Apresentação Seminário Ligas Alumínio

Alexandre LeãoEng. Metalurgista

Seminário Ligas de AlumínioLSM Brasil S.A.

REFINADORES DE GRÃO AL

IntroduçãoTipos de refinadores a base de Ti e B.Mecanismo de refino

O papel do TiB2 e o papel do TiAl3“Fade” – Perda de eficiênciaEnvenenamento do refinoPrincipais atributos do refinadorNível de adiçãoControle de qualidade

- A produção cresceu 6 vezes nos últimos 10 anos.

- Capacidade atual: 14.000 t/a.- Capacidade atual: 14.000 t/a.

- Equipamentos:Equipamentos:- 07 fornos de indução.07 fornos de indução.- 02 fornos revérberos. 02 fornos revérberos. - Sistema de laminador Sistema de laminador

properziproperzi- Conform Machine.Conform Machine.- Desgaseificador.Desgaseificador.- Analisador de hidrogênio.Analisador de hidrogênio.- 01 Espectrômetro / 02 ICP01 Espectrômetro / 02 ICP

´s.´s.REFINADORES DE GRÃO AL

Refinadores de grãoRefinadores de grão

O que é uma estrutura granular em um metal?Não Refinado Refinado

REFINADORES DE GRÃO AL

Benefícios de uma estrutura Benefícios de uma estrutura refinadarefinada

Melhora a capacidade de conformação mecânica.

Melhora as propriedades mecânicas.

Distribui melhor a porosidade da peça.

Melhora a qualidade superficial.

Melhora a homogeneidade dos elementos químicos.

REFINADORES DE GRÃO AL

MATÉRIAS-PRIMAS

ANÁLISE QUÍMICA ANÁLISE METALOGRÁFICA

TESTE DE REFINO DE GRÃO

EMBALAGEM/EXPEDIÇÃO

FUSÃO

REAÇÃO/PREPARAÇÃO

DA LIGA

ALUMÍNIO PRIMÁRIO

VAZAMENTO

ESTRÔNCIOSAIS DE Ti E B

BARRAS ROD

WAFFLE PLATE

CONTROLE DE QUALIDADE

Fluxograma do ProcessoFluxograma do Processo

Forno RevérberoForno Revérbero

Forno de InduçãoForno de Indução

Roda Properzi / LaminadorRoda Properzi / Laminador

Lingotadeira – Waffle PlatesLingotadeira – Waffle Plates

Galpão de ProduçãoGalpão de Produção

REFINADORES DE GRÃO AL

Método de fabricação e Método de fabricação e avaliação do refinoavaliação do refino

Reação: Al + K2TiF6 + KBF4 TiB2 + TiAl3 + K3AlF6

SAIS

AlumínioTiB2TiAl3

- Formação de TiB2 e TiAl3

durante a reação.

- Controle de temperatura epotência são fundamentais. - É gerado um subprodutocriolita, usado como fluxo.

REFINADORES DE GRÃO AL

TiBAl – processo de TiBAl – processo de produçãoprodução

REFINADORES DE GRÃO AL

Casting wheelSteel belt

Tundish

TO ROLLING MILL

LAMINADOR

REFINADORES DE GRÃO AL

Laminador Laminador ProperziProperzi

Entrada: barra

Saída: vergalhão

REFINADORES DE GRÃO AL

REFINADORES DE GRÃO AL

BobinamentoBobinamento

Conform MachineConform Machine

REFINADORES DE GRÃO AL

CAST CUT-barra

QUICKSOL (QSL)

ROD

WP

Vareta

Refinadores de grão a baseRefinadores de grão a base Ti e BTi e B

Análises Químicas

%Ti%Ti %B%B %Fe %Fe (máx)(máx)

%Si %Si (máx)(máx)

%V %V (máx)(máx)

%OC %OC (máx)(máx)

TiBAl 5/1TiBAl 5/1 4,5 a 5,54,5 a 5,5 0,8 a 1,20,8 a 1,2 0,300,30 0,200,20 0,2 0,2 0,03 0,03

