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FACULDADE DE TECNOLOGIA
SENAI “NADIR DIAS DE FIGUEIREDO”
ANDRÉA DE JESUS ZOCOLO
DEIMISSON SANTOS DA SILVA
SUELI APARECIDA SANTIAGO
EFEITO DO ESTRÔNCIO SOBRE A MORFOLOGIA E
PROPRIEDADES MECÂNICAS DA LIGA DE ALUMÍNIO
AA413
OSASCO
2015
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Liga de Alumínio AA413, Teses (TCC) de Metalurgia
EFEITO DO ESTRÔNCIO SOBRE A MORFOLOGIA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DA LIGA DE ALUMÍNIO AA413 .Analisar o Efeito do Estrôncio Sobre a Morfologia e Propriedades Mecânicas da Liga de Alumínio AA413.
Tipologia: Teses (TCC)
2020
1 / 56
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FACULDADE DE TECNOLOGIA
SENAI “NADIR DIAS DE FIGUEIREDO”
ANDRÉA DE JESUS ZOCOLO
DEIMISSON SANTOS DA SILVA
SUELI APARECIDA SANTIAGO
EFEITO DO ESTRÔNCIO SOBRE A MORFOLOGIA E
PROPRIEDADES MECÂNICAS DA LIGA DE ALUMÍNIO
AA
OSASCO
ANDRÉA DE JESUS ZOCOLO
DEIMISSON SANTOS DA SILVA
SUELI APARECIDA SANTIAGO
EFEITO DO ESTRÔNCIO SOBRE A MORFOLOGIA E
PROPRIEDADES MECÂNICAS DA LIGA DE ALUMÍNIO
AA
Projeto Integrador apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI “Nadir Dias de Figueiredo” em Processos Metalúrgicos para a obtenção do título de Tecnólogo em Processos Metalúrgicos sob a orientação técnica dos Prof. Me. Jefferson Malavazi e orientação metodológica do Prof. Marcelo Lopes da Silva.
OSASCO
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho primeiramente a Deus pois Ele é tudo em minha vida, a minha família, meu marido, a empresa onde trabalho Panambra Zwick Com. de Máquinas e Equipamentos Ltda pela compreensão e apoio nestes três anos, aos professores que sempre estiveram prontos a ajudar e a essa instituição que para mim é um exemplo não apenas de ensino mas de vida...
Andrea de Jesus Zocolo
Dedico este trabalho primeiramente a Deus porque sem ELE eu não teria conseguido, a meus pais, Ivan e Terezinha, a minha esposa Ana Paula e em especial a minha filhinha Laura Vitória que nasceu no decorrer do curso aumentando ainda mais a minha força, garra e o desejo de vencer. Agradeço a minha esposa Ana Paula por ter aceitado se privar de minha companhia pelos estudos, concedendo a mim a oportunidade de me realizar ainda mais.
Deimisson Santos da Silva
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente à Deus, por direcionar nossos caminhos e nos dar forças todos os dias para alcançarmos nossos objetivos. Ao nosso orientador técnico, Prof. Me. Jefferson Malavazi, pelo auxílio na elaboração das ligas e obtenção dos corpos de prova, pela disponibilidade com que sempre nos orientou e principalmente pela motivação e apoio. Ao nosso orientador metodológico, Prof. Marcelo Lopes da Silva pelo apoio e sempre disposto a ajudar e nos orientar por toda dedicação e apoio durante toda a elaboração do trabalho escrito. Ao Prof. Reginaldo Rodrigues De Sousa, por disponibilizarem tempo, materiais e equipamentos para corte e acabamento dos corpos de prova. Ao Prof. Wagner Moschella pelo apoio no inicio do projeto de pesquisa. Ao Prof. Antônio Claudio Braghetto pela orientação e ajuda nas preparações metalográficas. Ao Prof. Edson Togni pelas análises no laboratório de nanotecnologia obrigado por disponibilizar tempo e atenção e está sempre disposto a nos atender. Ao Prof. Pedro Shigueyoshi Nagay pela dedicação e apoio incondicional nos ensaios mecânicos mesmo estando afastado da escola se preocupou em nos orientar proporcionando elaboração e interpretação dos resultados de tração. Ao colaborador da empresa Etna Steel Indústria Metalúrgica Ltda Edson Felix da Silva pelo apoio no corte metalográfico de alguns corpos de prova. Ao André Arakaki Alves e Ana Carolina De Couto Parreira, do Laboratório de Prestação de Serviços da Escola SENAI Nadir Dias de Figueiredo, pela execução das análises químicas.
