para as posições 5mm, 50mm e 70mm a partir da base refrigerada da liga Al-7%Si- 1%Mg-2%Ni. O intermetálico Mg2Si ocorreu em todas as posições analisadas nas
regiões interdendríticas, oriundo do eutético ternário Si + Mg2Si + AlFeSi. Este
intermetálico é conhecido como escrita chinesa (BRITO, 2016; SILVA, 2019). Assim como apresentado na análise de DRX a fase β-AlFeSi também pôde ser
evidenciada. Observa-se que a região interdendrítica é composta por partículas de Si, Mg2Si, AlFeSi, além do intermetálico Al3Ni, do eutético binário com o α-Al.
5mm
70mm
Figura 22: Imagens MEV evidenciando a distribuição das fases intermetálicas nas microestruturas da liga Al-7%Si-1%Mg-2%Ni.
A Figura 23 mostra imagens MEV/FEG para duas (2) posições ao longo do lingote Al-7%Si-1%Mg-2%Ni e os mapas químicos dos elementos de liga constituintes e suas distribuições. É possível identificar que a matriz dendrítica é rica em Al (em vermelho), enquanto o Mg (em azul) e o Si (em verde) encontram- se em maior concentração nas regiões interdendríticas. O Mg (em azul) é constituinte de intermetálicos e o Si (em verde) está em placas. O Ni (em azul claro) parece estar mais presente nas regiões interdendríticas, onde compõe o eutético binário (Al-Al3Ni). O Fe (em amarelo) se mostrou presente tanto na matriz rica em
Al (em condições de equilíbrio, a solubilidade do Fe em Al é de apenas 0,05% segundo GOULART, 2010) quanto nas regiões de eutético ternário (Si + Mg2Si +
P=5mm P=50mm
Alumínio
Silício
Níquel
Ferro
Figura 23: Mapeamento químico de elementos via MEV/FEG, destacando suas distribuições nas microestruturas finais para as posições de 5mm e 50mm a partir da interface metal/molde da liga Al-7%Si-1%Mg-2%Ni.
5.6 DUREZA
A Figura 24.a e 24.b apresentam os valores de dureza Vickers (HV) em função da posição e de λ2-1/2 ao longo da liga Al-7%Si-1%Mg-2%Ni. Os pontos nos
gráficos são as médias de dureza determinadas experimentalmente e as barras são os desvios padrão (Figura 24.b). Na Figura 24.a também foram incluídas as imagens óticas das identações nas posições 5mm, 50mm e 70mm a partir da base refrigerada. A partir da Figura 24.a, notou-se que as duas (2) posições mais próximas da interface metal/molde exibiram os maiores valores (~110HV) de dureza Vickers, chegando a valores próximos de 90HV para a posição 50mm, e alcançando ao final das duas (2) últimas posições (80mm e 90mm), uma dureza entre 95 e 100HV. O tamanho das identações evidenciam este comportamento. Em seu trabalho Duarte (DUARTE, 2016) apresenta uma média dos valores de microdureza para as seguintes ligas: Al-2,3%Ag com média 24,5 HV, Al-3,4%Ag com média 28,7 HV, Al-4,5%Ag com média de 48,1 HV e Al-14%Ag com média 63 HV, onde é possível observar que a dureza aumentou com o acréscimo do teor de soluto. No
mesmo trabalho Duarte (DUARTE, 2016) apresentou a comparação de microdureza para as seguintes ligas: Al-4,5%Ag com média de 48 HV, Al-4,5%Cu com média de 53 HV e Al-4,5%Ag-4,5%Cu que apresentou média de 58 HV, onde houve um ligeiro aumento da dureza. Campos Junior (CAMPOS JUNIOR, 2017) reporta em seu trabalho para a liga Al-Sn-Cu valores de dureza entre ~ 60 HV e ~ 65 HV. Kakitani
et al. (KAKITANI et al., 2019) reportaram para a liga Al-11%Si-5%Ni uma
microdureza média de 48 HV, enquanto Costa et al. (COSTA et al., 2015) descreveram uma faixa de HV entre 22 e 25 HV para uma liga Al-Bi-Sn.
A Figura 24.b mostra as relações tipo Hall-Petch entre λ2-1/2 e HV. Observou-
se que para λ2-1/2 <0,205μm-1/2 (posição 50mm), HV diminue com o refino do arranjo
dendrítico. Neste ponto, ou seja, para valores λ2-1/2 >0,205μm-1/2, há uma inversão
de comportamento e os valores de HV passam a aumentar com o refino do espaçamento dendrítico secundário (λ2). O mesmo comportamento foi encontrado
na dissertação de Silva (SILVA, 2019), onde foram utilizadas duas relações Hall- Petch para apresentar a evolução da dureza. Silva (SILVA, 2019) atribuiu esse comportamento ao crescimento estável do λ3 a partir de uma taxa de resfriamento
menor que 3 °C/s, mas principalmente à restrição plástica promovida pelo aumento das frações de partículas intermetálicas π-AlSiFeMg e Mg2Si em regiões com
menores taxas de resfriamento, ou seja, morfologia mais grosseira, onde há maiores condições para a formação destas fases. O comportamento de HV neste trabalho também pode ser atribuído ao crescimento do λ3 observado na Figura 17 e a
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 D u re za Vi cker s, H V Posição (mm) Al-7%Si-1%Mg-2%Ni 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 20 40 60 80 100 120 140 160 Al-7Si-1Mg HV= 122-242(2)-1/2 HV=46+146(2)-1/2 (SILVA, 2019) Al-7%Si-1%Mg-2%Ni HV=52 + 180 (2)-1/2 HV=130 + 180 (2)-1/2 D u re za Vi cker s (H V) (2)-1/2 (m) -1/2 (b)
Figura 24: Dureza Vickers em função (a) da posição e (b) do λ2-1/2 para a liga Al-7%Si-
6 CONCLUSÃO
Com base nos resultados para a liga Al-7%Si-1%Mg-2%Ni solidificada unidirecionalmente em condições transitórias de fluxo de calor e dos estudos da literatura, podem ser extraídas as seguintes conclusões:
As caracterizações macro e microestruturais da liga Al-7%Si-1%Mg-2%Ni revelaram que a liga apresenta uma macroestrutura com grãos colunares e microestrutura completamente dendrítica com a matriz rica em Al circundada por duas (2) estruturas eutéticas: i. ternária Si + Mg2Si + β-AlFeSi; ii. Binária:
α-Al+Al3Ni, respectivamente;
Os parâmetros térmicos de solidificação como velocidade da isoterma
liquidus (VL), taxa de resfriamento (ṪL) e gradiente térmico (GL) diminuíram
gradativamente com o aumento distanciamento (posição) da interface metal/molde devido as resistências térmicas que crescem e se formam no sentido ascendente durante a solidificação. O Ni promoveu um ligeiro aumento na eficiência de extração de calor, principalmente visualizado para a primeira posição (5mm) do lingote Al-7%Si-1%Mg-2%Ni;
Os expoentes experimentais de potência que caracterizaram a variação de λ1 eλ3 comṪL são -0,55 e -0,25, respectivamente, enquanto o expoente -2/3
descreveu a variação de λ2 com VL;
Foram determinadas duas leis tipo Hall-Petch para descrever a variação da dureza em função dos valores de espaçamentos dendríticos secundários, demonstrando que o Ni aumentou ligeiramente a dureza da liga ternária Al- 7%Si-1%Mg, sendo esse comportamento atribuído ao crescimento de λ3 e a
presença de partículas intermetálicas Mg2Si.