RESULTADOS E DISCUSSÃO - http://tede.mackenzie.br/jspui/bitstream/tede/3209/5/Jos%C3%A9%20Ferna

Uma das primeiras análises do Al 7075 foi o ensaio de dureza Vickers em que se obteve uma dureza média de 230,54 Hv com um desvio padrão de 5,8.

Para levantar as propriedades mecânicas do material em estudo como limite de resistência, limite de escoamento a 0,2% de deformação plástica e alongamento foram realizados três ensaios de tração em que se obteve os seguintes valores das tensões e gráficos 4, 5 e 6 tensão (MPa) x deformação (%):

- Corpo de Prova 1:

Gráfico 4: Tensão x Deformação CP 1.

Fonte: Acervo pessoal.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 100 200 300 400 500 600 700 T e n sã o [ M Pa] Deformação [%] Al7075-1

A01= 28,27 mm²; L01= 52,5 mm; ϕ = 6,0 mm; Ext. max= 5,79 mm; Fmax01= 1966,44 Kgf. x (9,81) = 19290,78 N

-Limite de Escoamento =>

σ

Esc0,2%. = 620 MPa

- Limite de Resistência =>

σ1 =

F01

A01

=

19290,78

28,27 =>

σ

01 = 682,38 MPa [1.3]

-Alongamento de acordo com o gráfico => ε01 = 7,3%

- Corpo de Prova 2:

Gráfico 5: Tensão x Deformação CP 2.

Fonte: Acervo pessoal.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 100 200 300 400 500 600 700 T e n sã o [ M Pa] Deformação [%] Al7075-2

A02= 28,27 mm²; L02= 53,28 mm; ϕ = 6,0 mm; Ext. max= 8,28 mm; Fmax02= 1951,67 Kgf. x (9,81) = 19142,06 N

-Limite de Escoamento =>

σ

Esc0,2%. = 615 MPa

- Limite de Resistência =>

σ2 =

F02

A02

=

19142,06

28,27 =>

σ

02 = 677,25 MPa [1.4]

-Alongamento de acordo com o gráfico => ε02 = 8,4%

- Corpo de Prova 3:

Gráfico 6: Tensão x Deformação CP 3.

Fonte: Acervo pessoal.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 100 200 300 400 500 600 700 T e n sã o [ M Pa] Deformação [%] Al7075-3

A03= 27,9 mm²; L03= 52,5 mm; ϕ = 5,96 mm; Ext. max= 5,98 mm; Fmax= 1907,38 Kgf. x (9,81) = 18711,40 N

-Limite de Escoamento =>

σ

Esc0,2%. = 605 MPa

- Limite de Resistência =>

σ3 =

F03

A03

=

18711,40

27,9 =>

σ

03 = 670,66 MPa [ 1.5]

-Alongamento de acordo com o gráfico => ε03 = 8,5%

Pode-se notar que os valores obtidos no ensaio de tração dos três corpos de prova, tabela 2, que tem uma média de 676,75 MPa, é valor maior que tensão desse material descrita na literatura, que é por volta de 630 MPa (ALCOA, 2010).

Tabela 2: Comparativo das tensões do Al 7075 T651. Tensão

CP1 682,38 MPa

CP2 677,25 MPa

CP3 670,66 MPa

Fonte: Acervo pessoal

Tabela 3: Comparativo dos alongamentos do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal

Os resultados das análises micrográficas em um corte transversal podem ser verificadas nas imagens 19, 20 e 21. Onde pode-se observar a microestrutura e os contornos de grão.

Alongamento

CP1 7,30%

CP2 8,40%

Imagem 19: Micrografia em corte transversal de Alumínio 7075 T651 aumentado 10x.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 20: Micrografia em corte transversal de Alumínio 7075 T651 aumentado 50x.

Imagem 21: Micrografia em corte transversal de Alumínio 7075 T651 aumentado 100x.

Fonte: Acervo pessoal.

Já as análises micrográficas em um corte longitudinal podem ser verificadas nas imagens 22, 23 e 24. Onde se observa os grãos bem alongados distribuídos na mesma direção do corte, isso ocorre devido ao processo de extrusão pois o grão se alongam na mesma direção em que o material “empurrado”.

Imagem 22: Micrografia em corte longitudinal de Alumínio 7075 T651 aumentado 20x.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 23: Micrografia em corte longitudinal de Alumínio 7075 T651 aumentado 50x.

Imagem 24: Micrografia em corte longitudinal de Alumínio 7075 T651 aumentado 100x.

Fonte: Acervo pessoal.

