Efeito do teor de ferro na microestrutura e nas propriedades mecânicas de ligas Al-Si-Cu-Mg variando a taxa de resfriamento

Aluminum is the metal of modern life. Heat-treatable aluminum alloys currently occupy a prominent place in the industrial sector and with even greater prospects for use in the future. The A356 alloy is extended to automotive, aerospace and other industrial areas due to its excellent properties, including high strength, low density and excellent castability. Aiming at production cost benefits, less energy consumption and elimination of environmental damage associated with the mining and refining sectors, the recycling of aluminum alloys has been widely explored. In recycled foundry alloys, iron is the main impurity found and, due to its low solubility in aluminum, its presence leads to the formation of second phases, such as β - Al5FeSi intermetallic compounds which are presented in the form of thin and long platelets (needles ) which have a fragile character, degrading the strength and ductility of the alloy, as they act as stress concentrators. The size of the β - Al5FeSi phase needles increases the higher the iron content in the alloy and the lower the cooling rate. Thus, optimal control of iron concentration in foundry alloys is essential. In order to evaluate the effect of iron content on the microstructure and mechanical properties of the A356 alloy, the alloy was cast, containing 1% and 3% iron in its composition and then heat treated. The microstructure after remelting and solidification presents intermetallic phases with acicular morphology of the AlSiMgFe and AlFeSi composition. On the other hand, the microstructure after heat treatment presents intermetallic phases in needle shapes with β -Al5FeSi composition. The additions of iron resulted in a decrease in the cooling rate. It was found that as the iron content increases, there is a reduction in the distribution of the volume fraction of precipitates and an increase in grain size. It is also verified that with different cooling rates, the volume fraction changes, concluding that the higher the cooling rate, the greater the volume fraction. After performing the microhardness test for post-remelting, it was possible to notice an increase in the values of alloys with iron contents. The microhardness values in relation to the cooling rates used in quenching were unexpected. The recycling simulation of this work and consequent iron contamination in the A356 alloy generated changes in the solidification sequence, enabling the appearance of primary phases formed of iron before the crystallization of aluminum grains.O alumínio é verdadeiramente o metal da vida moderna. Ligas de alumínio tratáveis termicamente envolvem atualmente um lugar de destaque no setor industrial e com perspectivas ainda maiores de utilização no futuro. A liga A356 é amplamente utilizada nas áreas automotiva, aeroespacial e outras áreas industriais devido às suas excelentes propriedades, incluindo alta resistência, baixa densidade e excelente capacidade de fundição. Visando benefícios em custo de produção, menos consumo de energia e eliminação de danos ambientais associados aos setores de mineração e refino, a reciclagem de ligas de alumínio têm sido muito explorada. Nas ligas de fundição recicladas, o ferro é a principal impureza encontrada e, devido à sua baixa solubilidade no alumínio, sua presença leva a formação de segundas fases, como compostos intermetálicos β - Al5FeSi que se apresentam-se na forma de plaquetas finas e longas (agulhas) que possuem caráter frágil, degradando a resistência e ductilidade da liga, pois atuam como concentradores de tensões. O tamanho das agulhas da fase β - Al5FeSi aumentam quanto maior o teor de ferro na liga e menor a taxa de resfriamento. Assim, o controle ideal da concentração de ferro nas ligas de fundição é essencial. Com o objetivo de avaliar o efeito do teor de ferro na microestrutura e nas propriedades mecânicas da liga A356 foi realizado a fundição da liga contendo em sua composição 1% e 3% de ferro e depois foram tratadas termicamente. A microestrutura após refusão e solidificação apresentou fases intermetálicas com morfologia acicular da composição AlSiMgFe e AlFeSi. Já a microestrutura após tratamento térmico apresentou fases intermetálicas em formas de agulhas de composição β - Al5FeSi. As adições de ferro resultaram na diminuição da taxa de resfriamento. Foi constatado que a medida que o teor de ferro aumenta, verifica-se uma redução na distribuição da fração volumétrica dos precipitados e um aumento no tamanho de grão. Constata-se também que com diferentes taxas de resfriamento, a fração volumétrica se altera, concluindo que quanto maior a taxa de resfriamento, maior a fração volumétrica. A partir da realização do ensaio de microdureza para as amostras pós refusão, foi possível notar um aumento nos valores das ligas com teores de ferro. Os valores de microdureza em relação às taxas de resfriamento utilizadas na têmpera, foram inesperados. A simulação de reciclagem deste trabalho e consequente contaminação do ferro na liga A356 gerou mudanças na sequência de solidificação, possibilitando o surgimento de fases primárias formadas de ferro antes da cristalização dos grãos de alumínio