AÇÃO DO ENVELHECIMENTO NATURAL DA LIGA DE Al-Mg-Si (6101) APÓS DIFERENTES TEMPOS SOLUBILIZAÇÃO

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1 AÇÃO DO ENVELHECIMENTO NATURAL DA LIGA DE Al-Mg-Si (6101) APÓS DIFERENTES TEMPOS SOLUBILIZAÇÃO A. O. Kishi, D. S. Fernandes, E. D. C. Santos, K. A. S. Cruz, J. P. Feitosa, J. M. V. Quaresma Rua Augusto Corrêa, Nº 1, Guamá, Belém Pará, CEP: Universidade Federal do Pará RESUMO O tratamento térmico de envelhecimento natural e artificial das ligas diluídas de alumínio da série 6xxx é um fator preponderante quando se trata em modificar as suas características mecânicas. Tais ligas estão sujeitas a várias modificações estruturais e mecânicas quando se trabalha em tempos de solubilização variados. Desta forma, este trabalho tende a partir da análise metalográfica e do ensaio de tração, correlacionar os resultados que ocorrem ao longo do envelhecimento natural. Os tempos de solubilização foram de 2, 4 e 6 horas nas amostras à temperatura de 540ºC. As mesmas foram resfriadas em H 2 O até à temperatura ambiente. O reagente cáustico (10 g NaOH + 90 ml H 2 O) foi escolhido na literatura (Metals Handbook, ASM 1999). O ensaio de tração avaliou os valores de resistência à tração e alongamento sofrido pelas amostras da liga Os tempos de solubilização mostraram as evoluções estruturais e de resistência a tração quando estas foram sendo analisadas a cada período (semanas), devido o envelhecimento natural. Perante a tudo isto, concluiu-se que para o maior tempo de solubilização ocorre: melhor homogeneização física e química dos grãos retardando a formação de precipitados, e como conseqüência, aumenta a resistência à tração. Palavras-Chave: Liga Al-Mg-Si, tratamento térmico, envelhecimento natural. 1. INTRODUÇÃO As ligas diluídas de alumínio da série 6xxx são hoje um dos principias conjuntos de ligas usadas em vários ramos da indústria e neste aspecto varre desde a indústria automobilística até a fabricação de cabos e fios condutores de energia elétrica, etc. Atualmente várias literaturas discutem sua seqüência de precipitados perante o envelhecimento natural e artificial que as mesmas podem sofrer para adquirirem determinadas propriedades, como: resistência, alta ductilidade, etc. O Tratamento térmico nas ligas de alumínio diluídas da série 6xxx é um fator preponderante quando se trata em melhorar as características mecânicas que podem ser determinadas perante os tratamentos de T4 (envelhecida naturalmente) e T6 (envelhecida artificialmente). Tais ligas estão sujeitas a várias modificações estruturais e mecânicas quando se trabalha em tempos de solubilização variados. As ligas de alumínio da série 6000 contêm ambos os elementos de liga Mg e Si, que são usados para precipitar o Mg 2 Si no tratamento a quente e na condição envelhecida (T6). O magnésio e o silício são adicionados em proporções balanceadas para combinar nominalmente como Mg 2 Si. O excesso de Si pode também ser adicionado para aumentar a resistência para o detretimento de resistência a corrosão. Enquanto, o conteúdo de Mg em taxas de 0,6 a 1,2% com Si varia de 0,35 a 1,3%. As adições de Mn, Cu e Cr também são alvos para melhorar as condições desta liga que são incluídas na sua composição (1). Recentemente, em estudos de precipitação no envelhecimento natural com a liga Al-0,4%Mg- 1,3%Si concluíram que o aumento da dureza deve-se, num primeiro momento, a precipitação de agrupamentos ou zonas de precursores metaestáveis, onde a máxima dureza é devida a agrupamentos de precipitados, e quando seus estudos envolveram as ligas de Al-Mg-Si com excesso de silício concluíram que o excesso de silício não altera a seqüência de precipitação, mas promove a formação adicional de partículas que contribuem muito pouco para o endurecimento (2). 2. MATERIAIS E MÉTODOS Liga usada: Al-Mg-Si (6101) Composição: 0,35 a 0,80% Mg; 0,30 a 0,70% Si; 0,10% Cu; 0,50% Fe; 0,03% Mn. 2927

