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Alexandre LeãoEng. Metalurgista
Seminário Ligas de AlumínioLSM Brasil S.A.
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REFINADORES DE GRÃO AL
IntroduçãoTipos de refinadores a base de Ti e B.Mecanismo de refino
O papel do TiB2 e o papel do TiAl3“Fade” – Perda de eficiênciaEnvenenamento do refinoPrincipais atributos do refinadorNível de adiçãoControle de qualidade
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- A produção cresceu 6 vezes nos últimos 10 anos.
- Capacidade atual: 14.000 t/a.- Capacidade atual: 14.000 t/a.
- Equipamentos:Equipamentos:- 07 fornos de indução.07 fornos de indução.- 02 fornos revérberos. 02 fornos revérberos. - Sistema de laminador Sistema de laminador
properziproperzi- Conform Machine.Conform Machine.- Desgaseificador.Desgaseificador.- Analisador de hidrogênio.Analisador de hidrogênio.- 01 Espectrômetro / 02 ICP01 Espectrômetro / 02 ICP
´s.´s.REFINADORES DE GRÃO AL
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Refinadores de grãoRefinadores de grão
O que é uma estrutura granular em um metal?Não Refinado Refinado
REFINADORES DE GRÃO AL
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Benefícios de uma estrutura Benefícios de uma estrutura refinadarefinada
Melhora a capacidade de conformação mecânica.
Melhora as propriedades mecânicas.
Distribui melhor a porosidade da peça.
Melhora a qualidade superficial.
Melhora a homogeneidade dos elementos químicos.
REFINADORES DE GRÃO AL
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MATÉRIAS-PRIMAS
ANÁLISE QUÍMICA ANÁLISE METALOGRÁFICA
TESTE DE REFINO DE GRÃO
EMBALAGEM/EXPEDIÇÃO
FUSÃO
REAÇÃO/PREPARAÇÃO
DA LIGA
ALUMÍNIO PRIMÁRIO
VAZAMENTO
ESTRÔNCIOSAIS DE Ti E B
BARRAS ROD
WAFFLE PLATE
CONTROLE DE QUALIDADE
Fluxograma do ProcessoFluxograma do Processo
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Forno RevérberoForno Revérbero
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Forno de InduçãoForno de Indução
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Roda Properzi / LaminadorRoda Properzi / Laminador
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Lingotadeira – Waffle PlatesLingotadeira – Waffle Plates
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Galpão de ProduçãoGalpão de Produção
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REFINADORES DE GRÃO AL
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Método de fabricação e Método de fabricação e avaliação do refinoavaliação do refino
Reação: Al + K2TiF6 + KBF4 TiB2 + TiAl3 + K3AlF6
SAIS
AlumínioTiB2TiAl3
- Formação de TiB2 e TiAl3
durante a reação.
- Controle de temperatura epotência são fundamentais. - É gerado um subprodutocriolita, usado como fluxo.
REFINADORES DE GRÃO AL
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TiBAl – processo de TiBAl – processo de produçãoprodução
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REFINADORES DE GRÃO AL
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Casting wheelSteel belt
Tundish
TO ROLLING MILL
LAMINADOR
REFINADORES DE GRÃO AL
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Laminador Laminador ProperziProperzi
Entrada: barra
Saída: vergalhão
REFINADORES DE GRÃO AL
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REFINADORES DE GRÃO AL
BobinamentoBobinamento
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Conform MachineConform Machine
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REFINADORES DE GRÃO AL
CAST CUT-barra
QUICKSOL (QSL)
ROD
WP
Vareta
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Refinadores de grão a baseRefinadores de grão a base Ti e BTi e B
Análises Químicas
%Ti%Ti %B%B %Fe %Fe (máx)(máx)
%Si %Si (máx)(máx)
%V %V (máx)(máx)
%OC %OC (máx)(máx)
TiBAl 5/1TiBAl 5/1 4,5 a 5,54,5 a 5,5 0,8 a 1,20,8 a 1,2 0,300,30 0,200,20 0,2 0,2 0,03 0,03
TiBAl 3/1TiBAl 3/1 2,7 a 3,32,7 a 3,3 0,7 a 1,20,7 a 1,2 0,300,30 0,200,20 0,03 0,03 0,030,03
TiBAl 5/02TiBAl 5/02 4,5 a 5,54,5 a 5,5 0,15 a 0,30,15 a 0,3 0,300,30 0,200,20 0,20,2 0,03 0,03
REFINADORES DE GRÃO AL
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Fases presentes nos Refinadores Fases presentes nos Refinadores de grãode grão
TiB2 : Partículas hexagonais, diâmetro entre 1 a 2 microns, com densidade de 4,5 g/cm3 e não dissolvem no alumínio líquido. (1012 partículas em 1 grama de TiBAl 5/1).
