Resistência ao desgaste por fricção cíclica de ligas Al-Cu-Cr com diferentes teores de Cu e Cr solidificadas unidirecionalmente

Abstract

As ligas de alumínio contendo elementos de liga de metais de transição têm atraído o interesse de pesquisadores. O efeito das adições de Cr de 0,25 e 0,50% no perfil térmico, microestrutura, dureza e resposta ao desgaste por deslizamento linear alternativo de ligas Al-Cu hipoeutéticas fundidas com 2,5; 3,5; 4,5% Cu (% em peso) foi investigado. As ligas binárias Al-Cu e ternárias Al-Cu-Cr foram solidificadas direcionalmente sob condições de transferência de calor em estado não estacionário ascendente usando um aparelho de solidificação dedicado. A análise térmica com base na análise térmica diferencial (DTA) e perfis de curva de resfriamento foi realizada para determinar parâmetros térmicos de solidificação, como temperatura de Liquidus (ṪL), entalpia de transformação (H) e taxa de resfriamento de líquido (ṪL). Amostras extraídas dos lingotes solidificados foram submetidas a análise por microscopia óptica, medição de dureza e teste de desgaste por deslizamento linear usando um equipamento recíproco de alta frequência (HFRR). Os resultados mostraram uma diminuição da temperatura de início da solidificação (ṪL) e da entalpia de transformação (H) quando ambos os teores de Cu e Cr da liga aumentaram, com maior influência do Cu. A adição de Cu diminuiu as taxas de resfriamento, enquanto o aumento da concentração de Cr na liga apresentou um comportamento oposto, aumentando as taxas de resfriamento. O refinamento do espaçamento dos braços dendríticos primários (λ1), como consequência do aumento dos elementos de liga e das taxas de resfriamento da solidificação, aumentou a dureza das ligas, com o valor máximo de 58 HB na liga ternária Al-4.5Cu-0,50Cr.Os testes de desgaste indicaram uma melhor resposta ao desgaste associado ao refinamento da microestrutura para as ligas com 2,5% Cu, para ambos os teores de Cr, um comportamento quase constante para as ligas com 3,5% Cu, e um desempenho oposto para as ligas com 4,5% Cu ligas que apresentaram melhor resistência ao desgaste com o engrossamento do λ1 e com o aumento da quantidade do microconstituinte eutético.

Aluminum alloys containing transition metal alloying elements have attracted interest from researchers. The effect of Cr additions of 0.25 and 0.50% on the thermal profile, micro-structure, hardness, and linear reciprocating sliding wear response of as-cast hypoeutectic Al-Cu alloys with 2.5; 3.5; 4.5% Cu (wt.%) was investigated. The binary Al-Cu and ternary Al-Cu-Cr alloys were directionally solidified under upward nonsteady state heat transfer conditions using a dedicated solidification apparatus. Thermal analysis based on differential thermal analysis (DTA) and cooling curve profiles was performed to determine solidification thermal parameters such as Liquidus temperature (ṪL), transformation enthalpy (H), and liquid cooling rate (ṪL). Samples extracted from the solidified ingots were submitted to optical microscopy, hardness measurement and linear reciprocating sliding wear test using a high-frequency reciprocating rig (HFRR). The results showed a decrease at the beginning of solidification (ṪL) and of the transformation enthalpy (H) when both alloy Cu and Cr contents increased, with a higher influence of Cu. The addition of Cu decreased cooling rates, whereas the increase in the alloy Cr concentration showed an opposite behavior, increasing cooling rates. The refinement of the primary dendrite arm spacing (λ1), as a consequence of the increase in alloying elements and solidification cooling rates, enhanced the hardness of the alloys, with the maximum value of 58 HB in the ternary Al-4.5Cu-0.50Cr alloy.The wear tests indicated a better response to wear associated with microstructure re-finement for the alloys with 2.5% Cu, for both Cr contents, na almost constant behavior for the 3.5% Cu alloys, and an opposite performance for the alloys with 4.5% Cu alloys that showed better wear resistance with coarsening of the λ1 and with the increase in the amount of the eutectic micro-constituent.