Módulo 6: Materiais e Hardware

Módulo 6: Materiais e Hardware

Visão Geral

O Módulo 6 do programa EASA Part-66 fornece o conhecimento fundamental necessário para que o pessoal certificador de manutenção de aeronaves compreenda os materiais utilizados na construção de aeronaves, o hardware empregado na montagem e os mecanismos de degradação que os afetam. Este módulo constitui a base para compreender por que as aeronaves são construídas da forma como são, por que materiais específicos são selecionados para aplicações particulares e como identificar, inspecionar e manter esses materiais e componentes ao longo da sua vida útil.

O módulo abrange materiais de aeronaves—tanto metálicos como não metálicos—mecanismos de corrosão e proteção, fixadores e dispositivos de travamento, materiais compósitos, selantes e métodos de ensaio não destrutivos. Uma compreensão aprofundada destes tópicos é essencial para tomar decisões de engenharia sólidas durante atividades de manutenção, reparação e certificação.

Secção 1: Materiais Metálicos de Aeronaves

1.1 Ligas Ferrosas

O aço continua a ser um material crítico na construção de aeronaves, particularmente para componentes altamente solicitados, como trens de aterragem, suportes de motores e ligações de sistemas de controlo. O principal elemento de liga no aço é o carbono, com elementos adicionais como crómio, níquel e molibdénio a proporcionarem propriedades específicas.

Classificação dos Aços:

Tratamento Térmico dos Aços:

O tratamento térmico do aço envolve ciclos controlados de aquecimento e arrefecimento para obter as propriedades mecânicas desejadas:

Ensaio de Dureza:

A verificação do tratamento térmico é normalmente realizada através de ensaios de dureza. O ensaio de dureza Rockwell é o método mais amplamente utilizado na manutenção de aeronaves, empregando um cone de diamante (para materiais duros) ou um penetrador de esfera de aço (para materiais mais macios). A profundidade de penetração é medida e convertida num número de dureza. Outros métodos incluem os ensaios Brinell e Vickers, cada um com aplicações específicas dependendo do material e da geometria do componente.

Identificação dos Graus de Aço:Os fixadores de aço são identificados por linhas radiais na cabeça do parafuso. O número de linhas indica o grau de resistência de acordo com as especificações SAE J429 ou ASTM. Por exemplo, um parafuso de grau 5 tem três linhas radiais, enquanto um parafuso de grau 8 tem seis. Este sistema de identificação é fundamental para garantir que os fixadores de substituição corretos sejam utilizados durante a manutenção.

1.2 Ligas de Alumínio

O alumínio é o material estrutural mais amplamente utilizado na construção de aeronaves devido à sua excelente relação resistência-peso, resistência à corrosão e conformabilidade.

Ligas de Alumínio Forjado:

O sistema de designação para ligas de alumínio forjado utiliza um número de quatro dígitos:

Tratamento Térmico de Ligas de Alumínio:

As ligas de alumínio tratáveis termicamente são processadas através de:

A designação de têmpera segue o número da liga, como -T3 (tratado termicamente em solução, trabalhado a frio e envelhecido naturalmente), -T4 (tratado termicamente em solução e envelhecido naturalmente) e -T6 (tratado termicamente em solução e envelhecido artificialmente).

Efeitos do Sobreaquecimento:

Exceder a temperatura de tratamento térmico de solução causa fusão eutética nos contornos de grão, resultando em:

Esta condição é irreversível e requer novo tratamento térmico ou substituição do componente.

Materiais de Rebites:

Os rebites sólidos são comumente fabricados a partir de liga de alumínio 2117-T4, que proporciona boa ductilidade para cravação, alcançando resistência adequada após a instalação. O trabalho a frio durante a cravação do rebite, combinado com o envelhecimento natural, resulta numa condição -T3. Os rebites 2024-T4 são mais resistentes, mas menos dúcteis e mais propensos a fissuração durante a cravação; são tipicamente cravados na condição totalmente recozida e deixados a envelhecer naturalmente. A substituição de materiais de rebites não é permitida sem aprovação de engenharia.

1.3 Ligas de Titânio

O titânio oferece uma combinação excecional de propriedades para aplicações aeroespaciais:- Alta relação resistência-peso

As ligas de titânio comuns incluem Ti-6Al-4V (6% de alumínio, 4% de vanádio), que é utilizada para componentes estruturais, fixadores e peças de motor.