EPÍGRAFE
(...) O temor ao Senhor é o princípio de toda a sabedoria. (Salmos111: 10 Bíblia Sagrada)
ABSTRACT
The objective of this project was to analyze the effect of strontium as the modifying element of silicon, changes in morphology, the condition of microporosities and the formation of secondary eutectic consequently their influence on the mechanical properties (strength and hardness). For this, a commercial aluminum alloy AA413 was used. The tensile test specimens were produced in permanent mold castings made in accordance with ASTM B108, with increasing additions of strontium 0,005% / 0,009% / 0,019% / 0,027% and 0.037%, and pulled for evaluation of mechanical properties. Evaluations were made to determine if variations in mechanical properties were related to treatment modification. The fracture surfaces obtained in the tensile test were subjected to fractographic analysis by scanning electron microscopy (SEM).These same samples were taken specimens to micrograph analysis in optical microscopy and scanning electron microscopy. With the addition of strontium modifier was verified by morphological changes micrograph of beta-silicon particles ( AA413 phase in aluminum alloy, the formation of secondary eutectic, the β-phase Al 5 FeSi. It was not possible to observe the increase in microporosity due to the increasing addition of strontium, because of the significant presence of existing microporosities within the first specimens leaked without adding strontium. No measurement of hardness was performed, then, the excess porosity prevented the obtaining favorable results.
Keywords: Aluminum. Strontium. Modifier. Silicon. Microporosity.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1-Microestrutura das ligas Al-Si: (a) ligas hipoeutéticas, (b) ligas eutéticas e (c) ligas hipereutéticas ........................................................................ 25 Figura 2- Sequência de solidificação das ligas eutéticas .................................... 26 Figura 3: Micrografia de uma liga Al-Fe 1,5% fundida em areia. Nos espaçamentos interdendríticos verifica-se a presença do composto intermetálico Al 3 Fe. Ampliação 200x ..................................................................... 28 Figura 4- Presença de partículas de -AL 5 FeSi i em uma liga de Al-7%Si, resfriado em areia. .................................................................................................. 29 Figura 5- Fase β-Al 8 Fe 2 Si com morfologia em escrita chinesa ........................... 30 Figura 6- Estrutura lamelar grosseira da fase beta. ............................................. 32 Figura 7-Estrutura lamelar fibrosa ......................................................................... 32 Figura 8-Liga Al-Si 6% modificada com estrôncio ............................................... 33 Figura 9-Amostra contendo 0,05%Sr. As setas apontam para partículas do tipo Al 2 Si 2 Sr (560x).......................................................................................................... 35 Figura 10-Corpos de prova obtidos em coquilha de aço H13 com a identificação do local onde foram retiradas as amostras para ensaio fractográfico e metalográfico e região do ensaio de tração ................................ 37 Figura 11-Microestrutura próxima a superfície. Liga AA413 sem Modificação,200x..................................................................................................... 42 Figura 12-– Microestrutura próxima à superfície mostrando a fase alfa circundada pelo eutético (alfa+beta). Liga AA413 sem Modificação -1000x ...... 43 Figura 13-Microestrutura próxima à superfície mostrando as dendritas. Liga AA413 Modificada com 0,005% de Sr -100x .......................................................... 44 Figura 14-Microestrutura próxima à superfície mostrando o β-Si modificado e o intermetálico. Liga AA413 Modificada com 0,005% de Sr -1000x ....................... 45 Figura 15-– Microestrutura próximo a superfície. Liga AA4130,009%Sr-100x ... 45 Figura 16-– Microestrutura próximo a superfície. Liga AA413- 0,009%Sr-1000x .................................................................................................................................. 46 Figura 17-Microestrutura próximo a superfície. Liga AA413 0,027%Sr-100x ..... 46 Figura 18-Microestrutura próximo a superfície. Liga AA413 0,027%Sr-1000x ... 47 Figura 19-– Microestrutura próximo a superfície. Liga AA413- 0,370%Sr-100x. 47
