Aspectos Metalúrgicos na Produção de Trefilados em Ligas de Alumínio

Transcrição

1 Aspectos Metalúrgicos na Produção de Trefilados em Ligas de Alumínio Eng o. Marcelo Gonçalves, M.E., Ph.D. Alpina Consultoria e ESEG Escola Superior de Engenharia e Gestão

2 Objetivo da Palestra Trefilação de metais grande ênfase nos aspectos mecânicos do processo (equipamentos, ferramentas, lubrificação) Abordagem da metalurgia do processo de trefilação de ligas de Al

3 Sumário Introdução Indústria do Al no Brasil Trefilados de Al Aplicação / Produtos Trefilados de Al Produção / Processamento Aspectos da Metalurgia da Trefilação de Al Comentários Finais

4 A INDÚSTRIA DO ALUMÍNIO NO BRASIL

5 Ligas para condução elétrica

6 Indústria do Alumínio

7 Indústria do Alumínio

8 Indústria do Alumínio

9 Indústria do Alumínio

10 APLICAÇÕES, LIGAS E TÊMPERAS

11 Ligas para condução elétrica

12 Ligas para condução elétrica

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14 Ligas de Alumínio para condução elétrica

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16 SOLDAGEM DE LIGAS DE ALUMÍNIO

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18 AS LIGAS DE ALUMÍNIO CLASSIFICAÇÃO E TÊMPERAS Zn Mg Al-Cu Al-Cu -Mg Al-Mg-Si Al-Zn-Mg Ligas endurecíveis por precipitação Al Cu Al-Zn-Mg-Cu Mn Si Al-Si Al-Si-Cu Al-Mg Al-Mn Ligas para Fundição Ligas endurecíveis por deformação

19 AS LIGAS DE ALUMÍNIO CLASSIFICAÇÃO E TÊMPERAS Nomenclatura para as ligas de Al trabalháveis IADS International Alloy Designation System - ABNT/NBR 6834 Série 4 dígitos 1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 7XXX 8XXX 9XXX Teor de Al ou Principais Elementos de Liga no mínimo 99,00 % de pureza Cobre Manganês Silício Magnésio Magnésio e Silício Zinco Outros elementos Série não utilizada o primeiro dígito indica o grupo de liga o segundo dígito indica as modificações da liga original ou os limites de pureza os dois últimos dígitos identificam a liga de Al ou indicam a pureza do Al

20 AS LIGAS DE ALUMÍNIO CLASSIFICAÇÃO E TÊMPERAS Nomenclatura referente à condição de tratamento termomecânico ou a têmpera IADS International Alloy Designation System - ABNT/NBR 6835 Letras e dígitos agregados como sufixos à designação de ligas Sufixo de Letra indica o processamento ou condição básica F O H W T como fabricado como recozido deformado a frio, encruado solubilizado tratado termicamente

21 AS LIGAS DE ALUMÍNIO CLASSIFICAÇÃO E TÊMPERAS Sufixo de letra H T 1 o Sufixo Numérico 1 - somente deformado a frio 2 - deformado a frio e parcialmente recozido 3 - deformado a frio e estabilizado 4 - deformado a frio e pintado ou envernizado 1 - solubilização parcial + envelhecimento natural 2 - solubilização parcial + trabalho a frio + envelheci/o natural 3 - solubilização + trabalho a frio + envelhecimento natural 4 - solubilização + envelhecimento natural 5 - envelhecimento artificial somente 6 - solubilização + envelhecimento artificial 7 - solubilização + estabilização (sobre envelhecimento) 8 - solubilização + trabalho a frio + envelhecimento artificial 9 - solubilização + envelhecimento artificial + trabalho a frio 10 - solubilização parcial + trabalho a frio + envelheci/o art. 2 o Sufixo Numérico 2 - ¼ duro 4 - ½ duro 6 - ¾ duro 8 - duro 9 - extra duro

22 AS LIGAS DE ALUMÍNIO PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS Ligas de Al de pureza comercial

23 AS LIGAS DE ALUMÍNIO PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS Principais ligas de Al envelhecíveis

24 PROCESSAMENTO TÍPICO - CABOS

25 Processo Properzi

26 Processo Properzi

27 Fio máquina Processo Trefilação e Cabos Trefilação Fios / Arames C A B O S

28 ASPECTOS DA METALURGIA DA TREFILAÇÃO DE AL Ligas Não Tratáveis Endurecimento por Deformação ou Encruamento Ligas Têmperas Hxx

29 ENCRUAMENTO NA DEFORMAÇÃO A FRIO

30 Encruamento na deformação plástica Deformação Plástica a Frio endurecimento (aumento de resistência do metal) Encruamento VAMOS ANALISAR DETALHADAMENTE OS GRÁFICOS TENSÃO - DEFORMAÇÃO

31 Encruamento na deformação plástica Influência da Deformação Plástica a Frio nas Propriedades Mecânicas Limite de resistência à tração Propriedade (%) Limite de escoamento Redução de Área Alongamento Deformação (%)

32 ENCRUAMENTO DIMINUIÇÃO DA MOBILIDADE DAS DISCORDÂNCIAS COM O AUMENTO DA DEDORMAÇÃO PLÁSTICA APLICADA. OBSTÁCULOS CONTRA A MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS: - Outras discordâncias - Contornos de grão e de subgrão - Átomos de soluto - Partículas de 2as. fases - Filmes superficiais

33 ENCRUAMENTO Deformação a Frio AUMENTO DE DENSIDADE E DIMINUIÇÃO NA MOBILIDADE DE DISCORDÂNCIAS ε = b. A. N Com: ε = deformação; b= vetor de Burgers; A=Area do plano de escorregamento; N= número de discordâncias por volume Então: ε N ε N

