Estudo experimental do efeito da adição de bismuto nas variáveis térmicas de solidificação, microestrutura, microssegregação, e propriedade mecânica na liga binária de AlCu

• Autor(a) principal: Moura, Lucas Jardim de
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/28781
• topic: Solidificação unidirecional; Liga ternária; Parâmetros térmicos; Espaçamentos dendríticos; Bismuto; Microssegregação; Ligas de alumínio; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Unidirecional solidification; Ternary alloy; Thermal parameters; Dendritic spacing

O processo de solidificação é uma das técnicas de manufatura de materiais mais utilizadas, e se tratando de materiais metálicos, está presente na fabricação de quase todas as peças e componentes. O alumínio, por sua vez, é um destes materiais metálicos que passa pelo processo de solidificação e que possui uma ampla gama de aplicações devido a sua alta disponibilidade e baixa densidade, além de outras características de grande interesse, como boa resistência a corrosão e alta condutividade elétrica e térmica. O cobre e o bismuto são dois elementos que costumam ser associados ao alumínio. Ligas de Al-­Cu são consolidadas comercialmente possuindo características de elevada resistência mecânica associada a baixo peso, sendo bastante aplicadas na indústria automotiva e aeronáutica. Já as ligas Al-­Bi possuem características tribológicas interessantes, sendo muito utilizados em rolamentos de motor. A incorporação do cobre à liga alumínio­bismuto, por sua vez, tem se mostrado uma boa alternativa para melhorar a resistência mecânica sem perder as características tribológicas. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo analisar experimentalmente o efeito da adição de bismuto em uma liga alumínio­cobre no que diz respeito às variáveis térmicas, microestrutura, microssegregação e microduzeza Vickers. Os dados do processo de solidificação unidirecional vertical ascendente permitiram que correlações fossem obtidas e dados fossem tratados e analisados tanto no contexto da comparação entre as ligas Al-4%Cu­-2%Bi e Al­-4%Cu quanto na análise individual da liga ternária. Ao avaliar as variáveis térmicas, observou­se que a adição do bismuto levou à um aumento nos valores de velocidade de solidificação, taxa de resfriamento e gradiente térmico. No que diz respeito à macroestrutura, a liga ternária Al-­Cu-­Bi apresentou estrutura equiaxial ao longo de todo o comprimento do lingote, diferente da estrutura colunar observada para a liga binária Al­-Cu. Entretanto, no contexto da microestrutura, observou­se a predominância de formações dendríticas ao longo de todo o lingote para ambas as ligas. Ao caracterizar as microestruturas com os espaçamentos dendríticos terciários, verificou­-se que a adição do bismuto levou à valores menores de EDT encontrados para a liga ternária quando comparados com a liga Al­-Cu, indicando um refinamento da microestrutura. Além disso, verificou microssegregação para ambos os solutos cobre e bismuto na liga ternária, além de microssegregação de cobre para a liga binária, indicando que o aumento da velocidade de solidificação tende a mover os perfis para cima. Ao comparar a microssegregação de cobre entre as ligas em análise, um maior grau de segregação para a liga Al­-Cu-­Bi foi obtido. Por fim, ao analisar a microdureza para a liga Al­-4%Cu­-2%Bi, verificou­se um comportamento já esperado no qual a microdureza Vickers aumenta à medida em que se refina a microestrutura. Comparando com a liga binária, a liga ternária apresentou valores de microssegregação menores devido à adição do bismuto, que é um elemento mais macio que os demais.