Correlação entre Microestrutura, Resistência à Tração e Resistência à Corrosão. Campinas, 2010.

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1 Correlação entre Microestrutura, Resistência à Tração e Resistência à Corrosão Campinas, 2010.

2 INTRODUÇÃO Uma liga metálica é a mistura homogênea de dois ou mais metais. Ligas Metálicas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam, propriedades tais como: 1. o aumento ou diminuição do ponto de fusão, 2. da dureza, 3. da resistência mecânica, 4. da resistência a corrosão e outras.

3 INTRODUÇÃO Qualquer processo baseado na solidificação de um metal com o objetivo de produzir-se uma peça sólida deve atender certas exigências. aplicação estrutural aspectos estruturais e aspectos geométricos

4 INTRODUÇÃO Sabe-se que as propriedades finais do fundido dependerão da estrutura solidificada, por consequência dos diversos fatores de processo que a controlam, como: Fluxo de calor do metal liquido; Propriedades químicas e termofísicas; Condições de vazamento e; Propriedades do sistema de solidificação.

5 Solidificação: INTRODUÇÃO Processo de formação no líquido de núcleos sólidos que, em condições termodinâmicas favoráveis, Crescem dando origem aos grãos cristalinos definindo a macroestrutura da peça.

6 Zona coquilhada Solidificação: INTRODUÇÃO Transição colunar / equiaxial que, em condições termodinâmicas favoráveis, Grãos colunares Grãos equiaxiais Sentido de solidificação

7 INTRODUÇÃO Nos dias de hoje :...uma grande preocupação... Materiais que tenham razoável gama de : Propriedades Mecânicas Resistência à Corrosão

8 Sabe-se que: A imposição de uma ampla faixa das... Condições Operacionais (processo de fundição) Formação de Várias Estruturas Morfológicas

9 Parâmetros Estruturais Tipo e Tamanho de Espaçamentos Interdendríticos GRÃO... que dependem Comportamento Térmico (Sistema Metal/Molde) Estreita correlação Estrutura de Solidificação

10 Assim; Propriedades Mecânicas DEPENDEM Formação Estrutural A literatura especializada mostra que: Limite de Escoamento Tamanho de Grão Limite Res. Tração. Limite Res. Tração Limite de Escoamento Braços Dendríticos

11 Microestrutura e Propriedade Mecânica

12 Microestrutura e Propriedade Mecânica Nos últimos 05 anos... correlações entre parâmetros das microestruturas com a resistência à corrosão: Zn-Al, Al-Cu, Al-Si, Al-Sn,Pb-Sb, Ti- Nb, Aço-carbono, Pb-Sn

13 Microestrutura e Propriedade Mecânica

14 Microestrutura e Propriedade Mecânica

15 Macroestruturas e Microestruturas Propriedades dos Materiais 10 mm

16 Microestruturas e varíaveis térmicas A variação de composição química que ocorre dentro dos limites dos contornos de grão, ou seja, entre ramificações celulares ou dendríticas, é conhecida como microssegregação, e tem sido objeto de intensa investigação no sentido do desenvolvimento de ferramentas de quantificação do fenômeno

17 Microestruturas e varíaveis térmicas Vários estudos foram realizados com as microestruturas brutas de solidificação de ligas binárias. OBJETIVO: estabelecer correlações teóricas/experimentais entre espaçamentos dendríticos e celulares e variáveis térmicas de solidificação Estes espaçamentos foram obtidos de ligas fundidas insitu, solidificadas unidirecionalmente e sob condições controladas ou não durante a solidificação.

18 Microestruturas e varíaveis térmicas Um modo conveniente e muito utilizado na determinação dos efeitos das condições de solidificação, e consequentemente das variáveis térmicas, sobre a microestrutura formada, consite na: medida de espaçamentos intercelulares ou interdendríticos, ou seja, a distância entre células ( c ) ou braços dendríticos: primários ( 1 ), secundários ( 2 ) ou de maior ordem como os braços terciários ( 3 ).

19 Objetivo Mostrar os comportamentos mecânicos e eletroquímicos como função da microestrutura resultante de: Ligas: Al-Cu, Zn-Al, Al-Zn, Al-Si Ligas não-ferrosas : Pb-Sn, Pb-Sb e Ti-Nb

20 Procedimento experimental

21 Procedimento experimental

22 Taxa de resfriamento ( C / s ) Procedimento experimental Pb-Sn (baterias) Zn-27 Al (fundição) Al-9Si (Automobilística) Curvas de ajuste dt/dt = 160 P -1,25 dt/dt = 90 P -1,50 dt/dt = 28 P -1,20 10 mm Posição (mm)

23 Procedimento experimental

24 Procedimento experimental P3 P2 P1 10 mm

25 Macroestrutura Microestrutura

26 Cellular/ Dendritic Transition

27 Espaçamento celular C ) [ m ] Resultados Espaçamentos em função da velocidade 10 3 Pb-1%Sn 2 =60. v L -1, Pb-2,5%Sn 2 =40. v L -1, Velocidade da isoterma liquidus ( v L ) [ mm/s ]

