PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation 2021

Comparação da eficiência de refinadores de grão a base de nióbio e titânio em uma liga alumínio-silício eutética

Author

Edson Luiz da Silva Junior

Advisor

Concentration Area

Materiais, Manufatura e Automação

Defense Date

14/05/2021

Thesis Number

77827

Abstract

Ligas de alumínio-silício são largamente usadas na indústria automotiva, por apresentarem boa relação resistência/peso e serem facilmente processadas por diferentes técnicas de fundição. As propriedades finais do material dependem não só do processo de fundição empregado, mas também de parâmetros da microestrutura eutética e do tamanho de grão. O refino de grão obtido por meio da adição de elementos de liga é amplamente utilizado na indústria. Este processo garanteuma melhora das propriedades mecânicas e uma redução dos defeitos de fundição. Os refinadores de grão mais comumente usados são a base de Al-Ti-B, que formam partículas com elevado potencial de nucleação heterogênea. No caso de ligas com quantidades de silício superiores a 4%, a adição de refinadores a base de titânio leva ao efeito de envenenamento de grão, que é formação de fases compostas entre silício, titânio e alumínio, impedindo o efeito de refino dos compostos a base de titânio comprometendo propriedades mecânicas.Com isso, o refinador apresenta perda de eficiência para tempos de contato com o metal líquido crescentes, um fenômeno conhecido como fading. Este estudo busca analisar a eficiência de um novo refinador de grão, a base de Al-Nb-B, em uma liga A413, especialmente em relação à sua resistência ao fading.Foram testadas adições de refinador correspondendo a teores de Nb entre 0,008% e 0,10% em peso. Para comparação, também foram testadas adições de concentrações similares de um refinador a base de Al-Ti-B. Diversas técnicas complementares (MO, MEV, DRX, dureza Vickers, curvas de solidificação, DSC e espectrofotometria) foram empregadas para caracterizar os materiais e o efeito dos refinadores.O menor tamanho médio de grão, 170 µm, foi obtido com a adição de 0,10% de Nb e 5 minutos tempos de contato. Para o refinador a base de Ti, o menor tamanho de grão obtido foi de 459µm, para as mesmas condições de adição e tempo de contato. Esse valor é similar ao alcançado com a adição de 0,04% de Nb (530µm). O efeito de fading foi observado para os dois refinadores, causado pela combinação de decantação e dissolução de partículas. Para o refinador Al-Ti-B, houve um aumento de até 80% no tamanho de grão para 1 hora de tempo de contato, enquanto para o Al-Nb-B o aumento foi de até 170%, mas ainda com tamanhos médios de grão inferiores às amostras refinadas com Ti-B.Os resultados das análises térmicas mostram uma redução no super-resfriamento durante a etapa de nucleação, devido a ação dos refinadores, corroborando com as medidas de tamanho de grão. Os resultados obtidos indicam que o refinador de grão à base de Nb-B é mais eficiente para a liga estudada, em comparação ao refinador à base de Ti-B.

Keywords

Ligas de alumínio Nióbio Refinação Propriedades mecânicas Metalurgia Engenharia de materiais