Engenharia e Ciência dos Materiais I Profa.Dra.Lauralice Canale 1º. Semestre

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1 Engenharia e Ciência dos Materiais I Profa.Dra.Lauralice Canale 1º. Semestre

2 Ligas não-ferrosas São ligas a base de outro metais, tais como: Alumínio Titânio Cobre Entre outros. 2

3 Wilm (alemão) começo século XX Ligas leves para estruturas de Zepelins Liga Al 4% Cu 60 HB 110HB 280MPa 380Mpa 3

4 Envelhecimento É um tratamento térmico de endurecimento por dispersão especial. Por solubilização, têmpera, e envelhecimento: há a formação de um precipitado coerente de forma a produzir um grande efeito de fortalecimento. Também conhecido como endurecimento por precipitação, é uma forma de fortalecimento por dispersão. 4

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6 O endurecimento da liga se dá pela precipitação de partículas microscópicas da ordem de mm que se formam na última fase do tratamento de envelhecimento e aparecem incrustadas na matriz, atuando como cunhas que fixam os cristais, e são necessárias cargas muito altas para produzir o escorregamento dos planos atômicos 6 principais.

7 Esses precipitados formam interfaces coerentes com a matriz, provocando distorções na rede que são responsáveis pelo aumento de resistência e dureza. Com o tempo ocorre perda parcial de coerência, através do surgimento de discordâncias de interface entre o precipitado e a matriz, que está associada a uma pequena queda de dureza. 7

8 Prolongando o envelhecimento para tempos excessivos, ocorre a perda total de coerência, havendo a formação de uma interface entre o precipitado e a matriz, aliviando totalmente as tensões, provocando amolecimento significativo. 8

9 Além disso, como os precipitados, incoerentes, estáveis e muito grandes, encontram-se muito afastados uns dos outros devido ao coalescimento, deixam um longo caminho livre para a movimentação das discordâncias, o que também favorece o amolecimento, típico do superenvelhecimento. 9

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11 NUCLEAÇÃO DOS PRECIPITADOS Processo complicado. Em muitos casos, a fase precipitada não se origina com sua estrutura final, mas pode apresentar várias estruturas cristalinas intermediárias até que se desenvolva um precipitado final estável. Assim, por exemplo, uma liga contendo 4% Cu pode passar por 3 estágios intermediários de precipitação antes que seja obtida a fase final. (CuAl 2 ) Estágios iniciais são mais difícies de serem estudados em função do seu tamanho extremamente pequenos: 11

12 Zonas Guinier-Preston (GP): agrupamento de átomos muito pequeno que se precipita nos primeiros estágios do processo de endurecimento por envelhecimento. Representação esquemática da formação da fase θ. (a) Uma solução sólida α supersaturada. (b) Transição da fase de precipitação θ. (c) Equilíbrio da fase θ, na matriz de fase α. 12

13 Condições necessárias para realizar o endurecimento por envelhecimento O sistema da liga deve apresentar solubilidade sólida decrescente com a diminuição da temperatura. O sistema deverá formar uma única fase em uma ampla faixa de temperatura. 13

14 Diagrama de fases alumínio-cobre. 14

15 Diagrama de Fase e Microestrutura do Al-4%-Cu

16 Diagrama indicando os três passos do tratamento térmico de envelhecimento ou endurecimento por precipitação, e as microestruturas produzidas em cada etapa.

17 Efeito da temperatura e tempo de envelhecimento no limite de elasticidade da liga Al-4%Cu. 17

18 Exemplo: efeito do tempo de envelhecimento na resistência de uma liga de alumínio Um operário esqueceu uma liga de Al-4%Cu dentro do forno de envelhecimento e foi almoçar. Compare o efeito do tempo extra no limite de elasticidade para 190ºC e 260ºC. Solução: A 190ºC, o pico do limite de elasticidade é de 400 MPa, e acontece em 2 h. Passadas 3 h a resistência é praticamente a mesma. A 260ºC, o pico é de 340MPa e acontece em 0.06h, no entanto depois de 1 h a resistência cai para 250MPa. Então, temperaturas mais altas de envelhecimento produzem picos de resistências menores e são mais sensíveis ao tempo de envelhecimento. 18

19 Exemplo: projeto de tratamento por envelhecimento Do diagrama de fase Mg-Al, suponha que uma liga Mg-8%Al responde ao tratamento de envelhecimento. Projete um tratamento térmico para esta liga. Solução: 1º)Solubilizar entre as temperaturas solvus e eutetóide 2º) Temperar de modo a evitar a formação do precipitado β. 3º) Envelhecer em uma temperatura abaixo da linha solvus, ou seja abaixo de 340ºC, para formar a dispersão fina da fase β. 19

20 Tabela 1 Classificação das ligas forjadas e fundidas. Designação de Ligas Forjadas Designação de Ligas Fundidas Série da Liga 1xxx Elementos Majoritários na Liga Mais de 99% de Alumínio Série da Liga 1xx.x Elementos Majoritários na Liga Mais de 99% de Alumínio 2xxx Cobre 2xx.x Cobre 3xxx Manganês 3xx.x Silício mais Cobre e/ou Magnésio 4xxx Silício 4xx.x Silício 5xxx Magnésio 5xx.x Magnésio 6xxx Magnésio e Silício 6xx.x Série não Utilizada 7xxx Zinco 7xx.x Zinco 8xxx Outros Elementos 8xx.x Estanho 9xxx Série não Utilizada 9xx.x Outros Elementos 20

21 Tabela 2 Classe das ligas que são tratáveis termicamente e suas principais aplicações. Número da Associação do Alumínio Númer o UNS Composiçã Condição Aplicações / o (%p) * Características Típicas Ligas Forjadas, Tratáveis Termicamente 2024 (Série 2000) A ,4 Cu; 1,5 Mg; 0,6 Mn Tratada Termicamente (T4) Estruturas de aeronaves, rebites, rodas de caminhão, produtos de máquinas de fazer parafuso (Série 6000) A ,0 Mg; 0,6 Si; 0,3 Cu; 0,2 Cr Tratada Termicamente (T4) Caminhões, canoas, vagões de trem, mobílias, tubulações (Série 7000) A ,6 Zn; 2,5 Mg; 1,6 Cu; 0,23 Cr Tratada Termicamente (T6) Peças estruturais de aeronaves e outras aplicações submetidas a tensões elevadas. 21

22 COMO MANTER SOLUBILIZADO???? 22

23 Leiam: Ligas com memória de Forma 23