Endurecimento de grão via hall patch

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Instituto de Ciência e Tecnologia - ICT 
 
 
 
 
 
Metalurgia Física 
Endurecimento por refino de grão – equação de Hall-Petch 
Processamento termomecânico da liga de alumínio 5083 solidificada 
rapidamente 
 
 
 
 
Arthur Tafuri Fernandes 76196 
Giovanna Gianelli 92237 
 Jaqueline Medeiros 78623 
Thamires Carvalho Torres 102233 
Thamyres Rollemberg A. Arabi 93431 
 
 
 
Prof° Katia Regina Cardoso 
 
 
 
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 
11 DE ABRIL DE 2018 
 
1. Introdução 
1.1. Solidificação rápida 
Com o avanço nas pesquisas, novas técnicas de processamento vem sendo aplicadas 
em ligas Al-Mg para aumentar a resistência mecânica através do refino de grão. O refino de 
grão é obtido através de processos que envolvem deformação plástica severa, como a 
solidificação rápida seguida por técnicas convencionais de consolidação como sinterização ou 
extrusão a quente. 
Para os sólidos os átomos podem estar distribuídos no espaço de três maneiras 
diferentes: periodicamente arranjados, quase periodicamente arranjados e arranjados 
aleatoriamente que representa o estado amorfo. [1]. 
A criação de uma estrutura amorfa partindo de um líquido, está relacionada com a 
taxa de resfriamento. A menor taxa de resfriamento necessária é chamada de taxa crítica de 
resfriamento (Rc) e varia de acordo com o material. Nos processos de solidificação a taxa 
crítica de resfriamento é a menor taxa para que a cristalização seja evitada e o líquido 
permaneça num estado super-resfriado até chegar a uma viscosidade elevada o suficiente para 
que nenhuma força externa seja capaz de fazê- lo fluir em tempos de observação usuais.Nesse 
ponto o material é como um sólido amorfo. [1] 
Durante a década de 60, o método de preparação de ligas amorfas por resfriamento 
rápido do metal fundido foi descoberto. O método consiste em solidificar a liga a uma taxa 
suficientemente alta, onde a fase estável a alta temperatura será totalmente ou parcialmente 
transformada numa fase de não equilíbrio. As ligas metálicas amorfas que são produzidas via 
solidificação rápida partindo do metal líquido, possuem uma estrutura amorfa 
desordenada.[1] 
A figura 1 mostra os resultados microestruturais da solidificação rápida: 
 
 
Figura 1: ​ Fluxograma do processo de solidificação rápida mostrando a formação das várias 
microestruturas com o aumento do super-resfriamento. [2] 
 
A solidificação rápida pode levar o fundido solidificar em vários estados 
metaestáveis como: substancial aumento da solubilidade no estado sólido de um ou mais 
metas em outro, refino de grão extremo em metais e ligas, redução da microsegregação em 
ligas. formação de novas fases cristalinas metaestáveis, retenção da liga fundida, em 
condições de líquido super-resfriado ou vítreo (formação do metal vítreo ou amorfo).[2] 
 
1.1.1. Técnicas de solidificação rápida 
Existem duas maneiras de se atingir a solidificação rápida [2]: 
1) Alta taxa de resfriamento durante a solidificação – Resulta em uma alta velocidade de 
solidificação. As técnicas que utilizam esse princípio são [2]: 
a) Atomização: esta técnica consiste em vazar o metal fundido contra uma corrente gasosa ou 
líquida, que com o choque térmico e/ou mecânico, o metal fundido é dividido em partículas 
pequenas que serão resfriadas rapidamente. Através dessa técnica, as taxas de resfriamento da 
 
ordem de 10 K/s a 10 K/s podem ser obtidas e produzindo pós de alta qualidade para 2 7 
aplicação em metalurgia do pó com dimensões típicas de 10-100µm de diâmetro.[2] 
b) Fusão Superficial: esta técnica consiste em fundir somente uma parte da superfície do 
corpo metálico (10 a 1000µm de profundidade) através de fontes de alta concentração de 
energia.. Nesta técnica, a massa sólida do corpo funciona como substrato permitindo que a 
extração de calor da fina camada fundida seja rápida. A técnica pode chegar a taxas de 
resfriamento da ordem de 10 K/s.[2] 9 
c) Resfriamento em Coquilha: esta técnica consiste em fundir o metal, em uma atmosfera 
protetora, seguido do resfriamento rápido sobre um substrato metálico. 
2)Altos níveis de super-resfriamento antes da solidificação – Através da minimização ou 
eliminação dos fatores que induzem nucleação heterogênea, a nucleação tenderá a ocorrer em 
temperaturas cada vez mais baixas, o que significa aumento do super-resfriamento. As 
técnicas que utilizam esse princípio (figura 2) são:[2] 
 