Foram feitas análises das superfícies de fratura pelo MEV (microscópio eletrônico de varredura) nos 3 corpos de prova ensaiados em tração em que se visualizou as micro cavidades das superfícies de fratura.

As imagens 25, 26, 27 e 28 mostram a superfície de fratura dos corpos de prova ensaiados em tração 1.

Imagem 25: Superfície de fratura do Alumínio 7075 T651 CP Tração 1.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 26: Superfície de fratura do Alumínio 7075 T651 CP Tração 1.

Imagem 27: Superfície de fratura do Alumínio 7075 T651 CP Tração 1.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 28: Superfície de fratura do Alumínio 7075 T651 CP Tração 1.

No círculo azul pode-se observar uma das muitas microcavidades e nas setas azuis além de se observar outras micro cavidades também nota-se a presença de um possível precipitado Mgx(Al,Zn)y.

Nas imagens 29, 30 e 31 abaixo se tem as análises da amostra de tração 2, em que verifica a superfície de fratura.

Imagem 29: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 2.

Imagem 30: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 2.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 31: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 2.

Pode-se verificar abaixo, nas imagens 32, 33 e 34 a superfície de fratura do terceiro corpo de prova de tração.

Imagem 32: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 3.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 33: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 3.

Imagem 34: Superfície de fratura Al 7075 T651 CP Tração 3.

Fonte: Acervo pessoal.

Para os ensaios de fadiga foi utilizado uma rotação constante de 3000 RPM em todos os ensaios, só variando a tensão aplicada em cada corpo de prova.

Utilizando a formula da tensão resistência a tração, σ = Mf x Y_I em que tensão máxima está no ponto externo do diâmetro 8 mm do corpo de prova pode-se calcular o momento fletor (Mf). Para se dar início ao ensaio de fadiga utiliza-se 70% a 20% do valor da tensão de resistência (σres) do Al 7075.

Para o cálculo da carga:

σ = Mf x Y_I [1.6] Y = d₂ => Y =8₂ = 4,00 mm [1.7] I = π x d₆₄4 => I =π x 8₆₄4 = 201,06 mm [1.8] b = L₂ => b =160₂ = 80,00 mm [1.9] Mf = F x b => F =Mf_b. [1.10] Onde F é a carga inicial é (70% limite de resistência).

Na tabela 4 estão relacionadas as amostras ensaiadas em fadiga onde se verifica a tensão aplicada no ensaio e o número de ciclos até romper o corpo de prova. No gráfico 7 observa-se a curva S-N gerada pelos pontos da tabela 4 em que apresentou uma curva que possui características de materiais não ferrosos. Os dados assinados (*) ocorreu um problema, em que o corpo de prova fraturou fora do rebaixo em que deveria ocorrer a fratura como pode-se observa na imagem 35.

Tabela 4: Tensões e Nº de Ciclos dos Ensaios em Fadiga.

CP Tensão (MPa) Nº Ciclos

CP1 467,92 2100 CP2 467,92 6000 CP3 336,90 17400 CP4 271,39 92000 CP5 203,03 352100 CP6* 135,35 8463800 CP7 203,03 1244900 CP8 406,06 4200 CP9 338,38 17100 CP10 270,71 43300 CP11 406,06 4400 CP12* 169,19 2658500 CP13 203,03 1180300 CP14 169,19 751200 CP15* 169,19 2220800 CP16 270,71 118300 CP17 169,19 6463500 CP18 186,11 4433200 CP19 186,11 4962400 CP20 467,92 3200

Gráfico 7: Curva S-N Alumínio 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Ocorreu em alguns casos nos ensaios de fadiga a quebra do corpo de prova fora do rebaixo em que a ruptura deveria acontecer, imagem 35. Notou-se que essa situação ocorria em alguns ensaios de alto ciclo, em que a tensão aplicada no corpo de prova era mais baixa. Outro aspecto que se notou foi que a fratura era por cisalhamento. Isso se deve pelo motivo de que o material em estudo é muito resistente e não sofre muitas deformações plásticas, o que alivia as tensões nas regiões de micro trincas, não deixando essa situação ocorrer. 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 T e n sã o [ M Pa]

Imagem 35: Corpo de prova fraturado fora do rebaixo.

Fonte: Acervo pessoal.

Devido a tensão de tração que é ocasionada pela flexão aplicada ao corpo de prova (σ1) para o ensaio e uma tensão de compressão (σ2) que é aplicada na fixação da peça na máquina. De acordo com estado plano de tensão visualizado pelo círculo de Mohr, imagem 36, tem-se uma condição de alto cisalhamento que em conjunto com as características do Al 7075, de pouca deformação plástica, faz com que ocorra a quebra do corpo de prova por cisalhamento fora do rebaixo. Por isso tomou-se o cuidado com os outros ensaios para que essa situação fosse minimizada.

