MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO AERONÁUTICA I SMM 0181

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1 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO (SMM-EESC-USP) MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO AERONÁUTICA I SMM

2 SIFONAMENTO DO ALUMÍNIO LÍQUIDO CORTE DA CAPA DE ALUMÍNIO SÓLIDO FORMADO SOBRE A POÇA LÍQUIDA 2

3 O VALOR DA DENSIDADE ( PROPRIEDADES ESPECÍFICAS ) 3

4 ASPECTOS MICROESTRUTURAIS DAS LIGAS DE AL CONTORNO DE GRÃO Microscopia Eletrônica de Transmissão de Liga de Alumínio Utilizada na Fuselagem e Asa de um Boeing 767: 7150-T761 (Zn, Cu, Mg, Zr); Fase Clara = Solução Sólida de Al e Fase Dispersa Escura = Precipitados Coerentes MgZn 2 (2 o Fase / Intermetálico). Aumento: Ordem de X (a) Inclusões (Intermetálicos) de FeAl 3 em Liga de Alumínio; (b) Precipitados de Mg 2 Si. Aumentos: Ordem de 350 e 75 X 4

5 TRATAMENTOS TÉRMICOS DE ENDURECIMENTO PARA REFORÇO DE LIGAS DE AL AERONÁUTICAS Diagrama de Fases Al-Cu e Microestruturas Resultantes do Resfriamento da Liga Al-4wt% Cu. A Segunda Fase Precipitada é um Composto Intermetálico Frágil CuAl 2 numa Proporção de 7,5wt%. No Entanto, no Resfriamento ela Não se Apresenta na Forma Dispersa, Ideal para Gerar Endurecimento e Reforco Adequados a Liga, mas Sim em Contornos de Grão, Constituindo Pois um Caminho Preferencial Fragil para Propagacao 5 de Trincas, Semelhante a Cementita de Contornos de Perlita em Aços Hipereutetóides

6 TRATAMENTOS TÉRMICOS DE ENDURECIMENTO PARA REFORCO DE LIGAS DE AL AERONÁUTICAS Diagrama de Fases Al-Cu, na Porção Rica em Alumínio (Solução Sólida de Al) Mostrando as Três Etapas do Tratamento Térmico de Envelhecimento e as Microestruturas Resultantes Gráfico Tempo vs. Temperatura dos Processos de Solubilização e de Precipitação para uma Liga Endurecivel por Segunda Fase Dispersa 6

7 Liga de grau aeronáutico e alta resistência Al-2024-T3 4,4% cobre 1,5% magnésio 0,6% manganês 93,5% alumínio T3 = solubilizado, trabalhado a frio e envelhecido naturalmente até uma condição substancialmente estável. Fusão de eutéticos em contornos de grão (particularmente sob altas taxas da aquecimento devido a efeitos de inércia), problemas de oxidação devida à umidade e presença de enxôfre, risco de crescimento de grão 7

8 EFEITOS DOS MECANISMOS DE REFORÇO NO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS 1 psi = 10-3 ksi = 1 lbf / pol 2 = 0, MPa 1 lbf = 4,448 N = 0,453 kgf 1 MPa = 1 MN / m 2 = 1 N / mm 2 = 145 psi 1 m = 39,4 pol 8

9 MICRO-MECANISMOS DE ENDURECIMENTO DA LIGA II III (a) A Estrutura de um Precipitado Não-Coerente Não Tem Qualquer Relação com a Estrutura da Matriz Envolvente; (b) A do Precipitado Coerente Guarda uma Relação Muito Bem Definida com a da Solução Sólida Envolvente Assim, o Raio de Ação da Primeira (Não-Coerente), no Impedimento-Restrição ao Movimento de Discordâncias na Matriz (Solução Sólida), Limita-se Exatamente ao seu Tamanho Físico, Enquanto que o da Coerente e Muito Mais Amplo e Efetivo I Vários Estágios do Processo de Formação de Fases Precipitadas: (I) Solução Sólida Supersaturada, (II) Fases de Transição Apresentando Níveis Crescentes de Coerência com a Matriz, (III) Fase de Equilibrio (Incoerente com a Matriz, e, Portanto, com 9 Reduzido Efeito, Altamente Localizado, na Restrição ao Movimento de Discordâncias)

10 ENDURECIMENTO OU REFORÇO DA LIGA EM FUNÇÃO DO TEMPO E TEMPERATURA DE TRATAMENTO TÉRMICO Características de Endurecimento-Reforço por Precipitação em uma Liga de Al para 4 Distintas Temperaturas de Envelhecimento. A 190 o C Otimiza-se a Máxima Resistência da Liga (que Cresce com a Redução da Temperatura) e o Período de Tempo para uma Máxima Resistência (Maior Controle do Processo), sem Introduzir Tensões Residuais Distorsivas e/ou Gradiente de Precipitação no Componente (Altas Temperaturas e Processo Rápido), num Tempo Aceitável em Termos de Produtividade (1 a 2 Horas) 10

11 PRÁTICA PRÁTICA 4 ENSAIO DE IMPACTO LABORATÓRIOS DE PROPRIEDADES MECANICAS DO SMM 11