CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E RESISTÊNCIA À CORROSÃO DE JUNTAS SOLDADAS DE LIGAS DE ALUMÍNIO

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1 CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E RESISTÊNCIA À CORROSÃO DE JUNTAS SOLDADAS DE LIGAS DE ALUMÍNIO T. P. Busquim (1) ; S.E. Kuri (1) (1) PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS - PPG-CEM DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Departamento de Engenharia de Materiais Universidade Federal de São Carlos Rua XV de Novembro, 2378, Apto-131, CEP São Carlos-SP thais.busquim@gmail.com RESUMO A indústria aeronáutica é um dos setores industriais que tem grande interesse no aprimoramento das técnicas de soldagem que possibilitem a utilização das ligas pouco soldáveis, como as ligas de alumínio. A técnica FSW (friction stir welding), soldagem em estado sólido, foi desenvolvida pelo TWI (The Welding Institute, UK) em 1990, e provou ser muito eficiente na soldagem dessas ligas. As ligas de alumínio são submetidas a uma variedade de tratamentos térmicos com o objetivo de obter melhores propriedades mecânicas. No entanto, estes tratamentos térmicos podem provocar a susceptibilidade a diferentes tipos de ataques localizados (pite, corrosão intergranular e esfoliação). Porém, pouco se sabe a respeito da resistência à corrosão das ligas de alumínio soldadas por FSW. Assim, o objetivo desse trabalho é a caracterização microestrutural e determinação da resistência à corrosão das juntas de liga de alumínio, através dos ensaios de corrosão intergranular (ASTM-G110-97) e esfoliação (ASTM-G34-01). Palavras-chave: corrosão intergranular, esfoliação, microestrutura INTRODUÇÃO Devido às suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão, as ligas de alumínio são materiais de grande importância tecnológica e econômica. Elas são 5775

2 utilizadas na mais variadas atividades industriais, como nas indústrias automotiva, naval e aeronáutica. Quanto à soldabilidade através dos processos convencionais por fusão não apresenta resultados muito bons, porém através de FSW resultados excelentes têm sido obtidos (1). As ligas de alumínio tratáveis termicamente são os materiais mais utilizados pela indústria aeronáutica, devido à baixa densidade e à alta resistência mecânica, porém estes tratamentos térmicos causam degradação da resistência à corrosão. As ligas Al-Cu são susceptíveis à corrosão intergranular devido à precipitação de CuAl 2 nos contornos de grão e por efeito galvânico estas regiões se tornam mais anódicas e sujeitas à corrosão intergranular. A corrosão por esfoliação é um tipo de corrosão severa que ocorre em grãos alongados provenientes da laminação do alumínio e promovem o destacamento de grãos da estrutura do material (2). A formação de precipitados intermetálicos como Al 2 Cu ou Al 2 MgCu nas vizinhanças do contorno de grão fazem com que esta região fique pobre em Cu. Então o contorno de grão fica mais anódico do que a matriz. Assim, as ligas de alumínio que contém Cu são sensíveis à corrosão intergranular (2). De acordo com Robinson M.J. (3), o superenvelhecimento é benéfico em baixar a susceptibilidade à esfoliação por reduzir a taxa de corrosão intergranular. A corrosão intergranular pode ocorrer em materiais com grãos equiaxiais e alongados, enquanto esfoliação somente em grãos alongados. MATERIAIS E MÉTODOS O material em estudo é uma liga de alumínio da série 2000, do tipo AlCuMg tratada termicamente, na forma de chapas finas laminadas (1,3 mm de espessura) soldadas através da técnica FSW. A seção transversal da solda foi analisada com microscopia ótica (MO). As amostras foram embutidas em resina poliéster, lixadas até grana 1200 e polidas com suspensão de alumina 1,0 µm. A seguir, foram atacadas com reagente Keller: 190mL H 2 O + 3ml HCl 37% + 2mL HF + 5mL HNO 3 por 20 segundos. Os ensaios de corrosão intergranular e esfoliação foram realizados segundo as normas ASTM G e ASTM G34-01, respectivamente. Antes do ensaio de corrosão intergranular os corpos de prova passaram por uma etapa de limpeza em 5776

3 solução de 945mL de H 2 O destilada, 50mL de HNO 3 (70%) e 4mL de HF (48%) por 1 minuto a 93 ºC. Após este período permaneceu por mais 1 minuto em HNO 3 (70%) à temperatura ambiente. A seguir foram lavadas e secas ao ar e submetidas ao ensaio em solução de 57g de NaCl, 10mL de H 2 O 2 (30%) diluído em 1L de H 2 O destilada por um período de 6 horas à temperatura ambiente. Após o ensaio as amostras foram lavadas e secas ao ar e a análise superficial foi realizada por microscopia ótica e eletrônica. As amostras para ensaio de corrosão por esfoliação foram limpas com álcool isopropílico e o ensaio foi realizado em solução de 4M de NaCl, 0,5M de KNO 3 e 0,1M de HNO 3 por 48 horas à temperatura ambiente. Após o ensaio as amostras foram lavadas e secas ao ar e a análise superficial foi realizada por microscopia ótica e eletrônica. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise Microestrutural A análise microestrutural da junta soldada foi realizada por MO e foi possível visualizar as diferentes regiões da junta soldada. Como pode ser visto na Figura 1 a ação da ferramenta produz microestruturas diferentes. Retrocesso Avanço MB Núcleo ZTMA Figura 1 Microestrutura da liga, soldada por FSW, corte transversal. O lado de avanço da solda é caracterizado por uma distinção nítida entre o núcleo e a região da ZTMA. Este contraste não é bem visto no lado de retrocesso da solda. Esta distinção de regiões é conseguida devido à torção (movimento de rotação da ferramenta) e o movimento circular (movimento de translação da ferramenta). A velocidade dos campos tem direções opostas no lado de avanço da solda, no entanto no lado de retrocesso essas velocidades possuem mesma direção (4). 5777