Imagem 36: Círculo de Mohr.

Fonte: Acervo pessoal.

Na imagem 37 observa-se o corpo de prova 11 em que se aplicou uma tensão 406 MPa e obteve 4400 ciclos até o seu rompimento.

Imagem 37: Corpo de prova 11 ensaiado em fadiga sob tensão de 406 MPa de Al 7075 T651.

Pode-se observar marcas de catraca nas bordas externas da fratura e a fratura final no centro da superfície de fratura.

Já na imagem 38 pode-se observar o corpo de prova 7 sofreu uma tensão de 203 MPa e suportou 1244900 ciclos até o seu rompimento.

Imagem 38: Corpo de prova 7 ensaiado em fadiga sob tensão de 203 MPa de Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Observa-se marcas de catraca nas bordas externas da fartura e o início da trinca que pode ser observada na indicação da seta.

Na imagem 39 observa-se o corpo de prova 17 em que se aplicou uma tensão 169 MPa e obteve 6463500 ciclos até o seu rompimento. Pode-se observar poucas marcas de catraca e observa-se uma fratura dúctil.

Imagem 39: Corpo de prova 17 ensaiado em fadiga sob tensão de 169 MPa de Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Na micrografia analisada nas imagens 40, 41 e 42 feita no corpo de prova 2 em que se aplicou uma tensão de 467,92 MPa e rompeu com 6000 ciclos, pede-se observar que a trajetória da trinca é transgranular pois percebe-se que a trinca se propagou através do grão e não se percebeu a ocorrência de trinca intergranular.

Imagem 40: Micrografia CP 2 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 5x.

Imagem 41: Micrografia CP 2 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 10x.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 42: Micrografia CP 2 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 20x.

Já na análise micrográfica do corpo de prova 17, imagens 43, 44 e 45, em que se aplicou uma tensão de 169,20 MPa e obteve 6463500 ciclos até a sua ruptura também se verificou que a trajetória da trinca é transgranular e não se percebeu a ocorrência de trinca intergranular. Isso pode ocorrer devido à pouca deformação plástica do material.

Imagem 43: Micrografia CP 17 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 5x.

Imagem 44: Micrografia CP 17 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 10x.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 45: Micrografia CP 17 de Fadiga em corte longitudinal de Al 7075 T651 aumentado 20x.

Após feitas as análises de micrografia foram feitas analises na superfície de fratura de três corpos de prova, baixo, médio e alto ciclo, no MEV.

No corpo de prova, amostra 20, submetido a uma tensão de 467,9 MPa e rompeu com 3200 ciclos (baixo ciclo) pode-se ver algumas marcas de catraca onde se deu o início de várias trincas e a propagação delas para o interior da peça.

Imagem 46: Marcas de catraca na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Nas imagens 46 e 47 em que a fratura final ocorreu no centro do corpo de prova como pode-se verificar na imagem 47 as marcas de catraca em que se deram o início de algumas trincas.

Imagem 47: Marcas de catraca e propagação das trincas na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 48: Steps na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Pode-se verificar na imagem 48 a presença de steps, região de propagação da trinca e logo após a mudança do mecanismo de fratura.

Imagem 49: Mudança da propagação da trinca na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Na imagem 49 observa-se a mudança do mecanismo de fratura, após a linha, em que a trinca se propaga rapidamente até o colapso da peça (LEE, 2008). Pode-se verificar ao longo de toda a superfície de fratura que a trajetória da trinca é transgranular.

Na imagem 50 pode-se observar dimples de pequena dimensão nucleados a partir de partículas de precipitados, região onde podem ser encontrados possíveis precipitados. Nesta amostra 20 nota-se que a trinca é transgranular em que se pode verificar uma trinca atravessando o grão como pode-se verificar na imagem 50.

Imagem 50: Dimples superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 51: dimples superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Imagem 52: Micro estrias na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Na imagem 51 observa-se a presença de micro dimples, com um aumento de 2000x em que se nota a presença de possíveis precipitados dentro das micro cavidades. Pode- se observar estrias de fadiga na imagem 52, região em que ocorreu a propagação da trinca em uma determinada direção.

Já o corpo de prova, amostra 4, que foi submetido a uma tensão de 271,4 MPa e sofreu ruptura aos 92000 ciclos pode-se observar poucas marcas de catraca, porem a partir de uma delas ocorreu a nucleação e o início da trinca e o surgimento de estrias de fadiga, imagem 53.

