O Experimento Endurecimento
Por: Marcelo Santos • 1/10/2020 • Trabalho acadêmico • 2.403 Palavras (10 Páginas) • 173 Visualizações
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Mecânica
Grupo 2
155757, Igor Eduardo Ferreira Ximenes
167618, Flávia Maria Leme Munhoz
173628, Marcelo Santos de Oliveira Filho
265254, Bruno Hordonho Guidolim
Endurecimento de ligas metálicas por solubilização e precipitação controlada
Relatório do Experimento 1 - EM 740 C
Prof Dr. xxxxxx
Campinas
Setembro de 2020
RESUMO
O propósito do segundo experimento é estudar os efeitos de diferentes tempos de envelhecimento na dureza de ligas metálicas. O envelhecimento de ligas consiste em submeter peças a aquecimento e, depois, resfriamento de modo a controlar a solubilização e precipitação de elementos de liga em diferentes fases da disposição atômica do metal.
Para tal, analisamos as medidas de dureza de seis amostras de duas ligas de alumínio, Al6351 (Si 0,70/1,30%, Mg 0,40/0,80%) e Al2024 (Cu 3,80/4,90%). Os corpos de prova foram submetidos a processos de envelhecimento em diferentes condições, testando períodos diferentes para os casos de envelhecimento artificial (com precipitação pelo reaquecimento após a solubilização inicial) e natural (com precipitação em temperatura ambiente).
Inicialmente, todas as peças foram inseridas em um forno a 550º por 30 minutos, para ocorrência da solubilização dos elementos de liga, e resfriadas em água. No caso das peças separadas para envelhecimento artificial, em ambas ligas foram corpos de prova foram tratados termicamente em períodos de 3, 10, 60 e 90 minutos em um forno a 200º, depois de uma semana de repouso em temperatura ambiente, uma nova medida foi feita.
Para as peças envelhecidas naturalmente, a dureza foi medida nas marcas de 0 minutos (imediatamente após sair do forno a 550º), 30 e 90 minutos, bem como após quatro dias e uma semana.
Dessa forma, verificamos os efeitos dos diferentes tempos de envelhecimento para cada uma das duas ligas e para cada um dos métodos diferentes, podendo comparar a eficiência de cada método e de cada período utilizado no aumento efetivo da dureza de cada peça.
Foi possível perceber que a dureza das ligas aumenta conforme o aumento do tempo de envelhecimento, seguindo o esperado. As ligas apresentaram taxas de difusão diferentes e também tempo de superenvelhecimento.
INTRODUÇÃO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O estudo das propriedades mecânicas dos materiais é muito importante no desenvolvimento de produtos na indústria. Em conjunto com outros fatores que compõem os projetos mecânicos, tais análises podem definir aplicações de determinadas ligas metálicas, por exemplo, em condições específicas de sujeição a esforços, exposição a corrosão entre outros fatores.
A liga de alumínio 2024 é uma liga de alta resistência mecânica, moderada resistência à corrosão e boa usinabilidade, sendo aplicada em peças de avião, de veículos e de máquinas submetidas a altas tensões e em peças forjadas que precisam de alta resistência. Já a liga de alumínio 6351 é uma liga de altas resistências mecânicas e à corrosão, de boa conformabilidade e boa usinabilidade, sendo aplicada em engenharia estrutural, na construção de navios, veículos e equipamentos, em peças usinadas em tornos automáticos e em forjados a frio.
A resistência mecânica e a dureza de algumas ligas metálicas podem ser melhoradas com um tratamento térmico chamado endurecimento por solubilização e precipitação. Neste processo, partículas extremamente pequenas e uniformemente dispersas de uma segunda fase se formam na matriz original, sendo elas responsáveis pelas melhorias das propriedades.
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Figura 1 - Precipitação por envelhecimento para ligas Al-Cu (2XXX),com as etapas de solubilização (1), têmpera (2) e envelhecimento (3) destacadas.¹ |
Primeiramente, ocorre a solubilização, ou seja aquecimento até uma temperatura dentro da região monofásica (1) , na qual todos os átomos de soluto são dissolvidos na matriz para formar uma solução sólida de somente uma fase. Depois, a liga é resfriada rapidamente em água (têmpera) até uma temperatura dentro região bifásica (2 ), prevenindo difusão ou formação de uma segunda fase, resultando numa solução sólida supersaturada.
Posteriormente, ocorre o tratamento de precipitação, no qual pode ser feito de duas formas: envelhecimento natural ou envelhecimento artificial. Este último consiste em aquecer a liga numa temperatura intermediária ( 3 ), mas ainda dentro da região bifásica, em que as taxas de difusão são apreciáveis, para que uma segunda fase finamente dispersa se forme. Por fim, as ligas são resfriadas à temperatura ambiente.
No envelhecimento artificial, a dureza máxima é atingida para um determinado tempo no forno. Porém, passado esse tempo, um crescimento excessivo dos precipitados endurecedores e a consequente perda de coerência dos mesmos com a matriz resulta na diminuição na dureza do material, efeito chamado superenvelhecimento.
Já no envelhecimento natural, a liga não é aquecida depois da têmpera, sendo deixada à temperatura ambiente, na qual as taxas de difusão são muito inferiores às taxas na temperatura do envelhecimento artificial, durante tempo controlado para a formação de precipitados endurecedores.
Vale comentar que há condições necessárias para que uma liga possa ser envelhecida, sendo elas uma solubilidade sólida máxima apreciável de um elemento no outro e um limite de solubilidade do soluto que deve diminuir com a diminuição da temperatura.
METODOLOGIA
Solubilização das Amostras
Inicialmente 5 corpos de prova de cada liga (alumínio 2024 e 6351) foram solubilizados à 550º C por 30 minutos no forno da Figura 2, na sequência foram resfriadas rapidamente em água para evitar a formação de uma segunda fase. Separou-se um corpo de prova de cada liga que teria dureza na escala Rockwell B avaliada pelo durômetro pantec RBS-M, e posteriormente sofreria envelhecimento natural.
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