EFEITO DO ENVELHECIMENTO A 550°C NAS PROPRIEDADES
MECÂNICAS DE LIGAS CUPRONÍQUEL (Cu10Ni) COM ADIÇÕES DE
ALUMINIO E FERRO
AUTOR: Calebe Bandeira Roquim - [email protected]
Orientador: Rodrigo Magnabosco – [email protected]
Colaborador: Rodrigo César Nascimento Liberto – [email protected]
www.fei.edu.br
Departamento de Engenharia Metalúrgica
e de Materiais
Introdução
As ligas cuproníquel apresentam uma longa historia de
utilização em trocadores de calor e condensadores em sistema de
resfriamento e refrigeração, que normalmente utilizam águas de
reservatórios ou água do mar. A literatura apresenta ainda que a
adição de alumínio promove grandes efeitos na resistência
mecânica e melhora a resistência à corrosão. No entanto, estes
valores de resistência mecânica estão associados à presença de
precipitados de Ni3Al. Estudos recentes mostram que a adição de
3% de alumínio junto com 1,3% de ferro, em ligas Cu10Ni na
condição monofásica, provocam um efeito benéfico na resistência à
corrosão seletiva do níquel e nas propriedades mecânicas.
Objetivos
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Este trabalho teve como objetivo obter as propriedades
mecânicas e estudar as alterações microestruturais da liga
cuproníquel (Cu10Ni) com adições de ferro e alumínio envelhecidas
por até 1032 horas a 550°C.
Materiais e métodos
As cinco ligas do material em estudo foram fundidas resultando
nas composições químicas da Tabela 1.
Tabela 1 - Composição química (% massa) da ligas obtidas.
Ni
Al
Fe
Liga A
10,68
2,27
1,15
Liga B
Liga C
Liga D
Liga E
10,74
8,16
9,06
9,40
3,16
2,90
2,61
2,37
1,34
1,06
1,11
1,15
Cu
Bal.
As ligas foram homogeneizadas a 900ºC por 3 horas e
laminadas a frio, com aproximadamente 90% de redução, sendo, na
seqüência, solubilizadas à 900ºC por 1 hora. A seguir, foram
envelhecidas a 550°C por até 1032 horas com o intuito de obter a
curva de envelhecimento e as propriedades mecânicas para
diferentes tempos de envelhecimento.
A partir das amostras envelhecidas, foram confeccionados
corpos-de-prova para microdureza e metalografia. A revelação da
microestrutura foi feita utilizando reativo Grade 7 e as amostras
foram observadas no microscópio LEICA DMLM. Cada corpo-deprova de dureza foi submetido a 30 medidas de microdureza Vickers
com carga de 9,8 N (1 kgf). Os ensaios de tração foram realizados
em uma máquina universal de ensaios MTS 810 de 250 kN de
capacidade máxima, servo-controlada.
Resultados e Discussão
No gráfico 1 são apresentados os valores encontrados de
dureza para cada liga como média e desvio padrão para cada tempo
de envelhecimento; além disso foi traçada uma curva média que
representa o comportamento dessa família de ligas.
Gráfico 1 – Dureza em função do tempo de envelhecimento a 550°C das ligas em estudo
Conforme observado no gráfico 1, o pico de endurecimento
ocorre em torno de 16 horas, tendo a dureza em média aumentado de
110 HV1 para 230 HV1.
Agradecimentos:
(g)
(h)
Figura 1 – (a) Amostra liga A Solubilizada 500x – (b) Amostra liga D Solubilizada 500x
(c) Amostra liga A envelhecida 2h 500x – (d) Amostra liga D envelhecida 2h 500x
(e) Amostra liga A envelhecida 4h 500x – (f) Amostra liga A envelhecida 16h 500x
(g) Amostra liga A envelhecida 720h 500x – (h) Amostra liga C envelhecida 1032h 500x
Analisando as microestruturas da figura 1 percebe-se a
precipitação de uma segunda fase em contorno de grão (Ni3Al) que
causa o endurecimento da liga. O pico de endurecimento ocorre com
16 horas de envelhecimento, sendo que o coalescimento inicia-se
com 4 horas de envelhecimento. A evolução das propriedades
mecânicas através do tempo de envelhecimento pode ser verificada
no gráfico 2, onde se nota o máximo de resistência a 16 h de
envelhecimento, como era esperado após a análise dos dados de
dureza
Gráfico 2 – Propriedades mecânicas em função do tempo de envelhecimento a 550°C
das ligas em estudo
Conclusões:
- O tratamento de envelhecimento a 550°C atinge pico de dureza
máximo com 16 horas de envelhecimento com valor máximo de
230 HV1 na média das ligas, após esse tempo inicia-se o
superenvelhecimento que promove a queda nas propriedades
mecânicas.
- O aumento da dureza é provocado pela precipitação de Ni3Al que
ocorre preferencialmente em contorno de grão, com 4 horas de
tratamento de envelhecimento inicia-se o coalescimento dos
precipitados em contorno de grão, porem fica evidente a existência
de precipitação intragranular, pois apesar do coalescimento a
dureza continua a aumentar até o tempo de 16 horas de
envelhecimento.
- A precipitação intragranular ocorre de maneira fina e dispersa
sendo que sua caracterização somente é possível utilizando
microscópio eletrônico de transmissão.
- O endurecimento da liga ocorre basicamente por dois mecanismos
distintos: a precipitação de fase Ni3Al e a presença de Ni, Al e Fe
em solução sólida na matriz.
 Ao Centro Universitário da FEI pelo patrocínio do projeto e concessão de bolsa de iniciação científica ao aluno Calebe Bandeira Roquim