Avaliação da usinabilidade de ligas AL-SI-MG em função das condições de solidificação e tratamentos térmicos

Abstract

O objetivo do presente trabalho é avaliar a usinabilidade, no processo de torneamento, de ligas ternárias fundidas de alumínio-silício-magnésio (Al-Si-Mg), com 0,6%de Mg e variações de Si de 3%, 7% e 12% (em massa), bem como após tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial (T6). Foram elaboradas três ligas, denominadas 336 (Al-3%Si-0,6%Mg), 376 (Al-7%Si-0,6%Mg) e 316 (Al-12%Si-0,6%Mg). Lingotes de cada liga foram obtidos por solidificação unidirecional vertical ascendente utilizando um forno vertical tubular, molde metálico cilíndrico resfriado na base, instrumentado com termopares. Análises microestruturais das amostras foram realizadas utilizando técnicas de macroscopia, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). As propriedades mecânicas foram avaliadas através de dureza, antes e após tratamentos térmicos. Após caracterização, submeteu-se os corpos de prova a ensaios de usinabilidade, medindo a força de corte Fc, mantendo parâmetros como profundidade de corte, velocidade de corte, geometria e material da ferramenta fixos para todas as ligas. Os resultados obtidos permitiram estabelecer relações entre as condições de solidificação, a formação microestrutural e a usinabilidade das ligas investigadas. Com diferentes composições químicas, notou-se diferentes valores de velocidade de solidificação, gradiente térmico, e taxa de resfriamento, influenciando no aparecimento de braços dendríticos secundários maiores nas ligas 336 EBF e 376 EBF, menores para a liga 316 EBF e microestruturas diferentes para cada liga. Constatou-se valores de dureza semelhantes para as ligas 336 EBF e 376 EBF, e valores maiores para a liga 316 EBF. Os valores da força de corte Fc e dureza foram alterados pelas condições de cada material (estado bruto de fusão e pós tratamento térmico).

The main objective of the present work is to analyze the machinability, in the turning process, of as-cast Al-Si-Mg ternary alloys with 0.6% Mg and 3%, 7% and 12% Si contents (wt.%), as well as after heat treatments by solutioning and artificial aging (T6). Three alloys were confectioned, named as 316 (Al-12% Si-0.6Mg), 376 (Al-7% Si-0.6Mg) and 336 (Al-3% Si-0.6Mg). Ingots of each alloy were obtained in an ascending vertical directional solidification apparatus using a base-cooled cylindrical metallic mold instrumented with thermocouples. Samples extracted from the ingots were characterized by metallographic techniques using macroscopy, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy spectroscopy (EDS). The mechanical properties were evaluated by tensile strength, hardness and microhardness tests, before and after the heat treatments. After characterization, specimens were submitted to machinability tests as a function of cutting force within the turning process, using parameters such as depth of cut, cutting speed, geometry and tool material fixed during all tests. The results obtained allowed to establish relations between the solidification conditions, microstructural formation and the machinability of the investigated alloys. With different chemical compositions, different values of solidification speed, thermal gradient, and cooling rate were observed, influencing the appearance of larger secondary dendritic arms in alloys 336 EBF and 376 EBF but smaller for alloy 316 EBF and different microstructures for each alloy. Similar hardness values were found for alloys 336 EBF and 376 EBF, and higher values for alloy 316 EBF. The values of the cutting force Fc and hardness were altered by the conditions of each material (raw melting state and post heat treatment).