Cap. 15b - TT ligas Mg

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LIGAS DE MAGNÉSIO
TRATAMENTOS 
TÉRMICOS
CAPÍTULO 15b
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Introdução
Baixa massa específica e relação resistência mecânica/peso;
Baixo ponto de fusão, aproximadamente 650°C;
Estrutura hexagonal compacta;
Absorção a vibrações elásticas;
Metal versátil: boa usinabilidade e pode ser forjado, extrudado, laminado e fundido;
Boas condutibilidades elétrica e térmica;
Não-magnético e não-tóxico;
Boa resistência à corrosão em atmosferas pouco agressivas, mas é susceptível à corrosão em meios marinhos; 
Aplicações estruturais em componentes automotivos ou aeronáuticos; 
Outras aplicações em artigos esportivos, computadores “lap tops”, celulares e indústria bélica; 
Sexto elemento mais abundante na crosta terrestre e terceiro elemento mais eficientemente dissolvido em água marinha.
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Magnésio X Alumínio
Resistência similar ao alumínio em volume: peças feitas de alumínio tem aproximadamente 50% mais peso;
Estágio de desenvolvimento comparado ao alumínio na década de 60; 
Com a demanda crescente espera-se um aumento na produção e menores custos; 
Produto com reduzido nível de segregação e uma excelente microestrutura bruta de solidificação.
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Aplicações na indústria automobilística
A substituição permite benefícios de menor uso de combustíveis, suspensões mais leves e menores tanques de combustível na indústria automobilística.
Solicitações em blocos de motor:
Tração estática - tração a quente em juntas roscadas; 
Fluência na plataforma de combustão;
Fadiga com baixa freqüência de ciclos, tensões induzidas por ação térmica;
Corrosão no contato com os meios de refrigeração.
Liga AMC SC1, com certo teor de terras raras, resistência à fluência. 
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Ligas de Magnésio
Sistema de classificação da ASTM 
Primeira parte: dois principais elementos de liga; 
Segunda parte: 2 números (percentual de cada principal elemento de liga); 
Terceira parte: distingue ligas com o mesmo teor de elementos de liga;
Quarta parte: indica condição do tratamento térmico ou mecânico 
Exemplo: liga AZ91A-T6;
No sistema de numeração unificado (UNS), M10001 até M19999.
A: Alumínio
B: Bismuto
C: Cobre
D: Cádmio
E: Terras raras
F: Ferro
G: Magnésio
H: Tório
K: Zircônio
L: Lítio
A: primeira liga registrada na ASTM
B: segunda liga registrada na ASTM
C: terceira liga registrada na ASTM
D: liga de alta pureza
E: liga de alta resistência à corrosão
X1: liga não registrada na ASTM 
M: Manganês
N: Níquel
P: Chumbo
Q: Prata
R: Cromo
S: Silício
T: Estanho
W: Tungstênio
Y: Antimônio
Z: Zinco
F: não tratado
O: recozido
H10 e H11: levemente encruado
H23, H24 e H26: encruado e parcialmente recozido
T4: tratamento térmico de solubilização
T5: envelhecido artificialmente
T6: tratamento térmico de solubilização e envelhecido artificialmente
T8: tratamento térmico de solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente 
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Principais ligas
	Podem ser divididas em dois grupos:
usam Al e Mn como elementos de liga (AM 50 e AM60) ou ainda Al e Zn (AZ91). Têm propriedades mecânicas e de resistência à corrosão já estabelecidas;
usam elementos raros, como elementos de liga (Nd, Gd, Y e Pd), que mostram excelente resistência à fluência e alta resistência em altas temperaturas.
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Tratamento térmico
Risco de incêndio devido a superaquecimento – o forno deve ter sistema de desligamento automático.
Uso de trifluoreto de boro por uma pequena abertura do forno;
Acima de 400ºC a superfície oxida. 
O uso de dióxido de enxofre, gás carbônico ou outros inibidores é aconselhável. 
Para algumas ligas, como a ZE63A, o tratamento térmico deve ser feito em atmosfera de hidrogênio.
Após o tratamento, caso a superfície apresente fusão eutética ou oxidação a alta temperatura, não é possível corrigir com um novo tratamento térmico.
A têmpera após solubilização deve ser rápida, em ar ou água. 	 
Para tratamento de envelhecimento de ligas de magnésio usa-se ar refrigerado. 
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Efeito de Elementos de Liga
Tratamento de solubilização: aumenta a tenacidade e a resistência ao impacto.
Envelhecimento artificial: aumenta a resistência mecânica por precipitação e pode diminuir a tenacidade. 
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Efeito de Elementos de Liga
Efeito de alguns elementos na microestrutura da liga: 
Alumínio: na liga eutética forma um composto Mg17Al12. Para componentes fundidos há duas formas possíveis, dependendo da quantidade de zinco. 
