Fundamentos e Processo Obtenção de Aluminio em DC e TRC.

COMPARAÇÃO DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE FOLHA DE ALUMÍNIO LIGA 3003 PARA APLICAÇÃO EM COMPONENTES DE TROCADOR DE CALOR 

        

RESUMO

As ligas de alumínio são utilizadas na fabricação de trocadores de calor, devido à sua elevada condutividade térmica e conformabilidade. As ligas de alumínio aplicadas em trocadores de calor são da série 3xxx, com manganês como elemento de liga principal. O objetivo deste estudo foi comparar dois processos de fabricação de folhas da liga de alumínio 3003 para aplicação em trocadores de calor. As folhas da liga de alumínio 3003 foram obtidas por dois métodos: fundição semicontínua (Direct Chill - DC) fundição contínua (Twin Roll Caster - TRC). As lâminas obtidas foram caracterizadas por microscopia óptica e difração de raios-X (textura cristalográfica). As amostras das folhas foram também avaliadas em ensaios de tração e de embutimento Erichsen. A análise microestrutural mostrou uma micrografia de grãos mais homogêneos na folha obtida a partir da fundição semicontínua (DC). A micrografia de grãos da folha laminada a partir da chapa obtida por fundição contínua (TRC) foi muito heterogénea, devido às características do processo de fabricação. A folha da liga de alumínio 3003, obtida a partir do processo de fundição semicontínua (DC) mostrou texturas cristalográficas do tipo cubo {100}<001> e Goss {110}<001>, que são típicas de alumínio recristalizado e textura tipo bronze {011}<112>, que é típica de deformação de alumínio. Na folha de da liga de alumínio 3003 obtida a partir do processo de fundição contínua (TRC) foi observada apenas a textura tipo cobre {211}<111>. As propriedades mecânicas das folhas obtidas a partir da fundição semicontínua (DC) apresentaram valores mais elevados de resistência mecânica e ductilidade comparado com as obtidas a partir da fundição contínua (TRC). Estes resultados são devidos à maior homogeneidade e o tamanho de grão menor na microestrutura das folhas laminadas a partir da fundição semicontínua (DC).

Palavras-chave: Liga de Alumínio 3003; textura cristalográfica

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INTRODUÇÃO

As ligas de alumínio aplicadas em trocadores de calor são da série 3xxx, com manganês como elemento de liga principal, apresenta boa resistência à corrosão e capacidade de aumento da resistência mecânica pelo encruamento. As folhas de alumínio na liga 3003 foram obtidas por dois processos diferentes: fundição semicontínua (Direct Chill) denominada neste trabalho como processo DC e fundição contínua (Twin Roll Caster) denominada neste trabalho como processo TRC. O processo DC consiste na passagem da liga líquida numa camisa refrigerada onde ocorre a solidificação da camada externa e, na sequência, o núcleo da placa é solidificado. O sistema de vazamento TRC consiste da produção de chapas de ligas de alumínio a partir da passagem do material líquido por dois cilindros refrigerados a água.

MATERIAIS E MÉTODOS

O material utilizado neste trabalho foi a folha da liga de alumínio 3003 obtida por dois diferentes processos de fabricação: fundição semicontínua (Direct Chill - DC) e fundição contínua (Twin Roll Caster - TRC). A composição química de amostras de folhas fabricadas pelos dois processos foi obtida por espectrometria de Absorção Atômica, utilizando um equipamento da Varian modelo AA 55.

A preparação das amostras para observações por microscopia óptica das folhas da liga 3003 obtidas pelos dois processos de fabricação foi feita por meio de técnicas convencionais de embutimento, lixamento, polimento e oxidação anódica utilizando-se uma solução aquosa de ácido fluorbórico (HBF4 2,0 %). Para as observações da microestrutura foi utilizada luz polarizada em um microscópio óptico convencional.

No ensaio de embutimento Erichsen, o material é submetido a um sistema biaxial de tensões, simétrico, simulando uma operação de conformação mecânica por estiramento, por meio de um punção sólido hemisférico. Para o ensaio de embutimento Erichsen foram preparados 4 amostras, sendo 2 amostras para cada processo de fabricação (DC e TRC). O resultado deste ensaio é a profundidade máxima de penetração (em mm) que o material suporta até a condição de ruptura no corpo-de-prova.

As amostras utilizadas para análise da textura cristalográfica por difração de raios-X foram cortadas nas dimensões de 20x20 mm para os dois processos de fabricação. Para análise da textura cristalográfica utilizou-se um goniômetro automático de textura acoplado a um difratômetro Rigaku modelo Dmax 2000. A radiação utilizada foi o Mokα1 (λ = 0,7093 Ǻ) passo angular de 5° e tempo de contagem de 5. Os planos cristalográficos escolhidos para a obtenção das figuras de pólo foram (111), (200), (220) e (311). Com os dados gerados das figuras de pólo foram obtidas as funções distribuição de orientações (FDOs) função distri- buição de orientações.

        

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1 são apresentadas as composições químicas da liga de alumínio 3003 obtidas pelos dois processos de fabricação: DC e TRC. As análises químicas mostraram que as folhas da liga de alumínio 3003 obtidas pelos dois processos de fabricação apresentam uma pequena variação principalmente com relação ao teor de ferro, mas ambas dentro da faixa de composições característica da liga 3003.

Tabela 1: Composição química das folhas da liga de alumínio 3003 obtidas pelos processos de fundição contínua (TRC) e semicontínua (DC).

Processo	Si (%)	Fe (%)	Cu (%)	Mn (%)	Mg (%)	Zn (%)	Al (%)
DC	0,15	0,57	0,11	1,02	0,01	0,05	Balanço
TRC	0,17	0,30	0,06	1,1	0,001	0,005	Balanço

As Figuras 1 e 2, obtidas por microscopia óptica utilizando luz polarizada, representam uma visão geral das microestruturas tridimensionais num mesmo aumento de amostras das folhas da liga de alumínio 3003 obtidas pelos processos TRC e DC respectivamente. Nestas figuras pode ser observado que a folha da liga de alumínio obtida pelo processo TRC apresentou uma microestrutura heterogênea com tamanho de grão superior quando comparado com a microestrutura obtida no processo DC, que se mostrou mais homogênea com grãos equiaxiais.