Figura 2:​ Ilustração de algumas técnicas que apresentam o princípio da minimização ou eliminação dos sítios 
catalíticos de nucleação heterogênea.[2] 
 
a) Técnica de Dispersão de Gotas (Substrato) - Esta técnica consiste na adição de pequenas 
gotas do líquido na superfície de um substrato vítreo, aquecido e inerte. Se as gotas forem 
 
pequenas (10 a 100µm de diâmetro), não irão se contaminar durante a produção e não 
interagem com o substrato, obtendo super-resfriamentos significativos.[2] 
b) Técnica de Emulsificação- Esta técnica baseia-se no princípio de que em uma quantidade 
de metal líquido existe um número limitado de heterogeneidades, e caso seja dividido em 
pequenas partes (20 - 150µm de diâmetro) e for superior ao das heterogeneidades, terá uma 
parte isenta de agentes nucleantes em potencial. Assim essas partes que chamaremos de 
“gotas” irão super-resfriar bastante. Nesta técnica, a dispersão das gotas é realizada através da 
emulsão da mistura do fundido com um fluido condutor através de um mecanismo de que 
possui uma alta velocidade de cisalhamento.[2] 
c) Técnica de Fusão em Presença de Fluxo -Esta técnica consiste em fundir o metal enquanto 
ele é coberto por um fluxo que o isola do contato das paredes do cadinho e da atmosfera, 
absorvendo as impurezas ou mudando sua estrutura para torná-las menos ativas, evitando 
com isso sítios que favorecem a nucleação heterogênea [2] 
d) Técnica de Microgravidade - Esta técnica consiste não só na solidificação, mas também na 
fusão sendo realizada sem o uso de “containers” numa condição de microgravidade. A 
amostra de metal fundido é resfriada em levitação por longo tempo, sendo restrita à amostras 
pequenas.[2] 
e) Técnica da Levitação - Esta técnica consiste no aquecimento de gotas metálicas ao serem 
levitadas por forças eletromagnéticas. O resfriamento da amostra fundida é realizado pelo 
ajuste da força de levitação e na potência admitida na amostra.[2] 
f) Técnica de Queda Livre - Nesta técnica o metal é fundido em um cadinho e com a 
aplicação de pressão é disperso em pequenas gotas. As gotas dispersas solidificam-se em 
queda livre ao longo de uma torre, isto é, solidificam-se sem interferência da parede do 
cadinho. A torre é geralmente evacuada e preenchida com gás hélio para evitar oxidação do 
metal ou liga e também otimizar a troca de calor. [2] 
1.1.2 Melt-spinning 
A explicação simplificada do melt-spinning é que os grânulos são fundidos e depois 
extrudados através da cabeça rotativa. A bomba de dosagem controla o fluxo de líquido 
fundido que vai para a cabeça de rotação, onde ocorre a filtração antes da extrusão para 
garantir que qualquer tipo de não fundido seja removido, de modoque eles não formem 
partes da fibra, o que causaria pontos fracos. O ar de resfriamento resfria as fibras à medida 
que elas emergem. A velocidade de enrolamento é um elemento crítico para o alinhamento da 
fibra, o qual influenciará a resistência da fibra resultante. [3] 
 
 
Figura 3: ​Melt-spinning [3] 
O melt-spinning possui vários benefícios, como:[3] 
● Rentabilidade - Em fornecedores maiores, o material é enviado diretamente 
para a extrusora, removendo as etapas de produção de grânulos e derretimento. 
● Como não é utilizado solvente, não é necessário lavar. 
● Possui alta velocidade, fazendo ao redor de 8000m / minuto. [3] 
1.2. Processos de Consolidação 
1.2.1 Extrusão 
A extrusão é um processo de consolidação de metais que consiste em passar um tarugo ou 
um lingote (de secção circular), localizado dentro de um recipiente, pela abertura no meio de 
uma ferramenta que está localizada na extremidade do recipiente, através compressão de um 
pistão acionado pneumática ou hidraulicamente. Os produtos da extrusão são perfis e tubos e 
barras de secção circular . [4] 
 