Considerações de Maquinação:

O titânio endurece rapidamente por deformação e possui baixa condutividade térmica. A furação e a maquinação requerem:

A não observância destes parâmetros resulta em desgaste rápido da ferramenta, endurecimento por deformação do material e danos potenciais ao componente.

1.4 Ligas de Magnésio

O magnésio é o metal estrutural mais leve, aproximadamente um terço mais leve que o alumínio. No entanto, possui limitações significativas:

As ligas de magnésio são utilizadas em aplicações limitadas, como carcaças de caixas de engrenagens e alguns componentes não estruturais. A corrosão do magnésio aparece como pó branco com elevação das camadas superficiais (esfoliação). A limpeza deve ser realizada cuidadosamente com tratamentos químicos à base de cromato; métodos mecânicos, como escovagem com escova de aço, podem causar corrosão galvânica e danificar o material macio.

1.5 Identificação de Materiais

A identificação correta dos materiais de aeronaves é essencial para a manutenção. Os métodos incluem:

Cor, dureza e teste de faísca não são métodos fiáveis para identificar ligas de alumínio. O teste de faísca é aplicável apenas a materiais ferrosos.

Secção 2: Corrosão

2.1 Mecanismos de Corrosão

A corrosão é a deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com o seu ambiente. É uma preocupação significativa na manutenção de aeronaves, pois a corrosão pode comprometer a integridade estrutural e levar a falhas catastróficas se não for detetada.

Corrosão Eletroquímica:

A corrosão requer quatro elementos:

A série galvânica classifica os metais de acordo com o seu potencial eletroquímico. Quando metais diferentes estão em contacto na presença de um eletrólito, o metal mais anódico corrói preferencialmente.

2.2 Tipos de Corrosão

Corrosão Superficial (Geral):

Esta forma de corrosão aparece como um ataque uniforme sobre uma área superficial. Em ligas de alumínio, apresenta-se tipicamente como depósitos pulverulentos brancos/cinzentos com picagem. A corrosão superficial é frequentemente o estágio inicial de corrosão mais severa e deve ser avaliada contra os limites de danos admissíveis no SRM.

Corrosão por Picagem:Pitting é uma forma localizada de corrosão que produz pequenas cavidades ou picadas. É frequentemente iniciada pela quebra localizada da camada protetora de óxido. A pitting pode ser difícil de detetar visualmente e pode exigir métodos de END, como inspeção por correntes parasitas, para determinar a profundidade e a extensão.

Corrosão Intergranular:

Esta corrosão ataca ao longo dos limites de grão, frequentemente devido à precipitação de fases intermetálicas durante um tratamento térmico inadequado. Não é visível na superfície inicialmente e requer métodos de END, como ensaio por correntes parasitas, para a sua deteção. A corrosão intergranular pode levar a:

Corrosão por Esfoliação:

Uma forma de corrosão intergranular em que os produtos de corrosão afastam as camadas do grão, causando o levantamento e descamação do material. É comummente encontrada em ligas de alumínio e ligas de magnésio, aparecendo como um pó branco com levantamento em camadas.

Fissuração por Corrosão sob Tensão (SCC):

A SCC ocorre quando uma tensão de tração sustentada (residual ou aplicada) atua sobre um material num ambiente corrosivo. A fissuração é tipicamente intergranular e pode ocorrer a níveis de tensão muito abaixo da tensão de cedência. A SCC é distinta da fadiga, que resulta de carregamento cíclico. Ligas de alumínio de alta resistência (particularmente a série 7xxx) e aços de alta resistência são suscetíveis.

Corrosão Galvânica:

A corrosão galvânica ocorre quando metais dissimilares estão em contacto elétrico na presença de um eletrólito. O metal mais anódico corrói preferencialmente. Produtos de corrosão esbranquiçados-esverdeados em parafusos de aço em contacto com estruturas de alumínio são característicos da corrosão galvânica. Os métodos de prevenção incluem:

Corrosão por Fretting:

A corrosão por fretting ocorre quando duas superfícies em contacto sofrem pequenos movimentos oscilatórios, levando a desgaste e oxidação. Ocorre comummente em:

O pó de óxido vermelho/castanho característico (no aço) ou pó preto (no alumínio) distingue o fretting de outras formas de corrosão.

