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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-29062009-161502
Documento
Autor
Nome completo
Janaina da Costa Pereira Torres de Oliveira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Padilha, Angelo Fernando (Presidente)
Fernandes, Ricardo do Carmo
Lima, Nelson Batista de
Robert, Maria Helena
Sandim, Maria José Ramos
Título em português
Evolução da microestrutura e da textura durante a laminação a frio e a recristalização de alumínio com diferentes níveis de pureza.
Palavras-chave em português
Alumínio
Difração por raios X
EBSD
Laminação
Resumo em português
O presente trabalho teve como objetivo principal estudar a evolução da microestrutura e da textura cristalográfica de três alumínios de pureza comercial com diferentes níveis de pureza, AA1100 (99,00%), AA1050 (99,50%) e AA1070 (99,70%), e do alumínio super puro, AA1199 (99,995%). A obtenção das placas de alumínio de pureza comercial foi feita pelo processo Direct Chill (DC) seguido de homogeneização e laminação a quente até a espessura final de 10 mm e o alumínio super puro foi produzido em laboratório e encontrava-se na forma de blocos fundidos. Foram utilizadas várias técnicas de análise microestrutural: microscopia óptica convencional, microscopia óptica com luz polarizada, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, medidas de condutividade elétrica e dureza Vickers. Já a evolução da textura do material foi analisada pela técnica de difração de raios X, nos alumínios de pureza comercial e pela técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD), no alumínio super puro. No estado como recebido e recozido a 400 ºC por 1 e 24 horas foi possível observar que nos alumínios de pureza comercial produzidos pelo processo DC não há variações na composição química ao longo da espessura. Os precipitados nos alumínios AA1100 e AA1070, no estado como recebido estavam distribuídos na direção de laminação, porém com vários locais de aglomeração dos mesmos, e no alumínio AA1050 os mesmos estavam finamente dispersos na direção de laminação. Após recozimento a 400 ºC por 1 e 24 horas as mesmas características foram mantidas, porém ocorreu um aumento na fração volumétrica do estado como recebido para os recozidos a 400 ºC, ou seja, ocorreu precipitação durante o recozimento. Quanto a análise da textura dos alumínios de pureza comercial, na superfície encontrou-se a textura de cisalhamento, devido ao esforço mecânico entre o cilindro de laminação e as amostras, tanto no estado como recebido como após os recozimentos. A ¼ da espessura e no centro do material após recozimentos ainda observou-se a textura de cisalhamento, mas também as texturas tipo cubo, cubo rodado e latão. No centro do material permaneceram a textura tipo cubo e latão. Já o alumínio AA1199 possui uma estrutura grosseira (grãos oligocristalinos), sem a ocorrência de precipitados e não foi possível obter resultados nas análises de textura, devido ao tamanho de grão grande. Após a laminação a frio com aproximadamente 70% de redução em espessura, seguido de tratamentos isócronos no tempo de 1 hora e nas temperaturas de 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 e 500 ºC, o alumínio AA1199 apresentou uma menor temperatura para completa recristalização, em torno de 280 ºC, seguido do alumínio AA1050 (375 ºC) e dos alumínios AA1100 e AA1070 (ambos, 400 ºC). Como as composições químicas das soluções sólidas matrizes são praticamente idênticas, a variação na temperatura de recristalização deve ser atribuída aos precipitados presentes no alumínio que quando finamente dispersos na matriz impedem o movimento dos subcontornos, retardando o início da recristalização. O alumínio AA1199 possui uma temperatura para completa recristalização, menor, em relação aos outros alumínios, uma vez que não possui precipitados em sua microestrutura. Quanto a textura, na superfície e a ¼ da espessura, os alumínios de pureza comercial laminados a frio sem tratamento térmico, permaneceram com a textura de cisalhamento encontrada na superfície no estado como recebido com o surgimento da textura S. Após o tratamento térmico a 250 ºC por 1 hora apareceu a textura Goss e a 350 ºC por 1 hora a textura tipo cubo, cubo rodado e cubo ND, lembrando que em ambos os casos a textura de cisalhamento e S permaneceram. Com o auxílio da utilização da técnica de difração de elétrons retroespalhados (EBSD) encontrou-se no alumínio AA1199, a textura tipo cubo, tanto laminado a frio sem tratamento térmico quanto após os tratamentos. Após a laminação a frio com aproximadamente 80% de redução em espessura, seguida de tratamentos isotérmicos, nas temperaturas de 150, 250 e 350 ºC e nos tempos de ½, 1, 2, 3 e 4 horas, os alumínios de pureza comercial apresentaram uma temperatura para completa recristalização em torno de 350 ºC e por meio da técnica de microscopia eletrônica de transmissão observou-se arranjos celulares de discordâncias, mas não foram detectadas diferenças significativas entre esses arranjos apresentados pelos três alumínios. Diferenças certamente existem, mas para serem caracterizadas é necessário um estudo detalhado com microscopia eletrônica de transmissão. A presença de partículas de compostos intermetálicos foi observada em todas as amostras analisadas, essas partículas são resultado da baixa solubilidade do ferro e do silício no alumínio e se formaram durante as diversas etapas do processamento dos materiais.
