ANALISE DA MICROESTRUTURA E MICRODUREZA DA LIGA Zn-9%Sn SOLIDIFICADAS PELOS PROCESSOS SQUEEZE CASTING E GRAVIDADE EM MOLDE DE AREIA

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1 ANALISE DA MICROESTRUTURA E MICRODUREZA DA LIGA Zn-9%Sn SOLIDIFICADAS PELOS PROCESSOS SQUEEZE CASTING E GRAVIDADE EM MOLDE DE AREIA V.C.S. de Oliveira; D.F. de Lima; R.M. Bernardo; C.A. de Siqueira Filho; F.T. Araujo Filho, Lima, R.A. Universidade Federal da Paraíba-UFPB-Centro de Tecnologia Cidade Universitária, s/n Castelo Branco, João Pessoa- PB. R: Juiz Domingues Porto, Cruz das Armas, João Pessoa-Pb Resumo A fundição por molde de areia é um dos processos convencionais mais antigos e simples. A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar uma mistura refrataria chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar. Já o processo squeeze casting é um processo inovador, no qual o metal vazado no estado liquido é solidificado sob pressão dentro de uma coquilha metálica fechada por um punção. Para este estudo foi escolhida uma liga zn-9%sn, traçando um comparativo da influência dos processos na formação microestrutural e na variação da microdureza Vickers. Resultados obtidos pelo processo de gravidade em molde de areia e por squeeze casting, mostram que, os espaçamentos dendritcos secundários (EDS) tendem a serem maiores para a fundição por gravidade em relação ao processo obtido por squeeze casting, já a microdureza apresentou maiores valores no processo squeeze casting comparado com o a fundição por gravidade em molde de areia. Palavras Chaves: Squeeze Casting, Molde de areia, Fundição, microestrutura. 6593

2 INTRODUÇÃO A fundição é um dos mais antigos e o mais versátil processo de fabricação de componentes metálicos. Os diversos processos de fundição permitem produzir desde milhões de peças de pequeno tamanho até poucas peças pesando várias toneladas (1) A fundição por molde de areia é um dos processos convencionais mais antigos, de custo relativamente baixo e manufatura simples. A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar mecânica ou manualmente uma mistura refrataria plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar. Após a moldagem o metal é vazado e as peças são desmoldadas durante ciclos rápidos de produção. O baixo custo e a facilidade no preparo dos moldes fazem da moldagem em areia um dos métodos mais utilizados para confecção de componentes metálicos, entretanto as limitações quanto ao acabamento superficial e as dimensões das peças produzidas, reduzem a aplicação deste tipo de solidificação. (1,2) O processo squeeze casting é um processo inovador dentro dos processos de fundição, no qual o metal vazado no estado liquido é solidificado sob pressão dentro de uma coquilha metálica fechada por um punção. Este processo possui grande potencial para automatização e altas taxas de produção. O produto produzido por squeeze casting é de alta qualidade e o processo permite fundir peças finas. (2) O processo começa quando o metal fundido é despejado na metade inferior de um molde pré-aquecido. Assim que o metal começa a solidificar, a metade superior da matriz fecha e começa a aplicar pressão durante o processo de solidificação. A extensão da pressão aplicada é significativamente menor do que na forja. Peças de grande detalhe podem ser produzidas. A alta pressão e o contato próximo da liga fundida com a superfície da matriz metálica resulta em mínima porosidade e propriedades mecânicas melhoradas. Este processo pode ser usado para metais ferrosos e não ferrosos. (3,4) As do sistema Sn-Ag e Sn-Zn têm sido objetos de estudos para a substituição da tradicional liga Sn-Pb em soldagem devido à toxicidade do chumbo e complicações no descarte e práticas não apropriadas na reciclagem dos componentes contendo esse metal. Desde o final dos anos 90, alguns estudos têm mostrado vantagens do 6594

