Transient solidification of alloys of the monotectic AI-Bi, AI-Pb and AI-In systems

Ligas de alumínio dispersas com bismuto, chumbo e índio apresentam aplicações promissoras em componentes automotivos resistentes ao desgaste. Essas dispersões de elementos de baixa temperatura de fusão diminuem a dureza e escoam facilmente em condições de deslizamento, resultando em um comportamento tribológico favorável. Muitos estudos têm sido realizados a fim de melhor compreender as distintas morfologias obtidas pela reação monotética Algumas pesquisas assumem que a evolução do espaçamento interfásico (?) nas Iigas monotéticas ou obedece à clássica relação utilizada para eutéticos: ?2v = C, ou ainda a relação de crescimento dentrítico ?.va.Gb = C, onde v é a velocidade de solidificação e C uma constante para ambos os casos, G é o gradiente de temperatura e a e b são constantes. Tais estudos utilizaram fornos de aquecimento à resistência do tipo Bridgman para produzir a solidificação direcional de ligas monotéticas. Existe uma falta de estudos consistentes no desenvolvimento microestrutural de ligas monotéticas durante condições de fluxo de calor transitório, que são de importância primordial, uma vez que esse tipo de fluxo de calor engloba a maioria dos processes industriais e de solidificação. No presente estudo, foram realizados experimentos de solidificação unidirecional em regime não-estacionário com as Iigas hipomonotéticas Al-0,9%Pb e Al-5,5%In, com a liga monotética Al-1,2% Pb e com as Iigas hipermonotéticas Al-5,0%Bi, Al-7,0%Bi e Al- 2,1%Pb, além da análise da rnacrossegregação da liga monotética Al-3,2%Bi. Os parâmetros térmicos como velocidades de crescimento, taxas de resfriamento e gradientes térmicos foram determinados experimentalmente por curvas de resfriamento adquiridas ao longo do comprimento do lingote. A evolução microestrutural foi caracterizada por técnicas metalográficas e os espaçamentos foram correlacionados com os parâmetros térmicos de solidificação. Verificou-se que a lei de crescimento ?2v= C é válida apenas para os casos onde há ocorrência de partículas de soluto dispersas irregularmente na matriz e que esta lei não se aplicou nos casos onde foi observado uma frente monotética celular e morfologia de fibras e cordões de pérolas. Já a lei ?.va.Gb = C se mostrou aplicável em todos os casos ascendentes. O aumento do teor de soluto das ligas e o fluxo convectivo induzido provocaram mudanças nas morfologias das fases, na magnitude dos espaçamentos interfásicos e nos diâmetros das partículasAluminum alloys dispersed with bismuth, lead and indium show promising applications in wear­resistant automotive components. Such dispersions of low melting temperature elements decrease hardness and flow easily under sliding conditions, resulting in favorable tribological behavior. Much research has been devoted in order to better comprehend the distinct morphologies obtained by monotectic reactions. Some researches assume that the interphase spacing evolution in monotectic alloys follows the classical relationship used for eutectics: ?2v = C, or the dendritic growth relationship ?.va.Gb = C, where v is the solidification velocity and C a constant value for both cases, G is the thermal gradient and a and b are constants. Such studies have used Bridgman type het resistance furnaces to produce the directionally solidified monotectic samples. There is a lack of consistent studies on the microstructural development of monotectic alloys during transient heat flowconditions, which are of prime importance since this class of heat flow encompasses the majority of solidification industrial processes. In the present study, directional unsteady-state solidification experiments were carried out with hypomonotectic Al-0.9wt%Pb and Al-5.5wt%In, monotectic Al-1.2wt%Pb and hypermonotectic Al-5.0wt%Bi, Al-7.0wt%Bi and Al-2.1wt%Pb alloys, besides the macrosegregation analysis of the monotectic Al-3.2wt%Bi alloy. Thermal parameters such as the growth rate, cooling rate and thermal gradient were experimentally determined by cooling curves recorded along the casting length. The microstructural evolution was characterized by metallography and the spacings were correlated with the thermal parameters. It is show that the ?2v = C growth law is valid only for the cases where there is a morphology of solute particles irregularly arranged in the matrix and it is not applied on the cases where a cellular monotectic front or fibers and strings of pearls morphologies were observed. On the other hand, ?.va.Gb = C law seems to be able to characterize all the upward cases. The increase in the alloy solute content and induced convective flow affected the morphologies of the resulting phases, the magnitude of the interphase spacing and the diameters of the solute-rich particle