Sabendo que a porosidade é o principal fator de influência na vida em fadiga do material, torna-se necessário analisar a porosidade dos lingotes produzidos, para determinar o melhor método de produção.
A Figura 4.4 apresenta algumas micrografias utilizadas na análise da porosidade das 4 amostras dos lingotes fabricados. Além disso, as Figuras 4.5, 4.6, 4.7 e 4.8 apresentam essas micrografias ampliadas de modo a facilitar a sua observação.
A partir das micrografias da Figura 4.4, já é possível observar que em todos os métodos a porosidade aumentou quando a amostra passou pelo tratamento térmico, em relação às amostras que não passaram pelo tratamento. Isso ocorre porque, como explicado anteriormente, o mecanismo de globularização ocorre a partir do engrossamento das dendritas em meio líquido, pelos mecanismos de Ostwald Ripening e Coalescência, podendo gerar porosidades durante o seu crescimento devido a gases retidos na solidificação.
Durante o aquecimento, tanto no tratamento térmico como na fundição para a produção dos lingotes, pode ocorrer a incorporação de hidrogênio ao alumínio, proveniente do vapor d’água contido no ar atmosférico, com formação da alumina (Al2O3) que é um componente de alta estabilidade. A Equação 4.1 apresenta essa
reação de formação da alumina.
Equação 4.1
Assim sendo, durante o reaquecimento, o hidrogênio retido na amostra se desprende e se combina com outro hidrogênio livre, formando gás H2 e,
Sem tratamento térmico 0s 30s 60s (a) (b) (c) (d)
Figura 4.4. Micrografias para medição da porosidade dos lingotes sem tratamento térmico e com tratamento térmico nas condições de 0s (sem manutenção de tempo),
30s e 60s: (a) Refinador de grão e ultrassom, (b) Refinador de grão, ultrassom e desgaseificação, (c) Refinador de grão e desgaseificação e (d) Refinador de grão e
Sem tratamento térmico 0s
30s 60s
Figura 4.5. Micrografias do lingote produzido por refinador de grão e ultrassom.
Sem tratamento térmico 0s
30s 60s
Figura 4.6. Micrografias do lingote produzido por refinador de grão, ultrassom e desgaseificação.
Sem tratamento térmico 0s
30s 60s
Figura 4.7. Micrografias do lingote produzido por refinador de grão e desgaseificação.
Sem tratamento térmico 0s
30s 60s
Figura 4.8. Micrografias do lingote produzido por refinador de grão e superdesgaseificação.
Já a Figura 4.9, apresenta o resultado da medição da porosidade dos lingotes. Pode-se observar que o principal interesse é em relação às amostras que passam pelo tratamento térmico, uma vez que a diferença entre as amostras sem e com tratamento térmico apresentam um valor significativo e são essas amostras que simulam a condição do tixoforjado.
Figura 4.9. Análise da porosidade dos lingotes produzidos.
As amostras do lingote em que se utilizou ultrassom e desgaseificação resultaram em melhores resultados que as amostras com apenas ultrassom, independentemente se a amostra passou por tratamento térmico ou não. Por outro lado, quando se compara amostras de ultrassom e desgaseificação com amostras de apenas desgaseificação, observa-se que a primeira apresentou melhores resultados quando a amostra não passa por tratamento térmico, enquanto que a segunda, melhores resultados quando a amostra passa por tratamento térmico, independente do tempo de manutenção.
Como a diferença entre as amostras que não passaram por tratamento térmico é relativamente pequena e inferior ao valor das amostras que passaram por tratamento térmico, essas passam a ser o fator de decisão para a escolha do processo de produção dos lingotes. Assim sendo, esperava-se obter melhores propriedades mecânicas na condição de lingotes produzidos com apenas desgaseificação.
Além disso, era necessário verificar a influência da variação de vazão de gás, durante o borbulhamento, na porosidade do material. Ainda na Figura 4.9, é possível observar que os lingotes produzidos com apenas superdesgaseificação apresentaram melhores resultados que todos os outros processos e em todas as condições.
Uma possível explicação para a baixa eficiência do processo que utilizou o ultrassom é que o uso de ultrassom produz “vazios” por cavitação, os quais deveriam atrair os gases retidos e coalecê-los para saírem do material fundido. Porém, durante o uso do ultrassom, a amostra perde temperatura o que dificulta a saída do gás formado durante o processo. Já no caso da superdesgaseificação, uma maior vazão de gás na amostra produziu uma maior agitação da mesma, facilitando a saída dos gases retidos durante o processo.
Assim sendo, deu-se início à produção dos lingotes para tixoconformação pelo processo de superdesgaseificação, ficando necessário verificar a homogeneidade do lingote produzido para saber quantos tarugos por lingote poderiam ser utilizados nos ensaios de tixoforjamento.
Além disso, visando estudar o comportamento da porosidade durante o processo de tixoforjamento, comparou-se posteriormente a porosidade de amostras tixoforjadas com as amostras estudadas anteriormente, tiradas de lingotes produzidos por apenas superdesgaseificação.
Nesta etapa, foram comparadas amostras sem tratamento térmico, amostras com tratamento térmico com 0s, 30s e 60s de manutenção e amostras tixoforjadas após 30s e 60s de manutenção durante o tratamento térmico. No caso das amostras tixoforjadas, foi analisada a região central de cada amostra, sendo “c30” a região central da condição de 30s e “c60” a região central da condição de 60s.
A Figura 4.10 apresenta algumas micrografias utilizadas na análise, enquanto que a Figura 4.11 apresenta o resultado da medição da porosidade.
Sem tratamento térmico 0s
30s 60s
(a)
C30 C60
(b)
Figura 4.10. Micrografias para medição da porosidade de lingotes produzidos por refinador de grão e superdesgaseificação: (a) amostras estudadas anteriormente; (b)
Figura 4.11. Análise da porosidade de amostras tixoforjadas e amostras estudadas anteriormente, tiradas de lingotes produzidos por apenas
superdesgaseificação.
A partir da análise da Figura 4.11, é possível observar que há uma pequena diminuição da porosidade nas amostras tixoforjadas com 30s de manutenção da temperatura durante o tratamento térmico (amostra c30). Já no caso da amostra tixoforjada com 60s de manutenção, a porosidade praticamente não mudou em relação às amostras não tixoforjadas.
Vale ressaltar que o maior problema é em relação à porosidade localizada na região central da peça, uma vez que essa região será solicitada durante os ensaios de tração e, principalmente, nos ensaios de fadiga.