilidade é uma propriedade que junto a ductilidade apresentam os corpos ao serem moldados por deformação. 63 Martelamento: deformação ou formação por ação de martelo. Monel: é a denominação de um conjunto de ligas metálicas de alta resistência mecânica e alta resistência à corrosão atmosférica. Prensagem: ação ou operação de prensar. Rebolo: pedra para afiação. Recozimento: tratamento térmico em que o metal sofre aquecimento controlado até atingir determinada temperatura. Têmpera: consistência que se dá aos metais, principalmente ao aço, mergulhando-os em estado candente num banho de água fria. Trefilação: processo industrial que acarreta na redução da seção transversal (largura) e no respectivo aumento no comprimento dos metais. 64 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. A cianetação é a impregnação das camadas superficiais de um metal com outro material, realizada sob temperatura inferior a da sua fusão, que visa aperfeiçoar alguma característica do material. ( ) Verdadeiro ( ) Falso 2) Julgue verdadeiro ou falso. Para as ligas de alumínio existem dois tipos de tratamentos térmicos aplicáveis: o tratamento de solução a quente e o tratamento por precipitação a quente. ( ) Verdadeiro ( ) Falso Atividades 65 Referências BRASIL. Comando da Aeronáutica. Apostila da especialidade de BMA da Escola de Especialistas de Aeronáutica. Guaratinguetá: [s.n.], 2012. ______. Comando da Aeronáutica. Departamento de Aviação Civil. MCA 58-13: Manual do Curso – Mecânico de Manutenção Aeronáutica – Célula. Brasília: DAC, 2004. Disponível em: <http://www2.anac.gov. br/habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 4 ago. 2015. FAA – FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook – Airframe. EUA: Federal Aviation Administration, 2012. ______. Aviation maintenance technician handbook – Airframe. EUA: Oklahoma City, 2008. IAC – INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: Divisão de Instrução Profissional, 2002. Capítulo 6. Disponível em: <http://aviacaomarte.com.br/wp-content/ uploads/2015/04/06Materiais-de-Aviacao.pdf>. Acesso em: 4 ago. 2015. INFOMET. Tratamentos térmicos dos aços. Disponível em: <http://www.infomet.com.br/ site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222>. Acesso em: 21 jul. 2015. MCA. Manual do curso de mecânico de manutenção aeronáutica. Célula aprovada pela portaria DAC Nº 384 DGAC de 29 abr. de 2004. LEMOS, Álvaro. Pinturas em aeronaves. Disponível em: <http://canalpiloto. com.br/pinturas-em-aeronaves-parte-1/>. Acesso em: 21 jul. 2015. PONTE, H. A. Fundamentos da corrosão. Curitiba: UFPR, 2003. Disponível em: <http:// www.gea.ufpr.br/arquivos/lea/material/Apostila%20Corrosao.pdf>. Acesso em: 21 jul. 2015. 66 Gabarito Questão 1 Questão 2 Unidade 1 V F Unidade 2 V F Unidade 3 V V Unidade 4 V V Unidade 5 F V
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