32 Figura 8 - (a) Perda de massa para ligas à base de Cu-Zn-Al e ligas com adição de ferro. Legenda: (a) Perda de massa para ligas à base de Cu-Zn-Al e ligas com adição de ferro expostas por imersão em solução 0,3 M de H2SO4 e (b) Taxa de corrosão para ligas à base de Cu-Zn-Al e ligas com adição de ferro imerso em uma solução de H2SO4 0,3 M.
Materiais
Processamento da Liga Zamac 5 Comercial
Processamento da Liga Zn-Al-Fe-Cu
A disposição dos materiais no cadinho foi montada de acordo com as temperaturas de fusão dos elementos, sendo os elementos com menor temperatura de fusão colocados em contato com o cadinho e aqueles com maior temperatura de fusão no topo para eliminar perdas de massa no cadinho. Elementos de ponto de fusão inferior do cadinho. A etapa de aquecimento foi realizada até a temperatura de 700 oC, com tempo de residência nesta temperatura de aproximadamente 6 horas, para obter uma boa homogeneização química no líquido. A solidificação foi realizada a uma taxa de resfriamento de 1,5 oC/min, uma taxa relativamente baixa próxima ao equilíbrio termodinâmico para permitir o gradiente térmico da composição através da difusão dos elementos de liga.
A ideia original do trabalho era modificar a composição da liga Zamac 5, acrescentando maior teor de Cu e Mg. Este fenômeno inesperado consistiu na observação do “bronzeamento” da liga com o cadinho, sendo necessário o uso de força mecânica excessiva para extrair a liga do cadinho, portanto, a liga produzida foi Zn-Al-Fe-Cu-Mg com uma composição constituinte. gradiente devido ao efeito de difusão dos elementos de liga e também do gradiente térmico do forno. Desta única liga produzida, três amostras foram extraídas de diferentes regiões com diferentes composições de Zn-Al-Fe-Mg-Cu.
Material do Cadinho
Preparação metalográfica das ligas
Caracterização da microestrutura
Estimativa de densidade das ligas produzidas
Ensaios mecânicos
Os ensaios de tração foram realizados utilizando o equipamento SHIMADZU, nº I modelo AG-X, com aparelho de compressão de placas equipado com sistema de motorredutor e controle de carga e velocidade, da LabPol. A Figura 15 mostra a foto de um dos corpos de prova após usinagem realizada na oficina mecânica do IPRJ.
Determinação da dureza
Determinação do potencial e corrente de corrosão
Legenda: a) - Célula para realização de teste de polarização potenciodinâmica; b) - Desenho esquemático para determinação do potencial de circuito aberto (potencial de corrosão - Ecor. A curva é dividida em regiões catódica e anódica, onde é identificada principalmente a região de corrosão ativa, e a região de passivação. Os processos catódico e anódico são simultâneos, qual as correntes anódica e catódica e leva a um potencial de equilíbrio: Potencial de corrosão (Ecorr), o ponto onde a taxa de oxidação é exatamente igual à taxa de redução, e onde começa o processo de corrosão do metal.
Percorrendo a curva, percebe-se que no ponto de potencial de corrosão (Ecor) as correntes catódica e anódica são iguais, resultando na corrente de corrosão (icor). Seguindo a curva de Ecorr, observa-se na Figura 17 que à medida que o valor do potencial aumenta, a densidade de corrente também aumenta (aumentando proporcionalmente a taxa de corrosão) até que o valor do potencial de passivação seja alcançado. Nesta área ocorre a reação de corrosão, que posteriormente provoca um revestimento passivo de Al2O3.H2O conforme as reações representadas pelas equações (2) e (3) (ver também o diagrama de Pourbaix no Apêndice D).
Microestrutura de amostras COM
A Figura 20 mostra a microestrutura da liga fundida novamente com ampliação de 200X, onde uma mudança significativa é observada na microestrutura da liga recebida (Figura 18). Isso resultou em uma microestrutura predominantemente vertical, que formou uma estrutura colunar dos grãos, conforme mostra a Figura 20.
Microestrutura de amostras Zn-Al-Cu-Fe
Análise da microestrutura da amostra SUP
Portanto, é importante determinar como esses elementos presentes nessas amostras estão distribuídos e quais fases são formadas, sua distribuição e geometria. Pela imagem pode-se observar que prevalece uma fase cinza claro (fase η, rica em Zn) e pelo menos uma fase preta localizada nos contornos da fase matriz (fase ε). Além disso, é possível observar pequenas partículas cinza-escuras localizadas no interior da matriz, que, segundo os diagramas de fases, correspondem à fase α, rica em Al.
Também são observadas áreas da amostra com características eutéticas (α + η1) e monotéticas (KOROJY. et al., 2009) com fases cinza claro e cinza escuro. É importante notar que essas regiões de transformações eutéticas e monotéticas tornam-se mais pronunciadas à medida que se avança na amostra, ou seja, à medida que o Al aumenta seu conteúdo composicional. É importante notar que as transformações eutética/eutetóide fornecem uma microestrutura lamelar de ambas as fases, enquanto as transformações monotéticas/monotetóides fornecem microestruturas nas quais uma fase possui formato circular (esférico) imersa na outra fase.
Análise da microestrutura da amostra INTER
É importante notar que a formação das fases acima mencionadas pode ter ocorrido devido à taxa de solidificação relativamente baixa. Essas diferenças microestruturais foram obtidas através de um processo de resfriamento lento na mufla utilizada para usinar a peça. No processo de solidificação direcional, a liga é completamente fundida no cadinho, e a solidificação é gradual, movendo o material da zona quente para a zona fria do forno a uma taxa específica e controlada, o que permite certos fenômenos físicos, como como a formação de um gradiente composicional, importante na purificação de materiais.
