COMPÓSITOS
2.5.1 Resistência à Tração
As ligas de alumínio tratáveis termicamente apresentam um aumento na resistência por meio dos tratamentos térmicos, como exemplo da liga 7178 que após a extrusão com tratamento térmico de solução- precipitação podem ter resistência à tração de aproximadamente 600MPa (ABAL, 1990).
Os materiais compósitos são sujeitos a danos mecânicos quando exposto a esforços de tensão, flexão e cisalhamento, o aumento da carga externa pode levar a uma falha catastrófica do material.
A resistência em materiais compósitos pode aumentar com a redução do tamanho da partícula, aumentando até 10% quando se compara partículas de 3 à 23µm. Partículas menores estão em maior número na matriz, com isso há um maior número de obstáculos para o movimento das discordâncias. No entanto o aumento do reforço na matriz diminui a resistência, pois aumenta-se a ocorrência de defeitos como aglomerados de partículas (STERNOWSKY, O’DONELL e LOONEY, 1997; MATAIX, 1999; TAN e ZHANG, 1998).
Os materiais compósitos reforçados com partículas apresentam propriedades mecânicas com o aumento da resistência a tração. No
entanto, se a união entre a matriz e o reforço é frágil à resistência a tração pode ser inferior ao material sem reforço.
A falha destes materiais está associada com a ruptura do material de reforço e a formação de vazios na matriz, como consequência da aglomeração das partículas (COSTA, 1998; NAVAS,1999 e LLOYD, 1991).
Em estudos utilizando ligas de alumínio AA6061 com reforço de Ni3Al, como processo de fabricação via metalurgia do pó e extrudada, obteve-se valores superiores para a resistência a tração de 260 MPa para 386 MPa, com o material submetido a tratamento térmico. (ABAL, 1990) 2.5.2 Dureza de Compósitos
Sabe-se que com a adição de partículas de cerâmica na matriz metálica produz um aumento na dureza do material.
Alguns pesquisadores observam que um aumento de 20% de fração de volume pode aumentar em 60% na dureza do material, para a avaliação de dureza a presença de aglomerados não está relacionada, pois quanto mais reforço adiciona-se na matriz a dureza tende a aumentar (HUTCHINGS, 1991 e FOGAGNOLO, 2003).
2.5.3 Estudo Tribológico
O ensaio de desgaste é essencial, pois a ocorrência de desgaste pode ser verificada em equipamentos de movimentação, anéis de pistão e discos de freios. A classificação dos diferentes processos de desgaste é em relação ao tipo do movimento relativo entre os corpos em contato (DE JESUS, 1998).
Os principais mecanismos de desgaste que podem ocorrer no ensaio de deslizamento do tipo pino-sob-disco, demonstrado na Figura 16 são o desgaste abrasivo, desgaste adesivo, triboquímico e por fadiga de superfície.(SILVA, 2012)
Figura 16 - Vista lateral do tribômetro e desenho esquemático do cabeçote.
Fonte: Silva et al. 2006
O desgaste abrasivo ocorre quando partículas não metálicas deslizam sobre partes metálicas, acompanhadas de uma forte pressão, consequentemente há retirada do material metálico. As dimensões e características das partículas e a maior ou menor pressão de escorregamento sobre as superfícies determinam a classificação da abrasão. Alguns fatores que aceleram o desgaste por abrasão são: tamanhos das partículas; formatos das partículas; dureza do metal base e das partículas entre outras (DE MELO, 1994).
O desgaste adesivo é provocado entre duas superfícies que estão em contato direto e deslizam entre si, esse processo remove a película de óxido que reveste os metais, com isso, os átomos estão em contato direto. Os tipos de desgastes por adesão são: por rolamento; e por deslizamento (DE MELO, 1994).
Dois fatores importantes para o desgaste são a natureza das partículas e a carga suportada em cada partícula e também o tamanho das partículas é um fator significativo.
Quando a resistência da ligação em uma região de contato é maior em uma das superfícies, pode acontecer à liberação de fragmentos, com isso originam-se os resíduos de desgaste. Para material compósito que o reforço é cerâmico, o principal mecanismo de desgaste é a remoção da camada de óxido da superfície (PIMENTA, 1996).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
O processo estudado segue na Figura 17 um fluxograma das etapas para a obtenção do compósito.
Figura 17 – Fluxograma das etapas para a realização do estudo do compósito.
Fonte: o autor
Os resultados foram analisados conforme o fluxograma representado pela Figura 18.
Figura 18 – Fluxograma das etapas de caracterização e análise dos materiais.
Fonte: o autor.
3.1 OBTENÇÃO DO COMPÓSITO
Obteve-se a liga de alumínio AA2014, com moagem no moinho Atritor HD01 – fabricante Union Press, com os parâmetros de moagem mencionados na Tabela 1, após a moagem da liga base, para a obtenção do compósito adicionou-se o TiO2, com tamanho de partículas de 21nm. A adição do reforço na matriz de alumínio foi feita no moinho, representado na Figura 19, o mesmo utilizado para a moagem da liga base, o qual foi utilizado neste processo. Com os parâmetros mencionados na tabela 2 (ESPINOZA,2002; SILVA, 2012).
Tabela 1 – Parâmetros de moagem da liga base Parâmetros de moagem Tempo de moagem 10h Velocidade de rotação 500 rpm Razão bolas/carga 20:1 Atmosfera Argônio Fonte: o autor
Figura 19 – Moinho Attritor
Fonte: o autor.
A Tabela 2, representa a composição da liga, o peso dos pós elementares utilizados e as características dos mesmos.
Tabela 2- Composição percentual da liga AA2014. Elemento
Químico Porcentagem (%) Pureza(%) Fabricante
Cobre 4,5 99,5 Metalpó
Magnésio 0,5 99 Reagen
Silício 0,7 - Lab. Metalurgia do
Pó
Alumínio 94,3 99,7 Alcoa
PCA – Cera 1,5 - Sintermetal
Fonte: Fabricante.
Para a adição do reforço foram utilizados os parâmetros mencionados na tabela 3, sendo utilizada uma massa de 2.000 gramas de esferas de aço SAE52100, de 5 mm de diâmetro, para cada 100 gramas de pó da matriz. Após a adição do material o recipiente foi resfriado com fluxo de água e a atmosfera foi substituída por argônio com uma pressão de 3bar (ESPINOZA,2002 ;SILVA, 2012). A porcentagem que foi adicionado de reforço de TiO2 na liga foi de 1,5%, 3% e 5%.
Tabela 3 – Parâmetros de moagem para obtenção do compósito. Parâmetros de moagem
Tempo de moagem 30min
Velocidade de rotação 500 rpm
Razão bolas/carga 20:1
Atmosfera Argônio
Volume da cuba 45%
Fonte: o autor