 
Figura 4: ​Ilustração do processo de extrusão direta [4] 
A passagem do tarugo através da ferramenta, provoca a deformação plástica, porém 
sem ocorrer encruamento, pois o processo ocorre a uma temperatura de trabalho acima da 
temperatura de recristalização do metal. Normalmente, no processo de extrusão o trabalho 
acontece a quente e procura obter perfis metálicos com propriedades mecânicas controladas e 
de comprimento limitado pelo volume do lingote inicial. Como a estrutura metálica do 
produto da extrusão se encontra na condição recristalizada, é possível aplicar ao metal 
extrudado intensos trabalhos de deformação a frio adicionais como os de trefilação. [4] 
1.2.2. Prensagem 
A prensagem é um processo de consolidação baseado na compactação de um pó 
granulado contido no interior de uma matriz rígida ou de um molde flexível, através da 
aplicação de pressão. O processo é realizado em três etapas: (1) preenchimento da cavidade 
do molde, (2)compactação da massa e (3) extração da peça.[5] 
A prensagem pode ser realizada de dois modos: a prensagem uniaxial e a prensagem 
isostática. Na primeira, a compactação do pó se realiza em uma matriz rígida, por aplicação 
de pressão na direção axial, através de punções rígidos. É utilizada para peças que não 
apresentam relevo superficial na direção de prensagem. Para conseguir peças de grande 
espessura e geometria complexa, com uniformidade de compactação, a prensagem deve ser 
feita nos dois sentidos ou em um molde complexo com múltiplos punções. [5] 
 
Figura 5: ​Prensagem uniaxial. [5] 
 
Na prensagem isostática, a compactação do pó se dá no interior de um molde flexível, 
onde um fluido pressurizado atua. Este procedimento fornece uma distribuição homogênea da 
pressão sobre a superfície do molde. É empregado na fabricação de peças de formas 
complexas, que apresentam relevos em duas ou mais direções, ou em peças onde uma das 
dimensões é muito maior que as demais, como no caso de tubos e barras. [5] 
 
 
 
 
 
 
 
1.3. Ligas de Alumínio 
 
1.3.1 Propriedades e Aplicações 
Em geral, as propriedades das ligas de alumínio incluem baixa densidade (⅓ da do 
aço), boa condutividade térmica e elétrica, grande ductilidade, facilidade de processamentos 
em geral, baixo custo e boa resistência a corrosão (passivação). [6] 
O alumínio possui diversas aplicações devido a suas diferentes propriedades, podendo 
ser usado em construção civil, arquitetura, embalagens, aeronáutica, condutores elétricos, 
utensílios de cozinha, ferramentas e indústrias automotiva, ferroviária e naval. [6] 
 
1.3.2 Classificação 
Pelo sistema de classificação da Aluminium Association (AA), as ligas de alumínio 
são classificadas em numeração com quatro dígitos, cada dígito corresponde a uma 
propriedade da liga, sendo o primeiro número corresponde aos elementos de liga, o segundo é 
para controle de impurezas e os dois últimos para identificação das diferentes ligas no 
grupo(No grupo de ligas 1XXX os dois últimos dígitos correspondem a pureza do Al). 
Os elementos de liga raramente ultrapassam 15% da liga, esses elementos beneficiam 
as propriedades da liga, algumas dessas alterações de propriedades incluem, aumento de de 
resistência por solução sólida (Mg, Fe e Mn), Aumento de usinabilidade (Cu), aumento de 
resistência a corrosão (Si), aumento de fluidez e fundição (Mn, Si). [6] 
 
 
Classificação Composição 
1XXX Al (>99%) 
2XXX Al-Cu e Al-Cu-Li 
3XXX Al-Mn 
4XXX Al-Si e Al-Si-Mg 
5XXX Al-Mg 
6XXX Al-Mg-Si 
7XXX Al-Mg-Zn 
8XXX Al-(Li, Sn, Zr ou B) 
Tabela 1​ - Ligas de Al. [6] 
 
 
 
 
 
