A Tabela 5.2 mostra o comportamento médio da microdureza da liga A355 para as etapas de fundição, ECAP e reaquecimento.
Tabela 5.2 - Microdureza média nas condições do lingote fundido, deformado por ECAP e reaquecido. Condição Microdureza Vickers (HV) Fundida 66,5 ± 3,0 ECAP 86,6 ± 3,7 I - Fundida Reaquecida a 595oC (fl=55%) 67,2 ± 4,4 II - ECAP Reaquecida a 575oC (fl=40%) 64,5 ± 1,9 III - Fundida Reaquecida a
595oC (fl=55%) 69,0 ± 2,7
A tabela 5.3 apresenta a média dos resultados dos ensaios de tração realizados em corpos de prova confeccionados em materiais (lingotes e “discos”) retirados ao longo do processo de tixoconformação em estudo.
Tabela 5.3 - Limite de Escoamento Médio (σy), Limite de Resistência Médio (σr) e Deformação Média (ɛ) dos ensaios de tração durante os 90s de tratamento isotérmico.
CONDIÇÃO Limite de Escoamento Médio (σy) (Mpa) Limite de Resistência Médio (σr) (Mpa) Deformação Específica Média (%) Fundida 86,5 ± 10,8 175,5 ± 22,8 3,02 ± 1,6 ECAP 259,6 ± 55,1 267,4 ± 57,5 1,55 ± 0,7 I - Viscosidade Fundida a 595°C (fl=55%) 89,3 ± 10,7 147,4 ± 13,5 13,6 ± 4,4 II - Viscosidade ECAP a 575°C (fl=40%) 94,0 ± 11,6 155,3 ± 9,2 15,9 ± 6,9
III - Viscosidade ECAP a 595°C
(fl=55%) 115,0 ± 9,7 203,3 ± 8,6 12,6 ± 6,9
A presença de porosidade pode ser considerada como a principal causa de rejeitos na fundição, pois vem acompanhada pelo decréscimo das propriedades mecânicas. A microporosidade no lingote fundido está relacionada com a formação de gases no metal líquido,
devido às reações químicas desencadeadas durante o processo de fundição, que ficam aprisionados entre os braços dendríticos secundários (λ2); já os vazios são gerados por
microcontrações nos contornos de grãos, no momento em que os grãos são tensionados uns contra os outros durante o processo de solidifcação, desta forma, grãos maiores resultam em maiores vazios de contração e vice-versa. 14
A presença de 2,1 ± 0,7% de porosidade na estrutura do lingote Fundido - 595°C está associada tanto ao espaçamento entre os braços dendríticos secundários (λ2 = 48 ± 10μm), que
aprisionam os gases, como ao tamanho de grão grosseiro (162 ± 36μm) relacionado à
microcontração. No processo de fundição e fabricação dos lingotes deste estudo, foi borbulhado gás inerte (argônio), com o intuito de arrastar os gases para fora do metal líquido, porém eles não foram totalmente eliminados.
O deslizamento das discordâncias nos sistemas de escorregamento da estrutura cristalina do material, durante a deformação mecânica severa por ECAP, reduziu o espaçamento entre os braços dendríticos secundários, passando de λ2 = 48 ± 10 μm no lingote fundido para λ2 = 38 ±
14μm, deste modo, houve o colapso dos poros e microvazios, diminuindo o nível de 2,1 ± 0,7% para 0,3 ± 0,1% (Tabelas 4.2 e 4.3).
O aumento de resistência mecânica dos metais tem como princípio restringir ou ancorar a movimentação das discordâncias. A resistência mecânica pode aumentar através dos seguintes mecanismos 24:
I. Outras discordâncias (endurecimento por deformação ou encruamento); II. Átomos de soluto (endurecimento por solução sólida);
III. Precipitados coerentes com a matriz (endurecimento por precipitação); IV. Partículas incoerentes com a matriz (endurecimento por dispersão);
V. Contornos de grão e de subgrão (endurecimento por refino de grão).
É interessante mencionar que vários mecanismos de endurecimento atuam em ligas com alta resistência mecânica. 24
No decorrer da deformação plástica ou encruamento, as discordâncias movem-se, multiplicam-se e interagem entre si formando emaranhados, desta maneira, são necessárias tensões crescentes para que o movimento das discordâncias prossiga. 24 A microdureza encontrada no lingote fundido passou de 66,5 ± 3,0 HV para 86,6 ± 3,7 HV no deformado (Tabela 4.6).
O aumento do número de lacunas em altas temperaturas, acima da solidus, facilita a difusão dos átomos de soluto na estrutura cristalina do material. Os átomos dos elementos de liga
em solução sólida distorcem a rede cristalina e os campos de tensão ao seu redor interagem com as discordâncias, dificultando a movimentação. 24 As imagens da microestrutura do lingote reaquecido na figura 4.6 indicam haver maior presença de solução sólida em meio à fase alfa quando comparada às imagens do lingote fundido na figura 4.2.
