Resistência Mecânica de Ligas Pb-Ag

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RESISTÊNCIA MECÂNICA DE LIGAS FUNDIDAS Pb-Ag PARA 
CONSTRUÇÃO DE BATERIAS ÁCIDO-CHUMBO 
Lucas R. Moreno2, Leandro C. Peixoto1, Wislei R. Osório2,1 
1 State University of Campinas, FEM - UNICAMP, Campinas, SP, Brazil 
 2 State University of Campinas, FCA - UNICAMP, Limeira, SP, Brazil 
Palavras-chave: Baterias Ácido-Chumbo – Microestrutura Dendrítica – Máxima Tensão de Ruptura – Sistema de Solidificação 
Polidirecional – Resistência Mecânica – Ligas Pb-Ag 1. Introdução 
Para o preparo, fez-se uso dos materiais Pb e Ag em seu estado puro e os 
procedimentos utilizados pelo aluno podem ser divididos nas etapas de corte, 
pesagem e preparação da liga em forno. 
No experimento, um molde permanente de aço com baixo teor de carbono foi utilizado 
para obter as microestruturas dendríticas. Esse tipo de dispositivo promove a retirada 
de calor não apenas pela base, mas igualmente por todas as regiões da liga que esta 
sendo fundida. Dessa forma, quanto a macroestrutura, ele promove o crescimento 
principalmente de grãos equiaxiais. Para a obtenção dos dois parâmetros escolhidos, 
resfriamento rápido e lento, os experimentos foram realizados aquecendo-se o molde 
e deixando-o em temperatura ambiente, permitindo assim as diferentes taxas de 
resfriamento. 
As amostras solidificadas foram seccionados, polidas e atacadas quimicamente com 
uma solução para revelar a macroestrutura (Fig. 1). As medidas dos parâmetros 
microestruturais foram realizadas em microscópio óptico (Neophot32) e software Leica 
Quantimet 500 MC. O método do triangulo foi utilizado para as medidas dos 
espaçamentos dendríticos. 
A partir dos lingotes obtidos pelo dispositivo de solidificação já apresentado, retirou-se 
corpos-de-prova para realização dos testes de tração. A figura 1 mostra uma 
representação esquemática dos corpos-de-prova retirados para os testes de tração. 
Tais corpos-de-prova foram preparados de acordo com as especificações da ASTM 
Standard E8M/04 e testado em um equipamento MTS Test Star II. A fim de garantir a 
confiabilidade dos resultados dos testes de tração, foram testados três corpos-de-
prova para cada uma das duas taxas de resfriamento. O elongamento e a máxima 
tensão de ruptura foram determinados para os corpos-de-prova oriundos de ambas as 
taxas de resfriamento. 
 50 mm 
 
 
 50 mm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Procedimento Experimental 
3. Resultados e Discussão 
4. Conclusão 
 
A reta mostrada na fig. 2, traçada utilizando os dados experimentais, pode incoporar 
modelos expressando o espaçamento interdendrítico como uma função das variáveis 
termicas de solidificação, permitindo expressar correlações entre as propriedades 
mecânicas com as condições de solidificação a serem estabelecidas. 
A microestrutura resultante correspondente as amostras submetidas as taxas de 
resfriamento lenta e rápida estão mostradas na fig.3. 
Foi concluído que um arranjo dendritico mais refinado apresenta um melhor 
comportamento mecânico que um arranjo mais grosseiro. Esse parâmetro evidencia 
que arranjos dendriticos refinados tendem a melhorar a resistência mecânica para a 
liga Pb-Ag, 1% em peso de Ag, principalmente pois o soluto segregado (prata) conduz 
à formação de misturas eutéticas na região interdendritica, que, juntamente com o 
contorno dendrítico constitui barreiras eficazes ao deslocamento e formação de 
discordâncias. 
Na figura 4 estão apresentadas as curvas de tensão-deformação resultantes dos 
testes de tração realizados. Os resultados quantitativos para o limite de resistência a 
tração e alongamento podem ser vistos na tabela 1. 
 
 
 
Fig. 1. Típica macroestrutura polidirecional equiaxial da liga Pb-Ag utilizada (a) e detail evidenciando a 
formação dos grãos equiaxiais (b). E esquema ilustrativo da localização dos corpos-de-prova para ensaio 
de tração (c). 
(i) Constatou-se que a solidificação da liga Pb-1%Ag utilizando-se um sistema de 
extração de calor polidirecional dá origem a grãos equiaxiais associados com uma 
morfologia microestrutural dendrítica, independente da velocidade de resfriamento. 
(ii) A maxima tensão de ruptura aumenta com a diminuição do espaçamento 
dendrítico para a liga Pb-Ag, 1% em peso de Ag, ficando na faixa de 10 MPa, para a 
liga resfriada lentamente, e de 18 MPa, para a liga resfriada rapidamente. Quanto ao 
alongamento específico, observam-se valores em torno de 49% para ambas taxas de 
resfriamento. 
(iii) A pré-programação das variáveis do processo de solidificação podem representar 
uma ótima alternativa para a produção de grades de baterias com melhores 
propriedades mecânicas, a partir de ligas fundidas Pb-Ag. 
Fig. 2. - Resultados experimentais dos espaçamentos interdendríticos em função da taxa de 
resfriamento para a liga. 
 
Fig. 4. Curvas experimentais de tensão-deformação para a liga Pb-1,0%Ag, obtidas de corpos-de-
prova retirados das amostras submetidas a lento (a) e rápido (b) resfriamento. 
Durante as duas últimas décadas, as grades de baterias vem sofrendo modificações em seu processo de fabricação, por parte de seus produtores, e nas 
composições químicas de suas ligas, visando a redução do peso final, dos custos de produção e o aumento do ciclo de vida útil e resistência mecânica e a 
corrosão .Foi relatado que ligas Pb-Ag podem ser alternativas interessantes para a produção de grades de bateria ácido-chumbo. Considerando a resistência das 
grades, é conhecido que elas são altamente dependentes do conteúdo das ligas. O efeito da microesturura na propriedade das ligas mecânicas foi destacado em 
vários estudos e particularmente, a influência dos espaçamentos dendríticos e celulares sobre as propriedades mecânicas, ou seja, máxima tensão de ruptura e 
limite de resistência. Embora os aspectos metalúrgicos e da microestrutura tenham grande destaque, é bem conhecido que as variáveis dos processos de 
solidificação exercem um papel de extrema importância. Portanto, as ligas constituintes dos componentes das baterias chumbo-ácido apresentam características 
mecânicas que dependem de aspectos descritos na macroestrutura e na microestrutura resultantes e o processo de solidificação e as características do material a 
ser solidificado interferem, diretamente, na formação dessa estrutura, determinando as propriedades do produto final. 
	
  5mm	
   5mm 
50mm 
a) 
b) 
c) 
Tabela 1. Valores de limite de resistência à tração e alongamento específico em função do 
resfriamento para as liga Pb-1,0%Ag. 
b) a) 
3 Fig. 3. Imagens obtidas durante análise microscópica de amostras da liga Pb-Ag, 1% em peso de Ag, que foram 
submetidas a diferentes taxas de resfriamento. (a) resfriamento lento (b) resfriamento rápido. 
a) 
b)