ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E METALÚRGICAS DA LIGA DE MAGNÉSIO AZ91 FORJADO A FRIO 1

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1 RESUMO ANÁLISE DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E METALÚRGICAS DA LIGA DE MAGNÉSIO AZ91 FORJADO A FRIO 1 André de Jesus da Silva João 2 Luana De Lucca de Costa 3 Fábio Junkes Corrêa 4 André Rosiak 5 Rodrigo Prestes Limberger 6 Lirio Schaeffer 7 Nesse trabalho foram realizados ensaios mecânicos de compressão, com o objetivo de determinar as propriedades mecânicas da liga de magnésio AZ91 para o estudo dos parâmetros de forjamento, uma vez que o magnésio apresenta inúmeras restrições à conformação mecânica. Sabendo que as ligas de magnésio possuem uma baixa densidade e resistência mecânica, porém, boa resistência específica quando comparadas às ligas ferrosas, esse trabalho visa comprovar a forjabilidade da liga AZ91. Palavras-chave: Propriedades mecânicas, liga de magnésio, forjamento a frio, densidade, resistência mecânica. Contribuição técnica a ser apresentada 17ª Conferência Internacional de Forjamento Brasil/RS, 22 a 24 de outubro de 2013, Porto Alegre, RS, Brasil. 2 Engenheiro de Produção. Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGEM). Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. eng.andre.joao@gmail.com 3 Engenheira Mecânica. Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGEM). Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. luana.lucca@ufrgs.br 4 Engenheiro Mecânico. Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGEM). Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. fabio.correa@ufrgs.br 5 Graduando em Engenharia Metalúrgica. Bolsista no Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. andre.rosiak@ufrgs.br 6 Graduando em Engenharia Mecânica. Bolsista no Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. rodrigo.limberger@ufrgs.br 7 Prof. Dr. -Ing. Coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPGEM, UFRGS. Av: Bento Gonçalves, CEP: , Porto Alegre, RS, Brasil. schaefer@ufrgs.br

2 1 INTRODUÇÃO As ligas de magnésio são fortes candidatos para um número de aplicações estruturais devido à sua baixa densidade e boa usinabilidade [1]. As ligas de magnésio são os mais leves materiais metálicos estruturais e são, portanto, de interesse industrial, principalmente, nos seguimentos automotivo, ferroviário e aeroespacial [2]. Além disso, a liga AZ 91 devido à sua, relativamente, elevada resistência a temperatura ambiente, fluidez e resistência a corrosão é a liga de magnésio mais utilizadas atualmente [3-6]. Estes materiais também têm outras propriedades interessantes, como uma excelente capacidade de amortecimento e boa blindagem eletromagnética [4]. As desvantagens importantes dessas ligas, além da elevada reatividade superficial, são a sua baixa resistência (em comparação com outros materiais estruturais, tais como, alumínio e aços) e ductilidade baixa, o que limita a sua formabilidade [5]. Por outro lado, a fabricação de componentes a partir da conformação mecânica tem aplicações potenciais consideráveis porque com a deformação plástica essas ligas tornam-se de alta produtividade e propriedades mecânicas superiores [6-7]. Desta forma, a baixa densidade das ligas de magnésio aliada ao aumento de resistência característico dos processos de conformação, torna possível a obtenção componentes mecânicos com uma resistência específica ainda maior, reduzindo o peso total dos sistemas em até 60%, na comparação direta com os aços mais comuns utilizados atualmente [8]. Desta forma, este estudo investiga a deformação da liga de magnésio AZ91, quando submetida a ensaios de compressão com reduções de 20 a 70% em altura. Objetiva-se avaliar o comportamento das curvas de escoamento na conformação das amostras, além de verificar o início da propagação de trincas até a fratura completa do material e as propriedades mecânicas. 2 MATERIAIS E MÉTODOS No presente trabalho foram avaliadas amostras compostas pela liga de magnésio AZ 91 com as dimensões de Ø 12,8 x 19,4 as quais foram submetidas a ensaios de compressão em uma Máquina Universal de Ensaios, modelo DL60.000, eletromecânica, microprocessada, marca EMIC, com capacidade de 60kN, apresentada na Figura 1. O ensaio foi realizado a temperatura ambiente semelhante ao processo de forjamento em matriz aberta. Para a realização dos experimentos foi estipuladas reduções relativas de 20 até 70%, avaliando o comportamento do material para diferentes reduções. Verificaram-se, através de análise visual, a possibilidade de o material fraturar com o emprego do forjamento.