1.3.3 Tratamentos Térmicos 
Os tratamentos térmicos mais empregados nas ligas de alumínio são o recozimento, 
endurecimento por deformação plástica a frio (Encruamento) e endurecimento por 
precipitação e envelhecimento em algumas ligas. [6] 
O recozimento é um processo utilizado para a homogeneização da liga de Al, e 
consiste no aquecimento da liga em temperaturas de 200-300 graus em períodos de tempo 
para a recristalização do material, com o objetivo de diminuir as segregações entre os 
contornos de grão, normalizando o material e diminuindo sua dureza, podendo ser feito o 
controle de tamanho de grão, resistência mecânica e estampabilidade do material. [6] 
A solubilização consiste em aquecer o material até temperaturas acima da linha 
solvus​, o Material permanece nessa temperatura até o soluto ser completamente dissolvido, 
formando uma solução sólida supersaturada, esse processo não é capaz de endurecer todas as 
ligas de alumínio pois não são todas as ligas que formam soluto. O tempo de solubilização 
depende da composição da liga, tamanho da peça e estrutura do grão cristalino. Após o 
solubilização da liga, é possível aplicar o processo de têmpera, que consiste no resfriamento 
brusco até a temperatura ambiente para obter a estrutura martensítica e aumentar a dureza do 
material retardando a formação de precipitados. [6] 
O processo de envelhecimento das ligas podem ser feitos artificialmente ou podem 
ocorrer naturalmente, é feito após a solubilização, com objetivo de precipitar partículas a 
partir da solução supersaturada, o envelhecimento natural ocorre em temperatura ambiente 
em longos períodos de tempo, e a artificial pode ser feito em temperaturas mais elevadas e em 
períodos de tempo menores, atingindo maiores picos de dureza. [6] 
 
Imagem 6​ - Tratamento Térmico.[6] 
 
 
Figura 7​ - Efeito da recozimento no contorno de grão[6] 
 
 
1.3.4 Ligas Tratáveis e não-Tratáveis 
Considerando-se os tratamentos térmicos das ligas de alumínio, pode-se diferenciar as 
ligas termicamente tratáveis (séries 2XXX, 6XXX, 7XXX e a maioria da série 8XXX), as 
que podem endurecer por meio de tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, 
daquelas cujo aumento de dureza só pode ser obtido mediante trabalho mecânico e 
conseqüentemente encruamento (séries 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX). Isso ocorre por que 
as ligas tratáveis termicamente formam precipitado na matriz, já as não tratadastermicamente 
possuem elementos de liga com alta solubilidade no alumínio, e tem dificuldade em formar 
precipitados ou solução supersaturada, e podem ser tratadas por solubilização ou 
encruamento (a presença de elementos de liga com boa solubilidade no alumínio em grandes 
quantidades podem tornar a liga tratável). [6] 
 
Tabela 2 ​ - Ligas Tratáveis e não tratáveis termicamente.[6] 
 
 
 
 
 