TiAl3 : Partículas de diâmetro tipicamente entre 30 a 50 microns. Estas partículas se dissolvem rapidamente no alumínio (1 minuto). (109 partículas em 1 grama de TiBAl 5/1).
REFINADORES DE GRÃO AL
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REFINADORES DE GRÃO AL
Al-5%Ti-1%B Rod Al-3%Ti-1%B Rod
Al-5%Ti-0.2%B Rod Al-5%Ti-1%B Waffle
Tipos de refinadores Tipos de refinadores MicroestruturaMicroestrutura
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Dissolução do TiAlDissolução do TiAl33
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REFINADORES DE GRÃO AL
Mecanismos de refinoMecanismos de refino
Todo processo de solidificação consiste em:
a) Nucleação, que é a formação de uma nova fase (sólida) a partir de outra (liquida).
b) Crescimento, que é a incorporação de átomosao núcleo sólido já formado.
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
O papel do TiB2
- Servir como substrato para facilitar a nucleação do alumínio líquido em faces que contenham uma camada de TiAl3.
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
O papel do TiAl3
1o – Criar uma camada de TiAl3 sobre o TiB2
para permitir a nucleação do alumínio.
2o – Atua restringindo o crescimento do grão.
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
O papel do TiAl3
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
O papel do TiAl3
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
Fator de Restrição de grão GRF = Ci x mi (k-1)
Onde:Ci = Concentração do elemento.
mi = Inclinação da curva liquidus.
k = Coeficiente de partição líquido/sólido.
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
Exemplo:
REFINADORES DE GRÃO AL
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Mecanismos de refinoMecanismos de refino
O TiB2 atua na nucleação.
O TiAl3 atua tanto na nucleação como na restrição do crescimento de grão.
Portanto:
REFINADORES DE GRÃO AL
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Tempo de Contato e “Fade”Tempo de Contato e “Fade”
Tempo de Contato > 1 minFade > 20 min
REFINADORES DE GRÃO AL
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Envenenamento do refinoEnvenenamento do refino
Ligas contendo Zr e Cr são dificilmente refinadas pelo TiBAl.
Isto ocorre porque estes elementos competem com o Ti para formar a camada sobre o TiB2.
REFINADORES DE GRÃO AL
Nestes casos TICAl 315, pode ser utilizado.
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REFINADORES DE GRÃO AL
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Nível de adiçãoNível de adição
O nível de adição é afetado por muito fatores:
1 – Quantidade de reciclagem utilizada.
2 – Composição química da liga.
3 – Nível de refino desejado.
4 – Taxa de solidificação.
5 – Eficiência do refinador.
Porém os níveis de adição variam de 3,0 a 6,0 kg/t.
REFINADORES DE GRÃO AL
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REFINADORES DE GRÃO AL
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REFINADORES DE GRÃO AL
O atributo mais importante do refinador é a Eficiência de Refino.
Por este motivo, 100% das corridas de TiBAl temseu poder de refino avaliado pelo método TP1Aluminium Association.
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REFINADORES DE GRÃO AL
Teste de refino de grãoTeste de refino de grão
Procedimento
- Al 99,7% - P1020- ToC – 725 oC- Taxa de adição : 2 kg/t
- Agitação por 30 segundos.