Corrosão Filiforme:

A corrosão filiforme ocorre sob películas de tinta, aparecendo como filamentos semelhantes a fios. É uma forma de corrosão por célula de concentração de oxigénio que requer uma película de tinta rompida para a sua iniciação.

2.3 Proteção contra a Corrosão

Anodização:

A anodização é um processo eletrolítico que espessa a camada de óxido natural no alumínio. O componente é feito ânodo num eletrólito ácido, e o oxigénio é libertado na superfície, formando uma camada espessa e porosa de óxido de alumínio.

Características principais dos revestimentos anodizados:

Os processos de anodização comuns incluem a anodização por ácido crómico (MIL-A-8625 Tipo I) e a anodização por ácido sulfúrico (Tipo II). A anodização dura (Tipo III) fornece um revestimento mais espesso e mais duro para aplicações resistentes ao desgaste.

Revestimento de Conversão por Cromato (Alodine):

Os revestimentos de conversão por cromato são aplicados em superfícies de alumínio para fornecer:

Cadmioagem:

A cadmioagem é aplicada em fixadores e acessórios de aço para proteção contra corrosão. O cádmio é anódico em relação ao aço, o que significa que corrói preferencialmente, protegendo o aço subjacente. Benefícios adicionais incluem:

Produtos de corrosão brancos na cadmioagem indicam que o cádmio está corroendo sacrificialmente—esta é uma camada protetora autolimitante. Descoloração marrom-avermelhada indica ferrugem se formando no aço subjacente, significando que o revestimento foi rompido e requer atenção.

Aluminização:

A aluminização (revestimento por difusão de alumínio) fornece proteção contra oxidação e corrosão em altas temperaturas (até aproximadamente 900°C). É utilizada em componentes de escapamento de motores e outras aplicações de alta temperatura onde revestimentos de cádmio e zinco falhariam.

Primários e Tintas:

Os primários são aplicados em superfícies limpas e preparadas para:

Primários epóxi e primários cromatados são padrão para estruturas de ligas de alumínio. O primário deve ser compatível tanto com o substrato quanto com o sistema de acabamento.

2.4 Inspeção e Avaliação de Corrosão

Quando a corrosão é detectada, a ação inicial é avaliar a extensão do dano em relação aos limites permitidos especificados no SRM. Isso inclui:

O alisamento só é permitido dentro dos limites do SRM. A substituição é necessária quando a corrosão excede os limites permitidos ou afeta a integridade estrutural.

Seção 3: Materiais Não Metálicos

3.1 Polímeros: Termoplásticos e Termofixos

Termoplásticos:

Os termoplásticos amolecem quando aquecidos e podem ser remodelados e refundidos repetidamente. Essa reversibilidade é sua característica definidora. Termoplásticos comuns em aeronaves incluem:

Termofixos:

Os termofixos sofrem uma reação química irreversível de reticulação durante a cura. Uma vez curados, não podem ser refundidos ou remodelados. Termofixos comuns incluem:

3.2 Materiais Acrílicos (Perspex/Plexiglas)

Os materiais acrílicos são amplamente utilizados para janelas e capotas de aeronaves devido à sua:

Fissuração superficial (Crazing):

A fissuração superficial é a formação de microtrincas na superfície de materiais acrílicos, mais comumente causada pelo contato com solventes como acetona, gasolina ou agentes de limpeza que atacam a superfície. Outras causas incluem:

Manuseio e Instalação:Janelas de acrílico são fornecidas com uma película protetora que deve permanecer no lugar até que todos os trabalhos adjacentes (furação, selagem, rebitagem) sejam concluídos. Remover a película precocemente expõe o painel a riscos na superfície e ataque químico.

Considerações de Reparo:

Janelas de acrílico rachadas devem ser substituídas, não reparadas. Rachaduras reduzem a integridade estrutural e podem se propagar sob cargas de pressurização. A furação de parada não é um reparo permanente aprovado para janelas.

3.3 ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno)

ABS é um termoplástico usado para carenagens e componentes não estruturais. Considerações críticas incluem:

3.4 Materiais Compósitos

Materiais compósitos consistem em uma matriz (resina) reforçada com fibras. A matriz transfere cargas entre as fibras e as protege de danos ambientais, enquanto as fibras fornecem resistência e rigidez.

Tipos de Fibra:

Sistemas de Resina:

Monitoramento da Cura:

A temperatura de transição vítrea (Tg) está diretamente relacionada ao grau de cura de resinas termofixas. Uma resina totalmente curada tem uma Tg característica; uma Tg mais baixa indica sub-cura. O teste de Tg verifica se o ciclo de cura (tempo/temperatura) foi adequado.

