Autores
Almeida, A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Prazeres, E.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Ferreira, J.G.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Neves, A.S.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ)
Resumo
A classe dos nanocompósitos, por usar as características de dois ou mais
materiais, possibilita uma gama maior de propriedades. Assim, foi feita a junção
das características de uma liga de Al–Si somada a nanotubos de carbono de paredes
múltiplas, tratada termicamente. A formulação Al-1%Si + 0,5%NTCPM (TT), mostrou um
grande refino de grãos em sua macroestrutura, foi notado que os nanotubos agiram
como inoculantes. Com isso, a dureza foi impactada, apresentando um ganho próximo
a 100% ensaio de microdureza Vickers.
Palavras chaves
Nanotubos de Carbono; Macroestrutura; Microdureza
Introdução
A busca por um material resistente e leve, é de suma importância para a
otimização deste, diante de sua forma de aplicação. A engenharia de materiais em
torno das ligas metálicas possibilita variadas combinações com o uso de
diferentes materiais como, os Nanotubos de Carbono somados a matrizes metálicas.
Os nanotubos conferem ao alumínio significativa resistência que pode substituir
elementos de ligas atualmente utilizados, uma vez que, os nanotubos atuarão
absorvendo parte do esforço mecânico aplicado sobre a matriz (DIAS et al.,
2016).
As matrizes metálicas de alumínio e silício, possuem características ímpares,
tendo em vista que o Silício agrega maior fluidez do alumínio líquido, propicia
a redução da contração de solidificação durante o resfriamento, reduz a
porosidade nas peças fundidas e o coeficiente de expansão térmico e melhora a
soldabilidade (SANTOS, E. N., 2017).
No presente trabalho, produziu e caracterizou-se um nanocompósito com matriz de
Al–Si com NTCPM (nanotubos de paredes múltiplas). A caracterização estrutural e
mecânica foi feita com análise de macroestrutura e microdureza Vickers e os
dados obtidos foram tratados com auxílio de softwares de análises gráficas e
processamento de imagens.
Material e métodos
Os materiais utilizados para a elaboração deste trabalho foram Alumínio, Pó de
Silício e Nanotubos de Carbono do tipo Paredes Múltiplas (NTCPM),
funcionalizados pelo Grupo de pesquisa em materiais (GPEMAT - UFPA).
Para fabricar as matrizes, usou – se alumínio comercialmente puro (99,73%), de
um lingote cedido pela empresa “Alubar cabos S. A.”.
O Silício foi passou por moagem com auxílio de almofariz e pistilo,
posteriormente foi peneirado e o produto foi o pó de silício, passante da
peneira de 100 mesh (150 µm).
Primeiramente feitas duas matrizes de Alumínio–Silício. As duas ligas foram
fundidas com 1% de pó de Silício e em seguida, a uma delas foi adicionado 0,5%
NTCPM em peso, os 98,5 % restantes, da composição, são da matriz de Alumínio.
Os componentes são adicionados ao cadinho e levados ao forno, a 900 oC por 1
hora, garantindo fusão total dos elementos, em seguida, em 720 ºC , foi
realizado o vazamento no molde do tipo coquilha metálica.
Subsequentemente foi feita a desmoldagem das peças com 21 mm de diâmetro e 220
mm de altura, foi retirada uma seção de cada para análise macrográfica e, foi
feita a laminação para obtenção do fio de 3mm de diâmetro, para microdureza.
As secções foram preparadas para análise macrográfica, com isso, foi feita a
metalografia, regida pelos padrões técnicos de metalografia da ASTM (2004).
Nos fios das formulações Al-1%Si e Al-1%Si + NTC, foi realizado um tratamento de
envelhecimento natural, a 280 ºC, por 1h (uma hora), sem solubilização anterior
e sem encruamento.
Para o ensaio de microdureza, os fios das ligas foram cortados em secções de
pelo menos 1 cm de comprimento e embutidos a frio, em resina poliéster. Assim,
por conseguinte, o ensaio seguiu sendo realizado de acordo com o regimento
normativo da ASTM E384.
Resultado e discussão
Liga Al-1%Si
A liga Al-1%Si apresentou alta formação de grãos equiaxiais. Nas bordas há uma
tentativa de crescimento de grãos colunares que parecem impossibilitaram o
crescimento de coquilhados. Os grãos equiaxiais encontraram condições favoráveis
para nucleação e crescimento no líquido, à frente da fronteira colunar de
crescimento, provocando a transição Colunar/Equiaxial (GARCIA, A., 2001).
A diminuição dos grãos na zona coquilhada, pode ser decorrente do tempo de
solidificação, tendo em vista que, os estudos de Garcia, L. R. (2008), mostram
que o maior tempo de solidificação favorece a formação de grãos equiaxiais.
Liga Al-1%Si + NTC
A liga Al-1%Si +NTC mostrou uma configuração do tamanho de grãos com um alto
refino, como se os nanotubos estivessem agindo como um agente nucleante. Além do
refinamento dos grãos, é notado uma menor presença de grãos do tipo colunar.
Estes, apresentam uma configuração análoga a liga de Al-1%Si, estando em uma na
região periférica e com dificuldade de crescimento, assim, reduzindo a área dos
grãos coquilhados.
O Gráfico mostra que as médias de microdureza para as ligas Al-1%Si e Al-1%Si +
NTC foram próximos, sendo 21, 73 HV e 22,07 HV, respectivamente, assim como,
suas correspondentes que passaram por tratamento térmico, sendo, 43,06 HV e
42,68 HV.
A peça Al 1%Si apresentou uma variação baixa, segundo seu desvio padrão ,0,60
HV. Porém, com a liga Al-1%Si + NTC, há um desvio padrão maior, 1,57 HV. Essa
imprecisão nos valores de microdureza, acaba provando o difícil controle dessa
grandeza.
Com 43,06 HV e desvio padrão de 1,80 HV, a peça Al-1%Si (TT) apresentou a maior
dureza de todas as ligas trabalhadas. Por outro lado, a liga Al-1%Si + NTC (TT),
mostrou dureza de 42,68 HV e maior variação do ensaio, 2,53 HV.
Conclusões
Pode-se concluir que, os nanotubos de carbono, inseridos no banho metálico, agiram
como inoculantes durante a solidificação.
No que se refere a resistência mecânica do Nanocompósito, é percebido um aumento
de 93,38 % de dureza, aferido no teste de microdureza Vickers.
Com isso, partindo das literaturas citadas, conclui-se que o material não obteve o
desempenho esperado. Entretanto, foi notada uma melhora de na resistência mecânica
do Nanocompósito tratado termicamente.
Agradecimentos
Referências
AMERICAN SOCIETY FOR METALS (ASM INTERNATIONAL).Metallography and microstructures. v 9, American Society for Metals, ASM Handbook, 2004.
DIAS,F. S., LAVAREDA, C. R., MENDES, L. F., QUEIROZ, J, “Análise Microestrutural de Nanocompósito de Matriz Metálica de Alumínio Reforçada com 2% de NTC”, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará- IFPA,
GARCIA A. Solidificação: fundamentos e aplicações, 1ª ed. Unicamp, Campinas, 2001.
GARCIA, L. R.; Microestrutura de Solidificação e propriedades mecânicas de ligas Sn-Zn para soldagem e recobrimento de superfícies.; Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, 2008.
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SOUZA, T., A., Análise experimental da influência das variáveis do processo de solidificação no comportamento de resistência à tração e microdureza de ligas hipoeutéticas de Al-5%Si, Universidade Federal Fluminense, Dissertação De Mestrado, 2019.
