Evolução da microestrutura bruta de fusão de ligas Al-Cu-Nb solidificadas unidirecionalmente

Abstract

A importância nas aplicações industriais das ligas de Al, em especial as do sistema Al-Cu, atraem diversos pesquisadores, onde estudos recentes buscam incrementar as propriedades de forma geral, a fim de destinar o uso em diversos setores. Desta forma, sistemas ternários como Al-Cu-Ni recebem grande atenção, o que fez surgir a possibilidade da substituição do Ni por outros elementos como por exemplo o Nb, o qual o Brasil possui a maior reserva do mundo, e tal substituição pode ser considerada atraente e vantajosa para a indústria nacional, se comprovado a eficiência da modificação, assim o desenvolvimento dessa pesquisa pode apresentar uma etapa considerável para a economia e desenvolvimento industrial. O presente trabalho estudou e caracterizou ligas do sistema Al-Cu solidificadas unidirecionalmente e modificadas com adição de 0,4% de Nb, correlacionando as variáveis térmicas, parâmetros macro e microestruturais e ensaios mecânicos. As ligas foram produzidas em regime transiente de transferência de calor, de onde foi possível obter suas respectivas taxas de resfriamento (Ṫ) e velocidade de solidificação (VL). A macroestrutura apresentou faixa predominantemente colunar para as posições dos termopares, seguida de uma transição colunar/equiaxial (TCE) localizada a 40,0 mm da chapa/molde para liga Al-5%Cu-0,4%Nb e 30,5 mm para liga Al-8%Cu-0,4%Nb. A análise microestrutural apresentou formação dendrítica em ambas as ligas, e foram correlacionados com as variáveis térmicas envolvidas no processo de solidificação: VL, Ṫ e GL. As equações experimentais que regem o crescimento dendrítico primário foram geradas e definidas como: Al-5%Cu-0,4%Nb: λ1=21,75(PL) 0,6; e Al-8%Cu-0,4%Nb: λ1=20,87(PL) 0,6. Foi constatado a existência do mecanismo de segregação inversa, característico de ligas do sistema Al-Cu, através de análise de fluorescência de raios-X (FRX), em estudo mais abrangente foi realizado ensaio de calorimetria diferencial exploratória (DSC), onde detectou-se a existência de pico de fase intermetálica para todas as posições, em aproximadamente 540° C, que sugere a formação de fase eutética, onde por meio de análise de EDS/MEV foi localizado nas regiões de contorno dendrítico. Quanto à microdureza, as ligas foram analisadas aplicando a equação do tipo Hall – Petch, onde constatou-se que as microestruturas mais refinadas apresentaram resultados 20% superiores em relação às estruturas mais grosseiras, onde a liga com 8% Cu atingiu valores mais elevados devido a maior quantidade de soluto presente. Para a frequência de amortecimento e módulo de elasticidade obtidos através de ensaio não destrutivo Sonelastic, foi observado o mesmo comportamento obtido pela microdureza, onde o principal agente pelas variações é associado às variáveis térmicas, e ao mecanismo de segregação inversa.