1.3.5 A Liga 5xxx e AA5083 
O principal elemento presente nessa liga é o magnésio. 
A série 5xxx faz parte das ligas trabalhadas, além de não tratadas termicamente. Seu 
aumento de dureza pode se dar por trabalho mecânico (encruamento) ou solução sólida. A 
presença do magnésio permite a essas ligas manterem um elevado nível de ductilidade, assim 
como excelente resistência à corrosão.​ ​[6] 
Embora as ligas desta série sejam classificadas como não endurecidas por precipitação 
(ou não tratáveis termicamente), a liga 5083 apresenta um teor de magnésio superior ao da 
solubilidade, ocorrendo assim, em temperaturas elevadas ou condições favoráveis, a 
precipitação das fases Al3Mg2, Al3Mg5 ou Al8Mg5 nos contornos de grão. Isso acarreta 
problemas na susceptibilidade à corrosão nos contornos de grão e/ou diminuição da 
resistência à corrosão. Por conta desse problema, desenvolveu-se uma têmpera chamada 
H116, que tende a eliminar ou minimizar essa instabilidade, permitindo, portanto que as 
melhores características e propriedades mecânicas que a liga possui sejam aproveitadas. Com 
isso, ela tornou-se muito usada em aplicações que se deseja resistência mecânica superior ao 
do alumínio puro (1xxx). [7] 
Outras têmperas comuns são ​0 - Liga Forjada Recozida, H111 - Alguns trabalham o 
endurecimento por processos de moldagem, mas menos do que o necessário para temperagem 
H11 e H32 - Trabalho endurecido e estabilizado com um quarto de têmpera. [8] 
Para fabricação de soldas com a liga 5083 a si próprio ou a outra liga do mesmo 
subgrupo, recomenda-se como metal de adição o 5183. Outras cargas adequadas são 5356 e 
5556. O alumínio 5083 mantém uma resistência excepcional após a soldagem. Tem a maior 
resistência das ligas não tratáveis ​​pelo calor, mas não é recomendado para uso em 
temperaturas acima de 65 ° C. Seu fornecimento se dá, geralmente, como um produto 
laminado plano em forma de chapa e folha. [8] 
A liga de alumínio 5083 possui uma excelente usinagem e estabilidade, com uma 
dureza entre 75 e 95HB, variando conforme sua espessura, sendo muito utilizado em 
pequenas produções. Possui ainda alta conformabilidade e boa soldabilidade, além disso, uma 
interessante resistência, sobretudo na atmosfera marinha. São amplamente utilizados no 
segmento naval e em ambientes químicos industriais. [9] 
A seguir, tem-se algumas propriedades físicas e mecânicas [12], [8]: 
- Ponto de fusão: 570°C; 
- Módulo de Elasticidade: 72 GPa; 
- Resistividade Elétrica: 0.058x10​-6​ Ω.m; 
- Condutividade Térmica: 121 W/m.K; 
- Expansão Térmica: 25x10​-6​ /K; 
- Densidade: 2,66 g/cm​3​; 
- Coeficiente de Dilatação Térmica: 23,3 k​1​ - 10 6; 
- Capacidade Térmica Específica: 900; 
- Limite de Escoamento: 110 - 130 MPa; 
- Peso específico: 2,80 g /cm​3​. 
 
 
Na tabela a seguir, tem-se os valores de Resistência à Tração [MPa], Limite de 
Elasticidade [MPa], Alongamento (%) e Tamanho de Grão (d). 
 
Tabela 3 - Propriedades Mecânicas e Tamanho de Grão para a liga AA5083 
Liga Resistência à 
Tração [MPa] 
Tensão de 
Escoamento 
[MPa] 
Alongamento 
(%) 
Tamanho de 
Grão (d) 
AA5083 346 270 19,7 106.87±70.5μm 
Fonte: Journal of KONES Powertrain and Transport [10] 
 
Além dos segmentos já citadas, pode-se mencionar ainda sua utilização em trens, 
corpos de veículos (lataria), corpos de caminhão basculante, escape e jaulas de minas, 
embarcações de pressão. [8] 
 
1.4. Equação de Hall-Petch 
 
σ​y​=σ​o​+kd-½ 
 
σ​y​= tensão de escoamento. 
σ​o​= tensão de fricção relacionada a um grão individual. 
d​= tamanho de grão. 
k​= fator de intensidade de tensão relacionado a dificuldade de transferir o 
deslizamento de um grão para outro e para a nucleação de múltiplos sistemas de deslizamento 
no interior dos grãos. 
 
Em metais policristalinos há grande influência do tamanho de grãos nas propriedades 
mecânicas. Durante a deformação plástica, o escorregamento ou movimento das 
discordâncias ocorre através do contorno comum que grãos adjacentes possuem, com 
orientações cristalográficas diferentes. O contorno de grão atua como uma barreira ao 
movimento das discordâncias, pois em grãos que possuem orientações diferentes, é mais 
difícil a movimentação da discordância, já que ela terá que mudar a direção do seu 
movimento. Em região de contorno de grãos, por conta da alta falta de ordenação atômica, 
resulta também em descontinuidade de planos de escorregamento de um grão para outro. 
Em contornos de grão de alto ângulo, as discordâncias tendem a se “acumular” (ou se 
empilhar) nos contornos. Por conta desse acúmulo há concentrações de tensões á frente dos 
planos de escorregamento, gerando novas discordâncias em grãos adjacentes. 
Por conter área total maior de contornos de grão para impedir o movimento das 
discordâncias, um material com granulação fina é mais duro e mais resistente do que um 
material que possui granulação grosseira. 
Para muitos materiais, a tensão limite de escoamento σ​y ​varia de acordo com o 
tamanho de grão d, conforme a equação de Hall-Petch. Teoricamente, como d é denominador 
 