2 Foram utilizados 3 lotes de vergalhões (300 x 10) mm de 15 unidades cada. Elevou-se a temperatura do forno até a região monofásica de 540 o C em intervalos de tempo de 2, 4 e 6 horas, para que então fosse realizada a têmpera (resfriadas em água) e sobressaturação da solução sólida. E desde já sofrendo um processo de envelhecimento da liga Al- Mg-Si. As amostras foram usinadas longitudinalmente. Estas foram lixadas e polidas em uma politriz rotativa rpm, e depois atacadas em solução ácida (reagentes), em semanas alternadas até atingir as 9 (nove) semanas, para a macrografia das amostras da liga O reagente para a macro mais adequado foi: reagente Cáustico (10g NaOH+90ml H 2 O) (3), selecionado na literatura. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os equipamentos e acessórios utilizados no desenvolvimento experimental da caracterização metalográfica foram bastante úteis e importantes para a obtenção dos resultados das propriedades mecânicas e estruturas macrográficas durante todo o período de envelhecimento sofrido pela liga em estudo, onde esta ficou vulnerável a crescentes modificações estruturais. As amostras foram selecionadas em semanas alternadas e estão indicadas abaixo Macroestruturas de Amostras Longitudinais da Liga 6101 Solubilizadas à 540 O C nos Tempos de 2, 4 e 6 horas Para a Macrografia (Para o Reagente de Macro Cáustico NaOH ) Tempo de Solubilização à 540ºC: 2h (a) (b) (c) (d) Figura 1 Conjunto de macrografias evidenciando a evolução do envelhecimento sobre: (a) 03 semana, (b) 05 semana, (c) 07 semana e (d) 09 semana, respectivamente. Reagente NaOH (15min. 100x) Tempo de Solubilização à 540ºC: 4h (a) (b) (c) (d) Figura 2 Conjunto de macrografias evidenciando a evolução do envelhecimento sobre: (a) 03 semana, (b) 05 semana, (c) 07 semana e (d) 09 semana, respectivamente. Reagente NaOH (15min. 100x) Resultados de Propriedades no Ensaio de Tração 2928

3 Para os ensaios de tração (tensão x deformação) das amostras da liga 6101, identificou-se as mudanças em suas propriedades de resistência e alongamento. Estes resultados podem ser observados nas Figuras 3 e 4: tempos maiores de solubilização levam ao crescimento da resistência a tração, mas elevando junto o alongamento, dando conta de que, nestas ligas, o fenômeno do endurecimento por precipitação está associado ao crescimento da ductilidade, isto de certa forma é um resultado benéfico para trabalhos posteriores de deformação a frio como no caso da trefila. Uma outra observação que pode ser feita da Figura 3 é que apesar da resistência crescer sempre com o tempo de solubilização a elongação em cada caso desenvolve-se em torno de um valor médio, tendendo a ser constante para cada temperatura estudada. Resistência a Tração (MPa) Tempo em Semanas 2horas 4horas 6horas Alongamento (%) horas 4 horas 6 horas Tempo em Semanas (a) (b) Figuras 3 (a) curvas de resistência a tração (MPa) e (b) curvas de alongamento (%) variando de acordo com as semanas de estudo da liga e ambos para os tempos de solubilização de 2, 4 e 6 horas Resultados Comparativos entre o Ensaio de Tração e as Amostras da Caracterização Metalográfica (Amostra 6 horas) Nas Figuras (4A) e (4B), mostra-se à evolução das propriedades e das estruturas especificamente para a amostra solubilizada por 6 horas. Esta provocada pelo endurecimento pôr precipitação devido ao envelhecime nto natural. Observou-se nitidamente que os reagentes revelaram menos estruturas ao longo das semanas em estudo da liga Al-Mg-Si (6101). 2929