No presente trabalho não foi exatamente utilizado o processo de solidificação direcional, mas foi um processo que gera um gradiente térmico que permite a modificação microestrutural dependendo da taxa de resfriamento que foi apresentada. Na região INTER é possível observar que há uma diminuição no tamanho das partículas da fase matriz e não se observa um aumento relativamente grande na microestrutura do tipo eutética e na microestrutura monotética, o que significa que no processo de solidificação a relativamente velocidades mais altas levam à formação de uma estrutura monotética e, à medida que essa taxa diminui, a solidificação muda para o tipo eutético devido ao maior tempo de difusão dos elementos de liga. É importante destacar que um processo de solidificação é relativamente complexo e depende de fatores como taxa de resfriamento e composição.
Análise da microestrutura da amostra INF
Como a zona de transição INTER – INF contém o maior número de fases presentes na liga Zn-Al-Fe-Cu, foi realizada análise de mapeamento de raios X para observar a distribuição dos elementos presentes nestas fases. As fases em preto correspondem a fases ricas em ferro, o que confirma a suposição baseada na análise EDS. O Al está presente na forma majoritária nas regiões ricas em Fe, indicando que as fases pretas são formadas principalmente por Al e Fe.
A distribuição dos elementos Zn e Cu diminui gradativamente da parte SUP para a parte INF, embora Zn tenha uma diminuição mais pronunciada. Além disso, foi realizada uma análise EDS para obter uma aproximação das composições de algumas das fases formadas nesta região da interface INTER - INF. Tais regiões são rotuladas com números de 1 a 6 e as frações atômicas dos elementos correspondentes a cada fase analisada são apresentadas na Tabela 20.
Análise de difração de raios-X das amostras em estudo
É importante ressaltar que os picos de difração em solução sólida estão ligeiramente deslocados, mas muito próximos dos ângulos correspondentes ao Zn puro. Ao analisar qualitativamente os picos de difração entre os ângulos 36° e 39° (Figura 32), dois picos de difração podem ser observados nas amostras SUP, INTER e INF. O deslocamento desses dois picos das amostras SUP, INTER e INF, em relação ao pico único da amostra COM, apresenta deslocamentos de ângulos diferentes.
Ao observar os demais picos de difração em ângulos maiores (Figuras 33 e 34), pode-se identificar o pico em relação ao qual ele é dominante na substituição, devido à sua intensidade. Isto é baseado no diagrama de amostra INF, que mostra uma boa redução entre os dois picos. Isso provavelmente ocorreu devido à formação da fase FeAl3, (SWEET et al., 2011) com estrutura cristalina monoclínica com parâmetros de rede a.
Densidade das ligas estudadas
Esses parâmetros de rede são relativamente grandes e produzem um volume de célula unitária de 1.562 nm3. A morfologia do FeAl3 é caracterizada por longas plaquetas estendendo-se sobre os grãos e pela formação da fase matriz Fe2Al5-XZnx (Fe8Zn87Al4 – Okamoto et al., 2015) com volume celular cúbico de 5,868 nm3. Assim, a justificativa para o aumento de volume observado no experimento pode estar nos volumes dessas fases. Comparadas ao volume de 0,0853 nm3 da célula hexagonal compacta de zinco (HC), essas fases têm seus volumes até 68,8 vezes maiores. .
Ensaios mecânicos
A adição de cobre, (SAVASKAN et al., 2003), aumenta a dureza e a resistência mecânica da liga. Trabalhos como o de Harding et al. pode ser encontrado na literatura. 2015), que mostram que um processo mecânico pode aumentar a dureza da liga Al-Zn7075 para valores em torno de 160 HV. Para os intermetálicos do sistema Fe-Al, estes são identificados como fases e citados na literatura (Harding et al., 2015): FeAl3, Fe2Al5, FeAl2, FeAl e Fe3Al.
Porém, é amplamente conhecido que os processos de solubilização e precipitação levam ao aumento da resistência mecânica (dureza) dos materiais devido à formação de precipitados nanométricos (HARDING et al., 2015). Comparando esta nanodureza da fase FeZn10 com as fases do sistema Fe-Al, por exemplo FeAl3 e Fe2Al5, notamos que as nanodurezas medidas por Yang et al. A forte tendência de formação de pares Al-Fe devido à entalpia de mistura negativa (∆HFe-Al = -11 Kj/mol) (SYAHBUDDIN et al., 1999) aumenta a difusão do ferro nas fases mais ricas em alumínio e, desta forma suprime a formação de intermetálicos do sistema Fe-Zn, que apresentam entalpia de mistura positiva (∆HFe-Zn = +4), indicando baixa tendência à formação de pares Fe-Zn.
Comportamento de corrosão
Em relação à liga COM, observa-se uma pronunciada e longa região de corrosão ativa, cobrindo uma grande faixa de potencial até entrar no processo de passivação. Suscetibilidade à corrosão de ligas de Zn-Al com diferentes grãos e microestruturas dendríticas em soluções de NaCl. Caracterização da microestrutura, propriedades mecânicas e resposta do pino de disparo de uma liga PM de Al-Zn-Mg-Cu processada industrialmente.
Crystal structure determination of the C2 phase in the Fe-Zn-Al system by single-crystal synchrotron X-ray diffraction combined with scanning transmission electron microscopy. Microstructural evolution of Fe-rich particles in an Al-Zn-Mg-Cu alloy under straight-channel angular pressing. The development of Fe-Zn intermetallic compounds in solid Fe:Zn and Fe:Zn-Al diffusion couplings during short-term annealing at 400°C.
