Metalografia e Tratamento Térmico

INTRODUÇÃO

O alumínio é o metal não ferroso mais consumido em todo o mundo devido as excelentes propriedades que possui tais como leveza, a alta condutibilidade térmica e elétrica e ainda um importante fator que o destaca dos outros metais é a possibilidade deste ser reciclado inúmeras vezes sem perda significativa das suas propriedades.  Ainda sua aparência atraente aliada à alta resistência às intempéries e baixos requisitos de manutenção proporcionam uma vasta utilização em todos os tipos de construção.  Assim sendo o alumínio pode ser utilizado de diferentes maneiras, em várias aplicações do cotidiano e na indústria.

Entretanto as qualidades apresentadas pelo alumínio em sua forma mais pura podem não ser tão favoráveis para determinadas aplicações em um projeto, portanto com o passar dos anos foram criadas as ligas de alumínio, as quais são compostas do alumínio com a adição de elementos de liga tais como Silício, Cobre, Manganês, etc. Um dos aspectos que tornam as ligas e alumínio tão atraentes como materiais de construção mecânica é o fato do alumínio poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia, chamados de elementos de liga, formando ligas e a partir dessa combinação ser possível obter características tecnológicas ajustadas de acordo com a aplicação do produto final.  

O grande alcance das ligas oferece à indústria uma grande variedade de combinações de resistência mecânica, resistência à corrosão e ao ataque de substâncias químicas, condutibilidade elétrica, usinabilidade, ductibilidade, formabilidade, etc.  Em geral, pode-se dividir os elementos entre aqueles que conferem à liga a sua característica principal (resistência mecânica, resistência à corrosão, fluidez no preenchimento de moldes, etc.), e os que têm função acessória, como o controle de microestrutura e das impurezas e traços que prejudicam a fabricação ou a aplicação do produto, os quais devem ser controlados no seu teor máximo.

Assim sendo é notável a importância da modificação dos teores de cada elemento em uma liga metálica. Para melhor demonstrar este a fator a Figura xx, na qual a modificação no teor de pureza implica no aumento da dureza, limite de resistência e o limite de escoamento conforme diminui-se o percentual de pureza do alumínio.

Figura 1.1 - Limite de resistência, limite de escoamento e dureza em função do teor de pureza.

OBJETIVOS

1.1.1 Geral O presente trabalho objetiva analisar os efeitos da adição de teores de Zircônio (Zr) na liga Al-0,05%Cu-0,4%Fe-0,3%Si em parâmetros selecionados, realizando a obtenção das amostras com ligas solidificadas de forma estática em molde unidirecional.

1.1.2 Especificos

Determinar e comparar as velocidades de solidificação (VL) e as taxas de resfriamento (), a partir dos registros térmicos levantados experimentalmente para cada liga. [pic 1]

Avaliar e comparar o comportamento macroestrutural das ligas ao longo dos lingotes.

Avaliar o desempenho elétrico (IACS) das ligas nas diferentes posições relativas à interface Metal/Molde com deformação.

Avaliar o LRT das ligas nas diferentes nas diferentes posições relativas à interface Metal/Molde com deformação.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA (PROVISÓRIA)

Processo de solidificação dos metais

A solidificação do metal é uma das etapas mais importantes para definir sua microestrutura, e consequentemente, suas propriedades mecânicas. O efeito da solidificação pode ser especificado em quatro escalas: a macro-escala na ordem de 10-3 a 1 m, a meso-escala na ordem de 10-4 m, a micro escala na ordem de 10-6 a 10-5 m e por último a nano-escala, na ordem de 10-9 m.

        Muitos tratamentos térmicos também podem ser utilizados para a alteração da microestrutura, porém sempre é altamente afetado pela microestrutura inicial resultante da solidificação, reiterando a importância da solidificação e da atenção necessária nesse processo para se obter um produto com propriedades satisfatórias.

        Tendo em mente o impacto deste processo no resultado final do produto, devemos controlar e observar atentamente as informações relativas ao processo, como a temperatura de vazamento, a forma de preenchimento do molde, o tratamento do metal líquido, o material e formato do molde e se o molde deve ser pré-aquecido, refrigerado ou manter a temperatura ambiente. Esses fatores ajudam a determinar a velocidade e taxa de resfriamento, os gradientes térmicos e consequentemente, o grau de refino da estrutura.

Elementos de liga

Efeito do cobre nas ligas de alumínio

O cobre possui máxima solubilidade de 5,65%p no alumínio, sendo que a composição do eutético é 33,2%p. A microestrutura na composição eutética é α+θ, sendo o teta formado por um intermetálico Al2Cu. Abaixo a Figura 2.2 mostra o diagrama de fase, obtido através do software Thermocalc, abrangendo a transformação eutética Al-Cu.

Figura A - Diagrama de fase Al-Cu obtido pelo software ThermoCalc.

Fonte: Arquivo Pessoal

Se fabricarmos uma liga de alumínio (Al) com cobre (Cu) e submetermos essa liga a processos especiais de tratamento térmico, esse material terá uma resistência à tração equivalente e até maior que a de alguns aços de baixo teor de carbono. Além disso, ela apresenta uma ótima usinabilidade. Devido à alta relação entre resistência (maior) e peso (menor), essa liga é indicada para a indústria aeronáutica e automobilística, na fabricação de rodas de caminhões, na estrutura e revestimento de asas e rodas de aviões. É indicada também para peças que devem suportar temperaturas ao redor de 150ºC.

O cobre é o principal constituinte endurecedor das ligas de alumínio. Diminui a contração, melhora a usinabilidade. Essas ligas apresentam baixa resistência à corrosão.

Efeito do silício nas ligas de alumínio

A solubilidade do silício no alumínio é pequena, da ordem de 1,55%. Este sistema apresenta uma liga eutética com 12,5% de Si, a 577 ºC, como mostrado no diagrama de fase Al-Si na Figura 2.3, obtido pelo software Thermocalc, mostrando a transformação eutética ate a composição de 20%p de silício.