Trabalho de Liga Metálica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINOVAFAPI
FÁBIO HENRIQUE
FRANCISCO JHONATA
JAMERSON RAFAEL
MANOEL MESCIAS
MANUAL TÉCNICO – BARRA DE ALUMÍNIO 6063 T5
TERESINA – PI
2015
CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINOVAFAPI
FÁBIO HERIQUE
FRANCISCO JHONATA
JAMERSO RAFAEL
MANOEL MESCIAS
MANUAL TÉCNICO – BARRA DE ALUMÍNIO 6063 T5
Trabalho apresentado ao Centro Universitário UNINOVAFAPI, como requisito parcial para aprovação na disciplina Ciências e Tecnologia dos Materiais.
Orientador: Msc. Francílio de Carvalho Oliveira
TERESINA – PI
2015
ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES
Figuras
Figura 1: Barra de Alumínio da extrusão.................................................................4
Figura 2: Modelo de Penetrador Vickers.................................................................8
Figura 3: Microscópio Optico.................................................................................10
Figura 4: Lixamento...............................................................................................11
Figura 5: ataque eletroquímico numa solução eletrolítica contendo um cátodo e a amostra como sendo anodo..................................................................................12
Figura 6: Ataque químico.......................................................................................12
Tabelas
Tabela: Composição química da Liga metálica Al6063..........................................6
SUMÁRIO
ASPECTOS BÁSICOS DO MATERIAL............................................................4
LIGA METÁLICA Al6063..................................................................................5
IMPORTÂNCIA DO ALUMÍNIO 6063...............................................................6
VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS....................................................7
 4.1 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS........................................................................7
 4.2 SOCIAIS.........................................................................................................7
 4.3 POLÍTICOS....................................................................................................7 
 5. METODOS DE ANALISE....................................................................................8
 5.1 MICRODUREZA VICKERS (HV)...................................................................8
 5.2 MICROSCOPIA ÓPTICA (MO)...................................................................10
 5.3 MICROSCOPIA ELETRONICA DE TRANSMIÇÃO...................................13
 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................15
1.ASPECTOS BÁSICOS DO MATERIAL
Nome do produto: Barra de Alumínio da extrusão.
Material: Alumínio
Têmpera: T4, T5, T6, T66
Liga: 6063,6061,6005
Processo profundo: Trituração, furando, dobra, cortando.
Aplicação: Perfil de alumínio da indústria usado em industrial dos carros, dos trens maquinaria, da eletrônica, o médico e o outro arquivada. 
Cor: espaço livre, cetim, bronze, preto, dourado, prata, outro multicolorido
Superfície: Anodize, electroforese, revestimento do pó, revestimento de PVDF, a pintura de madeira da grão, etc. 
Figura 1: Barra de Alumínio da extrusão
Aplicações: Perfil de alumínio da indústria usado em industrial dos carros, dos trens maquinaria, da eletrônica, o médico e o outro arquivada. Em termos do hardware, a maquinaria, peças eletromecânicas, produtos solares do picovolt, os quadros de alumínio é adota como materiais auxiliares importantes. Nós igualmente temos os perfis de alumínio para radiadores, maquinaria da aptidão, construções, iluminando o instrumento, traqueias, oleodutos, por exemplo.
2.LIGA METÁLICA 6063
 São materias que possuem propriedades metálicas, compostos por dois ou mais elementos, sendo pelo menos o maior constituinte deles, um metal. Normalmente as ligas são criadas para modificar ou acrescentar propriedades diferentes das propriedades dos metais que formam.
 A maioria deste materias apresentam elevados valores de:
Dureza
Condutividade elétrica 
Condutividade térmica 
Temperatura de fusão 
Brilho 
Resistência mecânica
 Ligação metálica que é a ligação entre metais e metais. Formam as ligas metálicas que são cada vez mais importantes para o nosso dia-a-dia.
 No estado sólido, os metais se agrupam de forma geometricamente ordenados formando as células, ou grades ou retículo cristalino. Uma amostra de metal é constituída por um grande número de células unitárias formadas por cátions desse metal. Na ligação entre átomos de um elemento metálico ocorre liberação parcial dos elétrons mais externos, com a consequente formação de cátions, que formam as células unitárias das ligas metálicas. Esses cátions têm suas cargas estabilizadas pelos elétrons que foram liberados e que ficam envolvendo a estrutura como uma nuvem eletrônica. 
 São dotados de certo movimento e, por isso, chamados de elétrons livres. Essa movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos.
