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Correlação entre Microestrutura,
Resistência à Tração e Resistência à
Corrosão
Campinas, 2010.
Uma liga metálica é a mistura homogênea de dois ou
mais metais.
Ligas Metálicas possuem propriedades diferentes dos
elementos que as originam, propriedades tais como:
1. o aumento ou diminuição do ponto de fusão,
2. da dureza,
3. da resistência mecânica,
4. da resistência a corrosão e outras.
INTRODUÇÃO
Qualquer processo baseado na solidificação de
um metal com o objetivo de produzir-se uma peça
sólida deve atender certas exigências.
INTRODUÇÃO
aplicação estrutural
aspectos estruturais e aspectos geométricos
Sabe-se que as propriedades finais do fundido
dependerão da estrutura solidificada, por
consequência dos diversos fatores de processo
que a controlam, como:
INTRODUÇÃO
•Fluxo de calor do metal liquido;
•Propriedades químicas e termofísicas;
•Condições de vazamento e;
•Propriedades do sistema de
solidificação.
INTRODUÇÃO
Solidificação:
Processo de formação no líquido de
núcleos sólidos
que, em condições termodinâmicas favoráveis,
definindo a macroestrutura da peça.
Crescem dando origem aos grãos cristalinos
INTRODUÇÃO
Solidificação:
que, em condições termodinâmicas favoráveis,
Grãos colunares Grãos equiaxiais
Zon
a co
quilh
ada
Sentido de solidificação
Transição colunar / equiaxial
Nos dias de hoje :
...uma grande preocupação ...
Propriedades
MecânicasResistência à
Corrosão
Materiais que tenham razoável gama de :
INTRODUÇÃO
Condições Operacionais
(processo de fundição)
Formação de Várias Estruturas Morfológicas
A imposição de uma ampla faixa das...
Sabe-se que:
Parâmetros Estruturais
Tipo e Tamanho
de
GRÃO
Espaçamentos
Interdendríticos
... que dependem
Comportamento
Térmico(Sistema Metal/Molde)
Estrutura
de
Solidificação
Estreita correlação
Propriedades
MecânicasDEPENDEM
Formação
Estrutural
Limite de Escoamento
Assim;
Limite Res. Tração.Tamanho de Grão
Limite Res. Tração Braços Dendríticos
A literatura especializada mostra que:
Limite de Escoamento
Microestrutura e Propriedade
Mecânica
Nos últimos 05 anos... correlações entre
parâmetros das microestruturas com a
resistência à corrosão:
Zn-Al, Al-Cu, Al-Si, Al-Sn,Pb-Sb, Ti-
Nb, Aço-carbono, Pb-Sn
Microestrutura e Propriedade
Mecânica
Microestrutura e Propriedade
Mecânica
Microestrutura e Propriedade
Mecânica
Macroestruturas e Microestruturas
10 mm
Propriedades dos
Materiais
A variação de composição química que ocorre dentro
dos limites dos contornos de grão, ou
seja, entre ramificações celulares ou dendríticas, é
conhecida como microssegregação, e tem sido
objeto de intensa investigação no sentido do
desenvolvimento de ferramentas de quantificação do
fenômeno
Microestruturas e varíaveis térmicas
Vários estudos foram realizados com as microestruturas brutas de solidificação
de ligas binárias.
OBJETIVO:
estabelecer correlações teóricas/experimentais
entre espaçamentos dendríticos e celulares e
variáveis térmicas de solidificação
Estes espaçamentos foram obtidos de ligas fundidas in-
situ, solidificadas unidirecionalmente e sob condições
controladas ou não durante a solidificação.
Microestruturas e varíaveis térmicas
Um modo conveniente e muito utilizado na determinação dos efeitos das
condições de solidificação, e consequentemente das variáveis térmicas, sobre
a microestrutura formada, consite na:
medida de espaçamentos intercelulares ou
interdendríticos,
ou seja, a distância entre células (c) ou braços
dendríticos: primários (1), secundários (2) ou de maior
ordem como os braços terciários (3).
