Correlação entre Microestruturas de Solidificação e Propriedades Mecânicas e Tribológicas de Ligas Al-Sn-Cu e Al-Sn-Si

Resumo

O entendimento da formação microestrutural durante o processo de solidificação de ligas metálicas é fundamental, uma vez que compreendida a correlação entre as etapas do processo de fabricação e as características do produto final, pode-se planejar a obtenção de componentes com propriedades melhores e com uma vida útil maior. Nesse sentido, relações funcionais que permitam correlacionar parâmetros microestruturais e resistência mecânica e ao desgaste de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. Ligas binárias Al-Sn e Al-Si, comumente utilizadas para aplicações tribológicas, especificamente em mancais e componentes internos de motores de combustão, terão que ser substituídas por novas alternativas face aos avanços de novos projetos de motores, onde maiores cargas e velocidades de operação exigirão melhores propriedades para suportar o regime de trabalho em temperaturas mais elevadas. O objetivo desse trabalho é contribuir para o entendimento das alterações provocadas pela adição de um terceiro elemento de liga, em particular Cu e Si, em ligas Al-Sn, com foco na evolução microestrutural e nas propriedades mecânicas e tribológicas decorrentes. Atualmente a literatura mostra que as ligas dos sistemas ternários Al-Sn-Si e Al-Sn-Cu têm bom potencial para aplicações tribológicas devido ao fortalecimento da matriz, rica em alumínio, pelos elementos Si e Cu e pelo fato de o estanho ser um elemento que atua como lubrificante no estado sólido. Apesar disso, estudos detalhados sobre a interação entre resistências mecânica e ao desgaste e microestrutura dessas ligas são raros na literatura. Nesse trabalho pretende-se realizar uma ampla varredura experimental, abordando aspectos ainda pouco investigados na literatura verificando qual a tendência de variação dos espaçamentos dendríticos com o teor de soluto para ligas Al-Sn-Si e Al-Sn-Cu e com a cinética de solidificação. Para tanto, essa ligas serão solidificadas em regime transitório e em uma ampla faixa de taxas de resfriamento, nos sentidos vertical ascendente e descendente, para permitir também a análise da influência da macrossegregação resultante sobre a microestrutura formada e propriedades. Será feita uma abordagem teórica e experimental para quantificar os efeitos da adição de soluto nas variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L), gradiente térmico (G ), e taxa de resfriamento (T ). Serão desenvolvidas relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico em tração e resistência ao desgaste. Para complementar a compreensão da evolução microestrutural dessas ligas pretende-se realizar filmagens in situ durante o crescimento direcional Bridgman utilizando uma técnica de raios X, a serem realizadas no ESRF- European Synchrotron Radiation Facility de Grenoble na França. Para examinar os efeitos resultantes em taxas de resfriamento ainda mais elevadas deverão ser conduzidos experimentos de refusão superficial a laser, com posterior análise das modificações microestruturais decorrentes no perfil de microdureza e na resistência ao desgaste das zonas tratadas e afetadas pelo calor.