Endurecimento por precipitação em ligas de Al-Zr e Al-Zr-Mg envelhecidas artificialmente

Abstract

Este trabalho objetivou estudar a influência de adições de Zr e Mg na microdureza e microestrutura de uma liga Al-0,20%p.Zr nas condições como fundida e envelhecida artificialmente nas temperaturas de 650 e 700K, nos tempos de 4, 12, 24, 100 e 400 h. A presença de Zr no Al promove a precipitação de intermetálicos Al3Zr de estrutura L12 após o tratamento térmico, o que confere endurecimento por precipitação. As adições de Mg conferem endurecimento por solução sólida. As amostras foram produzidas por fundição em forno mufla e solidificadas em um molde de Cu resfriado a água. Foram realizados ensaios de microdureza Vickers, análises em Microscopia Óptica MO, Eletrônica de Varredura MEV e Eletrônica de Transmissão MET. Desenvolveu-se um modelo de cinética de crescimento difusional para partículas Al3Zr e as contribuições do aumento de resistência pelos mecanismos de endurecimento estudados foram quantificadas. Observou-se precipitados Al3Zr L12 de escala nanométrica, que nos centros dos braços dendríticos apresentaram raios médios < 7 nm. Na liga Al-0,32%p.Zr, as partículas no centro dos braços dendríticos aumentaram de tamanho no intervalo de 100 a 400 h a 650 K, enquanto que na liga Al-0,20%p.Zr, os raios das partículas permaneceram constantes no mesmo intervalo e temperatura. O modelo teórico de crescimento por difusão, assim como a quantificação dos mecanismos de endurecimento apresentaram resultados satisfatórios, quando comparados com resultados experimentais. O aumento nos raios das partículas durante o envelhecimento foi maior na liga Al-0,32%p.Zr do que na Al-0,22%p.Zr pela supersaturação na primeira ser maior e por causa da nucleação de partículas de tamanho mais elevado na periferia dendrítica da segunda, o que possivelmente causou migração de soluto e, portanto, causou redução da supersaturação no centro dos braços dendríticos.

Abstract : This work aims to study the influence of Zr and Mg additions in the microhardness and microstructure of an Al-0,20wt.%Zr alloy in the as cast and artificially aged conditions, at the temperatures of 650 and 700 K, with ageing times of 4, 12, 24, 100 and 400 h. The presence of Zr in Al promote the precipitation of the Al3Zr intermetallic compound, with L12 structure, after heat treating, providing precipitation hardening. The Mg additions provide solid solution hardening. The samples were produced by casting in a muffle furnace and solidified in a water-cooled Cu mold. One performed Vickers microhardness tests, Optical Microscopy OM, Scanning Electron Microscopy SEM and Transmission Electron Microscopy TEM analysis. A diffusional growth model for the Al3Zr L12 particles was developed and the contributions for the increase in strength by the studied strengthening mechanisms were quantified. Nanometer-scale Al3Zr L12 particles were observed, which, at the center of dendrite branches presented average radii of < 7 nm. In the Al-0.32wt.%Zr, the particles at the center of dendrite branches increased in the interval of 100 to 400 h at 650 K, while in the Al-0.20wt.%Zr alloy, the particle radius remained constant in the same interval and temperature. The theoretical diffusional growth model and the quantification of the precipitation hardening mechanisms presented satisfactory results, when compared with the experimental results. The increase in particle radius during aging was greater in the Al-0.32wt.%Zr alloy than in the Al-0.20wt.%Zr because of the greater supersaturation in the former and because of the nucleation of particles with greater radius at the dendrite periphery of the later, what possibly caused solute migration, and hence, decreased the supersaturation at the center of dendrite branches.