O forjamento de ligas de alumínio : um estudo para a liga ABNT 6061

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”.

Introdução ao forjamento isotérmico

Pretende este trabalho dar início ao estudo do processo de forjamento isotérmico de uma peça de uma liga de alumínio (Al Mg Sil) através de alguns parâmetros como curva de escoamento, influência de lubrificantes e modelos de cálculo de força. Para a análise da curva de escoamento da liga Al Mg Sil foram realizados testes alterando-se tanto a temperatura de ensaio como a velocidade de prensagem. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados de duas referências bibliográficas. Em relação ao forjamento apresenta-se a ferramenta utilizada nos testes e descreve-se sobre as influências de alguns lubrificantes testados. Finalizando, mostra-se os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos através da aplicação de três modelos teóricos extraídos da literatura. Conclusões e sugestões para futuros trabalhos são também apresentados.

Tratamento superficial DUPLEX com TiN e CrN de aços ferramenta da classe AISI H13 para matrizes de injeção de ligas de alumínio

Este trabalho apresenta um estudo de camada “duplex” em aços para trabalho à quente da classe AISI H13, com enfoque em matrizes de injeção de ligas de alumínio, visando otimizar a vida das matrizes atuando tanto sobre os mecanismos de ataque superficial da matriz pelo alumínio como sobre a formação de trincas por fadiga térmica. O tratamento duplex consistiu em nitretação à plasma, com gás contendo 5% de nitrogênio e diferentes parâmetros de tempos e temperaturas, sendo as amostras posteriormente revestidas com nitreto de titânio (TiN) ou nitreto de cromo (CrN). As camadas nitretadas foram avaliadas através de análises metalográficas, perfis de dureza e difração de raios X, buscando caracterizar e qualificar a camada nitretada. Tendo sido observado na difração de raios X a presença de camada de compostos (nitretos de ferro ε e γ’) mesmo com a utilização de gás pobre em nitrogênio, foram também avaliados substratos nitretados sem a remoção mecânica dos nitretos e com um polimento para remoção destes antes da deposição. A rugosidade dos substratos nitretados com e sem a realização do polimento mecânico também foram determinados, buscando relação deste parâmetro com os resultados obtidos. O conjunto camada nitretada e depósitos (TiN ou CrN) com e sem o polimento mecânico após-nitretação foram avaliados em termos de adesão com ensaios de indentação Rockwell C com análise em microscopia eletrônica de varredura (qualitativamente) e com o teste do risco (quantitativamente) avaliando tanto as cargas críticas para a falha do filme como o modo de falha também em microscopia eletrônica de varredura. Além disso, foram realizados testes de fadiga térmica em banho de alumínio para simulação e avaliação do desempenho da camada “duplex” em condições de trabalho, bem como foram testadas duas condições de nitretação com TiN ou CrN em regime industrial. Os resultados mostram ganhos de adesão crescentes com o aumento dos tempos e das temperaturas de nitretação, além de maiores ganhos com a remoção mecânica (polimento) do substrato nitretado antes da deposição dos filmes. O comportamento, frente às condições de trabalho também foi superior para condições de nitretação com maiores tempos e temperaturas, tanto nos ensaios de laboratório com nos testes em regime industrial.

Aplicação de técnicas eletroquímicas na determinação do potencial de corrosividade de ligas de alumínio em água produzida

The resistance of aluminum and their alloys, to the corrosion phenomenon, in aqueous solutions, is a result of the oxide layer formed. However, the corrosion process in the aluminum alloy is associated with the presence a second phase of particles or the presence of chloride ions which promote the disruption of the oxide layer located producing the corrosion process. On the other hand, the term water produced is used to describe the water after the separation of the oil and gas in API separators. The volumes of produced water arrive around 5 more times to the volume of oil produced. The greatest feature of the water is the presence of numerous pollutants. Due to the increased volume of waste around the world in the current decade, the outcome and the effect of the discharge of produced water on the environment has recently become an important issue of environmental concern where numerous treatments are aimed at reducing these contaminants before disposal. Then, this study aims to investigate the electrochemical corrosion behavior of aluminum alloy 6060 in presence of water produced and the influence of organic components as well as chloride ions, by using the electrochemical techniques of linear polarization. The modification of the passive layer and the likely breakpoints were observed by atomic force microscopy (AFM). In the pit formation potential around -0.4 to -0.8 V/EAg/AgCl was observed that the diffusion of chloride ions occurs via the layer formed with the probable formation of pits. Whereas, at temperatures above 65 °C, it was observed that the range of potential for thepit formation was -0.4 to -0.5 V/EAg/AgCl. In all reactions, the concentration of Al(OH)3 in the form of a gel was observed