4 A (a) (b) (c) (d) B Resist. a Tração (MPa) horas Tempo em Semanas Figura 4 (A) Conjunto de fotos macrográficas (Reagente Cáustico 15 min/100x), (a) 03, (b) 05, (c) 07 e (d) 09 semanas, respectivamente. (B) gráfico referente à resistência a tração (MPa) com o decorrer do tempo (semanas). 4. CONCLUSÕES Os tempos de solubilização adotados de 2, 4 e 6 horas submetidos a 540 ºC, mostraram as evoluções estruturais e de resistência a tração quando estas foram sendo analisadas a cada período (semanas), devido ao envelhecimento natural. Os resultados dos ensaios de tração nos revelou a ação e/ou evolução das modificações estruturais e das propriedades mecânicas perante o processo de envelhecimento natural sofrido no decorrer de 9 (nove) semanas de estudo. Perante a tudo isto, concluiu -se que para o maior tempo de solubilização (6 horas) ocorreu uma maior compactação dos grãos retardando conseqüentemente a formação de precipitados, o que por sua vez, aumentou a resistência à tração. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao PIBIC/CNPq pela concessão da bolsa, a UFPA/CT/DEM pela permissão na utilização das boas instalações experimentais, a ALUBAR METAIS SA pela doação dos materiais para a experimentação e ao nosso Orientador Prof. Dr. José Maria do V. Quaresma que coordena o grupo GPEMAT (Grupo de Pesquisa em Engenharia de Materiais-DEM/UFPA). 2930

5 6. BIBLIOGRAFIA 1. J.M. Robinson, Serrated flow in aluminium base alloys; International Materials Reviews, Vol. 39, Nº6, (1994); A. K. Gupta; D. J. Lloyd, and S. A. Court; Precipitation Hardening in Al-Mg-Si Alloys With and Without Excess Si. Materials Science and Engineering A316 (2001); ASM Handbook, Metallography and Microstructures; Vol. 9; G. A. Edw ards; K. Stiller; G. L. Dunlop; and M. J. Couper; The Precipitation Sequence in Al- Mg-Si Alloys. Acta Mater; Vol. 46; Nº 11; (1998); M. Murayama and K. Hono; Pre- Precipitate Clusters and Precipitation Processes in Al-Mg-Si Alloys. Acta Materialia; vol 47; Nº 5; (1999); S. P. Ringer and K. Hono; Microstructural Evolution and Age Hardening in Aluminium Alloys: Atom Probe Field-Lon Microscopy and Transmission Electron Microscopy Studies. Elsevier Science Inc.; (2000). 7. A. K. Gupta, D. J. Lloyd and S. A. Court; Precipitation Hardening Processes in an Al 0,4%Mg 1,3%Si 0,2%Fe Aluminium Alloy. Materials Science and Engineering A301 (2001);

6 ACTION OF THE NATURAL AGING OF Al-Mg-Si (6101) ALLOY AFTER DIFFERENTS TIMES OF SOLUBILIZATION A. O. Kishi, D. S. Fernandes, E. D. C. Santos, K. A. S. Cruz, J. P. Feitosa, J. M. V. Quaresma Rua Augusto Corrêa, Nº 1, Guamá, Belém Pará, CEP: Universidade Federal do Pará ABSTRACT The thermal treatment of natural and artificial aging of diluted aluminum alloy of the series 6xxx is a preponderant factor when it is treated in modifying your mechanical characteristics. The alloys are subject to several structural and mechanical modifications when it works in times of varied solubilization. In this way, this work tends starting from the analysis metalographc and traction test to correlate the results that happen along of natural aging. The times of solubilization were of 2, 4 and 6 hours in the samples at temperature 540ºC. The same were cooled in H 2 O at room temperature. The caustic reagent (10 g NaOH + 90 ml H2O) was chosen in the literature (Metals Handbook, ASM 1999). The traction test evaluated the resistance values to the traction and suffered prolongation for the samples of 6101 alloy. The times of solubilization showed the structural evolutions and traction resistance when these went being analyzed to each period (weeks), due the natural aging. In this case, was finished that happens for the largest time of solubilization: better physical and chemical homogenization of the grains delaying the precipitate formation, and as consequence, it increases the traction resistance. Key Word: Al-Mg-Si alloy, ther mal treatment, natural aging. 2932