Influência de diferentes teores de Cu e Cr na solidificação e microestruturas de ligas fundidas hipoeutéticas Al-Cu-Cr

Abstract

O presente trabalho investiga a influência de diferentes proporções de Cu-Cr na solidificação e formação microestrutural em ligas Al-(2,5, 3,5, 4,5)Cu com adições de 0,25 e 0,50 Cr (% massa). As ligas foram preparadas através da fusão do alumínio puro, cobre eletrolítico, e cromo puro. Análises térmicas baseadas em curvas de resfriamento foram realizadas para determinar os intervalos de solidificação e temperaturas de transformação de cada liga em condições de baixas e moderadas taxas de resfriamento. Foram feitas comparações com dados obtidos de ambas análises térmicas diferenciais (DTA) e simulações usando o software de termodinâmica Thermo-Calc. Amostras foram extraídas de lingotes solidificados, submetidas a análises metalográficas (microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura - MEV), análise por difração de raios X (DRX) e medições de microdureza Vickers (HV). As análises térmicas mostraram que as temperaturas Liquidus e Solidus praticamente não foram afetadas pelas taxas de resfriamento investigadas neste trabalho. As análises microestruturais revelaram que adições de Cr refinaram a microestrutura quando comparadas com as ligas binárias de Al-Cu. Análises de MEV com espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS) semi-quantitativa permitiram a identificação da presença do composto intermetálico Al2Cu, precipitados AlCuCrFe, e algumas partículas dispersas Al-Fe em forma de agulha em todas amostras. As análises de DRX confirmaram picos de fases α-Al (cúbico, matriz) e θ-Al2Cu (tetragonal, interdendrítico). Picos adicionais não foram detectados devido a pouca quantidade nas ligas investigadas. Conforme a quantidade de Cu e Cr aumentou nas ligas, os valores de microdureza também aumentaram.

The present work investigates the influence of different Cu-Cr ratios on the solidification path and microstructure formation in as-cast hypoeutectic Al-(2.5, 3.5, 4.5) Cu alloys with additions of 0.25 and 0.50 Cr (mass%). The alloys were prepared by melting pure aluminum, electrolytic copper, and pure chromium. Thermal analyses based on cooling curves were carried out to determine the solidification intervals and transformation temperatures of each alloy with low and moderate cooling rates. Comparisons with data obtained from both differential thermal analyses (DTA) and simulations using the Thermo-Calc thermodynamics software were done. Samples were taken from the solidified ingots, subjected to metallographic analysis (optical - OM and scanning electron - SEM microscopies), X-ray diffraction (XRD) analyses and Vickers microhardness (HV) measurements. The thermal analyses showed that the Liquidus and Solidus temperatures were practically unaffected by the range of cooling rates investigated in this work. The microstructural analyses revealed that Cr additions refined the microstructure when compared to the binary Al-Cu alloys. SEM with semi-quantitative EDS (energy-dispersive X-ray spectroscopy) analyses permitted to identify the presence of the CuAl2 intermetallic compound, AlCuCrFe precipitates, and some dispersed needle-like Al-Fe particles in all samples. The XRD analyses confirmed peaks of the α-Al (cubic, matrix) and CuAl2 (tetragonal, interdendritic) phases. Additional peaks were undetected due to their small presence in the investigated alloys. As the alloy Cu and Cr contents increased, microhardness values increased.