Sem zinco, forma um componente denso, com ilhas de magnésio e alumínio em solução sólida. Com zinco forma partículas do composto em solução sólida que aparecem como blendas adjacentes à solução sólida primária. O precipitado pode ou não existir na temperatura ambiente. 
Na temperatura de envelhecimento a 205°C aparece como o padrão “Widmanstäten”: descontinuada a precipitação, que começa no contorno de grão e tem forma lamelar, favorecido por baixa temperatura de envelhecimento, contém alumínio em aproximadamente 8%.
 A 290°C precipitado lamelar coalesce e a 370°C é dissolvido na matriz. 
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Efeito de Elementos de Liga
 Manganês: quando a liga não contém alumínio, aparece como partículas elementares. Quando combinado com alumínio forma compostos como MnAl ou MnAl4 ou MnAl6. 
 Podem aparecer como precipitados, dissolvidos na matriz – aparecendo como blendas durante a solidificação ou ainda em forma de agulhas.Com a presença de ferro na liga podem formar compostos extremamente frágeis.
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Efeito de Elementos de Liga
Terras raras: devido à baixa solubilidade desses elementos, formam tipicamente partículas Mg9R, que precipitam próximo ao contorno de grão.
 
Zinco: Na temperatura de 340°C, 6,2%Zn podem estar dissolvido na matriz. Resfriando-se o material lentamente forma compostos Mg32(Al,Zn)49, caso a liga tenha também alumínio em quantidade até três vezes superior à quantidade de zinco. Adicionando-se terras raras, tendem a formar compostos no contorno.
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Efeito de 
elementos de liga
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Efeito de elementos de liga
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Microestrutura
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Microestrutura – Liga AZ31B
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Otimização do tratamento térmico da liga ZA84
Análise do tratamento térmico por DTA, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Foi realizado tratamento térmico de solubilização a 335°C por 24, 48, 72 e 100 h, obtendo-se o melhor resultado a 48 h. Para o envelhecimento realizado a 180°C por períodos de 0 a 36 h, observou-se o pico de dureza da liga. Foi então analisada a melhor condição de tratamento térmico para maior resistência mecânica da liga. 
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Otimização do tratamento térmico da liga ZA84
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Otimização do tratamento térmico da liga ZA84
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Microestrutura e resistência da liga 
Mg-10Gd-2Y-0,5Zr
Efeito da temperatura de extrusão na microestrutura da liga.
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Microestrutura e resistência da liga 
Mg-10Gd-2Y-0,5Zr
O efetivo refino de grão é atingido pela extrusão a quente, ocorrendo uma boa combinação de boa resistência e suficiente ductilidade na condição T6 pela otimização do tratamento térmico.
O endurecimento por precipitação é o maior contribuinte para o aumento de resistência da liga.
O endurecimento por precipitação no contorno de grão contribuiu para aumentar a resistência das duas condições estudadas (T6 e T5) .
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Efeito do tratamento térmico no comportamento eletroquímico da liga Mg-3Nd-0,2Zn-0,4Zr (%p)
Estudo do comportamento da liga em corrosão nas condições F (como fabricado, por fundição), T4 (solubilizada) e T6 (envelhecimento por precipitação);
Micrografias observadas em M. O. (a-c) e M.E. (d) SEM: condição F; b) condição T4; c) condição T6; e d) imagem aumentada dos precipitados em (c)
Ensaio de corrosão comparativo em 5% NaCl (wt) por 3 dias. 
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Efeito do tratamento térmico no comportamento eletroquímico
da liga Mg-3Nd-0,2Zn-0,4Zr (%p)
Micrografias observadas em M. O. após ensaio a) condição F; b) condição. T4; 
c) condição T6
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Bibliografia
BRANDES & BROOK. Smithells Light Metals Handbook. D Oxford:Butterworths-Heinemann Publishman, 1998 
INFOMET: Informações fundidas, laminadas e britadas. Magnésio e suas ligas. Disponível no site: http://www.infomet.com.br Acesso em 07 jun 2007.
MICHELS et al. Componentes de magnésio de grande porte fundidos em areia. Fundição e Serviços 167 (2006) p. 37-42.
Chang et al. Effect of heat treatment on corrosion and electrochemical behaviour of Mg–3Nd–0.2Zn–0.4Zr (wt.%) alloy, Electrochimica Acta 52 (2007) p. 3160–3167.
He et al. Microstructure and strengthening mechanism of high strength Mg–10Gd–2Y–0.5Zr alloy. Journal of Alloys and Compounds 427 (2007) p. 316–323.
Balasubrani et al. Optimization of heat treatment in ZA84 magnesium alloy, Electrochimica Acta 52 (2007) p. 3003–3014.