Imagem 53: Início da trinca e estrias na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 54: Final da trinca na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Na imagem 54 pode-se observa steps, a transição de mudança de mecanismos na região final trinca e a área de ruptura. Nesta amostra de médio ciclo pode-se verificar uma mudança de propagação da trinca com relação a amostra 20 (baixo ciclo). Na amostra 20 ocorreu várias nucleações constatadas a partir das marcas de catraca e se propagaram para o centro da peça até a ruptura. Nesta amostra a nucleação da trinca ocorreu em uma extremidade e se propagou longo da superfície de fratura até a ruptura final.

Imagem 55: Estrias de fadiga na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Pode-se observar na imagem 55 as estrias de fadiga, isso ocorre devido a trinca se propagar um pequeno comprimento até encontra uma resistência, esse processo ocorre várias vezes ao longo do processo de fadiga até uma mudança do mecanismo em que há um aumento da velocidade de propagação da trinca (NEWMAN JR, 2012).

Imagem 56: Estrias de fadiga mal definidas na superfície de fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Observa-se na imagem 56 as estrias de fadiga mal definidas, em que a trinca se propagou em várias direções. Na imagem 57 tem-se a superfície de fratura final onde se pode verificar a presença de dimples.

Imagem 57: Área final da fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Já na amostra 17 (alto ciclo), imagem 58 em que o corpo de prova foi submetido a uma tensão de 169,2 MPa e rompeu com 6463500 ciclos pode-se ver algumas marcas de catraca e a partir de uma delas se deu o início da trinca. Observa-se uma quantidade maior de estrias de fadiga que a amostra 4, médio ciclo. Diferente das amostras de baixo ciclo em que a fratura ocorreu no centro da peça as amostras de médio e alto ciclo a trinca se inicia em uma extremidade da superfície e se propaga ao longo da superfície de fratura. Outro ponto é que a área da fratura final, fratura rápida, tem a tendência de ficar menor devido a carga aplica na peça (LEE, 2008).

Imagem 58: Início da trinca por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Observa-se a mudança do mecanismo de fadiga na imagem 59 e 60 em que a parta inferior mostrada na imagem 59 ocorreu a mudança de velocidade da trinca. Na área superior da imagem pode-se notar a trinca que ocorreu foi transgranular, porem em alguns pontos parece ter ocorrido algumas trincas secundarias, apresentando sinais de propagação intergranular como se pode verificar na imagem 60.

Imagem 59: Mudança de mecanismos de fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Imagem 60: Mudanças de mecanismos e trincas intergranular do Al 7075 T651.

Imagem 61: Superfície final da fratura por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Na imagem 61 nota-se a área em que a propagação da trinca foi mais rápida e pode-se notar a presença de dimples.

Imagem 62: Mudança de mecanismos de fratura do Al 7075 T651.

Na imagem 62 ocorreu uma possível mudança de mecanismos de fratura e também pode-se observar mudança na direção de propagação da trinca.

Imagem 63: Trinca atravessando o contorno de grão falha por fadiga do Al 7075 T651.

Fonte: Acervo pessoal.

Observa-se na imagem 63 uma trinca, estrias mais profundas, atravessando o contorno de grão o que pode caracterizar que a propagação de trinca é transgranular pois a trinca se propagou de um primeiro grão para o próximo grão.

Na análise feita pelo o EDS, em que o feixe foi concentrado bem em cima do precipitado que pode ser visualizado na imagem 64. Nesta análise foi encontrado uma concentração alta de alguns dos principais elementos Mgx(Al,Zn,Cu)y, que compõem os precipitados da liga de alumino 7075. No gráfico 8 tem-se o espectro dos principais elementos que podem ser encontrados no material estudado. Na tabela 5 verifica-se que o elemento que mais se destacou foi o Zn junto com o Cu caracterizando um precipitado da liga 7075.

Imagem 64: Precipitado analisado pelo EDS na amostra de fadiga 17.

Gráfico 8: Elementos de liga encontrados na amostra de fadiga 17.

Fonte: Acervo pessoal.

Tabela 5: Elementos de liga encontrados na amostra de fadiga 17.

Elemento Contagem Peso (%) Átomos (%)

Mg 63 1.37 2.40 Al 2012 35.82 56.33 Si 10 0.20 0.30 Cr 18 0.35 0.29 Mn 10 0.24 0.18 Fe 7 0.16 0.12 Cu 305 13.05 8.71 Zn 874 48.81 31.67 Ti 0 0.00 0.00 Total 100.00 100.00

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