Microdureza

O ensaio de microdureza, foi realizado através da construção de um perfil de microdureza obtido realizando medidas na seção transversal da amostra, embutida em resina plástica, próximo à superfície de processamento obtida por FSP, com profundidade de média de 1 mm, distanciando-se do centro da região processada a cada 1 mm até atingir 8 pontos em cada região, sendo a região de avanço a direita e o retrocesso a esquerda da zona de mistura, Figura 14.

Pelo fato de terem sido realizadas medidas pontuais de microdureza, em vista da característica de processamento, os gráficos não apresentam barra de erro, pois a mudança da posição de medida, seja ela em volta da primeira medida ou no mesmo local após polimento, pode apresentar uma variação grande nos valores, mesmo com pequena variação da posição, o que foi constatado em testes no laboratório, assim, optou-se por realizar apenas uma medida em cada ponto e assumir o erro do equipamento de 3%. Cabe destacar, que o mesmo procedimento de medida é observado nos trabalhos da literatura.

Para fins de comparação, realizou-se o ensaio de microdureza no material na condição como recebido na seção transversal em 10 pontos diferentes de forma aleatória, obtendo uma microdureza média de 139,2 HV e desvio padrão de 1,27, valor muito próximo do encontrado na literatura que aponta um valor de 142 HV (ALUMINUM ASSOCIATION, 2000).

Ao observar o perfil de microdureza, Figura 19, obtida da amostra processada a 2000 rpm e usando furos centralizados para incorporação do pó com ferramenta sem pino, a microdureza apresenta uma redução em relação ao material não processado, apresentando valores ainda menores na região de avanço (lado direito) em torno de 80 à 95 HV.

Figura 19: Perfil de microdureza da amostra processada a 2000 rpm com furos centralizados

Comparando com os valores obtidos por Kalashnikov et al. (2019) no processamento da liga 2024, porém sem adição de pós cerâmicos, os perfis de microdureza são similares, observando-se ainda que a região de mistura apresenta menores valores em relação a região não processada, bem como a microdureza da região de avanço (>85 HV) é bastante inferior à região de retrocesso (~95 HV). Segundo os autores, a dureza superior na região não processada se dá pelo fato do material base, por ser laminado, apresentar encruamento com os grãos alongados, e na região de mistura há uma redução na microdureza por ocorrer uma recristalização equiaxial dos grãos, já o aumento da microdureza com o afastamento do centro pode ser relacionado a um envelhecimento extra e da reprecipitação da fase “S” responsável pelo aumento da dureza da liga 2024, porém o envelhecimento não é suficiente para elevar a dureza até valores próximos da não processada.

Os valores obtidos de microdureza na região de mistura também se aproximam dos obtidos por Aydin et al. (2009)que realizaram o FSW em chapas da liga 2024 em diferentes condições de tratamento, para a 2024-T6 a redução na microdureza foi de 125 HV para 100 HV na zona de mistura e 85 HV na ZTMA, tanto no lado do avanço quanto no retrocesso, ficando próxima da microdureza (80-85 HV) da liga recozida (2024-O), a redução só não foi mais acentuada pela presença das partículas cerâmicas.

Na Figura 20 são apresentados os perfis de microdureza reduzindo a velocidade de rotação de 2000 rpm para 1400 rpm e alterando a forma de deposição

das partículas usando duas propostas: os furos excêntricos e a canaleta, porém a ferramenta sem pino foi mantida.

Figura 20: Perfil de microdureza das amostras processadas a 1400rpm sem pino, em vermelho utilizando furos excêntricos e em preto a canaleta

No caso da amostra com a canaleta, é possível observar na região de mistura (centro do perfil) uma queda brusca na microdureza, neste aspecto, a observação por microscopia ótica do microdurômetro apontou que esta região continha um aglomerado de material cerâmico que por não se misturar com a matriz fizesse com que durante a aplicação da carga ocorresse uma maior deformação na região por não ter material rígido no entorno da região.

O mesmo ocorreu com a amostra com furos excêntricos, onde o local com menor valor de microdureza coincidisse com o local em que continha o furo com CCF que por se manter na forma de pó estava sujeito ao deslocamento.

No perfil de microdureza apresentado da Figura 21, na expectativa de obter melhores resultados, foram mantidos os parâmetros de processo de 1400rpm para a velocidade de rotação e 10mm/min para o avanço, porém foi alterada a geometria da ferramenta, sendo incluída a ferramenta com pino. Como observado na Tabela 5 essa configuração foi responsável por promover uma melhor homogeneização da zona de mistura, evitando assim a formação de aglomerados de CCF.

Figura 21: Perfil de microdureza do processamento a 1400 rpm com pino utilizando furos excêntricos e canaleta

As duas curvas da Figura 21 apresentam o perfil de microdureza, sendo a curva vermelha para a incorporação do pó por canaleta e a curva preta para a incorporação por furos excêntricos, assim como nas anteriores o lado negativo se refere ao lado de avanço e o positivo ao retrocesso.

A Figura 21 mostra que os valores do perfil de microdureza de ambas seguem o padrão esperado exposto por Threadgilll et al. (2009) em que a região de mistura possui valores superiores e conforme se afasta da zona de mistura há uma redução da microdureza.

Comparando os dois resultados, a amostra processada utilizando os furos excêntricos continuou a apresentar redução no valor da microdureza em toda a região processada quando comparado com o material não processado, decaindo de 139 HV para 120 HV no ponto de maior microdureza, mas com o afastamento da zona de mistura, tanto no avanço quanto no retrocesso, a redução ainda é acentuada, chegando próximo a 80 HV.

Assim como exposto anteriormente, as causas da redução podem estar associadas à recristalização do material, porém devido a uma mistura mais homogênea das partículas cerâmicas, esta redução não foi tão acentuada, mantendo na zona de mistura valores superiores de microdureza (~120 HV).

No caso do processamento a 1400 rpm utilizando canaleta e a ferramenta com pino os resultados foram mais satisfatórios, sendo que os valores de microdureza

ficaram acima do material não processado, assim com o exposto por Suri et al. (2017).

A provável justificativa para os resultados da amostra utilizando a canaleta é que além da ferramenta com pino promover uma mistura mais homogênea das partículas cerâmicas, a deposição por canaleta possibilita uma maior quantidade de partículas em toda a região processada, no caso a microdureza do material teve um aumento de 139 HV (liga não processada) para 153 HV na zona de mistura.

Comparando com os valores obtidos por Ghanbari et al. (2015), que realizaram o processamento da liga 2024 com a adição de SiC, resultados autores reportaram uma microdureza próxima da 120 HV na região de mistura, isto mostra que o processamento utilizando a CCF apresentados neste estudo resultou em resultados superiores aos dos autores citados.