 A consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação da Teoria da Nuvem Eletrônica ou Teoria do “Mar” de elétrons. Pode-se dizer que o metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados numa nuvem ou “mar” de elétrons livres. Esta nuvem de elétrons funcionaria como a ligação metálica, que mantém os átomos unidos. Em resumo a ligação metálica se caracteriza pelo compartilhamento de elétrons livres por todos os átomos, não apenas por pares de átomos como ocorre na ligação covalente.
 A liga escolhida para ser exposta neste trabalho, é uma liga não ferrosa, de alumínio, especificamente é a liga Al6063.
Composição Química:
	Al6063
	Mg
	SI
	Fe
	Cu
	Mn
	Cr
	Zn
	Ti
	Al
	Porcentagem
	0,45-0,9
	0,3-0,6
	0,35
	0,10
	0,10
	0,10
	0,10
	0,10
	97-98
Tabela: Composição química da Liga metálica Al6063
3.IMPORTÂNCIA DO ALUMÍNIO 6063.
 O elemento metálico mais abundante da crosta terrestre é o alumínio. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica.  Entre as ligas de alumínio, destacam-se as da série 6xxx, sendo as mais utilizadas para a produção de materiais extrudados. De acordo com a Troeger (2000), estas ligas se destacam por sua resistência mecânica, facilidade de serem conformadas e extrudada, alta resistência a corrosão e baixo custo. Estas, depois de devidos tratamentos térmicos, podem ser utilizadas, por exemplo, em fuselagem de aviões, partes automotivas, ao invés das series 2xxx e 7xxx que são mais caras. 
 A LIGA 6063 A Liga 6063 é uma das ligas mais populares da série 6XXX, dentre suas características se destacam sua capacidade de endurecimento por precipitação, e sua elevada ductibilidade, o que proporciona altas porcentagens de deformação permitindo trabalhos por extrusão. Os produtos resultantes do processo de extrusão em geral são quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peças, como maçanetas, trancas e engrenagens. 
4.VANTAGENS TECNICAS E ECONOMICAS
 Apresenta um bom potencial de endurecimento por precipitação (termicamente tratável) e possui uma elevada ductilidade proporcionando alta capacidade de deformação, permitindo trabalhos que utilizem extrusão.
Fáceis ao processo de fabricação, Boa combinação de resistência mecânica e a corrosão, Fácil de estampar, Bom acabamento eetc.
 As características do alumínio permitem que ele tenha uma diversa gama de aplicações. Por isso, o metal é um dos mais utilizados no mundo todo. Material leve, durável e bonito, o alumínio mostra uma excelente performance e propriedades superiores na maioria das aplicações. Produtos que utilizam o alumínio ganham também competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora.
 Além de ser um material com um bom custo-benefício, devido a gama de vantagens que ele apresenta em relação ao outros metais, sua reciclagem também traz muitos benefícios.
4.1 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS
 • Fonte de renda para diversos tipos de mão-de-obra;
 • Injeção de recursos na economia local;
 • Grandes investimentos não são necessários;
 • Economia considerável de energia elétrica.
4.2 SOCIAIS
• Diminuição da quantidade de lixo nos aterros sanitários; 
• O meio ambiente é menos agredido; 
• Colaboração com o crescimento da consciência ecológica;
 • Estímulo da reciclagem de outros materiais; 
• Áreas carentes são beneficiadas com o aumento de renda.
4.3 POLÍTICOS
• Ajuda na composição do lixo urbano; 
• Colaboração no estabelecimento de políticas de destino de resíduos sólidos; 
• Adaptável a realidades de diferentes tipos e tamanhos de cidades.
5. METODOS DE ANALISE
5.1 MICRODUREZA VICKERS (HV)
 A dureza de um material pode definir-se como traduzindo a resistência a penetração da sua superfície. Usualmente, um material que consiga riscar o vidro ou que não possa ser limado é considerado duro, mas esta é uma noção à qual falta objetividade. Devido ao reflexo da dureza no comportamento e nas aplicações possíveis de um dado material, e também porque se podem definir relações entre a dureza e outras propriedades mecânicas relevantes, desenvolveram-se diversos métodos fiáveis e expeditos para a sua medição, métodos esses que obedecem todos ao mesmo princípio, segundo o qual é aplicada uma carga determinada a um penetrador bastante duro, o qual está em contato com a superfície do material a testar. As dimensões da marca de penetração (indentação ) assim deixada na superfície são então medidas. Obviamente, quanto menor for a indentação maior será a dureza do material. A principal diferença entre os principais ensaios de durezas refere-se à forma do penetrador e ao material que é feito, o que se reflete na escala de equivalência entre as dimensões da indentação e a dureza, por um lado, e na extensão da zona sobre a qual se faz a medição, por outro.
