Avaliação da influência do magnésio e níquel nos parâmetros microestruturais e na resistência mecânica e à corrosão da Liga Al-5%Cu

Abstract

As propriedades mecânicas que estão associadas a resistência dos materiais são fatores cruciais a serem considerados no desenvolvimento de engenharia das ligas de séries aeronáuticas. A fim de potencializar desempenho e promover características ideais aos materiais, é necessário considerar os meios e condições em que será submetido. Tais aspectos são intrínsecos da estrutura bruta de solidificação, à depender essencialmente dos parâmetros térmicos envolvidos no processamento, assim a partir da velocidade de avanço da isoterma liquidus (VL) e taxa de resfriamento (Ṫ) que cooperam com a evolução do arranjo microestrutural. O presente trabalho objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência da adição de 1%Ni sobre as propriedades mecânicas e resistência à corrosão das ligas do sistema Al-5%Cu-1,5%Mg, com vistas a avaliar a definição da microestrutura e estabelecer correlações com a resistência mecânica e à corrosão, promovendo subsídios para um planejamento adequado operacional vinculado às características finais de aplicação: assim como, o enorme potencial para uso em diversos setores da indústria e agregadas aos materiais avançados, ou seja, como em compósitos de matrizes metálicas para estruturas aeronáuticas e aeroespaciais. Para tanto, foram realizados experimentos envolvendo a solidificação unidirecional vertical ascendente em regime transitório de fluxo de calor, definindo parâmetros térmicos correlacionados aos parâmetros microestruturais e suas características. Os resultados de caracterização incluem, integralmente, pela matriz rica em Al com morfologia dendrítica em toda a faixa de resfriamento, sendo que para a liga com Ni observou-se um refinamento microestrutural. Nesse ínterim, de acordo com os padrões analisados foram verificados a presença das fases θ-Al2Cu e S-Al2CuMg na liga Al-5%Cu-1,5%Mg e as mesmas fases e mais γ-Al7Cu4Ni na liga Al-5%Cu-1,5%Mg-1%Ni. A partir do estabelecimento das leis experimentais de crescimento foram correlacionados os espaçamentos dendríticos primário e secundário (λ1 e λ2) com os parâmetros térmicos de solidificação, VL e Ṫ. A microdureza Vickers (HV) e limite de resistência à tração (σU) da liga quaternária foi superior em decorrência das fases intermetálicas complexas contidas na microestrutura. Entretanto, os ensaios de corrosão em uma solução de 0,06M de NaCl indicaram uma maior deterioração na liga com Ni devido à formação de pares galvânicos entre a matriz α-Al e os intermetálicos presentes, enquanto comparado com a liga ternária que os diâmetros dos pites foram menores.

The mechanical properties associated with the strength of materials are crucial factors to be considered in the engineering development of aeronautical series alloys. In order to maximize performance and promote the ideal characteristics of materials, it is necessary to consider the media and conditions in which they will be subjected. These aspects are intrinsic to the raw solidification structure, depending essentially on the thermal parameters involved in the processing, starting with the solidification speed (VL) and cooling rate (Ṫ), which cooperate with the evolution of the microstructural arrangement. This work aims to develop a theoretical/experimental analysis of the influence of the addition of 1wt.%Ni on the mechanical properties and corrosion resistance of Al-5wt.%Cu-1.5wt.%Mg alloys, with a view to evaluating the definition of the microstructure and establishing correlations with mechanical and corrosion resistance, promoting subsidies for appropriate operational planning linked to the final application characteristics: as well as the enormous potential for use in various sectors of industry and in advanced materials, such as metal matrix composites for aeronautical and aerospace structures. To this end, experiments were carried out involving unidirectional vertical upward solidification in a transient heat flow regime, defining thermal parameters correlated to microstructural parameters and their characteristics. The characterization results include the Al-rich matrix with a dendritic morphology over the entire cooling range, with microstructural refinement observed for the Ni alloy. In the meantime, according to the patterns analyzed, the presence of the θ-Al2Cu and S-Al2CuMg phases in the Al-5wt.%Cu-1.5wt.%Mg alloy and the same phases plus γ-Al7Cu4Ni in the Al-5%Cu-1.5%Mg-1%Ni alloy was verified. From the establishment of the experimental growth laws, dendritic spacings (λ1 and λ2) were related to the solidification thermal parameters (VL and Ṫ). The Vickers microhardness and tensile strength limit of the quaternary alloy were higher due to the complex intermetallic phases contained in the microstructure. However, the corrosion tests in a 0.06M NaCl solution indicated greater deterioration in the Ni alloy due to the formation of galvanic pairs between the α-Al matrix and the intermetallics present, while compared to the ternary alloy the pitting diameters were smaller