3 uso de ligas do sistema Sn-Zn na posição de liga alternativa para substituição daquela contendo Pb, devido ao seu baixo ponto de fusão, excelentes propriedades mecânicas e baixo custo em soldagem (5,6) As características mecânicas dos produtos fundidos dependem fortemente dos parâmetros de solidificação, como tamanho de grão, espaçamentos celulares ou dendríticos, além de heterogeneidades de composição química. Em função disto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma análise comparativa da influência desses dois processos na formação microestrutural e na variação da microdureza vickers na referida liga na liga Zn-9%Sn. MATERIAIS E METODOS Para este estudo foi escolhida uma liga de composição Zn-9%Sn em massa. Tanto o Zinco como o Estanho utilizados, foram metais comercialmente puros. Todos os matérias foram cortados na serra de fita SBS da AGRA e pesados na balança SHIIMADZU modelo UX60H. Após a pesagem o material foi depositado em um cadinho de carbeto de sílicio revestido por uma camada protetora de alumina. O forno utilizado foi do tipo mulfla, fabricado pela Fornos Jung modelo 4213, aquecido por um gerador de resistência de saída de 6KW. A liga foi vazada a uma temperatura de 10% da Tl (Temperatura liquidus de 0 ), sendo assim a Tv (temperatura de vazamento) foi de 4, a temperatura foi monitorada por um termopar do tipo K. Atingida a Tv, a liga foi vazada numa lingoteira de aço 10 e solidificada pelo processo de squeeze casting com tempo de prensagem de 5 segundos e com pressão de 50MPa como também em um molde de areia verde com composição de 95% em massa de areia e 5% de bentonita. Após a solidificação os lingotes foram cortados ao meio longitudinalmente. Metade do lingote foi utilizado para análise de espaçamento dendrítico e a outra metade foi utilizado para análise de microdureza Vickers. Espaçamento dendrítico Na análise de espaçamento dendrítico a parte do lingote selecionada para essa análise foi seccionada em 4 partes latitudinais com sentido da base para o topo do lingote. Após cortadas as peças passaram pelo lixamento mecânico refrigerado a 6595

4 água. As lixas utilizadas foram de 100, 2, 3, 0, 0, 800, 1000, 10 mesh tendo uma variação de 90 de uma para outra. Em seguida as peças foram polidas em uma politriz modelo PLF utilizando pasta de diamante. Para revelar a microestrutura foi utilizado ataque químico com reagente Nital, em solução de 95 % de etanol e 5 % de ácido nítrico, com tempo de permanência de 10 segundos. As peças foram analizadas no microscópio modelo BX41RF-LED da OLYMPUS CORPORATION que conectado ao computador permitiu a medição dos espaçamentos dendriticos através do programa AnalySIS Imager(6). Microdureza Vickers Para análise de microdureza Vickers a parte do lingote selecionada para essa análise foi seccionada em 4 partes latitudinais com sentido da base para o topo do lingote. As peças passaram por lixamento mecânico refrigerado a água com lixas de granulometria de mesh tendo uma variação de 90 de uma para outra, similar a análise de espaçamento dendritico. Em seguida as peças foram polidas e atacadas com mesma pasta de polimento e reagente químico utilizado na análise de espaçamento dendritico. A aferição da microdureza foi realizada em um microdurometro HMV-2T da SHIMADZU CORPORATION que conectado ao computador permitiu a medição das durezas através do programa Microsolf Excel. 6596

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO Microestrutura Os gráficos abaixo foram obtidos pela média das 4 peças. Na Figura 1 vemos que, da posição 1 a posição 4 da interface metal/molde, não houve variação significativa do espaçamento dendrítico secundário. A Figura 2, demonstra que houve uma pequena variação da no espaçamento dendrítico da posição 1 para a posição 2 e uma tendência a linearização nas demais posições da interface metal/molde. Uma análise comparativa, Figura 3, nos mostra que o espaçamento dendrítico no processo de squeeze casting é menor que no molde areia devido a maior transferia de calor na lingoteira de aço, em relação ao molde de areia de é um material refratário. A média dos pontos das 4 peças, não tiveram tanta variação, indicando pouca convecção térmica, principalmente no molde de areia onde o material, por ser refratário, teve uma menor variação da temperatura. 100 Liga Zn-9%Sn Molde de Areia Espaçamento Dendritico Secundario l2 80 A2 A4 A6 A8 Posição a partir da inferface metal/molde Figura 1 Gráfico espaçamento dendrítico versus posição no molde em molde de areia 6597