do fator de intensidade de tensão k, quanto menor o tamanho do grão, maior será a tensão de 
escoamento do material, porém a partir de determinado tamanho de grão a diminuição do 
grão leva a outro mecanismo de deformação no qual predomina o escorregamento dos grãos, 
diminuindo a tensão de escoamento e aumentando a ductilidade do metal. 
2. Objetivo 
Estudar a influência da solidificação rápida, melt sppinning e tratamentos térmicos no 
contorno de grão, resistência à tração, tensão de escoamento e alongamento da liga Al-Mg 
(AA5083) através da equação de Hall-Petch 
3. Métodos 
Por meio da técnica melt-spinning, solidificou-se uma amostra de liga comercial 
AA5083 com composição dada na Tabela 3. Moldou-se a liga fundida em roda de cobre, 
rotacionando-se com velocidade circunferencial de 20 m/s. Cortou-se em pequenos pedaços 
fitas com dimensões de 50 µm de espessura e 2 a 3 mm de largura. Essas fitas haviam sido 
compactadas previamente a frio, sob pressão de 200 Mpa, para produzir tarugos cilíndricos, 
que foram desgaseificados e extrusados a quente a 400°C. Sua taxa de redução de seção 
transversal era de λ = 25. Obteve-se, assim, hastes de 8 mm de diâmetro. 
O material sofreu alguns processos adicionais, incluindo várias combinações de 
tratamento termomecânico consistindo em laminação a frio seguida de recozimento 
isotérmico. Procedimentos de um ciclo e dois ciclos foram aplicados com a deformação total, 
deformação está sendo ​ε​=0,7 e ​ε=1,4, respectivamente, e após cada uma das etapas de 
deformação, realizou-se o recozimento isotérmico a 300°C por 3h. Além da amostra, 
estudou-se tambéma liga totalmente recristalizada. 
Tem-se, a seguir, uma figura com a sequência dos procedimentos termomecânicos 
aplicados nas amostras. 
 
 
Figura 8 - Procedimentos Termomecânicos, sendo ​extrusão seguida de recozimento a 500◦C por 3h (esquema 
 
superior), extrusão seguida por procedimento de 1 etapa de deformação e recozimento (esquema central), 
extrusão seguida por procedimento de 2 etapas de deformação e recozimento (esquema inferior). [11] 
 
Investigou-se a estrutura com um microscópio eletrônico de transmissão (MET) 
devido ao tamanho submicrométricos dos grãos. Através do desgaste mecânico até atingir a 
grossura de aproximadamente 50um seguido de um desgaste eletroquímico por meio de um 
sistema de jatos duplos e procedimentos Struers padrões, obteve-se folhas de prata 
transparentes a elétrons e adequadas para observação no MET. 
Observações estruturais foram realizadas, a partir de um escâner Hitachi SU-70, um 
microscópio equipado com escaneamento de elétrons. 
A partir de 10 imagens de MEV, determinou-se uma média do diâmetro do tamanho 
de grão. 
Realizou-se testes mecânicos em temperatura ambiente, com velocidade cruzada 
constante correspondente a uma taxa de deformação de 10​-2​ s​-1​. 
Por fim, com base nos resultados obtidos, determinou-se a resistência à tração 
(σUTS), o limite de elasticidade (σ0,2) e o alongamento à ruptura (εf). 
 
Tabela 4 - Composição Química da liga AA5083 (% peso) 
Mg Mn Si Zn Fe Cr Ti Al 
4.00-4.90 0.40-0.10 max. 
0.40 
max. 
0.25 
max. 
0.40 
max. 
0.25 
max. 
0.15 
equilibrado 
Fonte: Archives of Metallurgy and Materials [11] 
4. Resultados e Discussão 
 
Na figura 9 estão as características de tensão-deformação para todos os materiais 
testados. O fluxo serrilhado do material é um fenômeno característico para ligas de alumínio 
ricas em Mg. Já na tabela 5 são apresentados os valores da tensão de escoamento σ ​y​, 
resistência à tração e alongamento até a falha. 
 
