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Reologia, forjamento e modelagem matemática de ligas de AL no estado semi-sólido

Processo: 99/01042-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de novembro de 1999 - 31 de janeiro de 2003
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:Maurizio Ferrante
Beneficiário:Maurizio Ferrante
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Pesquisadores principais:Dirceu Spinelli
Bolsa(s) vinculada(s):01/03636-6 - Reologia e evolução microestrutural no estado semi-sólido da liga 356 não dendrítica, preparada por diferentes técnicas de condicionamento, BP.DR
01/05154-9 - Influência das condições de injeção e microestrutura inicial na qualidade de um peça de Al-Si fundida no estado semi-sólido, BP.PD
01/02417-9 - Resistência mecânica da liga de alumínio A356, no estado semi-sólido, BP.IC
99/03564-3 - Reologia e evolução microestrutural da liga de alumínio A356 no estado semi-sólido, BP.PD
Assunto(s):Reologia  Forjamento  Modelos matemáticos  Ligas metálicas  Alumínio 

Resumo

O objetivo desta proposta é o estabelecimento de um grupo dedicado ao estudo do processamento de ligas de alumínio no estado semi-sólido. O projeto terá três anos de duração e será dirigido à liga comercial AA2024 com alta fração sólida, logo, adequada para tixoforjamento. O programa de pesquisa se compõe de estudos reológicos e microestruturais, mais o forjamento de uma peça demostração e a determinação da resistência à fadiga em alta temperatura daquela liga e da A356. A competência que se espera estabelecer terá certamente relevância prática, fazendo com que a interação com a indústria seja o objetivo geral do grupo. O processamento de ligas no estado semi-sólido já alcançou status comercial em algumas áreas tradicionalmente cobertas por fundição sob pressão, enquanto o forjamento continua sendo alvo de intenso trabalho de desenvolvimento. No tocante a estudos básicos, a literatura internacional que trata do estado semi-sólido cresce rapidamente e sua ciência e tecnologia já está representada por um congresso bianual dedicado (International Conferences on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites). No último encontro (5th Int. Conf., Golden, CO. 23-25 junho 1998) cerca de 100 contribuições foram apresentadas. No Brasil os autores da presente proposta identificaram algumas indústrias potencialmente interessadas em tecnologias no estado semi-sólido, mas o suporte científico por parte da universidade é ainda limitado: há um bom grupo na FEA/UNICAMP e alguma atividade iniciando no Departamento de Materiais da UFRGS. Desse modo acreditamos que a formação de um grupo novo dedicado à ciência e tecnologia de ligas no estado semi-sólido seja oportuno. A presente proposta de pesquisa deve unir profissionais com conhecimentos variados: engenheiros de materiais e metalurgistas da UFSCar e metalurgistas com ênfase em propriedades mecânicas da USP-SC. Ao todo nove pessoas estarão envolvidos no projeto: três professores, dois pós-doutores e o restante estudantes de pós-graduação. As atividades foram organizadas em três sub-projetos: o sub-projeto n. 1 trata da liga AA2024 cuja microestrutura é condicionada pelo processo SIMA. Testes de compressão simples (placas paralelas) e testes de indentação serão utilizados para medir a viscosidade em função da taxa de deformação, fração volumétrica do sólido e temperatura. Ao mesmo tempo a evolução microestrutural (tamanho de partículas, contigüidade, fator de forma) será quantificada e comparada com o comportamento reológico. Também será estudado a influência da textura produzida pela deformação e recristalização (as etapas do processo SIMA) na evolução microestrutural durante refusão parcial. De fato, o desenvolvimento de uma estrutura globular, bem definida e com um baixo grau de aglomeração, requer o estabelecimento de contornos de alto ângulo (logo, de alta energia) e esta situação ocorre quando não há textura. Inversamente, textura pronunciada pode produzir um certo grau de alinhamento cristalográfico das partículas de fase sólida, proporcionando sua aglomeração que é nociva à conformabilidade. Logo, este importante efeito, ainda bastante desconhecido, será quantificado por difração de raios-X e difração de elétrons retroespalhados (DER), além de metalografia quantitativa e testes de compressão. O sub-projeto n. 2 consiste no estudo do comportamento sob fadiga da liga 2024 e da liga para fundição A536 por meio de ensaios em temperaturas elevadas. Serão realizados ensaios isotérmicos e ensaios anisotérmicos (fadiga termomecânica), visando comparar ligas convencionais de forjamento (Al-4%Cu e 2024) e de fundição (A536) com as mesmas mas exibindo microestrutura obtida pelo processo SIMA. O sub-projeto 2 completa-se com o forjamento de uma peça demonstração, com formato cilíndrico tendo uma depressão central. Desse produto serão retiradas amostras das quais serão obtidos valores de dureza e resistência mecânica. Os resultados obtidos serão comparados com os correspondentes aos da mesma peça forjada em condições normais, isto é, em estado completamente sólido. O sub-projeto n. 3 objetiva a melhoria do processo SIMA via redução do tamanho de grão re-cristalizado, logo das partículas sólidas após refusão parcial. Como resultado a viscosidade da mistura sólido/líquido será mais baixa e o tamanho de grão final das peças será menor. O projeto vai estudar o efeito de precipitados de uma segunda fase (? para a liga 2024) no tamanho de grão recristalizado. Em princípio, serão estudadas três situações: (i) ausência de precipitados; (ii) precipitados grandes obtidos por resfriamento lento através do solvus; (iii) distribuição bi-modal de precipitados. A taxa de recristalização será determinada, assim como o tamanho de grão recristalizado e os parâmetros da dispersão de precipitados (raio médio, espaçamento, fração volumétrica). Os resultados serão examinados no contexto das teorias vigente de nucleação ativada por partículas (NAP). (AU)