Solubilização

Na etapa de solubilização a liga é aquecida e mantida a uma temperatura próxima ao ponto de fusão, para que haja uma difusão dos elementos de liga na matriz, até que se forme uma estrutura uniforme de solução sólida. Procura-se dissolver totalmente as fases microscópicas simples ou intermediárias, além de maximizar a difusão e a solubilidade dos elementos presentes na liga (HASKEL; VERRAN, 2010). Ao se elevar a temperatura da liga em condições quase estáticas, até o campo monofásico próximo a temperatura de eutético e acima do limite de solubilidade no estado sólido (linha Solvus), os precipitados são distribuídos para o interior dos grãos da matriz através de uma transformação de fase no estado sólido, solubilizando os átomos das fases intermetálicas para dentro da rede cristalina da matriz (WU et al., 2014).

Estas fases têm condições de se homogeneizar, fazendo com que o excesso

de soluto (precipitados) na superfície do contorno do grão difunda-se para o seu interior. É o que ocorre normalmente quando a solubilização é eficaz. Entretanto, se o aquecimento for muito rápido, tal difusão poderá não ocorrer completamente, e se o aquecimento for excessivo, parte do grão que apresente a composição eutética nos precipitados poderá formar uma fase líquida, se a temperatura do processo for maior que a isoterma eutética (LIMA, 2014).

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Para algumas ligas, a temperatura na qual a máxima quantidade de soluto pode estar dissolvida corresponde à temperatura eutética, no equilíbrio entre as fases líquida e sólida. Sendo assim, as temperaturas de solubilização devem ser limitadas a um nível seguro no qual as consequências do superaquecimento e da fusão parcial sejam evitadas (HASKEL; VERRAN, 2010). Procura-se evitar que se apliquem temperaturas de solubilização muito altas, pois pode fundir as fases eutéticas de baixo ponto de fusão, o que deixa a peça quebradiça após ser resfriada. Por outro lado, temperaturas muito baixas podem resultar em propriedades mecânicas reduzidas após o envelhecimento da liga (ROMETSCH et al., 2014).

A existência momentânea de fase líquida pode deixar evidências microestruturais que persistem por toda a vida do material, sob a forma de microporosidades (de acordo com o conteúdo de hidrogênio) ou regiões de composição química diferenciada, alterando de forma significativa, por exemplo, as propriedades mecânicas e de corrosão da liga (PENG et al., 2017).

O tratamento térmico de solubilização produz uma condição estrutural instável, sendo aplicado somente às ligas que podem sofrer mudanças na dureza devido ao envelhecimento ao longo do tempo. Para as ligas fundidas, a solubilização dependerá diretamente da estrutura bruta de solidificação, onde parâmetros relacionados à micro e a macrosegregação determinarão as condições de temperaturas e tempos para completa homogeneização da solução sólida monofásica (REIS et al., 2013).

Segundo Acer et al. (2016), em seus testes com a liga AA7085 (Al-5,5%Zn- 2,5%Mg), temperaturas em torno de 470°C a 480ºC podem levar à dissolução de algumas fases de não equilíbrio durante a solubilização. A Figura 3.20 (a e b) mostra as microestruturas desta liga após a solubilização em 470ºC (a) e em 480°C (b), onde as fases secundárias foram dissolvidas, além da estrutura dendrítica se mostrar bem reduzida. No entanto, quando a temperatura atinge 480°C, regiões esféricas podem ser observadas tanto nos limites dos grãos quanto nas fronteiras entre os grãos, indicando que a amostra apresentou a fusão de partes sólidas devido ao aquecimento. Tem-se, então, que a temperatura de solubilização mais adequada para esta liga foi

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de 470°C (ENGDAHL et al., 2002).

Figura 3.20. Microestrutura da liga AA7085 fundida com solubilização em (a) 470ºC e (b) 480ºC. Fonte: ACER et al., 2016.

No tratamento de solubilização pode-se provocar uma precipitação controlada de uma segunda fase, fora do equilíbrio termodinâmico, evitando a a sua formação nos contornos dos grão da matriz (Al – α) fazendo com que ela se forme distribuída no interior desses grãos, para isso, a liga de Al-Zn-Mg deverá ser mantida a uma temperatura no estado de solução sólida saturada por tempo suficiente para que haja uma completa solubilidade dos átomos de soluto na matriz de alumínio (TODA, 2010). Para Chinh et al. (2004), um tratamento térmico de solubilização feito a 480ºC por 20 minutos em uma liga fundida AA 7085 já é capaz de realizar uma transformação de fases na microestrutura, modificando a fase η(Zn2Mg) para a fase S(Al2CuMg). A

transição da fase Mg(Zn,Al,Cu)2 para a fase S(Al2CuMg) já é realizada com dificuldade

quando o Zn é maior do que 8% no peso da liga.

No gráfico da Figura 3.21, após o TT da liga Al-6,9%Zn-2,3%Mg-1,7%Cu são mostrados os resultados de testes quanto à influência da temperatura de solubilização em relação à identificação de fases quando a liga é solubilizada. Em 460°C aparecem

as fases Al2CuMg e AlZnMgCu. Com o aumento da temperatura de solubilização para

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Figura 3.21. Fases presentes na liga Al-6,9%Zn-2,3%Mg-1,7%Cu após solubilização. Fonte: SHI et al., 2015.

O Quadro 3.3 mostra, como exemplo, a diferença da distribuição dos intermetálicos Al2Mg com o processo de solubilização da liga AA580.1.

Quadro 3.3. Distribuição dos intermetálicos de Al2Mg na Liga AA 580.01: a) Bruta de solidificação, b)

Solubilizada em 6h, 540ºC e c) Solubilizada em 10h, 540ºC.

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Esta distribuição (Quadro 3.3) realizada em duas condições diferentes de tempo e de temperatura promoveu uma fragmentação e uma melhor distribuição dos particulados na matriz de alumínio. O resultado de uma exposição ao TT de solubilização por mais 4h é nitidamente percebido no Quadro 3.3(c), quando exposta a um tempo maior na temperatura de solubilização, apresentando uma dispersão bem maior de precipitados na matriz de alumínio.

Uma solução sólida monofásica, com a dissolução total dos elementos de liga, mantida à temperatura ambiente de modo instável por meio de resfriamento rápido, gera uma condição metaestável e, sem passar para uma condição mais estável, permitirá um melhor controle do crescimento dos precipitados durante o posterior envelhecimento. Na condição metaestável, o metal necessita de mais energia potencial (ou térmica para aumentar a movimentação dos átomos) e chegar ao estado instável para, após a queda de temperatura, transitar para o estado estável (PAULISCH et al., 2015).