O ensaio de compressão a quente avaliou o comportamento reológico da liga A355 e determinou sua viscosidade aparente. A tabela 4.7 exibe a microdureza das amostras após o ensaio de compressão a quente. A diferença de eutético entre as regiões central e lateral dos “discos” acarretou no aumento médio da microdureza na área lateral de 8%, 11% e 11% para as condições I (FUNDIDA-595°C), II (ECAP-575°C) e III (ECAP-595°C), respectivamente.
Entretanto, a segregação da fase eutética não alterou a microdureza média da área central dos corpos de prova (“disco”) quando comparados com as amostras reaquecidas. O fenômeno foi provavelmente causado devido ao processo de conformação do corpo de prova, que resfriou cabido à temperatura ambiente do pistão e imprimiu determinado grau de deformação ao material, resultando em maior resistência mecânica por encruamento.
Os resultados dos ensaios de tração apresentados na Tabela 5.3, revelam que a resistência mecânica dos corpos de prova conformados a quente aumenta na sequência crescente das condições I (FUNDIDA-595°C), II (ECAP-575°C) e III (ECAP-595°C).
O nível médio de porosidade é menor no lingote fundido (2,1 ± 0,7%) quando comparado ao “disco” conformado (1,3 ± 0,8%) correspondente à compactação do semissólido durante o ensaio de compressão a quente. A redução do nível de porosidade também pode explicar o aumento das propriedades mecânicas dos lingotes deformados no ensaio de tração, pois são concentradores de tensão e aumentam a probabilidade de eventual propagação de trinca.14,29
A menor resistência mecânica do corpo de prova conformado na condição I (FUNDIDA-
595°C) pode ser justificada devido ao tamanho de grão grosseiro. Materiais de fina granulação são mais resistentes em relação aos de granulação grosseira, pois apresentam maior quantidade de contornos para um mesmo volume de massa. Os contornos de grão atuam como barreiras ao movimento das discordâncias. 14,29
O aumento da resistência mecânica na condição III (ECAP-595°C) em relação à condição II (ECAP-575°C) pode ser explicado devido à temperatura mais elevada do corpo de prova para atingir a fração líquida desejada, que favorece a formação de lacunas, difusão dos átomos de soluto e formação de solução sólida.
A ductibilidade da liga é medida pela porcentagem de deformação até a ruptura. A deformação plástica a frio (ECAP) aumentou a resistência mecânica da liga em detrimento da
ductibilidade devido ao encruamento, assim sendo, o lingote fundido é mais dúctil, pois se deformou (ɛ) mais (3,02±1,6%) que o lingote do ECAP (1,55±0,7%).
O aumento da ductibilidade do material após o ensaio de compressão a quente está associado ao reaquecimento, que promove a recuperação e recristalização do material. Os mecanismos restauraram as propriedades mecânicas do material, através da redução do número de defeitos. 16 O aumento da ductibilidade está associado à morfologia globular e isto pode ser constatado ao confrontar a condição do lingote apenas fundido com a conformada a quente.
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS
TRABALHOS
A condição de trabalho número III (ECAP-595°C) para a tixoconformação atingiu ótima viscosidade aparente (1,4 x 105Pa.s), baixa tensão de cisalhamento (1MPa), boas propriedades mecânicas e excelente qualidade superficial da amostra final. Pode-se afirmar que o refino de grão pelo uso do ECAP é uma excelente alternativa da liga A355.
A viscosidade aparente da liga no estado semissólido reduz com o refino de grão e de glóbulo, com o aumento da circularidade das partículas e da fração líquida. A viscosidade entre as condições testadas I (FUNDIDA-595°C), II (ECAP-575°C) e III (ECAP-595°C) variou de modo significativo, segundo os fatores mencionados.
A microestrutura (tamanho médio de grão, glóbulo, circularidade) da liga apresentou variação tênue dentro dos 90s de tratamento isotérmico nas três condições testadas.
O desvio-padrão do tamanho de grão e de glóbulo apresentou dispersão ao redor da média tanto no lingote fundido (dendrita), como no lingote deformado por ECAP (dendrita deformada), no entanto, a dispersão dos resultados se tornou uniforme e homogênea após o reaquecimento e conformação das mostras.
Como sugestão para trabalhos futuros, a proposta é analisar as propriedades mecânicas da liga A355 após o tixoforjamento com os possíveis tratamentos térmicos. Observar o comportamento da microestrutura da liga em tempos prolongados de tratamento isotérmico após deformação mecânica por ECAP. Estudar os mecanimos que ocorrem durante a deformação. Empregar novas rotas de processamento por ECAP. Aplicar o ECAP em outras ligas e comparar os resultados.
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