TiBAl 3/1TiBAl 3/1 2,7 a 3,32,7 a 3,3 0,7 a 1,20,7 a 1,2 0,300,30 0,200,20 0,03 0,03 0,030,03

TiBAl 5/02TiBAl 5/02 4,5 a 5,54,5 a 5,5 0,15 a 0,30,15 a 0,3 0,300,30 0,200,20 0,20,2 0,03 0,03

REFINADORES DE GRÃO AL

Fases presentes nos Refinadores Fases presentes nos Refinadores de grãode grão

TiB2 : Partículas hexagonais, diâmetro entre 1 a 2 microns, com densidade de 4,5 g/cm3 e não dissolvem no alumínio líquido. (1012 partículas em 1 grama de TiBAl 5/1).

TiAl3 : Partículas de diâmetro tipicamente entre 30 a 50 microns. Estas partículas se dissolvem rapidamente no alumínio (1 minuto). (109 partículas em 1 grama de TiBAl 5/1).

REFINADORES DE GRÃO AL

REFINADORES DE GRÃO AL

Al-5%Ti-1%B Rod Al-3%Ti-1%B Rod

Al-5%Ti-0.2%B Rod Al-5%Ti-1%B Waffle

Tipos de refinadores Tipos de refinadores MicroestruturaMicroestrutura

Dissolução do TiAlDissolução do TiAl33

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

Todo processo de solidificação consiste em:

a) Nucleação, que é a formação de uma nova fase (sólida) a partir de outra (liquida).

b) Crescimento, que é a incorporação de átomosao núcleo sólido já formado.

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

O papel do TiB2

- Servir como substrato para facilitar a nucleação do alumínio líquido em faces que contenham uma camada de TiAl3.

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

O papel do TiAl3

1o – Criar uma camada de TiAl3 sobre o TiB2

para permitir a nucleação do alumínio.

2o – Atua restringindo o crescimento do grão.

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

O papel do TiAl3

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

O papel do TiAl3

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

Fator de Restrição de grão GRF = Ci x mi (k-1)

Onde:Ci = Concentração do elemento.

mi = Inclinação da curva liquidus.

k = Coeficiente de partição líquido/sólido.

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

Exemplo:

REFINADORES DE GRÃO AL

Mecanismos de refinoMecanismos de refino

O TiB2 atua na nucleação.

O TiAl3 atua tanto na nucleação como na restrição do crescimento de grão.

Portanto:

REFINADORES DE GRÃO AL

Tempo de Contato e “Fade”Tempo de Contato e “Fade”

Tempo de Contato > 1 minFade > 20 min

REFINADORES DE GRÃO AL

Envenenamento do refinoEnvenenamento do refino

Ligas contendo Zr e Cr são dificilmente refinadas pelo TiBAl.

Isto ocorre porque estes elementos competem com o Ti para formar a camada sobre o TiB2.

REFINADORES DE GRÃO AL

Nestes casos TICAl 315, pode ser utilizado.

REFINADORES DE GRÃO AL

Nível de adiçãoNível de adição

O nível de adição é afetado por muito fatores:

1 – Quantidade de reciclagem utilizada.

2 – Composição química da liga.

3 – Nível de refino desejado.

4 – Taxa de solidificação.

5 – Eficiência do refinador.

Porém os níveis de adição variam de 3,0 a 6,0 kg/t.

REFINADORES DE GRÃO AL

REFINADORES DE GRÃO AL

REFINADORES DE GRÃO AL

O atributo mais importante do refinador é a Eficiência de Refino.

Por este motivo, 100% das corridas de TiBAl temseu poder de refino avaliado pelo método TP1Aluminium Association.

REFINADORES DE GRÃO AL

Teste de refino de grãoTeste de refino de grão

Procedimento

- Al 99,7% - P1020- ToC – 725 oC- Taxa de adição : 2 kg/t

- Agitação por 30 segundos.

