Título

SOLIDIFICAÇÃO RÁPIDA DA LIGA Al92Fe3Cr2Mn

RAPIDLY SOLIDIFIED Al92Fe3Cr2Mn3 ALLOY

Autoria

Rios, Carlos Triveño; Filho, Walter José Botta; Bolfarini, Claudemiro; Kiminam, Cláudio Shyinti

DOI

10.5151/2594-5327-0333

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Resumo

Nas últimas décadas, várias ligas a base de alumínio de altíssima resistência mecânica, apresentando microestruturas formadas por partículas em dimensão nanométrica do tipo icosaedral dispersas numa matriz de alumínio, tem sido desenvolvidas. Essas ligas são denominadas de ligas nano-quase-cristalinas. A principal dificuldade para produzir essas ligas está associada à necessidade à alta taxa de resfriamento, da ordem de 106 K/s; por isso ligas com essa microestrutura particular tem sido processadas na forma de fitas e pós com dimensões limitadas a escala de micrometros. O objetivo do presente trabalho foi estudar a possível formação de fases quase- cristalinas em amostras de grande volume solidificadas rapidamente. A liga Al92Fe3Cr2Mn3 foi processada por três técnicas de solidificação rápida; “melt-spinning”, fundição em molde de cobre com formato de cunha e fundição por centrifugação em molde de cobre de seção quadrada. As estruturas e microestruturas das amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e transmissão, difratometria de raios-X convencional e utilizando luz sincroton, e calorimetria diferencial de varredura. A microestrutura desejada com fase quase-cristalina do tipo icosaedral, cuja composição é Al78Cr6,0Mn7,8Fe9,1, dispersa numa matriz de alumínio foi possível de ser obtida na fita de 38μm de espessura e na parte fina (120μm) da amostra em forma de cunha, cuja taxa de resfriamento é estimado em cerca de 10(5) -10(6) K/s. Entretanto essa microestrutura não foi possível de ser obtida em amostras de grande volume (em espessura de milímetros). As taxas de resfriamento (10(2) -10(3) K/s) na solidificação das amostras de grande volume (amostra em forma de barra e nas partes espessas da amostra em forma de cunha) não foram suficientemente altas para evitar que compostos intermetálicos cristalinos fossem formados juntamente com a fase quase- cristalina. A fase quase-cristalina formada é do tipo icosaedro, estável até 450°C que decompõe-se para a formação das fases intermetálicas Al82,8Mn7,9Fe7,9(Cr) e Al75,7Cr8,2Mn8,4Fe7,7, completando a decomposição após 520°C.

 

In the last decade several types of Al-based nano-quasicrystalline alloys have been developed with microstructures constituted by icosaedral nanometric particles embedded in Al matrix. More recently, bulk nano-quasicrystalline alloys have been produced by warm extrusion of atomized powders. However the main difficulty to produce such alloys is associated with the high cooling rates necessary to form the nano-quasicrystalline phases (106 K/s, such as in melt-spinning or atomization processes). In this context, the objective of the present work was to evaluate the possibilities to obtain quasicrystalline phases in bulk samples of the Al92Fe3Cr2Mn3 alloy. The following three process of rapid solidification were used to produce the alloys: (a) melt-spinning, (b) injection the molten metal in a wedge geometry cooper mould and (c) by centrifugal casting in a square section cooper mould. The microstructures of the two bulk samples were compared with the ribbon obtained by melt-spinning. The microstructures were evaluated by a combination of transmission and scanning electron microscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry. In both bulk samples we have observed the presence of quasicrystalline and polycrystalline aggregates with varied morphologies and also intermetallic phases radiating from quasicrystallines grains. In the wedge shape sample a fully quasicrystalline microstructure has been observed for thickness up to 0.8 mm. Calorimetry analysis indicated that the quasicrystalline phase is stable up to 450oC and its transition for crystalline phases is completed after 520oC.

Palavras-chave

Solidificação rápida; Quase-cristal; Liga Al92Fe3Cr2Mn3.

Rapid solidification; Quasicrystal; Al92Fe3Cr2Mn3 alloy.