Comparative study of structure-properties from Al-Si5-Cu3-Mg alloy by casting and thixoforged, for use in engine components

Este trabalho teve como objetivo a análise comparativa entre a liga Al-Si5-Cu3-Mg nos estados fundido sob pressão (injetado) e tixoconformado, tomando-se como base um componente comercial suporte de acessórios utilizado em motores a diesel. Caracterizou-se o componente comercial produzido pelo processo de injeção em termos de estrutura e propriedades mecânicas, e por sua vez o produto final obtido pelo processo de tixoconformação é também caracterizado nos mesmos termos a fim de se obter uma base comparativa. Para análise da tixohabilidade, ou seja, capacidade de obtenção de pastas tixotrópicas da liga em estudo, submeteu-se a mesma a análises térmicas utilizando técnicas de DSC, e através de simulação termodinâmica utilizando software THERMOCALC®. São discutidas as temperaturas de transformação e intervalos de solidificação, sugerindo-se janelas de tixoconformação para a liga. A liga foi submetida a tratamentos térmicos de globularização de 120 e 300s, para duas condições de frações sólidas, 45 e 60%, além da avaliação da influência de uma pré-formação a frio por compressão do lingote antes da tixoconformação. A liga mostrou-se interessante para a produção de pastas tixotrópicas, com intervalo de solidificação na ordem de 100°C, além de uma variação da fração líquida com a temperatura favorável para definição da janela de tixoconformação. Este comportamento tixotrópico permitiu o total preenchimento do molde e a obtenção de produtos tixoconformados de boa qualidade, com destaque para a diminuição dos teores de porosidade em comparação aos apresentados pelo componente injetado (cerca de 17 vezes inferiores). O material submetido à prévia deformação a frio apresentou glóbulos de diâmetros reduzidos, provenientes do mecanismo de globularização envolvido que passa pela recristalização do material, e consequente melhora das propriedades mecânicas em relação ao material sem deformação. O produto tixoconformado apresenta propriedades mecânicas que atendem às especificações do material estudado, embora apresentem, para algumas das condições de fabricação empregadas no trabalho, valores de limite de resistência e de dureza inferiores aos do material fundido sob pressãoThe goal of this work was the comparative study between the Al-Si5-Cu3-Mg alloy obtained by die casting and thixoforging, based on a commercial accessories bracket used in diesel engines. The die casting commercial part was characterized in terms of structure and mechanical properties, and the final sample obtained by thixoforging was characterized in the same terms, in order to have a comparative base. For thixoability analysis, in other words, the capacity to obtain thixotropic slurries of the alloy under study, it was evaluated by thermal analysis through DSC techniques and thermodynamic simulations using THERMOCALC® software. Transformations temperatures and ranges are discussed, proposing thixoforging windows. The alloy was submitted for globularization thermal treatments under 120 and 300s, and solid fractions 45 and 60%, beyond the influence evaluation of a preliminary cold forming before the thixoforging process. The alloy proved to be interesting to produces thixotropic slurries, with solidification range around 100°C, besides a favorable liquid fraction vs temperature to define the thixoforging window. This thixotropic behavior allowed the complete matrix filling and thixoforged samples were obtained with a good quality, highlighting the porosity decreasing in comparison with the die casting component (around 17 times less). Reduced globules sizes were obtained with previous cold forming, due to the involved globularization mechanism of the recrystallization, and consequent mechanical properties improving in face of non cold forming material. Thixoforged product presents mechanical properties according to the studied alloy specifications, although for some manufacturing conditions present lower tensile strength and hardness when compared with die casted componen