Fundição

O campo da fundição de ligas não ferrosas compreende uma vasta variedade de ligas, cujas propriedades em muitos casos são suscetíveis de melhoria, seja por técnicas metalúrgicas mais elaboradas, com o controle da formação microestrutural ou a eliminação a níveis bastante baixos de segregação e dos gases residuais, formadores de microporosidade, seja por tratamentos térmicos, mecânicos ou termomecânicos (GARCIA, 2005).

Os processos de fundição apresentam como vantagens o fato de serem relativamente simples, econômicos, aceitam ligas de ductilidade muito baixa e são extremamente flexíveis quanto ao tamanho, geometria e peso das peças, sendo que fundidos de um grama até muitas toneladas encontram-se em produção industrial normal atualmente e como desvantagens apresentam a formação de porosidade e as propriedades mecânicas são, geralmente, inferiores às conformadas (SHIN et al., 2017). As ligas de alumínio apresentam um baixo ponto de fusão, ideal para uso em molde metálico (complexo ou não) permanente e processos automatizados, pois aumentam a vida útil do conjunto molde-matriz (RIOS; LIMA, 2010).

Nos processos de fundição, onde um metal altera sua fase líquida para a sólida, analisam-se sempre as temperaturas que envolvem estas mudanças. As

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temperaturas Liquidus, onde se inicia o processo de solidificação, e a Solidus, na qual os elementos de liga se encontram já em uma solução sólida no final do processo de solidificação, nas ligas da série AA700.0 são relativamente baixos quando comparadas com outras ligas de alumínio (MORAIS, 2015).

Mais de 90% dos componentes fundidos em ligas de alumínio são produzidos com as ligas do sistema Al-Si, Al-Si-Cu e Al-Si-Mg. Em componentes estruturais de alta resistência a liga mais utilizada é a AA356 com tratamento térmico T6. No sistema Al-Zn-Mg, se destacam as ligas para fundição AA: 705; 712; 713 e 771 (todas sem cobre). O nível de aplicação destas ligas na indústria ainda é baixo, devido à suas moderadas características de fundição, como tendência à trinca a quente e sua baixa fluidez. Os resultados práticos podem ser comparados com a liga AA356 - T6. A carência de trabalhos científicos ainda é muito grande, o que sugere a necessidade de mais estudos e investigações para ligas Al-Zn-Mg fundidas (ABAL, 2007).

A solidificação tem início, após a fusão, com o aparecimento de uma nova fase sólida. O surgimento e o crescimento posterior dos núcleos sólidos caracterizam o modo de formação da estrutura em metais e ligas metálicas em momentos sucessivos de tal modo que aspectos cinéticos, térmicos, químicos e termodinâmicos estão fortemente relacionados (BRITO et al., 2016).

Nas ligas fundidas, onde se tem um super-resfriamento e crescimento dendrítico, o último líquido que solidifica nos espaços interdendríticos é mais rico no elemento de menor ponto de fusão. A composição das dendritas varia do seu centro até à periferia, ocorrendo o fenômeno de microsegregação, que pode ser bastante severo. A presença de uma fase interdendrítica com menor ponto de fusão pode limitar a temperatura de qualquer tratamento térmico posterior. O zinco tem um ponto de fusão (420ºC), bem inferior ao alumínio (660ºC) e ao magnésio (650ºC), favorecendo a formação de intermetálicos (novas fases) com Al-Zn e Zn-Mg (PAULISCH et al., 2015).

A formação de novas fases nas regiões interdendríticas ocorre em muitas das ligas fundidas de sistemas eutéticos, e mesmo que a liga não seja de composição

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eutética, o enriquecimento em soluto que ocorre nos espaços interdendríticos será o último líquido a se solidificar (KIM; YANG; LIM, 2010).

As ligas fundidas desta série AA700.0 estão sendo pouco estudadas e pouco utilizadas atualmente, pois tem-se apenas a AA712.0 (Al5,8%Zn0,6%Mg0,5%Cr), a AA713.0 (Al7,5%Zn0,35%Mg0,7%Cu) e a AA771.0 (Al7%Zn0,9%Mg) em produção comercial, todas utilizadas em fundição em areia e em molde permanente, mas não são utilizadas em processos de alta pressão. A moderada tendência à oxidação é o principal obstáculo em sua utilização industrial. As mais utilizadas hoje são as da série AA300.0 (ligas de Al-Si-Mg), em torno de 90% das ligas de alumínio fundidas.

Ao serem fundidas, as ligas de Al-Zn-Mg formam uma ou mais variantes em um pseudo-binário eutético compondo fases intermetálicas como: Al3Zn; Al2Zn3Mg3;

Al2ZnMg; Al5Zn2Mg; Al5Zn6Mg; Al-Zn-Mg; Al-Zn e Zn2Mg. O tratamento térmico

posterior faz com que estas fases rapidamente comecem a se dissolver na matriz de alumínio, ao mesmo tempo em que se formam alguns precipitados, os quais necessitam de altas temperaturas e longos tempos para serem completamente dissolvidos (SHI et al., 2015). Uma liga Al-Zn-Mg conformada, bem solubilizada, contém grãos recristalizados muito alongados e regiões não recristalizadas não são incomuns.

As regiões não recristalizadas são formadas por subgrãos muito finos cujos contornos são delimitados por precipitados endurecedores. Isso é mais comum nas estruturas trabalhadas a quente, principalmente nas regiões mais próximas à superfície, onde costuma haver a formação de grãos recristalizados grosseiros. Os dispersóides inibem a recristalização, mas favorecem a formação de subgrãos finos,

onde a fase Al3Zn é a mais coerente com a matriz de alumínio (ROMETSCH; ZHANG;

KNIGHT, 2014).

Por sua elevada resistência mecânica, as ligas Al-Zn-Mg foram estudadas por muito tempo na condição de conformadas, principalmente com o intuito de superar a desvantagem significativa das outras séries causadas por sua baixa resistência à corrosão sobtensão. Com o desenvolvimento da liga AA7075, introduzida em 1943, a

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série de liga AA7000 ganhou maior presença na indústria aeronáutica. Mais recentemente as ligas AA7049 e AA7050, assim como novas versões de mais alta pureza da liga AA7075, têm sido utilizadas em maior escala devido aos elevados níveis alcançados de resistência mecânica e maior ductilidade. Mas as versões destas para a fundição não tiveram os mesmos níveis de desenvolvimento e aplicação, tendo poucos relatos técnicos na literatura especializada (BARBOSA, 2014).