- Preencher um molde cônico com o metal.- Resfriar este molde a uma taxa de 3,5 oC/s.- Cortar seção horizontal do cone, polir e atacar com poulton (60% HCl 30% HNO3 5% H2O 5% HF).- Reportar os resultados em micras.
FORNO DE LABORATÓRIO
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REFINADORES DE GRÃO AL
Teste de Refino de GrãoTeste de Refino de Grão
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Análise Análise MetalográficaMetalográfica
O que é avaliado?
Tamanho das fases de TiAl3 e TiB2.
Óxidos e aglomerados.
Sal não reagido.
Realizado em 100% das corridas.
Existência de refratários.
Existência de carbetos.
Outros.
REFINADORES DE GRÃO AL
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Análise Análise MetalográficaMetalográfica
REFINADORES DE GRÃO AL
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REFINADORES DE GRÃO AL
Refinadores a base de Ti e Refinadores a base de Ti e B.B.
LIGA Tam. de grão(m)
Óxidos Aglomerados
TiBAl 5/1 125 2,3 0,8
TiBAl 3/1 145 1,9 2
TiBAl 5/02 155 2,1 0,2
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Análise QuímicaAnálise Química
O que é avaliado?
Realizado em 100% das corridas.
Análise Química das matérias-primas.
Análise Química dos produtos finais.
REFINADORES DE GRÃO AL
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Programa – Programa – Modificadores de Modificadores de estruturaestrutura
- Introdução.
- Tipos de modificadores.
- A função do modificador de estrutura.
- Níveis de modificação.
- Benefícios.
- Nível de adição.
- Fade – Perda de eficiência.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Modificadores de estrutura (SrAl)Modificadores de estrutura (SrAl)
Ligas de alumínio para produção de peças fundidas normalmente utilizam ligas do sistema Al-Si:
- Boa fluidez- Boa usinabilidade- Boas propriedades mecânicas- Boa resistência à corrosão- Ótima fundibilidade
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
- Boa soldabilidade.
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Estrutura das Ligas de Al-SiEstrutura das Ligas de Al-Si
Diagrama Binário Al-Si
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Função do modificadores deFunção do modificadores deestruturaestrutura
O modificador de estrutura é utilizado para transformar a estrutura eutética de acicular para fibrosa.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Benefícios de uma estrutura Benefícios de uma estrutura modificadamodificada
1 – Melhores propriedades mecânicas.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
2 – Melhor dispersão das porosidades.
3 – Melhor preenchimento dos canais de vazamento.
4 – Melhor acabamento superficial.
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Efeito no Limite de Resistência Efeito no Limite de Resistência e Alongamentoe Alongamento
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
EFEITO DO TRATAMENTO NAS PROPRIEDADESMECANICAS DA LIGA 319 (6% Si ; 3,5% Cu)
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Níveis de modificaçãoNíveis de modificação
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Tipos de modificadores de Tipos de modificadores de estruturaestrutura
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
Sódio (Na)Boa Modificação.Baixa e inconsistente recuperação.Reação violenta.Rápido Fade.Geração de fumos.
Antimônio (Sb)Muito estável. Baixa modificação.Boa recuperação.Forma Stibine (SbH3)Fade não ocorre.
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Sr Master Alloys Muito estável. Excelente Modificação.Boa recuperação. Lento Fade.Não há geração de fumos.Não ocorre reação.Principal método utilizado no mundo.
Tipo de modificadores de Tipo de modificadores de estruturaestrutura
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Comparação SrAl 10% x SódioComparação SrAl 10% x Sódio
Liga AlSi 7% - Modificada com SrAl 10%
Liga AlSi 7% - Modificada com Sódio
Tempo zero 2 min 5 min 60 min
Tempo zero 2 min 5 min 10 min
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Modificadores a base de SrModificadores a base de Sr
%Sr%Sr %Fe (máx)%Fe (máx) %Si (máx)%Si (máx) % OC (máx)% OC (máx)
SrAl 10%SrAl 10% 9 a 119 a 11 0,30 0,30 0,200,20 0,030,03
SrAl 15%SrAl 15% 13,5 a 15,513,5 a 15,5 0,350,35 0,25 0,25 0,030,03
Análises Químicas
Formatos: Barras ; QuickSol ; Varetas ; Bobinas e Waffles
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Estrutura do SrAl.Estrutura do SrAl.