3 Figura 1 - Máquina Universal de Ensaios, modelo DL60.000, marca EMIC. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES O escoamento de um material inicia quando as tensões atuantes atingirem um determinado valor, característica do mesmo: a resistência ao escoamento,. A confecção de curvas de escoamento através do ensaio de compressão justifica-se pela simplicidade de confecção dos corpos de prova, cilíndricos, e pela facilidade de execução em máquinas de ensaio convencionais. As curvas que descrevem o comportamento da tensão verdadeira do material em função da deformação verdadeira para corpos comprimidos a frio estão mostradas na Figura 2, para as deformações de 20%, 30%, 40%, 50%, 60% e 70%, respectivamente, em relação à altura inicial do corpo. Com os ensaios de compressão procedidos, observou-se o comportamento para as diferentes reduções. Entretanto, observou-se que à medida que o material vai deformando plasticamente, ocorre encruamento, aumentando sua dureza e, por consequência, apresentando uma maior tensão de escoamento. Lembrando que para o ensaio a frio, a tensão de escoamento é diretamente proporcional à deformação plástica.

4 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 2 Curva da Tensão de escoamento a frio para uma deformação em relação à altura inicial (a) 20%, (b) 30%, (c) 40%, (d) 50%, (e) 60% e (f) 70%.

5 A Figura 3 mostra os corpos de prova ensaiados para as reduções especificadas e a Figura 4 mostra o detalhe de fratura dúctil-frágil do material com 70% de redução relativa à altura. Figura 3 Corpos de prova após ensaios de compressão de 20 a 70%. 4-CONCLUSÃO Figura 4 Corpo de prova em detalhe, visualização da fratura dúctil-frágil. Constatou-se que o magnésio, apesar de sua estrutura cristalina ser hexagonal compacta, tolera grandes deformações, sendo que nos ensaios realizados, o material não fraturou completamente, comportando-se como um material resistente a deformações excessivas. A partir das deformações de aproximadamente 50% em relação à altura inicial, o corpo começou a apresentar pequenas descontinuidades, porém, não chegou a fraturar. Contudo, as ligas de magnésio usualmente utilizadas nos processos de forjamento são deformadas até aproximadamente 40% em relação à altura inicial, pois nesse grau de deformação o material não apresenta indícios de trincas.

6 A fratura da liga de magnésio é originada por clivagem em função de o material possuir uma estrutura cristalina hexagonal compacta. Compreende-se por clivagem a separação de planos cristalinos, com pouca deformação, com aspecto característico, como a fratura apresentada nesse trabalho. Este aspecto pode ser incentivado pela presença de entalhes, pelo aumento da taxa de carregamento, pelo aumento do tamanho de grão e pela diminuição da temperatura de trabalho. Esse tipo de fratura apresenta um aspecto com facetas lisas de fratura. 5-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Hot rolling characteristics of spray-formed AZ9 1 magnesium alloy [2] High strain rate deformation behavior of an AZ91magnesium alloy at elevated temperatures [3] The influence of initial microstructure and temperature on the deformation behavior of AZ91 magnesium alloy [4] KUBOTA K, MABUCHI M, HIGASHI K. Processing and mechanical properties of fine-grained magnesium alloys [J]. Journal of Materials Science, 1999, 34: [5] MATSUDA M S, KAWAMURA Y, IKUHARA Y, NISHIDA M.Interaction between long period stacking order phase and deformation twin in rapidly solidified Mg&klYz alloy [J]. Mater SciEng A, 2004, A386(1/2): [6] T. Mukai, H. Watanabe, K. Higashi, Mat. Sci. Forum (2000) 159. [7] F.H. Froes, D. Eliezer, E. Aghion, JOM 50 (1998) 30. [8] Lima D.R.S. de, Gomes T. de S., Schaeffer L., Reis A.R.L., Rocha A.B. da, Forjamento isotérmico de liga de magnésio AZ61 em ferramentas aquecidas por resistências elétricas, Revista Ferramental, n 39, jan/fev 2012 ABSTRACT MECHANICAL AND METALLURGICAL PROPERTIES ANALYSIS OF AZ91 MAGNESIUM ALLOY COLD FORGED In this work were performed compressions mechanical testing, in order to determine the mechanical properties of magnesium alloy AZ91 to study the forging parameters, since magnesium has numerous restrictions when mechanical forged. Knowing that magnesium alloys have low density and mechanical strength, however, good specific strength when compared to ferrous alloys, this work aims to prove the AZ91 s alloy formability. Keywords: Mechanical properties, magnesium alloy, cold forging, density, mechanical strength.