Efeito dos precipitados β-Fe no comportamento mecânico das ligas de Al-Si com Fe-crítico, inoculadas via Nióbio e Boro e endurecidas por precipitação

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Data
2021-07-07
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ITA

Resumo

Esta tese investigou as propriedades mecânicas de ligas à base de Al-Si com teores de Fe de 1%, valor acima dos limites recomendados (simulando as ligas oriundas da reciclagem), levando à precipitação de partículas intermetálicas de β-Fe em sua microestrutura. As partículas quebradiças de β-Fe apresentam uma morfologia rugosa na forma de plaquetas altamente facetadas, formando pontos rígidos na estrutura do material, o que prejudica o desempenho mecânico da liga contendo esses precipitados. Como as ligas de Al-Si têm suas propriedades mecânicas aprimoradas quando o grão é refinado ou tratado termicamente, este estudo buscou compreender o efeito da adição do inoculante Nb e B, como inoculador de grãos, e também da adição do elemento Mg e aplicação subsequente do tratamento de endurecimento por precipitação (T6), sobre a morfologia dos precipitados de β-Fe. Sob a hipótese de que os efeitos da soma dessas duas técnicas se mostrem benéficos à estrutura do material, modificando o tamanho e a morfologia dos precipitados de β-Fe, e também criando um mecanismo de reforço do material, com isso, possibilite sua utilização nas ligas provenientes da reciclagem para uso em peças estruturais e de segurança. No primeiro estágio, as ligas foram inoculadas com níveis variados de Nb e B para encontrar um valor que reduzisse o tamanho de grão da liga fundida, refinando e modificando os precipitados de β-Fe. Para esta primeira fase, as amostras foram moldadas de acordo com o molde padrão, Procedimento de Teste-1 (TP-1). A microestrutura da liga foi analisada por microscópio óptico com luz polarizada e placa com filtro e contraste de interferência diferencial (DIC) e por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX) com analisador detector EDS. Além disso, o estudo foi se aprofundando por meio de análises qualitativas e quantitativas da precipitação intermetálica de β-Fe. As análises microestruturais revelaram que o comportamento dos precipitados de β-Fe segue um decaimento exponencial com o aumento da adição de Nb e B, uma curva análoga à do refinamento de grãos do ?-Al primário, revelando uma correlação direta entre os eventos. Com isso, foi possível sugerir um mecanismo que mostra como ocorre à transformação morfológica dos precipitados de β-Fe no material com a adição do inoculante Nb e B. As concentrações de 0,05% em peso de Nb e 0,0063% em peso de B mostraram-se adequados para reduzir o tamanho do grão e modificar os precipitados de Fe, refinando-os e tornando-os esféricos. Na segunda etapa do estudo, as amostras foram fundidas em molde metálico de acordo com a norma ASTM B108. A introdução do elemento Mg avaliou se o endurecimento por precipitação foi afetado pela adição do inoculante Nb + B e o conseqüente refinamento do grão. O efeito combinado da manipulação da liga estudada Al10Si1Fe0,35Mg resultou em precipitados β-Fe reduzidos e esferoidizados e maior limite de escoamento (YS) com 208 MPa, limite de resistência à tração (UTS) com 300 MPa e elasticidade de 4,7%. Os resultados superaram os valores limites de resistência e elasticidade de ligas comerciais, como a liga ASTM A357, onde o teor de Fe é baixo (máx. 0,2%).


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