SrAl 10% rod - 100x
Fase Típica: SrAl4Tamanho médio: 50 microns Tamanho máximo: 150 microns
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Nível de adição.Nível de adição.
%Si Adição - %Sr
Adição (kg/t)
SrAl 10%
4 a 7 0,01 a 0,02 1 a 2
8 a 10 0,03 a 0,04 3 a 4
11 a 13 0,04 a 0,06 4 a 6
ADICIONAR MAIS NEM SEMPRE É MELHOR. ADICIONE A QUANTIDADE CERTA.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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““Fade”Fade”
%Estrôncio Versus Tempo
y = -23,788Ln(x) + 169,62
R2 = 0,9483
50
100
150
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo (min)
Co
nce
ntr
açao
Sr
(PP
M)
CONCENTRAÇÃO DE ESTRÔNCIO APÓS ADIÇÃO.LIGA AlSi 7%.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Strobloy (Refinador/Modificador) Strobloy (Refinador/Modificador)
- O Strobloy exerce a função de Refinador de Grão e Modificador de Estrutura ao mesmo tempo.
%Sr%Sr %Ti%Ti %B%B %Fe %Fe (máx)(máx)
%Si %Si (máx)(máx)
%V %V (máx)(máx)
Strobloy Strobloy 5,5% 5,5%
5 a 65 a 6 1,4 a 1,81,4 a 1,8 1,2 a 1,61,2 a 1,6 0,300,30 0,300,30 0,20,2
Strobloy Strobloy 7,5%7,5%
7 a 87 a 8 1,4 a 1,81,4 a 1,8 1,2 a 1,61,2 a 1,6 0,300,30 0,300,30 0,20,2
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
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Benefícios do Strobloy Benefícios do Strobloy
- Economia de custos quando comparado com o uso individual do TiBAl e SrAl.
MODIFICADORES DE ESTRUTURA
- Simplicidade de operação (somente um produto).- Redução do estoque de anteligas.- Preferido pelo operador.
- Melhor controle químico.
- Excelente modificação e refinamento de grão.
- Mais apropriado para ligas hipoeutéticas
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Aluminum Master Alloys(main products)
TiBAl Titanium Boron Aluminum : 5/1 3/1 3/02 5/02 5/06 TiCAl Titanium Carbon Aluminum 3/015BAl Boron Aluminum 3 % 4 % 5 % 6 % 8 %TiAl Titanium Aluminum 5 % 6 % 10 %SrAl Strontium Aluminum 3.5 % 5 % 10 % 12 % 15 %SrTiBAl Strontium Titanium Boron Aluminum 10 / 1.6 / 1.4
MnAl Manganese Aluminum 20 % 25 %FeAl Ferro Aluminum 20 % 25 %SiAl Silicon Aluminium 10 % 20 % 25 % 50 %ZrAl Zircon Aluminum 6 % 10 % 15 %VAl Vanadium Aluminum 5 % 10 % MgAl Magnesium Aluminum 10 % 20 % 25 % 50 %CrAl Chrome Aluminum 5 % 10 % 20 %CuAl Copper Aluminum 20 % 50 %NiAl Nickel Aluminum 50 %BiAl Bismuth Aluminum 5 % 9 %SbAl Antimony Aluminum 10 %CoAl Cobalt Aluminum 20 %CaAl Calcium Aluminum 5 % 10 % 20 %AlDeoxMechanical Alloys
Aluminum Tablets (Altab)Manganese 75 % 85 %Iron 75 % 90 %Copper 75 %
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Obrigado!