- Preencher um molde cônico com o metal.- Resfriar este molde a uma taxa de 3,5 oC/s.- Cortar seção horizontal do cone, polir e atacar com poulton (60% HCl 30% HNO3 5% H2O 5% HF).- Reportar os resultados em micras.

FORNO DE LABORATÓRIO

REFINADORES DE GRÃO AL

Teste de Refino de GrãoTeste de Refino de Grão

Análise Análise MetalográficaMetalográfica

O que é avaliado?

Tamanho das fases de TiAl3 e TiB2.

Óxidos e aglomerados.

Sal não reagido.

Realizado em 100% das corridas.

Existência de refratários.

Existência de carbetos.

Outros.

REFINADORES DE GRÃO AL

Análise Análise MetalográficaMetalográfica

REFINADORES DE GRÃO AL

REFINADORES DE GRÃO AL

Refinadores a base de Ti e Refinadores a base de Ti e B.B.

LIGA Tam. de grão(m)

Óxidos Aglomerados

TiBAl 5/1 125 2,3 0,8

TiBAl 3/1 145 1,9 2

TiBAl 5/02 155 2,1 0,2

Análise QuímicaAnálise Química

O que é avaliado?

Realizado em 100% das corridas.

Análise Química das matérias-primas.

Análise Química dos produtos finais.

REFINADORES DE GRÃO AL

Programa – Programa – Modificadores de Modificadores de estruturaestrutura

- Introdução.

- Tipos de modificadores.

- A função do modificador de estrutura.

- Níveis de modificação.

- Benefícios.

- Nível de adição.

- Fade – Perda de eficiência.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Modificadores de estrutura (SrAl)Modificadores de estrutura (SrAl)

Ligas de alumínio para produção de peças fundidas normalmente utilizam ligas do sistema Al-Si:

- Boa fluidez- Boa usinabilidade- Boas propriedades mecânicas- Boa resistência à corrosão- Ótima fundibilidade

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

- Boa soldabilidade.

Estrutura das Ligas de Al-SiEstrutura das Ligas de Al-Si

Diagrama Binário Al-Si

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Função do modificadores deFunção do modificadores deestruturaestrutura

O modificador de estrutura é utilizado para transformar a estrutura eutética de acicular para fibrosa.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Benefícios de uma estrutura Benefícios de uma estrutura modificadamodificada

1 – Melhores propriedades mecânicas.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

2 – Melhor dispersão das porosidades.

3 – Melhor preenchimento dos canais de vazamento.

4 – Melhor acabamento superficial.

Efeito no Limite de Resistência Efeito no Limite de Resistência e Alongamentoe Alongamento

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

EFEITO DO TRATAMENTO NAS PROPRIEDADESMECANICAS DA LIGA 319 (6% Si ; 3,5% Cu)

Níveis de modificaçãoNíveis de modificação

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Tipos de modificadores de Tipos de modificadores de estruturaestrutura

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Sódio (Na)Boa Modificação.Baixa e inconsistente recuperação.Reação violenta.Rápido Fade.Geração de fumos.

Antimônio (Sb)Muito estável. Baixa modificação.Boa recuperação.Forma Stibine (SbH3)Fade não ocorre.

Sr Master Alloys Muito estável. Excelente Modificação.Boa recuperação. Lento Fade.Não há geração de fumos.Não ocorre reação.Principal método utilizado no mundo.

Tipo de modificadores de Tipo de modificadores de estruturaestrutura

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Comparação SrAl 10% x SódioComparação SrAl 10% x Sódio

Liga AlSi 7% - Modificada com SrAl 10%

Liga AlSi 7% - Modificada com Sódio

Tempo zero 2 min 5 min 60 min

Tempo zero 2 min 5 min 10 min

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Modificadores a base de SrModificadores a base de Sr

%Sr%Sr %Fe (máx)%Fe (máx) %Si (máx)%Si (máx) % OC (máx)% OC (máx)

SrAl 10%SrAl 10% 9 a 119 a 11 0,30 0,30 0,200,20 0,030,03

SrAl 15%SrAl 15% 13,5 a 15,513,5 a 15,5 0,350,35 0,25 0,25 0,030,03

Análises Químicas

Formatos: Barras ; QuickSol ; Varetas ; Bobinas e Waffles

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Estrutura do SrAl.Estrutura do SrAl.

