Efeito quantitativo dos parâmetros de fluxo de calor na evolução estrutural da liga Al3Cu5Nb solidificada horizontalmente

Hugo André Magalhães de Azevedo

Engenheiro de Materiais pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Belém. Mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade Federa do Pará - UFPA. Endereço: Avenida Celso Malcher, 550. Terra Firme. CEP.: 66.077-000. Belém/PA. E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo..

Evaldo da Cruz Hoffmann

Graduando do Curso de Engenharia de Materiais no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Belém.

Bruno Yuji Goto Feio

Graduando do Curso de Engenharia de Materiais no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Belém.

Otavio Fernandes Lima da Rocha

Professor/Pesquisador do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Belém. Doutor em Engenharia Mecânica pela UNICAMP/São Paulo/Brasil.

RESUMO

Ligas fundidas Al-xCu (x=3 a 5%) são muito utilizadas nas indústrias automobilísticas por apresentarem elevada resistência mecânica (RM). A adição de elementos de ligas de alto ponto de fusão, tal como o nióbio, permitem-nas o alcance de RM em altas temperaturas. Sabe-se que o correto controle das estruturas brutas de fundição permite projetar melhor essas propriedades.  Nesse sentido, visando estudar os efeitos de parâmetros térmicos de solidificação (PTS), tais como a velocidade da isoterma liquidus e taxa de resfriamento (V_L e T_R) na evolução estrutural de uma liga Al-3Cu-5Nb (%), experimentos de solidificação horizontal e um sistema de registros térmicos foram usados. O lingote solidificado foi caracterizado para revelação da escala estrutural, a qual foi avaliada pela morfologia dos grãos e pelos espaçamentos dendríticos primários (l₁). Os resultados mostraram a ocorrência de uma transição de grãos colunares para equiaxiais (TCE) em uma posição no lingote próxima à superfície de transferência de calor (STC). A dependência de l₁ com V_L e T_R foi estabelecida por meio de expressões matemáticas dadas pelas fórmulas gerais l₁=Cte.(V_L)^-1,1 e l₁=Cte.(T_R)^-0,55, cujos os expoentes -1,1 e -0,55 foram concordantes com a literatura.

Palavras-Chave: Solidificação horizontal. Estruturas de solidificação. Ligas Al-Cu-Nb.

ABSTRACT

Cast Al-xCu alloys (x=1 to 5wt.%) are widely used in the automotive industries because they have high mechanical resistance (MR). The addition of alloying elements with high melting point, such as niobium, allows them to achieve MR at high temperatures. It is known that the correct control of as-cast structures allows these properties to be better designed. In this sense, aiming to study the effects of solidification thermal parameters, such as growth and cooling rates (VL and TR) on the structural evolution of an Al-3Cu-5Nb alloy (wt.%), horizontal solidification experiments and a thermal recording system were used. The solidified ingot was characterized to reveal the structural scale, which was evaluated by the morphology of the grains, and by the primary dendritic spacings (l₁). The results showed the occurrence of a transition from columnar to equiaxed grains (CET) at a position in the ingot close to the heat transfer surface (HTS). The dependence of l₁ on V_L and T_R was established through mathematical expressions given by the general formulas l₁=Cte.(V_L)^-1.1 and l₁=Cte.(T_R)^-0.55, whose exponents were in agreement with the literature.

Key Words: Horizontal solidification. Solidification structures. Al-Cu-Nb alloys.

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