Microestruturas e varíaveis térmicas
…Mostrar os comportamentos mecânicos e
eletroquímicos como função da
microestrutura resultante de:
Objetivo
Ligas: Al-Cu, Zn-Al, Al-Zn, Al-Si
Ligas não-ferrosas : Pb-Sn, Pb-Sb e
Ti-Nb
Procedimento experimental
Procedimento experimental
0 10 20 30 40 50 60 70
0
5
10
15
20
25
30
Pb-Sn (baterias)
Zn-27 Al (fundição)
Al-9Si (Automobilística)
Curvas de ajuste
dT/dt = 160 P -1,25
dT/dt = 90 P -1,50
dT/dt = 28 P -1,20
Taxa d
e r
esfr
iam
ento
( °
C / s
)
Posição (mm)10 mm
Procedimento experimental
Procedimento experimental
10 mm
Procedimento experimental
P1
P2
P3
Microestrutura
Macroestrutura
Cellular/
Dendritic
Transition
100
101
100
101
102
103
Pb-1%Sn
2=60 . v
L
-1,1
Pb-2,5%Sn
2=40 . v
L
-1,1
Velocidade da isoterma liquidus ( vL ) [ mm/s ]
Espa
çam
en
to c
elu
lar
C )
[
m ]
Resultados
Espaçamentos em função da
velocidade
0.1 1 10
10
100
2 = 52.5 T
L
-1/3
Al 9% Si
SD
AS
(
2 )
[ m
]
Cooling Rate (TL) [ K/s ]
Resultados
Espaçamentos em função da taxa
de resfriamento
0 10 20 30 40 500
5
10
15
20 P1 (7mm)
P2 (21mm)
P3 (35mm)
P4 (49mm)
P5 (63mm)
Liga: Pb-2,5%Sn
Deformação ( ) [ % ]
Tensã
o (
)
[ M
Pa ]
Resultados
0.10 0.15 0.20 0.25 0.3012
14
16
18
20
Dados Experimentais
Equaçمo Experimental
o = 13
A = 18
máx
= o + A ( 1/
C)
0,5
LIGA : Pb-2,5%Sn
1/ (C )
0,5 [ m ]
-0,5
L.
R.
Tra
çoم
(
) [ M
Pa
]
Resultados
Correlação:
Microestrutura e Corrosão
Distâncias
10 mm08 mmP1
35 mmP2
63 mmP3
Correlação:
Microestrutura e Corrosão
Taxa de Resfriamento
Soluto
Anódica / Catódica
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
-0.70
-0.65
-0.60
-0.55
-0.50
-0.45
-0.40
P1 i = 58 (±6)A/cm2
E = -543mV
P2 i = 38 (±4)A/cm2
E = -540mV
P3 i = 19 (±2)A/cm2
E = -537mV
Liga: Pb-2,5%Sn
Pote
nci
al de C
orr
osã
o (
ECorr)
vs.