28 SDAS ( 2 ) [ m ] Resultados Espaçamentos em função da taxa de resfriamento = 52.5 T L -1/3 Al 9% Si Cooling Rate (T L ) [ K/s ]

29 Tensão ( ) [ MPa ] Resultados P1 (7mm) P2 (21mm) P3 (35mm) P4 (49mm) P5 (63mm) 10 5 Liga: Pb-2,5%Sn Deformação ( ) [ % ]

30 L. R. Traçمo ( ) [ MPa ] Resultados o = 13 A = 18 máx = o + A ( 1/ C ) 0, LIGA : Pb-2,5%Sn Dados Experimentais Equaçمo Experimental / ( C ) 0,5 [ m ] -0,5

31 Correlação: Microestrutura e Corrosão Distâncias P3 63 mm P2 35 mm 10 mm P1 08 mm

32 Correlação: Microestrutura e Corrosão Taxa de Resfriamento Soluto Anódica / Catódica

33 Potencial de Corrosão (E Corr ) vs. ESC [ V ] Curvas de Polarização (Tafel) Liga: Pb-2,5%Sn P P1 i = 58 (±6) A/cm 2 E = -543mV P2 P P2 i = 38 (±4) A/cm 2 E = -540mV P3 i = 19 (±2) A/cm 2 E = -537mV Densidade de Corrente ( I ) [ A/cm 2 ]

34 Resultados

35 Impedance ( Z ) [ /cm 2 ] Phase Angle ( ) [ ] Corrosion Potential ( E Corr ) [ V ] Resultados P1 P2 P3 P4 P Pb wt% Sb alloy i pp Pb wt% Sb alloy 5 /cm P A/cm 2 ; -516mV P A/cm 2 ; -513mV P A/cm 2 ; -525mV P A/cm 2 ; -521mV P A/cm 2 ; -527mV Frequency ( F ) [ Hz ] x10-5 1x Current density ( i Corr ) [ A/cm 2 ]

36 Resultados

37 Modulus of Impedance ( Z ) [ /cm 2 ] Phase angle ( ) [ Degrees ] Modulus of Impedance ( Z ) [ /cm 2 ] Phase angle ( ) [ Degrees ] Resultados 50oC 70oC Temperatura o C o C P1 P2 P P1 P2 P Frequency ( F ) [ Hz ] 10

38 METAIS PUROS

39 Influência do Tamanho de Grão Grãos grosseiros Resistência à Corrosão Influência da Formação Morfológica Estrutural Morfologia equiaxial Resistência à Corrosão

40 Série Galvanica

41 LIGAS

42 LIGAS MICROESTRUTURA LIGA Melhor comportamento: microestrutura grosseira (G) ou refinada (R) Celular Pb-Sn (1%) G Pb-Sb (0,85%) G Dendrítica Pb-Sb (6,6%) Zn-Al (4%) Al-Zn (20;27%) Al-Cu (5;10;15) Al-Si Ti-Nb-Zr R R G R G R

43 Taxa de Corrosão (i Corr ) [ A/cm 2 ] Apoio Tecnológico REFINADA Espaçamento Celular ( 1 ) [ m] Taxa de Resfriamento (dt/dt) [K/s] GROSSEIRA

44 Interesse Industrial QUALIDADE Resistência à Corrosão (RC) [ cm 2-1 A -1 ] Limite de Resistência à Tração ( LRT ) [ MPa ] 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Dados para RC Dados para LRT. T = 1,5 o C/s Pb 1% Sn Espaçamento celular ( C ) [ m ]. T = 0,8 o C/s

45 Corrosion Resistance (CR) [ cm 2-1 A -1 ] Ultimate Tensile Strenght ( UTS ) [ MPa ] Interesse Industrial QUALIDADE Al 9 wt% Si Alloy Experimental data for CR Experimental data for UTS Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ]

46 Corrosion Resistance (CR) [ cm 2-1 A -1 ] Ultimate Tensile Strenght ( UTS ) [ MPa ] Interesse Industrial QUALIDADE Zn 4 wt% Al Alloy Experimental data for CR Experimental data for UTS Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ]

47 Corrosion Resistance (CR) [ cm 2-1 A -1 ] Ultimate Tensile Strenght ( UTS ) [ MPa ] Interesse Industrial QUALIDADE Zn 27 wt% Al Alloy Experimental data for CR Experimental data for UTS Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ] 200

48 Interesse Industrial Ligas de Pb para baterias

49 Interesse Industrial Ligas de Pb para baterias

50 Interesse Industrial Ligas de Pb para baterias Sabe-se que as características estruturais e mecânicas são pontos de atenção na produção de grades de baterias.

51 Interesse Industrial Ligas de Pb para baterias Os trabalhos que abordam ligas Pb-Sn utilizadas em componentes de baterias chumbo-ácido são escassos na literatura e os existentes pouco conclusivos no que diz respeito à correlações entre condições de resfriamento na fundição dos componentes, microestrutura resultante (celular ou dendrítica) e a resistência à corrosão.

52 OBRIGADO!!!