Defeitos em Compósitos:

Processo de Ensacamento a Vácuo:

O processo de ensacamento a vácuo consolida laminados compósitos durante a cura:

Estruturas Honeycomb:

Estruturas sanduíche honeycomb consistem em um núcleo honeycomb colado entre duas lâminas de face. Os materiais do núcleo incluem alumínio, Nomex (papel de aramida) e fibra de vidro.

Emenda de Núcleo:

Ao emendar novo núcleo honeycomb no núcleo existente:

Corrosão do Núcleo:A entrada de humidade através de fissuras ou de painéis exteriores danificados é a principal causa de corrosão nos núcleos de favo de mel de alumínio. A inspeção regular para deteção de entrada de água é essencial.

Proteção contra Descargas Elétricas (Lightning Strike Protection):

As estruturas compostas incorporam frequentemente uma malha ou folha condutora (cobre ou alumínio) para proteção contra descargas elétricas. Os testes de condutividade verificam se o sistema LSP é contínuo e eficaz, garantindo que as correntes de descarga elétrica são conduzidas em segurança. Este teste não mede a integridade estrutural, o estado de cura ou o teor de humidade.

Danos Admissíveis:

Amolgadelas pequenas e pouco profundas que não afetem o núcleo ou a colagem podem estar dentro dos limites de danos admissíveis e podem ser deixadas sem reparação se não excederem os limites do SRM. Danos no núcleo, delaminação e perfurações requerem reparação.

Secção 4: Elementos de Fixação

4.1 Rebites Sólidos

Os rebites sólidos são os elementos de fixação permanentes mais comuns nas estruturas de aeronaves. Consistem numa cabeça fabricada e numa haste; durante a instalação, a cauda é deformada para formar uma cabeça de fecho.

Materiais dos Rebites:

Identificação dos Rebites:

As marcas na cabeça do rebite indicam o material:

Seleção dos Rebites:

Os fatores críticos na seleção dos rebites incluem:

Instalação dos Rebites:

Remoção de Rebites:

Para remover um rebite danificado sem alargar o furo:

Substituição de Rebites:

As substituições de material de rebites não são permitidas sem aprovação de engenharia. O SRM ou o AMM especificam o material exato do rebite para cada aplicação.

4.2 Parafusos e Porcas

Identificação dos Parafusos:

Os parafusos de aço são marcados com linhas radiais na cabeça para indicar a classe de resistência:

O material do parafuso também pode ser identificado pelas marcas na cabeça (por exemplo, "AN" para o padrão Air Force-Navy, "MS" para Military Standard).

Elementos de Fixação Hi-Lok:

Os elementos de fixação Hi-Lok consistem num pino roscado e num colar que é cravado com uma chave. Características principais:- Aperto consistente sem necessidade de chave dinamométrica

Parafusos de trava (Lockbolts):

Os lockbolts são instalados por cravação de uma anilha no parafuso usando uma ferramenta hidráulica especial. Não requerem torque, contrapinos ou soldagem.

Porcas autotravantes:

As porcas autotravantes incorporam um recurso de travamento—seja um inserto de nylon ou roscas deformadas (não circulares)—que proporciona atrito nas roscas do parafuso.

Pinos de cisalhamento:

Um pino de cisalhamento é projetado para romper a uma carga de cisalhamento específica, atuando como um fusível mecânico para proteger o sistema contra sobrecarga.

4.3 Fixadores de liberação rápida

Fixadores Dzus:

Os fixadores Dzus são fixadores de liberação rápida de quarto de volta projetados para remoção rápida de painéis não estruturais. Não são utilizados em estrutura primária.

4.4 Fixadores temporários

Clecos:

Os clecos são fixadores temporários de mola usados para alinhar e segurar peças de chapa metálica durante furação e rebitagem. São removidos antes da montagem final.

4.5 Técnicas de instalação

Instalação úmida:

A instalação úmida envolve a aplicação de um selante inibidor de corrosão (ex.: polissulfeto) no fixador ou no furo antes da instalação. O objetivo principal é:

A instalação úmida não aumenta significativamente a vida em fadiga (isso é alcançado pela preparação do furo e ajuste por interferência) e não atua como lubrificante (os valores de torque geralmente são ajustados para instalação úmida).