Título em inglês
Microstructure and texture evolution of aluminium with different purity levels during cold rolling and recrystallization.
Palavras-chave em inglês
Aluminium
EBSD
Rolling
X-ray diffraction
Resumo em inglês
The present work had as main objective to study the evolution of the microstructure and crystallographic texture of three commercial purity aluminums with different levels of purity, AA1100 (99.00%), AA1050 (99.50%) and AA1070 (99.70%), and of the super pure aluminum, AA1199 (99.995%). The plates of commercial purity aluminum were obtained through direct chill (DC) process followed by homogenization and hot rolling until the final thickness of 10 mm. The super pure aluminum was produced in laboratory and was in the ascast condition. Several techniques of microstructural analysis were used: conventional optical microscopy, optical microscopy using polarized light, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, measurements of electrical conductivity and Vickers hardness. The evolution of the texture of the commercial purity aluminum was analyzed by Xray diffraction and the super pure aluminum was analyzed using electron backscatter diffraction. Variations in the chemical composition along thickness in the commercial purity aluminum produced by the DC process in the as-received condition and after annealing at 400 ºC for 1 and 24 hours were possible to observe. The precipitates in the aluminum AA1100 and AA1070, in the as-received condition were distributed in the rolling direction, including several sites of clusters of the same precipitates. In the aluminum AA1050 the precipitates were finely dispersed in the rolling direction. After annealing at 400 ºC for 1 and 24 hours the precipitate characteristics were maintained, and there was an increase in the volumetric fraction of the as-received condition in comparison to samples annealed at 400 ºC, showing that precipitation occurred during annealing. The shear texture was observed in the commercial purity aluminums, either in the as-received condition or after annealing, and this effect was due to the mechanical effort between the rolling mill and the samples. At ¼ of the thickness and in the center of the material after annealing the shear texture was still observed, and also the type cube, rotated cube and brass textures. The center of the material continues showing the type cube and brass textures. On the other hand, the aluminum AA1199 has a coarse structure (oligocrystalline grains), without the occurrence of precipitates, and texture results were not obtained due to the fact the grains are much coarser, due to the size of big grain. After cold rolling with approximately 70% of reduction in thickness, followed by isochronous treatments for 1 hour at temperatures of 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 and 500 ºC, the aluminum AA1199 presented a smaller temperature for complete recrystallization, around 280 ºC, followed by the aluminum AA1050 (375 ºC) and of the aluminum AA1100 and AA1070 (both, 400 ºC). As the chemical compositions of the solid solutions matrixes are almost identical, the variation in the recrystallization temperature should be attributed to the presence of precipitates in the aluminum, and when finely dispersed in the matrix they impede the movement of the sub-boundary, delaying the beginning of the recrystallization. In comparison to the other aluminums, the aluminum AA1199 has a smaller temperature for complete recrystallization, since there are not precipitates in its microstructure. Observing the texture, in the surface and the ¼ of the thickness, the commercial purity aluminums, after cold rolling and without heat treatment, showed the shear texture found in the surface in the as-received condition with the appearance of the S texture. After heat treatment at 250 ºC for 1 hour the Goss texture appeared and at 350 ºC for 1 hour the type cube, rotated cube and cube ND textures; notice that in both cases the shear and S texture were still present. Energy dispersive X-ray spectroscopy (microanalysis) showed in the aluminum AA1199, the texture type cube, so cold rolled without heat treatment as after the treatments. After cold rolling with approximately 80% of reduction in thickness, followed by isothermal treatments, at temperatures of 150, 250 and 350 ºC and times of ½, 1, 2, 3 and 4 hours, the commercial purity aluminum presented a temperature for complete recrystallization around 350 ºC. Transmission electron microscopy technique showed dislocations cellular arrangements, but significant differences were not detected among those arrangements presented by the three aluminums. Differences certainly exist, but for their characterization detailed study with transmission electron microscopy is necessary. The presence of particles of intermetallic compounds were observed in all analyzed samples, those particles resulted of the low solubility of iron and silicon in the aluminum and were formed during the several stages of the processing of the materials.
 
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Data de Publicação
2009-07-08
 
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