4 Pela Figura 2 pode-se observar que após o processo de soldagem os grãos sofreram alterações de tamanho e forma. O tamanho de grão do metal de base é maior do que os presentes na região do núcleo e nas zonas afetadas pela solda. A diferença de coloração entre os grãos presentes na micrografia da Figura 2 não é resultado de diferentes fases, mas sim devido ao ataque preferencial em grãos com orientações diferentes. A Figura 2 mostra as micrografias óticas das regiões da solda em corte transversal. (a) (b) Núcleo ZTMA MB (c) Figura 2 Microestrutura da liga, (a) região do metal de base, (b) região do núcleo da solda e (c) região termomecanicamente afetada (ZTMA) lado de avanço, corte transversal. O núcleo da solda possui microestrutura refinada com grãos equiaxiais. Essa região sofreu recristalização devido às temperaturas suficientemente altas durante o processo de soldagem (5). 5778

5 A Figura 2 (c) mostra a diferença microestrutural entre as regiões da solda, o núcleo, a zona termomecanicamente afetada, ZTMA, e o metal de base (MB). A ZTMA apresenta microestrutura com grãos deformados pela ação da ferramenta. Há também uma região ZTA microestruturalmente muito parecida com o metal de base, de difícil identificação devido à pequena espessura da chapa soldada. Corrosão Intergranular Após o ensaio de corrosão intergranular a amostra apresentou ataque severo na face e na raiz da solda, como mostra as imagens da Figura 3 (a) e (b). (a) (b) Figura 3 Junta soldada após ensaio de corrosão intergranular; (a) face da solda e (b) raiz da solda. Pode-se observar ataque mais severo na raiz da solda onde o tamanho de grão é pequeno e a temperatura encontrada é baixa (6). Por microscopia eletrônica de varredura foi possível visualizar a corrosão intergranular. A Figura 4 mostra corrosão intergranular da junta soldada por FSW. 5779

6 Figura 4 Corrosão intergranular da junta soldada. Corrosão por Esfoliação Durante o ensaio de corrosão por esfoliação a amostra apresentou um elevado nível de desprendimento de gases da região da solda, indicando um acentuado grau de corrosão nesta região. A Figura 5 mostra a junta soldada durante o ensaio de corrosão por esfoliação. Figura 5 Junta soldada durante o ensaio de corrosão por esfoliação. Por MO pode-se visualizar que a junta soldada de alumínio é susceptível à corrosão por esfoliação, pois há severa corrosão intergranular e esfoliação presente na junta soldada. A Figura 6 mostra estes dois tipos de corrosão após o ensaio de corrosão por esfoliação. 5780

7 Figura 6 Corrosão intergranular e esfoliação severa da junta soldada. CONCLUSÕES Por MO foi possível visualizar diferenças microestruturais entre as regiões da solda por FSW. O núcleo sofreu recristalização e apresenta grãos refinados, a ZTMA apresenta grãos deformados pela ação da ferramenta. A liga de alumínio é susceptível à corrosão intergranular segundo a norma ASTM G O ataque mais severo aconteceu no lado da raiz da solda onde o tamanho de grão é pequeno e a temperatura encontrada nessas regiões é baixa. A junta soldada por FSW apresentou severa corrosão por esfoliação após o ensaio de corrosão realizado segundo a norma ASTM G AGRADECIMENTOS Ao CNPq pelo suporte financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BENAVIDES S., et.al. Low Temperature Friction Stir Welding of 2024 aluminium. Scripta Materialia, v.41, n.8 p , KEDDAM M., et.al.; Exfoliation corrosion of aluminium alloys examined by electrode impedance. Electrochimica Acta, Vol. 42, No. 1, pp ,

8 3. ROBINSON M.J., JACKSON N.C., The influence of grain structure and intergranular corrosion rate on exfoliation and stress corrosion cracking of high strength Al-Cu-Mg alloys. Corrosion Science 41 (1999) LOHWASSER D., Materials Science Forum, Vols p , KALLEE S.; NICHOLAS D., Causing stir in the future. Welding & Joining, v.4, p , MURR L.E.; LIU G., MCCLURE J.C., Materials Science, 33 (5) p , TITLE MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION AND CORROSION RESISTANCE OF 2024-T351 WELDED BY FSW (FRICTION STIR WELDING) ABSTRACT The aeronautical industry is one of the industrial sectors that has great interest in the improvement of the welding techniques has that they make possible the use of the little weldable alloys, as the aluminum alloys. FSW (friction stir welding), welding in solid state, was developed by the TWI (The Welding Institute, UK) in 1990, and proved to be very efficient in welding these alloys. The aluminum alloys are submitted to a variety of thermal treatments to improve mechanical properties. However, these thermal treatments increase the susceptibility of different types of localized attacks (pitting, intergranular corrosion and exfoliation). However, little information is available about the corrosion resistance of aluminum alloys welded by FSW. Thus, the objective of this work is the microstructural characterization and determination of the corrosion resistance of the aluminum joints, welded by FSW. The intergranular corrosion was carried out according to ASTM-G and exfoliation according to ASTM-G Key words: Intergranular corrosion, exfoliation, microstructure 5782