A liga de berílio ou cobre, ou mesmo a liga Be-Cu, é um material bem conhecido na Fórmula um. É também uma indústria conhecida apesar da dificuldade de separar os compostos de berílio puros dos principais minerais e pela dificuldade de redução dos compostos de berílio [1,2]. A partir de 1932, os Estados Unidos já produziam Be-Cu com 12 a 13 por cento de berílio. Ligas com 2 a 2,25 por cento de berílio já eram comercializadas na forma de folha, haste, tubo e arame [3]. Deste período até os dias atuais, muitas ligas de berílio com cobre, níquel, alumínio e ferro estão disponíveis em quantidades e preços que lhes permitem competir com outros materiais de engenharia.

Propriedades químicas

A fase alfa tem a rede cúbica de cobre com face centrada proporcionalmente ao conteúdo de berílio. Ligas nesta faixa são maleáveis ​​e dúcteis. A fase beta pura e a fase gama pura são extremamente duras e quebradiças. No entanto, em uma porcentagem de berílio muito baixa, há pouca presença de gama e em partículas grossas. Nesta fase, as ligas são quase tão maleáveis ​​e dúcteis quanto a fase alfa pura. Em geral, em condições de equilíbrio, a ductilidade diminui e a dureza aumenta na proporção da porcentagem de gama na estrutura [4]. Quando a proporção e distribuição de gama são fixadas por tratamentos térmicos cuidadosamente controlados, as ligas têm propriedades mecânicas notáveis ​​[4]. A fase beta mais alfa é o equilíbrio entre mais dura e mais quebradiça no frio e a fraqueza da fase alfa em temperaturas de trabalho quentes. A melhor configuração Be-Cu é o conteúdo de berílio de 2,0 a 2,25 por cento. A têmpera de 800-820° C produz uma estrutura dúctil e maleável que pode ser trabalhada a frio por processos de fabricação como laminação, estiramento, estampagem, prensagem e semelhantes. A temperaturas abaixo de cerca de 775 ° C e acima de 575 ° C, a presença da fase beta na estrutura permite que a liga seja trabalhada a quente. Depois que todas as operações de conformação são concluídas, as peças feitas de cobre-berílio podem ser endurecidas e reforçadas simplesmente aquecendo-as por um determinado período de tempo a uma temperatura comparativamente baixa [4].

Aplicações

A liga BeCu possui diversas aplicações na área automotiva.

• Inserções de sede para válvulas de titânio;
• Rolamentos e buchas;
• Componentes eletrônicos;
• Pinos de válvula;
• Gaxetas de proteção eletromagnética;
• Prendedores;
• Pistons.

As sedes e guias das válvulas de cobre-berílio são usadas em motores de quatro tempos de alto desempenho com válvulas de titânio revestidas. Dissipa o calor sete vezes mais rápido do que as bases e guias de aço em pó ou ferro. O BeCu mais macio reduz o desgaste da válvula e aumenta sua vida útil. A fabricação das molas BeCu possui a resistência à corrosão do cobre mais alta resistência à fadiga, alta resiliência e baixa perda por histerese. A boa resistência ao desgaste é vantajosa em rolamentos de precisão, buchas, gaiolas de esferas, cones do cubo da hélice de passo ajustável, engrenagens e contatos deslizantes. A liga BeCu mais conhecida é a C17200 (liga 25). É uma liga de berílio-cobre que oferece uma ampla gama de características atraentes de desempenho. Isso inclui boa condutividade e resistência à corrosão. Além disso, o C17200 não é magnético e seus recursos são insensíveis à usinagem e à abrasão superficial. Depois de totalmente tratado termicamente, nenhum tratamento adicional é necessário. A combinação de resistência ao atrito, alta dureza e baixo atrito resulta em excelente resistência ao desgaste em componentes como rolamentos, buchas e até mesmo pistões. A resistência à corrosão do produto é semelhante à do cobre puro. As ligas BeCu têm a maior resistência de qualquer liga de cobre combinada com a condutividade elétrica. Além disso, seus processos de soldabilidade usináveis ​​são classificados como bons.