Esta técnica foi utilizada pela primeira vez em 1925 por Smith e Sandland, e recebeu seu nome em homenagem à empresa que fabricou as máquinas mais conhecidas para operar essa técnica. Estas contêm um perfurador de diamante de base quadrada com um ângulo de 136º entre as faces opostas (FIG. 3.7.5.).
Figura 2: Modelo de Penetrador Vickers
Sendo de diamante, o penetrador é considerado como indeformável e como tendo todas as penetrações semelhantes entre si. A carga usada para este tipo de dureza varia entre 1 até 120 kgf, a qual aplicada lentamente e mantida na superfície por aproximadamente 18 segundos.
A forma da impressão é a de um losango regular, e pela medida de suas diagonais (L) e conforme a expressão 3.3.1. obtem-se a Dureza Vickers (HV):
 		
 (3.3.1)
Onde:
Q – carga aplicada = [N/mm2] ou [kgf/mm2]
L – Diagonal do losango [mm]
A medida da área deve ser precisa e para tanto, um microscópio com precisão de 1 m é acoplado a máquina a fim de determinar com exatidão a medida das diagonais (L). Espaçamentos de 10 vezes a diagonal das impressões foram adotados de modo a separá-las, minimizando assim o efeito do campo de deformação sobre as outras impressões.
São apresentados os resultados da dureza Vickers da liga de alumínio 6063, com os diferentes tempos de tratamento térmico (60, 600, 1800, 3600, 5400 e 7200 segundos) nas diferentes temperaturas analisadas (423 K, 523 K, 623 K e 723 K), separados em graus de deformação plástica de 30%, 60% e 90%. Para este trabalho será utilizada a carga de 100 kgf, de forma que se obtenha uma impressão regular, sem causar deformação apenas uma impressão de tamanho compatível com o visor da máquina.
De acordo com a literatura, nota-se que há um aumento do valor da dureza nas amostras tratadas a 423K em qualquer grau de laminação, devido ao envelhecimento da amostra. À temperatura de 523 K, para qualquer das laminações, ocorre um decréscimo praticamente constante da dureza do alumínio com o aumento do tempo, indicando os primeiros estágios da recuperação com a aniquilação e o rearranjo dos defeitos cristalinos. Em temperaturas mais elevadas é provável a ocorrência de uma superposição de eventos (cinética de precipitação e crescimento de grãos), com a provável formação de precipitados o que acarreta em uma dureza maior.
5.2 MICROSCOPIA ÓPTICA (MO)
 A Microscopia Óptica é a técnica mais antiga e uma das técnicas mais utilizadas na metalógrafa. Através da utilização de um microscópio é possível observar estruturas da matéria não discerníveis a olho nu.
A microscopia é feita, num microscópio de reflexão tal como mostra a figura a seguir:
Figura 3: Microscópio Optico.
 A preparação da superfície a ser observada segue os seguintes passos: 
Lixamento da superfície da amostra até que fique totalmente plana, seguindo uma sequência de lixas de modo a tornar cada vez mais finos os riscos feitos por estas;
Figura 4: Lixamento.
Polimento, que pode ser manual ou mecanizado usando-se substâncias abrasivas muito finamente dispersas numa solução lubrificante, ou polimento eletroquímico onde a amostra sofre um ataque eletroquímico numa solução eletrolítica contendo um cátodo e a amostra como sendo anodo. Em ambos os casos os objetivos são: nivelar a superfície, isto é atenuar as irregularidades microscópicas, e em segundo lugar, espelhar a amostra, principalmente do ponto de vista microscópico.
Figura 5: ataque eletroquímico numa solução eletrolítica contendo um cátodo e a amostra como sendo anodo.
Ataque químico da superfície polida de forma a realçar certos constituintes da microestrutura e assim torná-los observável ao microscópio.
Figura 6: Ataque químico
 Portanto as amostras após cortadas na ISOMET 2000 – fabricada por Buehler, para preparação metalográfica (Microscópio Óptico). Os embutimentos das amostras, com secção longitudinal, foram realizados em resina fria Epofix Resin, fabricada por Struers, evitando a possível alteração dos resultados do tratamento térmico anteriormente realizado. 
