Fabrication of a high-strength Al-Cu alloy through cold-consolidation of powders using high-pressure torsion

Abstract

A fabricação de nanocompósitos com matriz metálica (MMNC) por meio de consolidação a frio por Deformação Plástica Severa (SPD) destaca-se como uma nova rota de síntese de materiais a partir de partículas metálicas. Esses processos são de interesse acadêmico e industrial por sua aplicabilidade em reciclagem, e no projeto de novos materiais ou microestruturas com propriedades mecânicas e funcionais avançadas, devido à ocorrência de intenso refino de grão, supersaturação de elementos químicos em solução sólida e eventual segregação nos contornos de grão, além da formação de nanoprecipitados. No entanto, estudos adicionais ainda são necessários para melhor entender esses processos e como empregá-los no projeto de propriedades. Portanto, o presente estudo objetivou examinar a evolução microestrutural, nanoestrutural e de propriedades mecânicas de uma liga Al-4%Cu (% em massa) submetida à torção em alta pressão (HPT) por 0,1, 1, 3, 10, 30, 60 e 100 voltas. A liga Al-Cu foi escolhida por seu comportamento conhecido de precipitação, sua reciclabilidade, ampla disponibilidade, baixa densidade e atuação em aplicações estruturais. Diversas análises após o HPT foram conduzidas, incluindo microdureza Vickers, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de raios-X por dispersão em energia e ensaios de compressão no estado plano de deformação. Os resultados demonstraram que o HPT promoveu a plena consolidação das partículas de cobre e alumínio, de modo que a liga Al-4Cu alcançou elevada dureza (~270 Hv) e grãos nanométricos (~48 nm) após processamento por 100 voltas. Inicialmente as partículas se esticaram, o que levou à instabilidades de fluxo e à formação de estruturas do tipo vórtice e, finalmente, ocorreu a fragmentação das partículas e a solubilização sólida parcial do cobre na matriz de alumínio.