Caracterização microestrutural e mecânica de ligas Al-Zn-Cu solidificadas unidirecionalmente

Abstract

As ligas de alumínio são muito utilizadas em componentes estruturais e a adição de elementos de liga contribui para a melhoria de suas propriedades. O zinco é utilizado para aumentar a resistência mecânica dessas ligas, sendo o sistema Al-Zn empregado quando o fator resistência/peso for bastante importante, como na aviação. Os poucos estudos encontrados na literatura realizados com ligas ternárias à base de Al contendo Zn e adições de Cu indicaram que a incorporação de Cu a esse sistema promove um aumento na dureza, módulo de elasticidade e resistência à corrosão sob condições de estresse e temperatura. De acordo com o resultado dessas investigações, as melhores propriedades mecânicas foram obtidas para as ligas Al-40%Zn-1~5%Cu (denominadas monotetóides), o que indica que o sistema Al–40%Zn pode ser tomado como base para preparar e investigar essas ligas ternárias, fazendo-se, portanto, necessário, o estudo da influência das condições de solidificação e o conhecimento do efeito da adição de diferentes teores de Cu nas propriedades apresentadas pelo material. Dessa forma, o objetivo deste trabalho consiste no estudo da solidificação unidirecional vertical ascendente da liga Al-Zn-Cu com composição nominal Al-40%Zn-2,0%Cu e Al-40%Zn-3,0%Cu (% em peso) correlacionando as variáveis térmicas com os parâmetros macro e microestruturais e propriedades mecânicas. As ligas foram solidificadas unidirecionalmente em regime transiente de transferência de calor e a macroestrutura obtida é caracterizada por grãos equiaxiais. A microestrutura é caracterizada como dendrítica ao longo de todas as alturas analisadas, e, conforme o esperado, observa-se uma diminuição dos valores obtidos experimentalmente para VL, Ṫ e GL com o avanço da isoterma liquidus. Verificou-se ainda, sob as condições de solidificação transitória examinadas neste trabalho, que os espaçamentos dendríticos (λ1 e λ3) diminuem com o aumento da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e da taxa de resfriamento. Além disso, o ensaio de DRX corroborou com os resultados apresentados pelo MEV, mostrando uma maior quantidade de fases associadas ao Cu para a liga Al-40%Zn-3%Cu atuando como reforço a matriz, o que, associado as maiores taxas de resfriamento e velocidade liquidus observadas para essa liga, pode justificar os maiores valores de módulo de elasticidade e microdureza encontrados para a mesma.