Interações entre comportamento reológico e evolução microestrutural da liga Al-7Si0,3Mg no estado semi-sólido

Abstract

RESUMO: O objetivo do presente trabalho foi estabelecer correlações entre o comportamento reológico, microestrutura e evolução microestrutural de duas ligas de Al no estado semi-sólido. Utilizando amostras obtidas por três tecnologias diferentes aprofundou-se a questão do relacionamento entre o modo de processamento com os aspectos mencionados na primeira frase. Foi avaliada a influência de pequenas adições de Sn à liga-base e abordada a questão da segregação da fase líquida durante a deformação. O estudo foi executado sobre a liga comercial A356 (Al-7Si0,3Mg) e outra Al-7Si0,3Mg0,5Sn. As amostras foram obtidas por: (i) agitação eletromagnética (MHD); (ii) tratamento termomecânico (TTM), e (iii) vazamento em baixa temperatura (VBT). As técnicas utilizadas para os estudos reológicos foram a reometria de torque e a reometria por extrusão reversa, destacando-se o desenvolvimento de um novo tipo de rotor para reometria de torque. Em seguida, foi feita uma completa descrição da microestrutura, da textura e do grau de segregação das amostras. Um mapeamento microestrutural dos corpos de prova obtidos por extrusão reversa gerou informações sobre o grau de segregação da fase líquida. Da análise desses resultados foi possível estabelecer que o comportamento reológico é regido pela microestrutura, que o Sn diminui a viscosidade, provavelmente por um mecanismo de redução da energia interfacial sólido/líquido, e que a taxa de crescimento das partículas é regida por crescimento competitivo limitado por difusão e aumenta com a fração sólida. Os estudos de textura e microtextura mostraram que as amostras TTM recuperam (ou recristalizam) dinamicamente e que um mecanismo de particionamento de grãos origina as partículas equiaxiais, típicas do processo. Finalmente, o grau de segregação foi racionalizado em termos da lei de d’Arcy, e foi formulada uma hipótese associando segregação com a relação entre velocidade de deformação da massa semi-sólida e a velocidade do líquido com relação ao sólido.

ABSTRACT: The objective of the present work is the establishment of correlations among rheological behavior, microstructure and its time evolution, of two aluminium alloys in the semi-solid state. Also, a number of still imperfectly understood phenomena which exhibit important implications for both processing and the final properties of semi-solid systems where examined. Using samples obtained from three different technologies, the relationship between the features mentioned in the first paragraph and the processing techniques were studied in depth. Moreover, the influence of small additions of Sn to the reference alloy was analyzed in terms of the same fea-tures and the issue of liquid phase segregation during forming was also investigat-ed. The study was performed on an A356 alloy (Al-7Si0.3Mg), surely the material most frequently employed in semi-solid forming; the other alloy was Al-7Si0.3Mg0.5Sn, specially prepared for the present work. The samples were obtained by: (i) electromagnetic stirring (MHD); (ii) thermo mechanical treatment (TTM), and (iii) low temperature pouring (LTP). The techniques employed for the rheological measurements were torque and back-extrusion rheometry, and a new rotor for torque rheometry was developed during these investigations. After that, a complete microstructural description (and its time evolution) was carried out, together with tex-ture and segregation measurements. Finally, a microstructural mapping of the sam-ples obtained from the back-extrusion experiments was carried out, giving infor-mation on the extent of liquid phase segregation. From the analysis of the results above mentioned it was possible to establish that the rheological behavior is con-trolled by the microstructure, that Sn reduces the viscosity, probably through a mechanism of energy reduction of the solid/liquid interface and that microstructural coarsening is by diffusion controlled Ostwald ripening. The texture and micro texture measurements showed that the TTM sample recover (or recrystallizes) dynamically and that a mechanism based on grain partition originates the equiaxed particles typ-ical of that process. Finally, the segregation phenomenon was rationalized in terms of the d’Arcy’s law and a hypothesis was formulated, associating its extent with the ratio between deformation velocity of the semi-solid material and liquid velocity with respect to the solid.