Um estudo sobre a corrosão aquosa de ligas de alumínio 7xxx submetidas a diferentes tratamentos térmicos

This job aim has been to study the aqueous corrosion of the 7xxx heattreatable aluminium alloys, used in the aeronautical industry. The 7010, 7050 and 7475 alloys, have been supplied in the T7 condition and submitted to the annealed and aging thermal treatments of in order to study their behaviours front to corrosion in 5% NaCl pH 6,0, air-saturated and deaerated solutions. The electrochemical study has been accomplished through potential measures in open circuit, potentiodynamic polarisation curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The aged alloy resulted to be the most resistant to corrosion and annealed the less resistant ones. In spite of it they have different chemical compositions, in each mean, the alloy with the same thermal treatment has behaved in a similar way. In aerated solution, the process is controlled by oxygen diffusion and in oxygen absence for dissolution through a film. Hardness and mass loss measures, after corrosion test, have supported this research.

Efeito do nitrato e nitrito na corrosão das ligas de alumínio 2024 e 7050 em soluções de NaCl

The 2024-T3 and 7050-T7 aluminium alloys electrochemical behavior has been studied in NaCl 5% neutral solutions and 0,1M concentration containing NO 3 - or NO 2 -. The current job supports corrosion research on aluminium alloys used in aeronautic industry. Open circuit potential, polarisation curves and electrochemical impedance spectroscopy techniques have been used. In chloride solutions, alloys corrosion takes place through a pitting mechanism. Added anions to aerated solutions do not possess inhibition effect. In deaerated solutions, nitrite has diminished anodic dissolution rate, probably by incorporating this anion in the oxide and/or hydroxide film.

Deposição de filmes por plasma eletrolítico em ligas de alumínio

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Estudo eletroquímico de ligas metálicas alumínio-silício em meio ácido

As ligas a base de alumínio-silício apresentam baixo peso específico, boa resistência mecânica e resistência à corrosão, têm sido amplamente utilizadas como substitutas de algumas ligas ferrosas na fabricação de peças em diversos segmentos industriais. Nesta pesquisa estudou-se o comportamento eletroquímico do alumínio e suas ligas alumínio-silício 0,3 e 0,7% em massa, em elétrólitos de ácido sulfúrico e ácido clorídrico, ambos a 0,1 mol/L. Os resultados das técnicas eletroquímicas mostraram que o Si provocou um deslocamento para valores mais positivos do potencial de corrosão, observou-se uma região de passividade nas curvas anódicas dos eletrodos em ácido sulfúrico, este fenômeno de passivação não ocorreu em ácido clorídrico. Os diagramas de Nyquist apresentaram dois arcos,um capacitivo na região de altas frequências, relacionado à formação da camada óxida e, um indutivo em baixas frequências, atribuído a adsorção de ânions na superfície metálica, as semelhanças nos diagramas mostram que os fenômenos eletroquímicos são idênticos e independentes da adição de Si. Os diagramas de impedância, também, mostraram menor resistência de polarização das ligas Al-Si. Considerando, apenas, os estudos eletroquímicos pode-se afirmar que os eletrodos não apresentaram diferenças relevantes entre si e a suscetibilidade a corrosão nestas soluções ácidas não implica em uma característica desfavorável a sua aplicação.

Estudo da corrosão em ligas de alumínio utilizadas na indústria aeronáutica

A resistência e o mecanismo de corrosão das ligas de alumínio 2024, 7010, 7050 e 7475 foram estudados em solução de NaCl. Os efeitos do tratamento térmico nas ligas, concentração de oxigênio, pH, adição de oxi-ânions e temperatura do meio constituem algumas das variáveis estudadas. Primeiramente, procedeu-se à caracterização físicoquímica dos materiais através de análise química e metalográfica, mediante microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. As ligas 2024, 7010, 7050 e 7475 como recebidas, recozidas e envelhecidas, revelaram a existência de partículas ternárias e quaternárias, constituídas por Al:Cu:Fe e Mg ou Zn. Também foi observado um maior número de partículas pequenas de composição variável situando-se, preferencialmente, nos contornos dos grãos. Os resultados dos ensaios de corrosão em meios aerados e desaerados indicam que o cromato é efetivo como inibidor da corrosão localizada em ambas ligas e que o molibdato somente na liga 7050. O efeito inibidor do tungstato se revela em meio desaerado e é comparativamente menor daquele observado com os outros oxi-ânions. As análises quantitativas de superfície das ligas após os ensaios de imersão indicam que ainda na presença de inibidor, se pites foram nucleados, eles crescem.

