Publicação

Efeito da adição de Zr no endurecimento de ligas Al-Sc

Detalhes bibliográficos
Resumo:	As ligas de Alumínio (Al) apresentam uma combinação de propriedades mecânicas e físicas que as tornam adequadas para aplicações em todas as áreas industriais com particular destaque para a indústria dos transportes. Contudo uma das limitações da maioria das ligas de Al é a baixa temperatura máxima de trabalho (permitida cerca de 200 ºC). Uma abordagem promissora (e potencialmente competitiva) para melhorar o desempenho das ligas de Al a altas temperaturas (250 ºC - 350 ºC) consiste na adição de elementos de liga com baixa solubilidade ou totalmente insolúveis, que permitam a formação de partículas de segunda fase (SPP) termicamente estáveis na matriz de Al. O escândio (Sc) consagrou-se assim, um elemento extremamente promissor para o aumento da resistência mecânica e uma afinação significativa da estrutura de solidificação nas ligas de Al. Uma pequena adição de Sc pode promover um aumento até 40% da resistência mecânica de algumas ligas de Al, bem como o aumento de cerca de 100 ºC da temperatura de trabalho. Porém este elemento apresenta um elevado custo e é relativamente escasso. A substituição parcial do Sc pelo zircónio (Zr), que apresenta uma solubilidade no Al ainda mais baixa e permite obter propriedades semelhantes às ligas Al-Sc a um baixo custo de produção, pode ser a solução para ultrapassar as limitações do Sc. A combinação Sc e Zr nas ligas de Al conduz a uma melhoria da resistência mecânica tanto à temperatura ambiente como a altas temperaturas e aumenta a estabilidade térmica das ligas, comparativamente com as ligas Al-Sc. O presente trabalho tem como objetivo o estudo do efeito do teor de Zr no endurecimento de ligas Al-Sc bem como a otimização dos ciclos de tratamentos térmicos conducente a um máximo de endurecimento. De forma a cumprir estes objetivos foram processadas ligas Al-0,4 wt.% Sc e Al-0,4 wt.% Sc-0,1-0,3 wt.% Zr, por fundição convencional. As ligas foram posteriormente sujeitas a tratamentos térmicos de envelhecimento a 300 ºC, 350 ºC, 400 ºC e 450 ºC. Foi feita uma avaliação microestrutural, química e mecânica das ligas produzidas. A análise microestrutural e química foi efetuada por Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) e Espetroscopia de Dispersão de Energias (EDS). Através de ensaios de dureza Vickers e ensaios de tração, foram avaliados o grau de endurecimento e a resistência mecânicas das ligas, respetivamente. As superfícies de fratura das ligas foram igualmente analisadas por SEM/EDS. Os resultados obtidos mostram que a adição de Zr às ligas Al-Sc promove um aumento da estabilidade térmica das ligas quando comparado com as ligas Al-Sc, mantendo os mesmos níveis de endurecimento. Além disso com a adição de Zr há uma afinação da estrutura de vazamento, obtendo-se uma microestrutura totalmente equiaxial.
Autores principais:	Vieira, Vanessa Liliana Rebouço
Assunto:	Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais
Ano:	2015
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	As ligas de Alumínio (Al) apresentam uma combinação de propriedades mecânicas e físicas que as tornam adequadas para aplicações em todas as áreas industriais com particular destaque para a indústria dos transportes. Contudo uma das limitações da maioria das ligas de Al é a baixa temperatura máxima de trabalho (permitida cerca de 200 ºC). Uma abordagem promissora (e potencialmente competitiva) para melhorar o desempenho das ligas de Al a altas temperaturas (250 ºC - 350 ºC) consiste na adição de elementos de liga com baixa solubilidade ou totalmente insolúveis, que permitam a formação de partículas de segunda fase (SPP) termicamente estáveis na matriz de Al. O escândio (Sc) consagrou-se assim, um elemento extremamente promissor para o aumento da resistência mecânica e uma afinação significativa da estrutura de solidificação nas ligas de Al. Uma pequena adição de Sc pode promover um aumento até 40% da resistência mecânica de algumas ligas de Al, bem como o aumento de cerca de 100 ºC da temperatura de trabalho. Porém este elemento apresenta um elevado custo e é relativamente escasso. A substituição parcial do Sc pelo zircónio (Zr), que apresenta uma solubilidade no Al ainda mais baixa e permite obter propriedades semelhantes às ligas Al-Sc a um baixo custo de produção, pode ser a solução para ultrapassar as limitações do Sc. A combinação Sc e Zr nas ligas de Al conduz a uma melhoria da resistência mecânica tanto à temperatura ambiente como a altas temperaturas e aumenta a estabilidade térmica das ligas, comparativamente com as ligas Al-Sc. O presente trabalho tem como objetivo o estudo do efeito do teor de Zr no endurecimento de ligas Al-Sc bem como a otimização dos ciclos de tratamentos térmicos conducente a um máximo de endurecimento. De forma a cumprir estes objetivos foram processadas ligas Al-0,4 wt.% Sc e Al-0,4 wt.% Sc-0,1-0,3 wt.% Zr, por fundição convencional. As ligas foram posteriormente sujeitas a tratamentos térmicos de envelhecimento a 300 ºC, 350 ºC, 400 ºC e 450 ºC. Foi feita uma avaliação microestrutural, química e mecânica das ligas produzidas. A análise microestrutural e química foi efetuada por Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) e Espetroscopia de Dispersão de Energias (EDS). Através de ensaios de dureza Vickers e ensaios de tração, foram avaliados o grau de endurecimento e a resistência mecânicas das ligas, respetivamente. As superfícies de fratura das ligas foram igualmente analisadas por SEM/EDS. Os resultados obtidos mostram que a adição de Zr às ligas Al-Sc promove um aumento da estabilidade térmica das ligas quando comparado com as ligas Al-Sc, mantendo os mesmos níveis de endurecimento. Além disso com a adição de Zr há uma afinação da estrutura de vazamento, obtendo-se uma microestrutura totalmente equiaxial.