34 MICROESTRUTURA DE GRÃOS APÓS DEFORMAÇÃO A FRIO Antes da deformação Depois da deformação

35 SUBESTRUTURA CELULAR = SUBGRÃOS Al 1200 deformado a frio ; ε = 2

36 CURVAS DE ENCRUAMENTO TÊMPERAS H1X

37 RESTAURAÇÃO APÓS DEFORMAÇÃO A FRIO

38 RESTAURAÇÃO Seqüência de eventos durante o recozimento de um metal encruado mudanças na estrutura dos grãos Mecanismos de Restauração recuperação recristalização

39 Variação de propriedades físicas durante recuperação e recristalização.

40 Deformação dos grãos pela conformação (tref./lam./ext.) e formação de novos grão no recozimento (encruamento e recristalização + crescimento de grão)

41 MICROESTRUTURA DE GRÃOS deformação e recristalização Condição inicial deformação recozimento 110 µm Condição final

42 Recozimento Deformação Plástica a Frio endurecimento (aumento de resistência do metal) Encruamento Metal Encruado RECOZIMENTO (aquecimento a uma determinada temperatura por um certo tempo) Restauração condição livre de deformação

43 Tamanho de grão (mm) Rresistência a Tração (MPa) Dutilidade (% Alongamento) Recozimento Resistência mecânica Dutilidade Grãos deformados e recuperados RP RX CG Novos grãos Temperatura de recozimento (ºC) Fenômenos de Restauração

44 Recozimento Recozimento Pleno têmpera O em ligas trabalháveis (tratáveis e não tratáveis termicamente) para atingir o máximo amolecimento, a maior dutilidade e a condição de melhor trabalhabilidade da liga No recozimento pleno: material trabalhado a frio (encruado) normalmente, torna-se recristalizado material trabalhado a quente pode permanecer não-recristalizado No caso das ligas tratáveis termicamente, os solutos são precipitados de maneira a prevenir o envelhecimento natural

45 CURVAS DE RECOZIMENTO (p/ diminuir a dureza)

46 ASPECTOS DA METALURGIA DA TREFILAÇÃO DE AL Ligas Tratáveis Endurecimento por Precipitação Ligas Têmperas Txx

47 TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS TRATÁVEIS ENVELHECIMENTO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO

48 Envelhecimento ou Endurecimento por Precipitação O tratamento térmico para o endurecimento por precipitação é subdividido em 3 partes: temperatura solubilização resfriamento rápido envelhecimento 1 Tratamento Térmico de Solubilização para dissolver elementos de liga 2 Resfriamento Rápido para formar uma solução sólida supersaturada desses elementos no alumínio tempo 3 Envelhecimento: decomposição controlada da solução sólida supersaturada para formar uma fina dispersão de precipitados (precipitação de partículas finas do composto intermetálico endurecedor)

49 Envelhecimento ou Endurecimento por Precipitação

50 Envelhecimento - Precipitação Envelhecimento/Precipitação No envelhecimento, uma solução sólida supersaturada se transformará em uma estrutura de equilíbrio. Porém, antes do equilíbrio ser atingido, estágios intermediários ocorrem. Solução Sólida Supersaturada

51 Envelhecimento - Precipitação Envelhecimento/Precipitação No envelhecimento, uma solução sólida supersaturada se transformará em uma estrutura de equilíbrio. Porém, antes do equilíbrio ser atingido, estágios intermediários ocorrem. Zonas de Guinier-Preston (Zonas GP)

52 Envelhecimento - Precipitação Envelhecimento/Precipitação No envelhecimento, uma solução sólida supersaturada se transformará em uma estrutura de equilíbrio. Porém, antes do equilíbrio ser atingido, estágios intermediários ocorrem. Estágio Intermediário 2 Precipitados Coerentes

53 Envelhecimento - Precipitação Envelhecimento/Precipitação No envelhecimento, uma solução sólida supersaturada se transformará em uma estrutura de equilíbrio. Porém, antes do equilíbrio ser atingido, estágios intermediários ocorrem. Estágio Intermediário 3 Precipitados Semi-Coerentes

54 Envelhecimento - Precipitação Envelhecimento/Precipitação precipitado No envelhecimento, uma solução sólida supersaturada se transformará em uma estrutura de equilíbrio. Porém, antes do equilíbrio ser atingido, estágios intermediários ocorrem. Fase de Equilíbrio Precipitados Incoerentes

55 Envelhecimento - Precipitação Precipitação no Al-Cu zonas GP rica em Cu Al-4%Cu envelhecimento 6 h / 180 o C precipitados θ (CuAl 2 ) Al-4%Cu envelhecimento 2 h / 200 o C precipitados θ (CuAl 2 ) Al-4%Cu envelhecimento 45 min / 450 o C

56 Envelhecimento - Precipitação Precipitados formados nas ligas de alumínio série 2XXX (Al-Cu) CuAl 2 série 2XXX (Al-Cu-Mg) Al 2 CuMg / (Al-Cu) série 6XXX (Al-Mg-Si) Mg 2 Si série 7XXX (Al-Zn-Mg) Mg x (Al,Zn) y Precipitados responsáveis pelo endurecimento das ligas

57 Curvas de Cinética de Envelhecimento Artificial da liga 6061 em diferentes temperaturas de envelhecimento

58 COMENTÁRIOS FINAIS 1. Fizemos um vôo panorâmico sobre a indústria de trefilados de Al, com ênfase na produção de cabos elétricos; 2. Discutimos sinteticamente os principais aspectos metalúrgicos do processo de trefilação de Al; 3. Para um efetivo controle de processo e de qualidade de produto é necessário o conhecimento dos aspectos metalúrgicos da trefilação de ligas de Al.

59 OBRIGADO!