Aplicação de vibração ultrassónica no tratamento de metal líquido para fabrico de fundidos em liga de alumínio

Abstract

No quotidiano, em ambiente industrial, o tratamento do banho de ligas de alumínio-silício é realizado através de três etapas fundamentais: afinação, modificação e desgaseificação. Este procedimento tem como principal objetivo a redução tamanho de grão, a modificação do silício eutético e a eliminação do hidrogénio dissolvido no banho, que na ocasião da solidificação, causa poros no interior do metal. Estas alterações microestruturais provocam no material um aumento da resistência e ductilidade, o que é bastante benéfico. Seguidamente, para se atingir um aumento de propriedades ainda mais significativo, as peças de alumínio, após solidificação, podem ser sujeitas a um tratamento térmico de solubilização e envelhecimento, que no caso das ligas Al-Si-Mg, provoca, primeiramente, uma esferoidização das partículas de silício eutético, e seguidamente, a precipitação de compostos como o magnésio. Estes dois fatores combinados permitem aumentar ainda mais as propriedades mecânicas do material Tem se verificado, nos últimos anos, que a vibração ultrassónica poderá ter um efeito ativo na melhoria destas propriedades, revelando-se como uma alternativa promissora em detrimento do tratamento químico convencional. Assim, este trabalho, realizado numa indústria de fundição de alumínios, estudou a possibilidade de substituição do tratamento químico de metal líquido pela incorporação da vibração ultrassónica, numa peça produzida por fundição em coquilha por gravidade, constituída pelo material AlSi7Mg0,3. Para além disso, foi estudada a possibilidade da redução do tempo de tratamento térmico e também avaliada a influência da vibração ultrassónica no aumento das propriedades mecânicas do material. De modo a serem retiradas conclusões, foram aplicados 4 tempos de vibração distintos (5, 7, 10 e 15 segundos) e realizada a caracterização de todas as peças em investigação, através de análise térmica (estudo da curva de arrefecimento) e de densidade, visualização da microestrutura e realização de ensaios de dureza e tração.

Nowadays, at industrial environments, the treatment of aluminium-silicon alloy baths is carried out through three fundamental stages: refining, modification, and degassing. The main purpose of this procedure is to reduce grain size, modify the eutectic silicon, and eliminate hydrogen dissolved in the bath, which at the time of solidification causes pores inside the metal. These microstructural changes cause an increase in the strength and ductility of the material, which is very beneficial. Then, to achieve an even more significant increase in properties, the aluminium parts, after solidification, are subjected to a solubilisation and ageing heat treatment, which, in the case of Al-Si alloys, causes first a spheroidization of the eutectic silicon particles, and then the precipitation of compounds such as magnesium. These two factors combined make it possible to further increase the mechanical properties of the material. It has been verified, in the last years, that ultrasonic vibration may have an active effect in the improvement of these properties, revealing itself as a promising alternative, in detriment of the conventional chemical treatment. Thus, this work, carried out in an aluminium foundry industry, studied the possibility of replacing the chemical treatment of liquid metal, by the incorporation of ultrasonic vibration, in a part produced by gravity die casting, consisting of the material AlSi7Mg0,3. In addition, the possibility of reducing the heat treatment time was studied, and the influence of ultrasonic vibration on the increase of the mechanical properties of the material was evaluated. To draw conclusions, four different vibration times (5, 7, 10 and 15 seconds) were applied and the characterisation of all the pieces under study was performed through thermal analysis (influence on the cooling time), visualisation of the microstructure and hardness and traction tests.