6 100 Espaçamento Dendritico Secundario l Zn-9%Sn Squeeze P2 P4 P6 P8 Posiçoes a partir da interface metal/molde Figura 2 - Gráfico espaçamento dendrítico versus posição no molde em squeeze casting Espaçamento Dendritico Secundario Squeeze Casting Molde de areia 0 P2 P4 P6 P8 Posição a partir da interface metal/molde Figura 3 comparativo molde de areia squeeze casting Microdureza A Figura 4 demonstram que não houve grande variação nos valores de dureza Vickers na liga solidificada em molde de areia, relacionada baixa variação dos valores de espaçamento dendrítico secundário. A Figura 5 mostra uma pequena tendência decrescente nos valores de dureza Vickers para a liga solidificada pelo processo squeeze casting com uma acentuação da taxa de decrescimento da peça 6 para a

7 55 Liga Zn-9%Sn Molde de Areia Dureza Vickers HV A2 A4 A6 A8 Posição apartir da interface Metal/Molde Figura 4 Dureza Vickers em função da posição do molde em molde de areia 55 Liga Zn-9%Sn Squeeze Casting Dureza Vickers ( HV) P2 P4 P6 P8 Posição apartir da interface Metal/Molde Figura 5 - Dureza Vickers em função da posição do molde em squeeze casting CONCLUSÃO os resultados obtidos pelo processo de gravidade em molde de areia e pelo processo squeeze casting, mostram que, os espaçamentos dendríticos secundários (EDS) tendem a serem maiores para a fundição por gravidade em relação ao processo obtido por squeeze casting, já a microdureza apresentou maiores valores no processo squeeze casting do que no processo por fundição por gravidade em molde de areia. 6599

8 REFERÊNCIAS (1) Baldam, R. L; Vieira, E. A., Fundição : processos e tecnologias correlatas, 2. ed. rev., São Paulo : Érica, 14 (2) Ferreira, J. M. G. de C., Tecnologia da Fundição, Fundação Calouste Gulbenkian, pp , 1999 (3) (4) Hajjari, A; Divandari, M.; Na investigation on the microstructure and tensile propeties of direct squeeze cast and gravity die cast 24 wrought al alloy (5) (6) Islam, r.a., Chan, y.c., Jillek, w., Islam, s., "Comparative study of wetting behavior and mechanical properties (microhardness) of Sn-Zn and Sn-Pb solders", Microelectronics Journal, v. 37, n. 8, pp , August

9 MICRO-STRUCTURE ANALYSIS AND MICRODURE OF Zn-9%Sn LEADS ABSTRACT SOLIDIFIED BY SQUEEZE CASTING AND SAND CASE GRAVITY Sand casting is one of the oldest and simplest conventional processes. The preparation of the mold, in this case, consists of compacting a refractory mixture called sand casting, on a model mounted on a molding box. The squeeze casting process is an innovative process in which the liquid metal in the liquid state is solidified under pressure inside a metal shell closed by a punch. For this study a zn- 9% sn alloy was chosen, tracing a comparison of the influence of the processes on the microstructural formation and the Vickers microhardness variation. Results obtained by the sand mold gravity process and by squeeze casting show that the secondary dendritic spacing (EDS) tends to be larger for gravity casting in relation to the squeeze casting process, whereas the microhardness showed higher values in the squeeze casting process compared to the gravity die casting sand casting. Keywords: Squeeze Casting, Sand Mold, Foundry, Microstructure. 61