Desenvolvimento de uma técnica de fundição de ligas de alumínio de alta resistência

Abstract

Atualmente, assiste-se a uma tentativa de alargamento do domínio de aplicação das ligas de alumínio, quer através do desenvolvimento de novas ligas/composições, quer por recurso a novas técnicas de processamento, com as quais seja possível melhorar significativamente o desempenho em serviço dos componentes. O objetivo principal deste trabalho consistiu no desenvolvimento de uma técnica de fundição da liga AlSi9Cu3, que permitisse melhorar as suas propriedades mecânicas, baseada na utilização de ultrassons para efetuar a desgaseificação dos banhos, afinação da microestrutura e modificação do silício eutéctico, e com características que permitissem a sua rápida implementação à escala industrial. Numa primeira fase, a liga foi fundida e desgaseificada por ultrassons recorrendo a um equipamento desenvolvido especificamente para esse efeito, utilizando diferentes condições operatórias. Numa segunda fase, a liga fundida foi submetida a energia acústica, isotermicamente, ou durante a solidificação, para afinação/modificação da microestrutura, utilizando diferentes condições operatórias e processuais. O potencial de desgaseificação da técnica foi avaliado por medição da densidade das ligas, e a sua capacidade de afinação/modificação avaliou-se por caracterização mecânica e microestrutural, recorrendo a ensaios mecânicos tradicionais e Microscopia Ótica, Microscopia Eletrónica de Varrimento com Espetrometria de Dispersão de Energias, Difração de Raios-X e Difração de Eletrões Retrodifundidos, respetivamente. O trabalho efetuado permitiu desenvolver técnicas de desgaseificação e afinação/modificação da microestrutura mais eficientes que as utilizadas atualmente, através das quais é possível obter ligas com densidades de cerca de 98,5% da respetiva densidade teórica e características mecânicas muito superiores às das ligas afinadas e modificadas por via química, com particular destaque para a ductilidade. As técnicas desenvolvidas foram ainda validadas para uma liga do tipo AlSi7Mg, e encontram-se num estado de desenvolvimento que permite a sua transferência imediata para a prática industrial.

On the last years, a strong effort to find new emerging markets and to increase the current application domains of aluminium alloys is being done, either by the development of new alloys/compositions or new processing techniques that may significantly increase the performance of aluminium based components. The main objective of this work was to develop a new casting technique of the AlSi9Cu3 alloy in order to improve its mechanical properties, by using ultrasonic power in the treatment of the molten metal, to perform degassing, microstructure modification and grain refining. On a first stage, the alloy was melted and ultrasonically degassed using a specifically developed equipment and different operation conditions. On a second stage, the alloy was melted and submitted to acoustic energy, isothermally or during cooling, for microstructure refining and modification using different operation and processing conditions. The degassing potential of the technique was evaluated by measuring the alloys density and its refining/modification capability was evaluated by microstructure and mechanical characterization of the alloys. Microstructure characterization was performed for every sample, using Optical Microscopy, SEM/EDS, X-Ray Diffraction and EBSD. Mechanical characterization was performed by traditional tensile testing methods. The experimental work lead to the development of degassing and microstructure refining and modification techniques more efficient than those used so far, with which alloys with densities around 98.5% of the respective theoretical density and mechanical characteristics much higher than those obtained using traditional melt treatment techniques, with particular emphasis to ductility. The developed techniques have also been validated for an AlSi7Mg alloy and they have reached a development stage that allows their immediate application at industrial level.