Selo de torque (faixa de torque):

O selo de torque é um material semelhante a tinta aplicado sobre o fixador e a estrutura circundante após o aperto. Se rachar ou for perturbado, indica possível afrouxamento. Não fornece travamento mecânico.

Seção 5: Selantes e Adesivos

5.1 Tipos de selantes

Selantes de polissulfeto:

Os selantes de polissulfeto são os selantes mais comuns para tanques de combustível integrais de aeronaves. Propriedades principais:

Selantes de silicone:

Os selantes de silicone não são resistentes a combustível e não são adequados para aplicações em tanques de combustível. São utilizados para:

Adesivos de cianoacrilato:

Os cianoacrilatos (super colas) não são adequados para grandes vãos ou aplicações estruturais. São utilizados para pequenas tarefas de colagem não estruturais.

5.2 Aplicação de selantes

Considerações críticas ao aplicar selantes:

5.3 Adesivos

Colagem a frio:

A colagem a frio utiliza um adesivo epóxi de dois componentes que cura à temperatura ambiente. Requisitos críticos:- A preparação da superfície é essencial para a resistência da colagem.

Secção 6: Ensaios Não Destrutivos (END)

6.1 Inspeção por Líquido Penetrante

A inspeção por líquido penetrante deteta descontinuidades abertas à superfície em materiais não porosos.

Sistema de Penetrante Removível por Solvente:

Para penetrantes removíveis por solvente:

Água de alta pressão é utilizada para penetrantes laváveis com água, não para sistemas removíveis por solvente.

6.2 Inspeção por Partículas Magnéticas (MPI)

A inspeção por partículas magnéticas deteta fissuras superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos (aço, ferro).

Procedimento:

A MPI é o método mais adequado para detetar fissuras superficiais em soldaduras de aço e componentes de trens de aterragem.

6.3 Inspeção por Correntes Induzidas (Eddy Current)

O ensaio por correntes induzidas deteta defeitos superficiais e subsuperficiais em materiais condutores. É comumente utilizado para detetar:

As correntes induzidas são particularmente úteis para detetar corrosão subsuperficial em estruturas de alumínio.

6.4 Inspeção por Ultrassons

O ensaio ultrassónico utiliza ondas sonoras de alta frequência para detetar defeitos internos. É eficaz para:

6.5 Ensaio por Percussão (Tap Testing)

O ensaio por percussão é um método simples para detetar delaminações em estruturas compósitas. Um som "surdo" ou "oco" indica perda de colagem ou delaminação entre camadas.

Secção 7: Pintura e Acabamento de Aeronaves

7.1 Função do Primário

Os primários são aplicados em superfícies limpas e preparadas para:

Primários epóxi e primários cromatados são padrão para estruturas de liga de alumínio.

7.2 Componentes do Sistema de Pintura

Um sistema de pintura completo de aeronave consiste tipicamente em:

Secção 8: Tubagens e Mangueiras de Aeronaves

8.1 Tubagens Hidráulicas

Os sistemas hidráulicos de alta pressão (3000 psi) utilizam tubagem de aço resistente à corrosão (CRES) para resistência e proteção contra corrosão.

Resumo das Relações Principais| Material | Propriedade Chave | Aplicação Comum | Preocupação Principal |

|----------|--------------|-------------------|-----------------|

| Alumínio 2024-T3 | Alta relação resistência-peso | Revestimento de asas, fuselagem | Corrosão, fadiga |

| Alumínio 7075-T6 | Maior resistência | Longarinas de asas, revestimentos superiores | Corrosão sob tensão (fissuração) |

| Titânio Ti-6Al-4V | Alta resistência, resistente à corrosão | Fixadores, estrutura | Encruamento durante a maquinação |

| Aço (liga) | Alta resistência | Trem de aterragem, suportes de motores | Corrosão, fragilização por hidrogénio |

| CRES | Resistente à corrosão | Tubagens hidráulicas, fixadores | Custo, peso |

| Magnésio | Metal estrutural mais leve | Cárteres de caixas de engrenagens | Corrosão, inflamabilidade |

| Acrílico | Clareza ótica | Janelas, capotas | Fendilhamento (crazing), ataque por solventes |

| Compósito de fibra de carbono | Alta rigidez-peso | Estrutura primária | Delaminação, danos por impacto |

Pontos Típicos de Foco para Exame

Referências