SrAl 10% rod - 100x

Fase Típica: SrAl4Tamanho médio: 50 microns Tamanho máximo: 150 microns

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Nível de adição.Nível de adição.

%Si Adição - %Sr

Adição (kg/t)

SrAl 10%

4 a 7 0,01 a 0,02 1 a 2

8 a 10 0,03 a 0,04 3 a 4

11 a 13 0,04 a 0,06 4 a 6

ADICIONAR MAIS NEM SEMPRE É MELHOR. ADICIONE A QUANTIDADE CERTA.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

““Fade”Fade”

%Estrôncio Versus Tempo

y = -23,788Ln(x) + 169,62

R2 = 0,9483

50

100

150

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo (min)

Co

nce

ntr

açao

Sr

(PP

M)

CONCENTRAÇÃO DE ESTRÔNCIO APÓS ADIÇÃO.LIGA AlSi 7%.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Strobloy (Refinador/Modificador) Strobloy (Refinador/Modificador)

- O Strobloy exerce a função de Refinador de Grão e Modificador de Estrutura ao mesmo tempo.

%Sr%Sr %Ti%Ti %B%B %Fe %Fe (máx)(máx)

%Si %Si (máx)(máx)

%V %V (máx)(máx)

Strobloy Strobloy 5,5% 5,5%

5 a 65 a 6 1,4 a 1,81,4 a 1,8 1,2 a 1,61,2 a 1,6 0,300,30 0,300,30 0,20,2

Strobloy Strobloy 7,5%7,5%

7 a 87 a 8 1,4 a 1,81,4 a 1,8 1,2 a 1,61,2 a 1,6 0,300,30 0,300,30 0,20,2

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

Benefícios do Strobloy Benefícios do Strobloy

- Economia de custos quando comparado com o uso individual do TiBAl e SrAl.

MODIFICADORES DE ESTRUTURA

- Simplicidade de operação (somente um produto).- Redução do estoque de anteligas.- Preferido pelo operador.

- Melhor controle químico.

- Excelente modificação e refinamento de grão.

- Mais apropriado para ligas hipoeutéticas

Aluminum Master Alloys(main products)

TiBAl Titanium Boron Aluminum : 5/1 3/1 3/02 5/02 5/06 TiCAl Titanium Carbon Aluminum 3/015BAl Boron Aluminum 3 % 4 % 5 % 6 % 8 %TiAl Titanium Aluminum 5 % 6 % 10 %SrAl Strontium Aluminum 3.5 % 5 % 10 % 12 % 15 %SrTiBAl Strontium Titanium Boron Aluminum 10 / 1.6 / 1.4

MnAl Manganese Aluminum 20 % 25 %FeAl Ferro Aluminum 20 % 25 %SiAl Silicon Aluminium 10 % 20 % 25 % 50 %ZrAl Zircon Aluminum 6 % 10 % 15 %VAl Vanadium Aluminum 5 % 10 % MgAl Magnesium Aluminum 10 % 20 % 25 % 50 %CrAl Chrome Aluminum 5 % 10 % 20 %CuAl Copper Aluminum 20 % 50 %NiAl Nickel Aluminum 50 %BiAl Bismuth Aluminum 5 % 9 %SbAl Antimony Aluminum 10 %CoAl Cobalt Aluminum 20 %CaAl Calcium Aluminum 5 % 10 % 20 %AlDeoxMechanical Alloys

Aluminum Tablets (Altab)Manganese 75 % 85 %Iron 75 % 90 %Copper 75 %

Obrigado!