Estudo da usinagem por torneamento de ligas de alumínio

The non-ferrous materials have got so many mechanical, physical and chemical advantageous properties so that is provided to them consolidated position in industry. In this context, aluminium alloys have been seen a lot on many applications of engineering areas – specially on automotive, aeronautical and aerospace due to their main properties such as low density, high corrosion resistance, favorable structure weight / material resistance relation, among others characteristics that are mencioned through this study. This study aims to analyze the aluminium alloys behavior on a general context when they are used on turning process, taking for examples the 6262 and 7050 aluminium alloys. In this way, the analysis studies the datas obtained during the turning tests realized on 3 steps each one; those datas are concerning the medium and total rugosities – obtained with the assistance of a portable Surface Roughness Finish Tester, as well as the chips obtained during the tests - visual analysis, and the cutting tools wear – with the assistance of an optical microscope, under different conditions of application of cutting fluids (dry machining, application of coolant in abundance and MQL – Minimum Quantity of Lubricant). The results concerning this study show detailed information about influence of cutting fluids on the machining by turning of the aluminium alloys related on this work and also about aluminium alloys in general when they are used on turning processes with different conditions from one another. By this way, it was evident the MQL technique is the best one for the 6262 alloy. However, for 7050 alloy, it was evident that the dry machining is responsible for the best results

Processo de fabricação de tarugos pelo método HotTop de ligas de alumínio da série 6XXX e as não conformidades desse processamento

The goal of this work is to report some problems that occur in the in the production of aluminum billets (series 6XXX) produced by the hot top process in the Alcoa aluminum Inc. The aluminum fabrication process is described from its first stage, since the mining until the reduction, smelting and treatment of the metal. One of the plant’s final product, are billets for clients that produce profiles by extrusion. The product’s final quality highly depends on the whole production process. Therefore it’s necessary to use good practices in the treatment of the metal, follow up its fabrication and control its thermal treatment, in order to meet the required standards to satisfy the clients. The billet’s production method and its variables will be detailed through temperature and casting speed, cone of water flow, cooling rate, duration of thermal treatment, degassing and metal “in line “filtering, in other words when it’s still found in its liquid state. The non-conformities of the process were studied by metallographic analysis, both macrostutural and microstructural that will be described and discussed in this work

Contribuição ao estudo do desgaste de bedames na usinagem de ligas de alumínio-silício

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Estudo do efeito do transporte de massa nas curvas de polarização potenciodinâmica em ligas de alumínio da série 7XXX de aplicação aeronáutica

Aluminum Alloys are widely used as structural materials in the aerospace industry due to low weight, high mechanical strength and enduring corrosion resistance. Their resistance to corrosion is attributed to the rapidly formed stable oxide film (Al2O3) which spontaneously forms itself on the surface of the material. However, in the presence of aggressive ions, such as halide, Aluminum Alloys are subject to a localized process of corrosion. The electrochemical behavior of 7081-T73511 and 7050-T7451 Aluminum Alloys employed in the aerospace industry was investigated using a 0.6 M NaCl solution under the conditions of a controlled mass transport employing a rotating disk electrode. The theoretical limiting current density was determined by the Kouteki-Levich equation. The results confirmed that the inter-metallic Al7Cu2Fe acts as preferential cathode generating the galvanic coupling and the dissolution of the Aluminummatrix around it.

Influência de tratamentos a plasma na resistência à corrosão e na propriedade de adesão de uma camada protetiva sobre a superfície de ligas de alumínio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação de técnicas eletroquímicas na determinação do potencial de corrosividade de ligas de alumínio em água produzida

The resistance of aluminum and their alloys, to the corrosion phenomenon, in aqueous solutions, is a result of the oxide layer formed. However, the corrosion process in the aluminum alloy is associated with the presence a second phase of particles or the presence of chloride ions which promote the disruption of the oxide layer located producing the corrosion process. On the other hand, the term water produced is used to describe the water after the separation of the oil and gas in API separators. The volumes of produced water arrive around 5 more times to the volume of oil produced. The greatest feature of the water is the presence of numerous pollutants. Due to the increased volume of waste around the world in the current decade, the outcome and the effect of the discharge of produced water on the environment has recently become an important issue of environmental concern where numerous treatments are aimed at reducing these contaminants before disposal. Then, this study aims to investigate the electrochemical corrosion behavior of aluminum alloy 6060 in presence of water produced and the influence of organic components as well as chloride ions, by using the electrochemical techniques of linear polarization. The modification of the passive layer and the likely breakpoints were observed by atomic force microscopy (AFM). In the pit formation potential around -0.4 to -0.8 V/EAg/AgCl was observed that the diffusion of chloride ions occurs via the layer formed with the probable formation of pits. Whereas, at temperatures above 65 °C, it was observed that the range of potential for thepit formation was -0.4 to -0.5 V/EAg/AgCl. In all reactions, the concentration of Al(OH)3 in the form of a gel was observed