Banimento do berílio

Embora as ligas BeCu sejam permitidas pela Regulamentação FIA F1 [1], que limita a porcentagem de Be a 2,5% em peso para construção de automóveis e 2,75% para powertrain, esse material já foi proibido há duas décadas. Entre 1998 e 2001 a batalha pelo campeonato foi entre McLaren e Ferrari. Ambas as equipes correram algumas corridas atrás do entendimento de cada vírgula do livro de regras tanto quanto era na pista [1]. O clímax dessas corridas tornou-se muito alto quando a Ferrari percebeu que o motor McLaren Mercedes era capaz de atingir altas rotações além de um curso de pistão mais longo, portanto, mais potência. Este é um tipo de parâmetro antagônico (curso e alta rotação) se um material adequado não estiver sendo usado. Este material, ligas de berílio. Assim, com um curso mais longo, o motor da Mercedes atinge as mesmas revoluções que a Ferrari, devido às propriedades elásticas do berílio, que entre 2,0 e 2,5% apresenta uma estrutura dúctil e maleável.

As ligas de berílio também podem ser usadas para produzir pistões ou camisas de cilindro como uma liga de alumínio. Em 6 de outubro de 1999, a FIA decidiu banir o berílio. As equipes devem retirá-lo de seus motores até o final da temporada. Naquele período, apenas Mercedes e Peugeot o usavam [1]. Por fim, o berílio foi totalmente banido em 2001 e a Mclaren percebeu que o poder que tinha em 2001 não era maior do que o que tinha em 1998 [1]. A proibição do berílio eram questões de custo e segurança. É caro para minerar e difícil de trabalhar [3,6]. A outra é a segurança e, neste caso, o berílio é venenoso e cancerígeno. As ligas de berílio já são tema de pesquisa desde a década de 1980. Pesquisas de base populacional para sensibilização ao berílio e doença crônica de berílio (CBD) têm sido realizadas desde 1987. CBD é uma doença em indivíduos sensibilizados que afeta principalmente os pulmões e é caracterizada por granulomas não caseosos e infiltrados intersticiais, levando à fibrose. Os sintomas são inespecíficos e incluem tosse, falta de ar, fadiga e suores noturnos. Entre o pessoal da indústria, os níveis mais elevados de berílio foram encontrados apenas na produção de vergalhão e arame [5,6]. Portanto o processo de pistões C17200 requer um alto controle do processo de usinagem devido ao seu efeito cancerígeno [1,5,6]. Embora uma vez que o pistão seja fabricado, ele não tenha nenhum perigo, este material foi proibido. Eventualmente, isso não controlou os custos da equipe f1. As equipes tiveram que pesquisar outro material elástico. Uma mistura de boralyn e alumínio foi proposta, mas provou ser ainda mais cara [4]. Compreendendo que a oposição a partes individuais dos regulamentos do motor para controlar os custos estava resultando em inspeções cansativas e proibições polêmicas, a FIA optou por implementar os regulamentos onde as especificações do motor são congeladas por um número fixo de anos. Se a FIA foi política ou tendenciosa em sua decisão de proibir uma alta porcentagem de ligas BeCu durante aquela temporada, nunca se sabe. No entanto, apóia essa decisão em um argumento muito bom, a segurança do trabalho.

Referências

1. FIA F1 technical regulations 2021.
2. https://www.racefans.net/2007/02/08/banned-beryllium/
3. https://mineralseducationcoalition.org/minerals-database/beryllium/
4. Silliman F., Horace. Beryllium-Copper Alloys. The American Brass Company, Waterbury, Conn, 1936;
5. Schuler, C. R., Kent, M. S., Deubner, D. C., Berakis, M. T., McCawley, M., [1] Henneberger, P. K., Kreiss, K. Sensitization and chronic beryllium disease at a primary manufacturing facility, part 3: exposure–response among short-term workers. Scand J Work Environ Health. 2012;38(3):270–281. doi:10.5271/sjweh.3192.
6. Process-related risk of beryllium sensitization and disease in a copper-beryllium alloy facility. American Journal of Industrial Medicine, 47(3), 195–205. doi:10.1002/ajim.20140.