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1--Efeito da modificação sobre as propriedades mecânicas ................. 31 Gráfico 2-- Efeito do estrôncio nas propriedades mecânicas. ............................ 34 Gráfico 3:Resultados obtidos no ensaio de tração da liga AA413 com adições crescentes de estrôncio ......................................................................................... 41
LISTA DE DIAGRAMAS
Diagrama 1-Diagrama de equilíbrio Al-Si .............................................................. 24 Diagrama 2-Diagrama de equilíbrio Al-Fe ............................................................. 27
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AA 413
AA
Classificação de uma liga de alumínio silício eutética Aluminum association ABAL Associação Brasileira de Alumínio ASTM American Society for Testing and Materials CP Corpo de prova GPa LE
Giga Pascal Limite de Escoamento LR Limite de Resistência MEV MPa
Microscopia eletrônica de varredura Mega Pascal N Número SAE Society of Automotive Engineers
LISTA DE SÍMBOLOS
Al Ampl
Alumínio Ampliação Α Solução sólida rica em alumínio com até 1,65% de silício α-Al 8 Fe 2 Si Composto Intermetálico presente nas ligas de Alumínio Silício Al 3 Fe Composto Intermetálico presente nas ligas de alumínio ferro Β Solução sólida rica em silício com até 0,1% de alumínio β-Al 5 FeSi Composto Intermetálico presente nas ligas de Alumínio Silício ºC Grau Celsius Cu Cobre Fe Ferro H13 Nomenclatura referente à classificação de um aço ferramenta HF Ácido Fluorídrico Mg Magnésio Mn Manganês Ni Níquel Si Silício Sn Estanho Sr Estrôncio Ti Titânio Zn Zinco μm Mícron
INTRODUÇÃO
A liga de alumínio AA 413 é muito utilizada no setor automotivo (rodas, componentes de geometria complexa, tampas de motores automotivos em geral, máquinas, conexões, carcaças de transmissões, coletores de ar e outros). Por suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão e relativa fluidez que facilita sua fundição, porém está liga apresenta solidificação não pastosa que dificulta a transmissão de pressão sobre o metal em solidificação promovendo defeitos de rechupe na forma de grandes vazios concentrados nas regiões de maior massa. O alumínio por suas favoráveis características físico/químicas (baixa densidade, boa condutividade elétrica, resistência a corrosão), é usado em praticamente todo segmento industrial. Consequentemente essas propriedades fazem do alumínio um dos elementos mais utilizados. O estrôncio é utilizado como modificador da fase beta silício. A adição desse elemento químico melhora as propriedades mecânicas, como dureza e resistência à tração. O silício por sua morfologia acicular grosseira, favorece a propagação de trincas, porem adicionando o estrôncio ele reage com o silício modificando sua morfologia para uma morfologia lamelar, sem cantos vivos e consequentemente reduzindo a nucleação e propagação de trincas [1]. Alguns elementos químicos, como cobre, magnésio, manganês e zinco, são incorporados à liga com o objetivo de melhorar a tenacidade à fratura e a resistência à corrosão. O ferro também é um elemento presente nessas ligas. Sua principal função é reduzir a aderência do alumínio com o molde metálico.
1 OBJETIVOS DO TRABALHO
1.1 OBJETIVO GERAL
Analisar o Efeito do estrôncio sobre a morfologia e propriedades mecânicas da Liga de alumínio AA413.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analisar a formação do eutético secundário, tendo em vista a adição de estrôncio na liga de alumínio AA413.
Avaliar as propriedades mecânicas de tração e dureza, considerando os teores crescentes de estrôncio.
Identificar a procedência das microporosidades existentes nos corpos de prova, relacionando com os possíveis aumentos dos teores de estrôncio.