propriedades mecânicas dos materiais. Alteram-se as fases presentes, varia-se a morfologia dos microconstituintes e também modifica a distribuição de defeitos cristalinos (GUPTA, MAROIS e LLOYD, 1996; BORREGO et al., 1996).
Nas ligas de alumínio, após a têmpera, ocorre o crescimento da resistência elétrica, isso acontece porque a solução sólida fica supersaturada e ocorre a acumulação de átomos de elementos de liga. Segundo Novikov (1994), a zona Guinné-Preston (GP), é uma região da solução sólida enriquecida em elementos solutos.
O endurecimento por precipitação é o mais utilizado para ligas de alumínio de alta resistência. Os metais e ligas endurecem quando se dificulta a movimentação das discordâncias em uma estrutura cristalina, assim, o endurecimento produz uma segunda fase que dificulta o movimento das discordâncias, essa segunda fase pode ser obtida por tratamentos térmicos. Na Figura 12 está representando o diagrama Al-Cu (COSTA, VARGAS e PARUCKER, 2001).
O tratamento térmico previne que o material não perca suas propriedades em temperaturas elevadas, às quais são danificados, pois a liga AA2014 apresenta aglomerados de precipitados que perdem a coerência com a matriz.
Para aumentar a dureza e a resistência da liga o tempo de envelhecimento e a porcentagem de cobre e silício são considerados fatores importantes.
Figura 12 – Diagrama de fases Al-Cu.
Fonte: adaptado, POLMEAR, 1995.
2.4.1Tratamento Térmico de Solubilização e Precipitação
O tratamento de solubilização consiste na dissolução dos átomos de soluto para se formar uma solução sólida monofásica. Na liga de alumínio AA2014, o tratamento de solubilização segue da seguinte forma.
Eleva-se a temperatura até o campo da fase α e permanece na temperatura até que a fase θ seja completamente dissolvida, com isso, a liga apresenta apenas uma fase. Após, submete-se a liga ao resfriamento rápido, ou têmpera, até a temperatura ambiente, assim previne qualquer processo de difusão.
A liga, nessa condição, está fora do equilíbrio, onde apenas a solução sólida da fase α, supersaturada com átomos do elemento θ, está presente na temperatura ambiente, a liga esta relativamente dúctil e pouco resistente (CALLISTER, 2008). A Figura 13 representa o diagrama de
fase parcial para a liga Al-Cu e como sua microestrutura durante o tratamento térmico de solubilização.
Figura 13 - Representação da microestrutura durante o tratamento de solubilização.
Fonte: adaptado ASKELAND, 1984
Essa solução sólida formada após o resfriamento rápido do material mantém certo número de vacâncias na rede, os quais favorecem a difusão em temperaturas baixas e são convenientes para a formação das zonas de GP- Guinier-Preston (BROOKS, 1990; ASM 1991; POLMEAR, 1995; COSTA, 1998; NAVAS; 1999).
Após o tratamento de solubilização a liga é submetida ao tratamento de precipitação, que consiste no aquecimento do material na região bifásica da liga, entre 120 e 230°C, quanto maior a temperatura, mais rápido o processo desenvolve-se. Nessa temperatura os precipitados começam a se formar como partículas finamente dispersas, esse processo é chamado de envelhecimento.
Para que o envelhecimento ocorra é necessário que o material esteja em um campo de solução sólida, na formação de uma solução supersaturada e que ocorra a formação de precipitados plenamente coerentes, parcialmente coerente e incoerente, no campo de duas fases. Na Figura 14, está representado o tratamento térmico de solubilização com sua microestrutura resultante e também representa o tratamento de precipitação com sua microestrutura resultante.
Figura 14 - Tratamento térmico de solubilização com sua microestrutura resultante e também representa o tratamento de precipitação com sua microestrutura resultante
Fonte: adaptado DE CARMO, (1997)
A liga em estudo faz parte do sistema Al-Cu-Mg e apresenta o envelhecimento natural. Portanto, essa liga, depois de realizado o tratamento de solubilização e têmpera, envelhece naturalmente à temperatura ambiente ao decorrer do tempo.
O envelhecimento artificial é um mecanismo de endurecimento do material. Nesse processo o excesso de soluto tende a precipitar e a propriedade do material é influenciada pelo tamanho, dispersão e morfologia das partículas dos precipitados.
Esse endurecimento do material dificulta a movimentação das discordâncias por apresentar uma deformação, causada pela estrutura da zona GP2, e também pela presença de partículas precipitadas. Essas partículas são submicroscópicas, possíveis de serem observadas por Raio- X ou Microscopia Eletrônica de Transmissão – TEM. (SILVA, 2012)
No processo de envelhecimento artificial tende-se a formar zonas GP em temperaturas relativamente baixas e na fase inicial do envelhecimento, algumas ligas se não tratadas termicamente envelhecem de forma natural com o decorrer do tempo.
2.4.2 Mecanismo de Endurecimento
Os mecanismos de endurecimento por precipitação (envelhecimento artificial) são utilizados em ligas de alumínio.
Com o processo de precipitação, que ocorre a partir de uma solução supersaturada que tende a formar as zonas de GP, como a Figura 15 demonstra, onde no primeiro momento os átomos de cobre formam aglomerados muito pequenos e finos que possuem uma espessura de aproximadamente 25 átomos de diâmetro e são formados em várias posições no interior da fase α.
Ocorrem três tipos de precipitados, os quais dependem da estrutura da superfície de separação entre o precipitado e a matriz, esses tipos de precipitados são: plenamente coerente, parcialmente coerente e incoerentes.
Nas ligas Al-Cu com o tratamento de envelhecimento as zonas GP2 e a fase θ’’ são precipitados plenamente coerentes, no entanto a fase θ’ é parcialmente coerente e a Cu-Al2 é considerado incoerente ( NOVIKOV,1994).
Quando material é aquecido, acima de 100°C, as zonas GP1 serão modificadas em partículas e com estruturas cristalinas diferentes denominadas de zonas GP2 ou θ’’, os quais são precipitados de transição, com o passar do tempo de tratamento ocorre o surgimento da segunda fase incoerente de precipitado, a fase CuAl2 (VERNEY e DUSZCZYK, 1998). Com o passar do tempo, e o processo de difusão transcorrendo, as zonas formam partículas, as quais passam por duas fases de transição, chamadas como zona GP2 ou θ’’, antes de formar a fase que é parcialmente coerente com a matriz θ, como representado na Figura 15(b), e (c) (CALLISTER, 2008).
Figura 15 – Formação das zonas de Guinier-Preston (GP).
Fonte: CALLISTER, (2008).
b) c)
Com essas zonas GP há aumento da resistência à deformação, por apresentarem alta força de ligações atômicas nestas zonas e tensões internas que existem nos precipitados. A causa dessas tensões é o fato de que os átomos de cobre apresentam um diâmetro atômico menor que os átomos do alumínio (CALLISTER, 2008).
Outros tratamentos aplicados as ligas de alumínio se destacam: T0 e T4.
T0 – tratamento de recozimento empregado para eliminar o excesso de tensões residuais no material submetido a elevados esforços de deformação. Aumenta alongamento e ductilidade, diminuindo a resistência.
T4 – tratamento de solubilização, têmpera e envelhecimento natural. Aplicado em ligas cujo processo de envelhecimento requer horas e com muitos dias à temperatura ambiente. Boa resistência e ductilidade máxima.