ZT68: o perno de alumínio que iguala o aço de classe 6.8

1. O parafuso que travava a redução de peso

Os veículos elétricos, os eVTOL e os robôs humanoides inscrevem a redução de peso em todas as especificações, e as estruturas em magnésio e alumínio são hoje correntes. Um detalhe passa muitas vezes despercebido: a estrutura leve continua a ser unida por pequenos parafusos.

Os pernos convencionais de aço-carbono combinam mal com o magnésio e o alumínio — corrosão galvânica, dilatação térmica dispar e resistência insuficiente têm preocupado OEM e fornecedores de primeiro nível durante anos. Os pernos de alumínio 6056 existentes, a cerca de 420 MPa, resolvem o problema da corrosão mas limitam a resistência demasiado para o binário e a carga de um sistema de propulsão elétrica.

Com mais de 20 anos de desenvolvimento e fabrico de fixações, a Toprecision desenvolveu o ZT68, um perno de alumínio da série 7000 modificado e conformado a frio, que coloca a resistência do aço num peso de alumínio.

2. Três falhas dos pernos convencionais no magnésio

Problema um: corrosão galvânica

O magnésio situa-se a cerca de -1.6 V e o aço-carbono a cerca de -0.44 V, uma diferença de aproximadamente 1.16 V. Em condições húmidas, de imersão ou de condensação, o magnésio torna-se o ânodo e corrói-se depressa: ferrugem branca, roscas erodidas, lascagem e caixas com fugas.

Problema dois: dilatação térmica dispar

O magnésio dilata cerca do dobro do aço. Em torno de motores e caixas de velocidades os dois movem-se de forma diferente e a pré-carga decai continuamente. Um perno de aço de classe 10.9 pode perder mais de 96 % da pré-carga a 150 °C, terminando em desaperto, falha de vedação e ruído.

Problema três: o 6056 não é suficientemente resistente

O 6056 (AL9), com cerca de 420 MPa de tração e 350 MPa de cedência, não cumpre os requisitos de binário, carga e vida de um sistema de propulsão elétrica, o que tem sido o estrangulamento técnico da redução de peso com magnésio em escala.

3. O ZT68 medido face ao 6056

Ao controlar a precipitação das fases endurecedoras de Mg, Zn e Cu e ao aplicar um tratamento de solubilização, têmpera e envelhecimento, o ZT68 atinge cerca de 630 MPa de tração e 500 MPa de cedência, com alongamento mínimo de 8 % (média medida de 8.21 %).

4. Quatro vantagens centrais

4.1 Peso

A 2.7 g/cm³ o perno representa cerca de um terço do equivalente em aço, uma poupança até 65 %. Uma só caixa de velocidades poupa 0.5–1 kg, o que ao longo de uma série produtiva dá um contributo real para a massa e a autonomia do veículo.

4.2 Ausência de par galvânico

Igualar o potencial do magnésio e do alumínio elimina na origem a força motriz do ataque galvânico. Com anodização resiste a 60 dias de nevoeiro salino neutro, com boa resistência à corrosão intergranular, adequado ao ambiente húmido das transmissões elétricas e dos conjuntos de baterias.

4.3 Resistência à relaxação

O coeficiente de dilatação é próximo do magnésio, pelo que perno e caixa se movem em conjunto ao longo dos ciclos térmicos e a pré-carga decai muito menos do que com aço. Após 12 horas a 150 °C a tração mantém-se acima de 600 MPa, o que cobre caixas de motor e eletrónica de potência.

4.4 Montagem

A aba integral é conformada a frio numa só peça, eliminando uma anilha separada e uma segunda etapa de montagem. Um pacote de lubrificação graduado mantém o coeficiente de atrito total entre 0.09 e 0.15, com baixa dispersão de binário, o que se adequa a linhas totalmente automatizadas.

5. A cadeia de fabrico

O ZT68 contraria a premissa do setor de que os pernos de alumínio de alta resistência não podem ser conformados a frio em volume:

1. Conformação a frio numa só peça: a aba é formada numa única etapa, com orientação das fibras contínua e sem anilha separada.
2. Limpeza e pré-tratamento.
3. Tratamento térmico de precisão: solubilização, têmpera e envelhecimento para precipitar as fases endurecedoras.
4. Laminagem de alta precisão após tratamento térmico: o fundo da rosca desenvolve uma tensão residual de compressão uniforme que compensa a tração em serviço e eleva a resistência à fadiga.
5. Segunda limpeza.
6. Acabamento e inspeção final: anodização ou revestimento lubrificante com atrito controlado.

Projeto de ferramentas, conformação a frio, laminagem, maquinação, tratamento térmico, acabamento superficial, montagem automatizada e triagem óptica são realizados internamente, com o apoio de microscópios metalográficos, máquinas universais de tração e equipamentos de ensaio de atrito.

6. Aplicações típicas

• Sistemas de transmissão elétrica: caixas de motor em magnésio, abas de redutores, carcaças de inversores.
• Sistemas de bateria: tabuleiros em magnésio, longarinas de quadro, placas frias.
• Chassis leves: braços de suspensão alumínio-magnésio, mangas de eixo, subquadros.
• Grandes fundições injetadas em magnésio: quadros de painel de instrumentos, carcaças de carroçaria.
• eVTOL e aviação de baixa altitude: cada quilograma retirado acrescenta quilómetros de autonomia.
• Robôs humanoides: caixas de articulação, onde menos massa significa mais carga útil e mais autonomia.

7. Guia de decisão e perguntas frequentes

Guia de decisão

• Aço com aço: usar um perno de aço.
• Magnésio ou alumínio com o mesmo material, à temperatura ambiente: ZT68.
• Magnésio com aço sob carga elevada: perno de aço com manga isolante.
• Acima de 150 °C: titânio ou aço.

Perguntas frequentes

P. O ZT68 pode substituir a classe 10.9? Não. O ZT68 equivale à classe 6.8 e destina-se a ligações leves de magnésio e alumínio, não a ligações pesadas aço-aço.

P. Porque não titânio? O titânio é mais resistente mas custa cinco a dez vezes mais, e onde o potencial já acompanha o metal base o ZT68 oferece melhor valor.

P. Pode ser anodizado? Sim, preto ou incolor, com desempenho de 60 dias em nevoeiro salino.

P. O que significa um coeficiente de atrito de 0.09–0.15? Com o mesmo binário, a pré-carga é 30–50 % superior à de um aço zincado (K ≈ 0.20), pelo que o plano de binários tem de ser recalculado.