Tabela 5: Propriedades mecânicas e tamanho de grão médio correspondente à liga AA5083 
submetida a diferentes rotas de processamento. 
Rota de 
preparação 
Resistência à 
tração (MPa) 
Tensão de 
escoamento 
(MPa) 
Alongamento 
(%) 
Tamanho 
de grão (d) 
Extrusão + 
recozimento 
500°C 
325 130 23 100​μm 
 
Extrusão 430 320 20 710nm 
1 etapa 450 373 15,5 360nm 
2 etapas 459 419 12 270nm 
 
 
Figura 9​: Curva tensão-deformação da liga AA5083 extrudada e após 
tratamento termo-mecânico. 
 
Materiais processados por uma e duas etapas do processo termo-mecânico exibem 
muito mais propriedades mecânicas, o que resulta em diminuição simultânea da plasticidade. 
Já as amostras recozidas a 500°C mostram perda substancial das propriedades mecânicas. 
O limite de elasticidade a 0,2% da liga AA5083 exibe dependência de tamanho de 
grão de acordo com a relação de Hall-Petch, como mostrado na figura 10. 
A equação de Hall-Petch é expressa com σ​y​=119,15+4962,7d​-1/2​, em que 
σ​o​=119,15MPa e K=4962,7nm​1/2​. 
 
 
Figura 10​: Dependência do limite de escoamento em relação ao tamanho do grão na liga AA5083. 
 
Discussão 
 
Sabe-se que a técnica do resfriamento rápido nas ligas de alumínio promove efeitos 
positivos nas propriedades mecânicas. Em relação ao material 5083 RS no estado fundido, a 
liga aumenta em 45% a tensão de escoamento e 25% de aumento na tensão de resistência, 
sem perda significante da plasticidade como resultado do refinamento do tamanho de grão 
médio de 15 um para 710 nm. 
Discussão sobre as Figuras 11 e 12: ​Sabe-se que materiais de grãos ultra refinados são 
sensíveis a recristalização e crescimento de grãos a altas temperaturas. Neste trabalho, se 
observa a recristalização, porém há uma estabilidade do material resistindo a um crescimento 
de grãos em altas temperaturas; esse fenômeno é conhecido como estabilidade térmica e é 
atribuído a presença de precipitados ultra finos que “seguram” os contornos de grão evitando 
sua mobilidade promovendo o crescimento de grãos. Tais precipitados finos são formados de 
Fe, Mn e Cr. Estudos da liga RS mostraram que há transformações nos contornos de grãos a 
temperaturas de 450ºC. 
 
 
 
Discussão sobre a Figura 13 e gráfico da Figura 9 (apresentado no trabalho): ​A liga 
5083 sob tratamento termomecânico tem seu tamanho de grão reduzido de 50 para 6 microns 
após laminação e recozimento, isso já é bem conhecido. Também já foi provado que o 
refinamento de grãos pode ser obtido por resfriamento rápido na solidificação combinado 
com processo de extrusão a quente. 
 
Figura 13: Estrutura da liga 5083RS submetida a diferentes rotas de processamentos: a) após a 
extrusão a 400 ° C, b) após a extrusão e uma etapa de tratamento térmico, c) após extrusão e procedimento em 
duas etapas de tratamento térmico, d) após extrusão e recozimento a 500◦C 
 
Aplicando-se dois tratamentos termomecânicos consecutivos, teremos ainda mais 
refinamento de grãos, podendo chegar a 270 nm. Isso reflete em aumentos significativos na 
tensão de escoamento e resistência sem prejuízo à plasticidade (alongamento em tração). 
 
Discussão de acordo com a Tabela 5 e gráfico da Figura 10: ​Os ensaios de tração com 
determinação da tensão de escoamento com 0,2% de deformação e as medidas de tamanho de 
grãos das respectivas amostras mostraram correspondência com o modelo de Hall-Petch onde 
a ​σ ​0,2% é 119,15MPa e k foi 4962,7nm​1/2​. 
5. Conclusão 
O processo de solidificação rápida combinado com a extrusão da liga 5083 resulta em 
melhorias nas propriedades mecânicas significativas, aumentando as tensões de escoamento e 
resistência sem reduzir a plasticidade (alongamento em tração). 
Foi provado que a tensão de escoamento aumentou de 320 para 419MPa porém houve 
uma diminuição da ductilidade (alongamento em tração) de 20 para 12%. 
Observou-se uma boa estabilidade térmica do material 5083RS atribuído à presença 
de partículas finas com menos de 100 nm de diâmetro que impediram o crescimento de grãos 
a elevadas temperaturas. 
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