Tratamentos térmicos em ligas de alumínio

 TRATAMENTOS TÉRMICOS EM LIGAS DE ALUMÍNIO

Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm como finalidade causar modificações nas propriedades dos materiais pela alteração do tipo e proporção das fases presentes, pela variação da morfologia dos microconstituintes ou pela variação da concentração e distribuição de defeitos cristalinos. Essas modificações ocorrem através de um conjunto de operações que incluem aquecimento e resfriamento em condições controladas. Uma grande variedade de ligas é suscetível de ter suas propriedades aprimoradas por meio de tratamentos térmicos.

A têmpera é uma condição aplicada ao material ou liga através de deformação plástica a frio ou de tratamento térmico, propiciando estrutura e propriedades mecânicas características (CALLISTER, 2002). Ainda que a resistência original possa ser aumentada agregando-se certos elementos, as propriedades mecânicas das ligas, com exceção de algumas ligas para fundição, não dependem apenas da sua composição química. Semelhante a outros metais, o alumínio e suas ligas endurecem e aumentam sua resistência quando trabalhados a frio. Além disso, algumas ligas de alumínio possuem a valiosa característica de responder ao tratamento térmico, adquirindo resistências maiores do que as que podem ser obtidas apenas através do trabalho a frio (ABAL, 2004). Assim, as ligas de alumínio são divididas em dois grupos: aquelas que são tratadas termicamente, proporcionando-lhes maior resistência, e as que não são tratadas termicamente, cuja resistência só pode ser aumentada através do trabalho a frio. De acordo com a ABAL (2004), as ligas tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer tratamento térmico para o aumento da resistência mecânica. As ligas não-tratáveis termicamente podem ser submetidas a outros tratamentos térmicos como o de estabilização e recozimentos plenos ou parciais.

TIPOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS PARA LIGAS DE ALUMÍNIO

A maioria das ligas de alumínio fundidas podem ter suas propriedades mecânicas, estabilidade dimensional ou resistência à corrosão, melhoradas por meio de tratamentos térmicos, que têm por objetivo remover ou reduzir as segregações e controlar certas características metalúrgicas. O tipo de tratamento térmico a ser realizado depende, muitas vezes, das propriedades desejadas na peça fundida. Os principais tipos de tratamento térmico são:

-Homogeneização

É realizado em temperaturas ao redor de 500°C – dependendo da liga – e tem a função de remover ou reduzir as segregações, produzir estruturas estáveis e controlar certas características metalúrgicas, como propriedades mecânicas, tamanho de grão, estampabilidade, entre outras. Na laminação a quente, este tratamento pode ser executado concomitantemente ao aquecimento das placas.

Também é conhecido como pré-aquecimento do lingote anterior ao trabalho a quente. Um dos principais objetivos é aumentar a trabalhabilidade. A microestrutura dos tarugos e placas fundidas de ligas de alumínio é bastante heterogênea, apresentando segregações numa estrutura dendrítica, com grande variação de composição química, com o teor de soluto aumentando progressivamente das superfícies para o centro, assim como a presença de partículas de segunda fase, que se formam preferencialmente nos contornos das dendritas.

Devido à baixa ductilidade resultante da presença localizada dessas partículas as estruturas fundidas estão associadas com baixa trabalhabilidade. Os tratamentos térmicos de homogeneização das estruturas fundidas foram desenvolvidos de maneira empírica, baseados em observações metalográficas em microscópio ótico para determinar o tempo e a temperatura necessários para reduzir a segregação e dissolver as partículas de segunda fase. Entretanto, mais recentemente têm surgido métodos que permitem determinar quantitativamente o grau de microssegregação e as taxas de dissolução e de homogeneização. Em geral, quanto mais grosseira a estrutura dendrítica, maior a segregação e mais difícil a homogeneização, uma vez que as distâncias, que devem ser vencidas pela difusão dos átomos, tornam-se mais longas. Durante o resfriamento lento que se segue ao tratamento térmico de homogeneização ocorre reprecipitação de partículas de segunda fase, mas esta ocorre de maneira mais dispersa, não localizada, e não de modo muito significativo no interior das dendritas, e não nos contornos como anteriormente. Além disso, a vantagem intrínseca do tratamento de homogeneização é permitir a esferoidização das partículas quase insolúveis que contêm ferro, a qual é tanto maior quanto maior for a solubilidade e a taxa de difusão dos elementos contidos nas partículas.

A presença de elementos como manganês, cromo e zircônio tem um efeito diferente do ferro e do silício no que se refere à segregação e à presença de partículas de segunda fase. Esses elementos se separam por uma reação peritética durante a solidificação, de tal modo que a formação de partículas contendo esses elementos ocorre de maneira inversa ao que acontece com as partículas que não contêm esses elementos, isto é, a região central da dendrita, que é a primeira a se solidificar contém, progressivamente, maior teor desses elementos do que a região dos contornos, que é a última a se solidificar. Assim, as soluções sólidas formadas por esses elementos estão supersaturadas, o que resulta das taxas de difusão relativamente baixas destes elementos no estado sólido.

Tratamentos térmicos de pré-aquecimento dos lingotes das ligas que contêm esses elementos são recomendados para induzir a precipitação de partículas de fases tais como  e , com dimensões de 10 a 100 nm. Esses precipitados formados em altas temperaturas também são conhecidos como dispersóides e se formam dentro das dendritas com uma distribuição que é a mesma resultante da solidificação, pois as taxas de difusão são muito baixas e assim não permitem uma redistribuição significativa. Essa precipitação de dispersóides, entretanto deve ser controlada, de modo a não ocorrer nos contornos das dendritas, e tem uma importância muito grande como fator de geração de obstáculos à movimentação de contornos durante a recristalização, pois os dispersóides atuam no sentido de dificultar a movimentação dos contornos, contribuindo para a obtenção de grãos mais finos, o que é benéfico para a maioria das aplicações das ligas de alumínio, uma vez que invariavelmente resulta em melhores propriedades mecânicas.[pic 1][pic 2]

Figura – Antes e depois da homogeneização

[pic 3]

Fonte: www.abal.org.br (2015)

-Recozimento pleno

O recozimento pleno é um tratamento térmico em que se obtém as condições de plasticidade máxima do metal (têmpera O), correspondendo a uma recristalização total do mesmo.

O processo é o seguinte: O metal é aquecido, geralmente na faixa de 350°C, suficientemente para permitir o seu rearranjo numa nova configuração cristalina não deformada. Este processo de recristalização remove o efeito do trabalho a frio e deixa o metal numa condição dúctil. O recozimento bem sucedido caracteriza-se somente pela recristalização primária.