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Título: Obtenção via metalurgia do pó e caracterização da dureza do compósito de liga de alumínio AA 6061 reforçado com diferentes teores de escória de alto forno a carvão vegetal
Autor(es): Aragão Filho, Paulo Ximenes
Orientador(es): Lima, Emmanuel Pacheco Rocha
Assunto: Metalurgia
Carvão vegetal
Ligas (Metalurgia)
Ligas de alumínio
Data de publicação: 14-Out-2016
Referência: ARAGÃO FILHO, Paulo Ximenes. Obtenção via metalurgia do pó e caracterização da dureza do compósito de liga de alumínio AA 6061 reforçado com diferentes teores de escória de alto forno a carvão vegetal. 2016. 87 f., il. Dissertação (Mestrado em Integridade de Materiais da Engenharia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: O atual cenário industrial, principalmente dos setores aeroespacial, aeronáutico e de transportes de um modo em geral, vem exigindo materiais mais leves e resistentes, assim como, mais estáveis térmica e quimicamente, exigências estas que não são atendidas com a aplicação isolada de ligas metálicas, materiais poliméricos ou cerâmicos. Tal exigência de combinação de propriedades direciona para a utilização de materiais compósitos. No que diz respeito, em especial, aos compósitos reforçados por partículas, sabe-se que a distribuição homogênea do reforço na fase matriz é condição essencial e indispensável para se alcançar a melhoria das propriedades mecânicas, condição esta que é atingida de maneira mais eficiente através de técnicas de metalurgia do pó (MP) e sinterização. Diante disso, o presente trabalho tem como foco principal o estudo do desenvolvimento e fabricação de compósitos de matriz metálica da liga de Alumínio AA6061 reforçada com diferentes teores de escória particulada de alto forno a carvão vegetal através da técnica de metalurgia do pó, com a finalidade de aprimorar as propriedades mecânicas do material da matriz. Inicialmente foram realizadas as caracterizações química e morfológica dos pós da liga de alumínio e da escória isoladamente. Em seguida, amostras do compósito foram preparadas nos teores de 5, 10, 15, 20, 25 e 30% (em peso). Após a mistura dos constituintes, amostras dos materiais foram compactadas uniaxialmente com pressão de compactação de 500 MPa em molde metálico e submetidas a sinterização com 550 °C e tempo de permanência de 240min em atmosfera inerte. Depois de consolidadas, foi realizada a preparação metalográfica para posterior medição da dureza e análise em microscopia eletrônica de varredura. Medidas da densidade antes e após a sinterização foram realizadas pelo método geométrico. Apesar da dureza ser considerada uma propriedade pontual e apresentar algumas limitações com relação aos seus processos de medição, foi possível verificar através dos resultados obtidos um incremento desta propriedade com o acréscimo de escória de alto forno para teores de até 20%, sem, no entanto, provocar alterações significativas na densidade do compósito em relação ao material da matriz obtida pelo processo de metalurgia do pó. Para os teores de escória 25 e 30%, houve uma queda nos valores da dureza acompanhada de uma redução na densidade do compósito, indicando que para estes teores a sinterização da liga de alumínio pode ter sido prejudicada. No entanto, de um modo geral, foi possível verificar a presença de uma certa quantidade de poros no material, o que pode justificar os valores relativamente baixos de densidade e dureza encontrados, quando comparados com a densidade da liga de alumínio AA 6061 obtida por fusão. Tais resultados indicam que houve algum problema na sinterização que pode ter sido causado por ineficiência do processo de compactação, baixa temperatura de sinterização ou oxidação prévia das partículas da liga de alumínio devido ao acondicionamento da mesma. A distribuição de partículas de escória verificada através de microscopia indicou que o processo de mistura dos pós se mostrou eficiente, apresentando uma distribuição relativamente uniforme. Finalmente, podemos concluir que é possível obter o compósito de liga de alumínio AA 6061 reforçado com partículas de escória de alto forno a carvão vegetal pelo processo de metalurgia do pó, conferindo uma aplicação estrutural na indústria metal-mecânica a um subproduto da aciaria. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
The current industrial scenario, especially the aerospace, aeronautical and transportation, in a way generally has demanded lighter and resistant materials, as well as with more thermal and chemical stability which are not met with the isolated application of metal alloys, polymer or ceramic materials. This requirement directs combination of properties for use in composite materials. With regard, in particular to composites reinforced by particles, it is known that a homogeneous distribution of the reinforcement in the matrix phase is essential and indispensable condition for achieving improved mechanical properties, a condition that is attained more efficiently by powder metallurgy techniques (MP) and sintering. Therefore, this paper focuses primarily on the study of the development and manufacture of metal matrix composite AA6061 aluminum alloy reinforced with different particulate slag content of blast furnace charcoal by powder metallurgy technique, in order to improve the mechanical properties of the matrix material. Initially were carried out chemical and morphological characterization of powders of aluminum alloy and slag singly. Then, composite samples were prepared at concentrations of 5, 10, 15, 20, 25 and 30% (by weight). After mixing of the constituents of the material, the samples were uniaxially compacted with a compaction pressure of 500 MPa in a metallic mold and subjected to sintering to 550 ° C and 240min residence time in an inert atmosphere. Once consolidated, the metallographic preparation for subsequent hardness measurement and analysis in scanning electron microscopy was performed. Density measurements before and after sintering were performed by the geometric method. Despite the hardness be considered a punctual property and have some limitations with respect to their measurement processes, it was verified by the results of an increase of this property with addition the blast furnace slag to levels of up to 20%, without, however, causing significant changes in the composite density relative to the matrix material obtained by powder metallurgy process. For the slag content 25 and 30%, there was a decrease in the values of hardness accompanied by a reduction in the density of the composite, indicating that, at these levels sintering of the aluminum alloy it may have been impaired. However, generally, it was possible to verify the presence of a certain amount of pores in the material, which may justify the relatively low values of density and hardness found when compared with the density of the AA 6061 aluminum alloy obtained by melting. These results indicate that there was some problem in sintering which may have been caused by inefficiency of the compaction process, low sintering temperature or prior oxidation of aluminum alloy particles due to packaging thereof. The distribution of slag particles checked by microscopy indicated that the blend of powders was efficient process, having a relatively uniform distribution. Finally, we can conclude that it is possible to obtain the aluminum alloy AA 6061 composite reinforced with blast furnace slag particles charcoal by powder metallurgy process, giving a structural application in the metal industry a byproduct of steelmaking.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016.
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