ESC [
V ]
Densidade de Corrente ( I ) [ A/cm2 ]
Curvas de Polarização (Tafel)
P1
P2
P3
Resultados
Resultados
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
101
102
5 /cm2
Impedance (
Z )
[
/c
m2
]
Frequency ( F ) [ Hz ]
P1
P2
P3
P4
P5
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
0
10
20
30
40
50
Pb - 6.6 wt% Sb alloy
P
hase A
ng
le
(
)
[ °
]
10-7
10-6
1x10-5
1x10-4
10-3
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
ipp
P 1 26.2 A/cm2; -516mV
P 2 28.5 A/cm2; -513mV
P 3 30.6 A/cm2; -525mV
P 4 32.1 A/cm2; -521mV
P 5 35.7 A/cm2; -527mV
Pb - 6.6 wt% Sb alloy
Corr
osio
n P
ote
ntial (
EC
orr )
[
V ]
Current density ( iCorr
) [ A/cm2 ]
Resultados
Resultados
Temperatura50oC 70oC
100
101
102
50oC
Ph
ase
an
gle
(
) [ D
eg
ree
s ]
Mo
dulu
s o
f Im
pe
da
nce (
Z )
[
/cm
2 ]
P1
P2
P3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
0
10
20
30
40
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
100
101
102
Phase
angle
(
) [ D
egre
es
]
70oC
Modulu
s of Im
pedance
( Z
) [
/cm
2 ]
Frequency ( F ) [ Hz ]
P1
P2
P3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
0
10
20
30
40
METAIS PUROS
Influência da Formação Morfológica Estrutural
equiaxial
Resistência à Corrosão
Morfologia
Influência do Tamanho de Grão
Grãos Resistência à Corrosão
grosseiros
Série Galvanica
LIGAS
MICROESTRUTURA LIGA Melhor comportamento:
microestrutura grosseira
(G) ou refinada (R)
Celular Pb-Sn (1%) G
Pb-Sb (0,85%) G
Dendrítica
Pb-Sb (6,6%) R
Zn-Al (4%) R
Al-Zn (20;27%) G
Al-Cu (5;10;15) R
Al-Si G
Ti-Nb-Zr R
LIGAS
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Espaçamento Celular (1) [m]
Ta
xa
de C
orr
osã
o (i
Co
rr)
[A
/cm
2]
Taxa de Resfriamento (dT/dt) [K/s]
REFINADA
GROSSEIRA
Apoio Tecnológico
Interesse Industrial ≈ QUALIDADE
10 20 30 40 50 60 70 80
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
Pb 1% Sn Dados para RC
Dados para LRT
Espaçamento celular ( C ) [ m ]
Re
sis
tên
cia
à C
orr
osã
o (
RC
) [
cm
2-1
A-1
]
0
5
10
15
20
25
30
.T = 0,8
oC/s
Lim
ite
de
Re
sis
tên
cia
à T
raçã
o (
LR
T )
[ M
Pa
]
T = 1,5 oC/s
.
Interesse Industrial ≈ QUALIDADE
40 45 50 55 60 65 70 750.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Al 9 wt% Si Alloy
Experimental data for CR
Experimental data for UTS
Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ]
Corr
osio
n R
esis
tance (
CR
) [
cm
2
-1A
-1 ]
125
130
135
140 Ultim
ate
Tensile
Stre
nght ( U
TS
) [ MP
a ]
Interesse Industrial ≈ QUALIDADE
15 20 25 30 35 40 45 500.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Experimental data for CR
Experimental data for UTS
Zn 4 wt% Al Alloy
Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ]
Corr
osio
n R
esis
tance (
CR
) [
cm
2
-1 A
-1 ]
100
120
140
160
180
Ultim
ate
Tensile
Stre
nght ( U
TS
) [ MP
a ]
Interesse Industrial ≈ QUALIDADE
56 60 64 68 72 76 800.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Experimental data for CR
Experimental data for UTS
Zn 27 wt% Al Alloy
Secondary Dendrite Arm Spacings ( 2 ) [ m ]
Corr
osio
n R
esis
tance (
CR
) [
cm
2
-1 A
-1 ]
200
250
300
350
Ultim
ate
Tensile
Stre
ng
ht ( U
TS
) [ MP
a ]
Interesse Industrial
Ligas de Pb para baterias
Interesse Industrial
Ligas de Pb para baterias
Sabe-se que as
características
estruturais e mecânicas
são pontos de atenção na
produção de grades de
baterias.
Interesse Industrial
Ligas de Pb para baterias
Os trabalhos que abordam ligas Pb-Sn utilizadas em
componentes de baterias chumbo-ácido são
escassos na literatura e os existentes pouco
conclusivos no que diz respeito à correlações entre
condições de resfriamento na fundição dos
componentes, microestrutura resultante (celular ou
dendrítica) e a resistência à corrosão.
Interesse Industrial
Ligas de Pb para baterias
OBRIGADO!!!
