Processamento e propriedades de tiras metálicas fundidas da liga Al-Si A413 produzidas por reolaminação

Abstract

A liga Al-Si A413 foi utilizada para fabricação de tiras metálicas fundidas por cilindro único e por cilindro duplo, aqui chamado processo de reolaminação. Esta liga não é adequada para obtenção de tiras metálicas por laminação convencional devido às partículas frágeis de Si. Por outro lado, a reolaminação é um processo viável para obter tiras metálicas dessa liga. Neste trabalho, a liga Al-Si A413 foi fundida e vazada com diferentes temperaturas em uma calha metálica inclinada a 20º numa vazão de 14 cm³/s para se obter um material semissólido que alimenta um bocal cerâmico (150 cm³) junto ao cilindro inferior. Na reolaminação, o espaçamento entre os cilindros foi de 1,5 mm. Os cilindros na cadeira de laminação são feitos de aço ao carbono comum e têm aproximadamente 105 mm de diâmetro e 100 mm de largura. A região coquilhada/colunar formada no cilindro inferior arrasta a lama metálica a uma velocidade de 0,2 m/s para ser processada tanto por cilindro único como por reolaminação. Para ambos os processos as tiras metálicas fundidas têm uma espessura de 2 mm, aproximadamente. Na saída da cadeira de laminação, as tiras são resfriadas até a temperatura ambiente por chuveiros de água. O equipamento utilizado para a fabricação das tiras metálicas, chamado de “Strip Caster”, passou por inovações durante este trabalho de mestrado: molas de alívio de pressão foram instaladas no cilindro superior e o cilindro inferior foi substituído por um outro cilindro com refrigeração interna. O “Strip Caster” foi instrumentado com duas células de carga para a medição das forças de conformação e com termopares para a medição das temperaturas durante a fabricação das tiras. Para cada condição de processamento, as propriedades mecânicas e as microestruturas das tiras foram analisadas. O efeito de adições de ligas refinadoras de grão (TiBAl) e modificadores do eutético (Al-10Sr) nas propriedades mecânicas das tiras fabricas foi analisado. Também foi feita uma análise fractográfica nos corpos de prova dos ensaios de tração. Microscopia óptica e eletrônica foram utilizadas. O efeito de envenenamento relatado em ligas Al-Si com mais de 3% de Si em peso não foi encontrado nas tiras fabricadas com adição de TiBAl. Isto sugere que o envenenamento possui uma cinética de reação. A refrigeração do cilindro e modificação do eutético se mostraram os principais fatores para o aumento das propriedades mecânicas das tiras fabricadas.

The Al-Si A413 alloy was used in order to produce metallic strips with the single roll and twin roll processes, this last one is known as rheolamination. This alloy is not suitable to obtain metallic strips with the conventional lamination due to the brittle particles of silicon. On the other hand, the rheolamination is a suitable process to obtain metallic strips of this alloy. In this work, Al-Si A413 alloy was melted and poured at 680 ºC on a cooling slope at 20º with a flow rate of 14 cm³/s in order to obtain a semisolid material feeding the ceramic nozzle (150 cm³) at the lower roll. The two rolls of the roll stand are separated with a gap of approximately 1.5 mm, have approximately 105 mm in diameter and are made of carbon steel. The chill/columnar layer formed at the lower roll drags the metallic slurry at a rate of 0.2 m/s to be processed by single roll or twin-roll. Both processes obatin a metallic cast strip with a thickness of 2 mm, approximately. At the exit of the stand roll, the strips are cooled to the room temperature with water showers. The equipment used to produce metallic strips, called “Strip Caster”, suffered some inovations during this work: springs was attached to the upper roll in order to reduce the lamination pressure and the lower roll was substituted with an other roll with internal cooling. The Strip Caster was instrumented with two load cell in order to measure the forming forces and with thermocouples to measure the temperatures during the fabrication of the strips. For each situation, the mechanical properties and the microstructures of the strips were analyzed. The effect of the addition alloys (TiBAl and Al-10Sr) on the mechanical properties of the produced strips were analyzed. In addition, fractography analyses was performed on the coupons submitted to the mechanical testing. Optical and electronic microscopy was used. The poisoning effect reported in Al-Si alloys with more than 3wt% of Silicon content was not found in the produced strips with TiBAl additions. This suggests that the poisoning effect possess a kinetics of reaction. The roll cooling and the eutectic modification were the mainly parameters to increase the mechanical properties of the produced strips.