 A preparação metalográfica das amostras laminadas e tratadas termicamente passou pela sequência usual e preparação das amostras para M.O., que consiste no desbaste por lixamento (lixas nº 400, 600, 800, 2500 de granulometria) em seguida por uma série de panos de polimento com abrasivo (pó de diamante em suspensão) para polimento metalográfico, seqüência realizada 6μm, 3μm, 1μm, finalizando o processo com a sílica coloidal, para um melhor acabamento. 
 Finalizando a preparação, utilizou-se o método da dissolução eletrolítica, a solução utilizada como eletrólito foi: 700 ml de etanol, 120 ml 41 de água destilada, 100ml 2butox etanol e 68 ml ácido perclórico. O ataque eletrolítico foi feito no aparelho Electromet 4 – Electropolisher Cell Module - Buehler, disponível no Laboratório Metalurgia do Pó – IPEN, como catôdo foi utilizado uma placa de aço inoxidável e a amostra de alumínio com fio de cobre, a ser dissolvida, serviu como anôdo.
 O aparelho permite que se varie a tensão, com isso, pode-se escolher a voltagem de ataque. Optou-se por 12V o que gerou uma densidade de corrente de aproximadamente 0,2A. Para a observação dos grãos, fez-se necessário atacá-las quimicamente, sendo que para o ataque foi utilizada uma solução de ácido fluorídrico (40% HF diluído em água), com tempo médio de ataque de 60s. Para a observação e registro fotográfico utilizou-seo Microscópio Óptico Olympus BX60M, com câmera digital acoplada, marca Sony, modelo Hyper Had e software de registro DT Acquire.
5.3 MICROSCOPIA ELETRONICA DE TRANSMIÇÃO
 Um microscópio eletrônico de transmissão consiste de um feixe de elétrons e um conjunto de lentes eletromagnéticas, que controlam o feixe, encerrados em uma coluna evacuada com uma pressão cerca de 10-5 mm Hg. A figura 2 mostra a seção esquemática vertical de um aparelho que utiliza 100 kV como diferença de potencial máxima de aceleração do feixe. Um microscópio moderno de transmissão possui cinco ou seis lentes magnéticas, além de várias bobinas eletromagnéticas de deflexão e aberturas localizadas ao longo do caminho do feixe eletrônico. Entre estes componentes, destacam-se os três seguintes pela sua importância com respeito aos fenômenos de difração eletrônica: lente objetiva, abertura objetiva e abertura seletiva de difração. A função das lentes projetoras é apenas a produção de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na superfície da amostra.
 A análise das micrografias obtidas por microscopia eletrônica de transmissão das amostras da liga Al 6063 sem tratamento térmico, apresentam alto grau de defeitos cristalinos, principalmente o emaranhado de discordâncias, sendo que quanto maior o grau de deformação plástica mais significativo é o aumento destes defeitos.
 As micrografias das amostras com deformação plástica de 30%, 60% e 90%, e tempo de tratamento térmico igual ou superior a 1800 s, revelam ainda grande densidade de defeitos cristalinos, entre os quais, emaranhados de discordâncias, precipitados e falhas de empilhamento, sendo este último um defeito incomum de se observar em ligas de alumínio as quais apresentam uma alta energia de defeito de empilhamento (EDE), grãos deformados pela laminação e formação de células que irão dar lugar a formação de subgrãos dentro destes alongados.
 As micrografias referentes às amostras que passaram por tratamentos térmicos revelam, de forma geral, a diminuição de defeitos cristalinos (entre os quais, discordâncias), com o transcorrer do tempo de tratamento. Há a formação de subgrãos com tamanho da ordem de 0,1 m, sendo estes os geradores da microestrutura final do processo de recristalização. É possível observar, em algumas micrografias, um aparente processo de coalescimento, previamente explicado. Observam-se precipitados do tipo Mg2Si mostrando processo de ancoramento de contornos de alto e baixo ângulo.
 A alteração significativa na quantidade de defeitos presentes devido aos tratamentos térmicos mostra também ser compatível com os dados apresentados nas curvas de microdureza expondo principalmente a região dita recuperação-recristalização. Pode-se observar que nas micrografias de amostras com maior grau de deformação os defeitos aparentemente são eliminados mais rapidamente que as amostras de menor deformação inicial, as quais também mostram concordância com os resultados obtidos na microdureza.
 Trabalhos anteriores mostram que para baixas temperaturas, em qualquer estado de deformação inicial, o processo de envelhecimento parece sobrepor-se aos de recuperação-recristalização, efeito este que também pode ser observado nas micrografias por MET.
 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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